基于组态王的水箱液位监控系统设计及测试.pdf

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1、第 3 3卷 增 刊 2 0 0 8年 6月 广西大学 学报(自然科学版)J o u r n a l o f Gu a n g x i Un i v e r s i t y(Na t S c i E d)Vo1 3 3，Su p J u n e，2 0 0 8 文章编号：1 0 0 1 7 4 4 5(2 0 0 8)增一 0 0 7 7 0 4 基于组态王的水箱液位监控系统设计及测试 袁 荣华，黄世钊，冯钏 山，潘树林(广西大学 化学 化工 学院，广西 南 宁 5 3 0 0 0 4)摘要：利用组态王软件 对水箱液位实时 I A-,汁及 测试，具体介绍 了该 系统 的组 成、上位机界 面设计

2、 和测试 的结果 实践证明，该系统图形界面友好，运行稳定，操作方便，提高了监控的质量 关键词：组 态王；水箱 液位；监控系统 中图分类号：TP 2 0 2 文献标识码：A W a t e r t a nk f l u i d p os i t i o n c o nt r o l s y s t e m de s i g n a n d t e s t i ng b a s e d o n K i ng v i e w YUAN Ro n g h u a，HUANG S h i z h a o，F ENG Ch u a n s h a n，P AN S h u l i n (Co l l e

3、g e Ch e mi s t r y a n d Ch e mi c a l En g i n e e r i n g，Gu a n g x i Un i v e r s i t y，Na n n i n g 5 3 0 0 0 4，Ch i n a)Ab s t r a c t：The wat e r t a n k f l ui d p os i t i on c on t r ol s y s t e m i s de s i gn e d a n d t e s t e d by u s i ng Ki n gv i e w，The s t r uc t u r e of t hi

4、s s ys t e m，t h e d e s i gn of HI M a nd t he r e s ul t of t e s t i ng a r e i n t r o d u c e d i n t h e p a p e r I t i s p r o v e n t h a t t h i s s y s t e m f e a t u r e s wi t h f r i e n d l y i n t e r f a c e，r u n s t e a di l y，e a s y t o o p e r at e a nd i mp r o v e s t he wor

5、 k c o nt r ol qu a l i t y Ke y wo r ds：Ki ng vi e w；wa t e r t a nk f l u i d p os i t i o n；c on t r ol s ys t e m 组 态王 是运 行 在W i n d o ws XP NT 2 O O O 上 的 一种开放型的工业监控软件，窗体框架结构；采用 多线程、C OM 组件 等新技术，实现多时多任务控 制 现已应用 于化工、电力、邮电通迅、环保、水处 理、冶金和食品等行业 组态 王软件包 由工程 管理 器 P r o j Ma n a g e r，工 程 浏 览 器 To u c

6、h E x p l o r e r，画 面 开 发 系 统 T o u c h ma k(内 嵌 于 工 程 浏 览 器)和 运 行 系 统 T o u c h v e w 四部 分组 成，具有 动 画连接、实 时 控 制、实时曲线与历史 曲线、报警功能、报表功能等 组态王内置 了大量 的设备驱动作为组态王与 外部设 备的通迅接 口，组态王可通过通迅接 口和 外部设备交接数据，包括采集数据和发送数据 指 令 每一个驱动都是一个C O M 对象，这种方式使 驱动和组态王构成一个 完整 的系统，既保证 了运 行 系统的高效率，也使系统有了很强的扩展性 1 监 控系统的组成 1 1监控 系统 的任

7、务 如图 1所示，水介质从水箱 V1 0 1由泵 P I O 1 (由变频器 控制)抽送，经流量计 F T 一 1 0 1，电动调 节阀F V一 1 0 1，球 阀QV一 1 0 1，水箱 V1 0 2，手阀QV一 1 1 2回流至水箱 V1 0 1而形成水循环，负荷的大小 Q z 通过手阀QV一 1 1 2来调节 水 箱 V1 0 2的液位 为 被控 变 量，引 起 水箱 V1 0 2的液位变化 的扰动因素主要来至两个方面：一是水箱 V1 0 2的给水量；二 是负 荷 的大 小 Q 给水量 Q 的改变需要经过一定的时间才 能 反应到水箱V1 0 2 的液位变化，时间常数比较大，时延大，这会导

