基于組態(tài)王潮浪水槽控制系統(tǒng)的研發(fā)

周建炯

(浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

現(xiàn)代計算機測控系統(tǒng)的功能已越來越強大,除了完成基本的數(shù)據(jù)采集和控制功能外,還具有與管理層交換數(shù)據(jù)和為操作人員提供靈活方便的人機界面等功能,同時要求計算機測控系統(tǒng)規(guī)模能隨著科研生產(chǎn)規(guī)模的變化而變化,計算機測控系統(tǒng)的應用軟件有很強的開放性和靈活性,于是組態(tài)軟件便應運而生。組態(tài)是指通過應用軟件中提供的工具、方法,完成工程中某一具體任務的過程。通用組態(tài)軟件目前發(fā)展很快,國外開發(fā)的組態(tài)軟件有如In-Touch、FIX/iFIX、WinCC、Lookout等。國產(chǎn)工控組態(tài)軟件則以三維力控Forceconterl、北京亞控組態(tài)王(Kingview)、北京昆侖MCGS等[1]。

1 “組態(tài)王軟件”介紹[2]

“組態(tài)王軟件”是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件,它融過程控制設計、現(xiàn)場操作以及資源管理于一體,將一個單位內(nèi)部的各種系統(tǒng)、應用以及信息匯集在一起,實現(xiàn)最優(yōu)化管理。它基于Microsoft Windows 2000/NT/XP操作系統(tǒng)。采用組態(tài)王軟件開發(fā)系統(tǒng)測控工程,可以極大地增強用戶的科研生產(chǎn)測控能力及提高效率。它不但可以用于單一設備的測控管理和故障診斷,還可運用于網(wǎng)絡結(jié)構分布式測控系統(tǒng)的開發(fā)。組態(tài)王軟件結(jié)構由工程管理器、工程瀏覽器及運行系統(tǒng)3部分組成。工程管理器用于新工程的創(chuàng)建和已有工程的管理,對已有工程進行搜索、添加、備份、恢復等;工程瀏覽器是一個工程開發(fā)設計工具,用來定義相關設備及變量、創(chuàng)建畫面、動畫鏈接、編寫命令語言等;運行系統(tǒng)是一個工程運行界面,從控制和采集設備中交換數(shù)據(jù),并可以顯示動態(tài)畫面,實現(xiàn)人機互動。

2 潮浪水槽控制系統(tǒng)概述[3]

研發(fā)的潮浪水槽控制系統(tǒng),用于長60 m,寬4 m,高1.2 m的潮浪水槽中,該水槽兩頭共有54臺多級抽水泵,分別為1,2,4,8,18,56 L(每級都應有足夠多的水泵),按照上述6級水泵不同組合,系統(tǒng)可以產(chǎn)生設計所需要的流量,模擬天然涌潮的漲潮過程,控制并采集模型的涌潮高度和涌潮流速等物理量。系統(tǒng)的水位由波高儀控制。

3 控制系統(tǒng)設計[4]

首先按“組態(tài)王軟件” 的規(guī)則創(chuàng)建 《潮浪水槽控制系統(tǒng)》,在該系統(tǒng)中,把進水泵控制、出水泵控制、各組流量和初始水位控制等4個控制采集模塊,放在主畫面中進行設計,在主畫面中可以靈活控制各模塊的運行情況 (見圖1)。

圖1 控制系統(tǒng)主畫面圖

3.1 定義設備和變量

在系統(tǒng)設計中,首先要對外部設備進行定義,即通過組態(tài)王中的 “設備配置向?qū)А眮矶x外部設備。本系統(tǒng)主要定義了2塊研華板卡,一塊是PCL722開關量輸入輸出板卡,一塊是PCL818L數(shù)據(jù)采集板卡。其次為了實現(xiàn)外部設備與組態(tài)王數(shù)據(jù)交換,還需要定義變量,本系統(tǒng)共定義了44個變量,其中35個開關量輸出變量,8個內(nèi)存變量,1個數(shù)據(jù)采集變量,還包括系統(tǒng)本身內(nèi)存變量。

3.2 設計組態(tài)畫面

《潮浪水槽控制系統(tǒng)》除了設計主畫面外,還根據(jù)系統(tǒng)需要設計了4個分畫面:進水泵開關控制畫面和出水泵開關控制畫面,主要用來控制潮浪水槽中的進水和出水;各組流量運行畫面可以根據(jù)模型試驗的要求,選擇某一組流量來模擬模型中涌潮高度和涌潮流速等物理量;初始水位控制畫面來自動控制模型試驗前所需的初始水位(見圖2)。

圖2 初始水位控制畫面圖

3.3 建立動畫連接

系統(tǒng)建立了水泵開與關狀態(tài)的動畫連接。首先把35個水泵對象與變量“開關量輸出”連接起來;其次建立各組流量運行的動畫連接;最后建立初始水位控制的動畫連接,該畫面主要是建立“實時趨勢曲線”控件動畫連接,在曲線定義中,將曲線1與變量波高本站點連接起來就可以了。這樣模型現(xiàn)場的數(shù)據(jù),比如水泵的開與關、水位的高和低、流量的大小等,都可以通過板卡的I/O接口,形象地反映到各個畫面中來。

3.4 編寫命令語言

對于流量的選擇及計時控制需要采用數(shù)據(jù)改變命令語言來實現(xiàn),在組態(tài)王軟件中選擇數(shù)據(jù)改變命令語言,在“變量 [.域]” 文本框中輸入 “\本站點＄秒”,依據(jù)不同流量下涌潮的行進速度設定若干個時間段,再用若干個水泵在設定時間段內(nèi)開與關的排列組合,達到在比尺模型中模擬錢塘江涌潮高度和涌潮流速的目的。初始水位的控制需要用事件命令語言來實現(xiàn),在組態(tài)王軟件中選擇事件命令語言,當水槽中的水位大于設定的初始水位再加上1 mm時 ,水槽下游的水泵開啟,將水從水槽中抽出,以降低水槽中的水位;當水槽中的水位小于設定的初始水位再減去1 mm時,水槽上游的水泵開啟,將水抽進水槽中,以抬升水槽中水位。

4 結(jié) 語

在潮浪水槽控制系統(tǒng)研發(fā)過程中,以組態(tài)王6.53軟件作為開發(fā)平臺,由于充分利用軟件資源,不僅縮短了系統(tǒng)的研發(fā)周期,而且降低了成本。該系統(tǒng)已經(jīng)成功應用于錢塘江強涌潮區(qū)排樁式丁壩設計關鍵技術研究及示范工程等研究課題的物理模型試驗中。經(jīng)過2 a來的運行證明,系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,能夠?qū)Τ崩怂酃ぷ髁鞒踢M行自動控制和交互處理,基本上達到了預期的效果。

[1]北京亞控科技發(fā)展有限公司.組態(tài)王6.5使用手冊 [R].北京:北京亞控科技發(fā)展有限公司,2004.

[2]林潔.基于組態(tài)王的FM S監(jiān)控系統(tǒng)的設計[J].機械制造與自動化,2010(02):124-125.

[3]邵盛偉,李志永,王瑞鋒,等.基于GENIE組態(tài)軟件的水沙控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究 [J].浙江水利科技,2006(02):11-12.

[4]劉思博,田敏,李江全,等.組態(tài)軟件數(shù)據(jù)采集與串口通信測控應用實戰(zhàn)[M].北京:人民郵電出版社,2010.