8、致 控制系统作 用不及时，反应迟 1 收稿 日期：2 0 0 8 一 O l一 2 1；修订 日期：2 0 0 8一 O 3 1 7 作者简 介：袁荣华(1 9 6 5 一)，女，广西 浦北 人，广西大学副教授 维普资讯 http:/ 7 8 广西大学学报(自然科 学版)第 3 3卷 钝、最大偏差大、过渡时间长、抗干扰能力差，控制 精度降低 因此，选择给水量 Q 为被控变量 的流 量控制系统作为副调节 回路，及时克服给水量Q 对水箱V1 0 2液位干扰，实现“粗调 作用缩短过渡 过程，即采用 串级控制系统，提高控制 品质，控制 系统方框 图如图2所示。-一一 -图 1 控 制 流 程 图 Fi

9、 g1 Cont r o l f l ow c h a r t 图 2控 制 系统 方 框 图 Fi g 2 Co nt r o l s y s t e m c h ar t 1 2 监 控 系统 的硬件 组成 变频器控制水泵改 变流量，液位 传感器 L T 与涡轮流量计F T一 1 0 1采集到的数据，通过现场工 业 标 准 接 线 端 子 盒 与 研 华 的 AD AM4 0 1 7，ADAM4 0 2 4，ADAM4 0 5 0三个 I O 模块 D D C系 统连接，通过 R S 4 8 5 R S 2 3 2转换 网络到以太网，再将 数据传到上位机，通过上位机的记录和计算 分析，再把

10、操纵变量控制信号传 电动调节阀 F V一 1 0 1，改变调节 阀的开度，调节给水量 Q 实现控 制 目的 2 监控系统的设计 控制系统上 位机 以组态王为平 台进行设计 开 发，组 态 王 可 以 直 接 从AD AM4 0 1 7，ADAM4 0 2 4和 AD AM4 0 5 0三个 I O模块读数，对采集的数据进行处理而进行实时监制、工艺流 程演示、系统简介、趋势曲线显示、历史曲线显示、棒 图控件、报表等功能 同时将相应的采集和用于 控制设定 的数据存入 AC C E S S数据库 和 E XC E L 表 中 2 1 监控中心主画面的建立 如图 3所示，监控中心主画可直观、动态地显

11、示 了控制系统各参数 的变化及报警信息，进行数 据的接收、处理和发送，实现人机对话，完成对水 箱液位的控制，主的功能包括：实时曲线 以曲 线 的形式动态显示被测量 的变化，历史 曲线 可以进行历史数据的查询，报表 以报表形式 实时显示各种参数值，棒 图控件 以棒状 图形 式 动画显示被测量 的变化，参数设置 可以进 行液位、P I D等参数的设置。图 3监 控 中心 主 l堡 I Fi g 3 The ma i n me nu o f c ont r o l c e n t e r 2 2 数据 库 变量 的定 义 数 据 库 是 组 态 王 最 核 心 的 部 分在 To u c h Ve

12、w运行时，工业现场的生产状况要以动 画 的形式反 映在屏幕上，操作者在计算机前发 布 的指令也要迅速送达生产现场，所有 的这一切都 是 以实时数据库为中介环节，因此数据库是联 系 上位机和下位机的桥梁 数据 库 中变量 的集合形象地称为数据词典，数据词典记录了所有用户可使用 的数据变量的详 细信息 包括基本类型的内存变量、I O 变量，特 殊类 型的报警窗 口变量、报警组变量、历史趋势曲 线变量、时间变量 对于监控系统 中用到的变量的 定义为：在 目录显示区点击“数据词典”图标，则 目 维普资讯 http:/ 增 刊 袁荣华等：基 于组态王的水箱液位监控 系统设 计及测试 7 9 录内容显示

13、区显示“新 建”图标，双击，即可进 入“定义变量”对话框进行变量的定义 如图 4所示 是其中一个变量的定义 图 4变 量 足 义 Fi g 4 Va r i a bl e de f i ne 2 3趋势 曲线 的 建立 趋势曲线用来反映数据变量随时间的变化情 况，趋势曲线有两种：实时趋势曲线和历史趋势曲 线 在画面程序运行时，实时趋势曲线随时间变化 自动卷动，以快速反应变量的新变化，时间轴不能 回卷，不能查 阅变量的历史数据 历史趋势曲线可 以完成历史数据 的查看工作，但它不会 自动卷动，而需 要 通过 带 有命 令语 言 的 功能按 钮 来辅 助实 现 查 阅 功能 在实时趋 势曲线 和历史

14、趋势 曲线中，关联的 变 量 都 为：ADAM4 0 1 7 A1 0，AD AM4 0 1 7 AI 1，AD AM4 0 1 7 AO0，S P，分别 用红色、淡 兰色、淡 紫 色、黄色4种不同颜色的曲线表示 在建立 以上两 种曲线 时，还需定义、y轴刻度间隔、显示标识 数 目及数据更新频率等内容 在图5和图 6中，分 别显示了实时趋势曲线和历史趋势 曲线的建立和 变量 的关 联 图 5实时趋势 曲线定义 Fi g5 Re a l t i me c u r r e nt c ur ve de f i ne 2 4 报表 系统 建 立“报表”画面如图 7所示，画面内放置两个报 表 控件，名称

15、分别为 r e p o r t 1、r e p o r t 2 r e p o r t 1用 于实时显示一些参数值，如 S P，A DAM4 0 1 7 A1 0，ADAM4 0 1 7 AI 1，ADAM4 0 1 7 A O0等；r e p o r t 2用 于调用显示r e p o r t 1的历史 内容“报表”画面 中还 设 置 了 4个 按 钮，用 于报 表 的操作，分别 为“打 印”、“打印设置”、“保存报表”、“调用报表”图 6 历 史趋 势曲线定义 Fi g6 Hi s t or i c a l c u r r e nt c u r v e de f i ne 图 7报 表 画

16、 面 Fi g 7 Re p or t f or ms me nu 2 5 棒 图 控件 的建 立 在“水箱液位和进口流量系统串级控制”工程主 监控画面建立棒图控件，用动态显示测量的液位、流 量和调节阀开度的值，连接变量为A DAM4 0 1 7 A1 0，ADAM4 0 1 7 AI 1，ADAM4 0 1 7 AO0，S P图 8显 示 的是棒图控件的设置 图 8棒图控 件设置 Fi g8 The c ont r o l o f s t i c k c h ar t de f i ne d 维普资讯 http:/ 8 0 广西大学学报(自然科 学版)第 3 3卷 2 6 参 数 设置 在“

17、参数设置”画面中，设置了两个P I D控件，用做主、副 回路 的调节器 在这个 画面 中可 以对 主、副调节器的参数进行设定，可 以显示系统的时 间，可 以进行 主对 象设定值的设定和副回路干扰 的设置 图 9显示的是“参数设置”画面，分别双击 P I D控件和右击 P I D控件并选择“控件属性”，进 行P I D控件的相关设置 图9 参数设置画面 Fi g 9 Pa r a me t e r d e f i n e me nu 3 控制 方案 的测试 在对控制方案进行测试与调节之前，首先做 一些前期 的工作，了解实验设备的特性，掌握单 回 路控制 系统参数的整定方法，以便为串级控制系 统

18、的参数整定 打下实验基础 这些工作包括：调节 阀流量特性 的研究调节阀流量控制实验，单容 水箱液位数学模 型的测定，单容水箱液位定 值控 制实验 在完成了 3 个实验后，我们已经基本掌握 了对简单控制系统调节器参数进行整定 的方法，在此基础上，对水箱液位和进 口流量 串级控制 系 统的调节器参数进行整定，获得适宜的调节器参 数，得到满意的过程响应曲线 图 1 O是按 照由临界 比例度法整定调节器参 数进行 串级控制得到的响应 曲线 图 从 图中可以 看到，由临界 比例度法求 出的调节器参数能获得 较好 的过渡过程 曲线，这对液位控制来说已经满 足要求，无需进一步的调整参数 其不足之处在于 系统

19、受到阶跃干扰后恢复平衡 的时间较长 m 啪 0 l 8；3 s t 鹩 l 辅：转 t s：鞯”轻 l 3 5，$尊s 渡整 删 一 蕊 一 瓣 一赣瓣 一 瓣 _-一 壤囊壤 u x 图 1 0 S P8 P5 1 3 0 0 0 0 D7 5 0 0过 渡 过 程 曲线 Fi g 1 0 S P8 P5 1 3 0 000 D75 00 t r a ns i t i o n c o ur s e c ur v e 4 总 结 利用组 态王 为开发平 台的水箱液位监 控系 统，能够实时地监控液位 的变化，系统界面友好，操作方便，对系统中的水箱的液位、管道的水的流 量进行测量与控制，并具有完善的报警处理能力，满足了现场监测的需要 参考文献：E 1 3 王 毅 过程装备控制技术及应用E g3 北京 化学 工业 出版社，2 0 0 1 E 2 3 金 以慧 过程控制 M 北京：清华大学 出版社，1 993 3 3 何玉樵 化工过程控制及仪表 M 成都：成都科技 大学 出版社，1 9 9 1 4 3 邵世煌 计算机控制技术 M 北京：纺织工业出版 社，1 9 9 1 (责任编辑梁碧芬)维普资讯 http:/