計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的液位流量串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

２０１０年７月廣西輕工業(yè)第７期（總第１４０期）ＧＵＡＮＧＸＩＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＩＧＨＴＩＮＤＵＳＴＲＹ計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的液位流量串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)周旭（廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧５３０００７）【摘要】隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，８０年代末期計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代儀器技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)測試?yán)碚摵蜏y量方法上的重大突破。水箱是一種時變性、大時滯的被控對象，所以采用串級控制系統(tǒng)來控制該對象較為合適。根據(jù)水箱液位流量控制的原理，考慮各方面因素，對水箱控制進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建?！娟P(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；組態(tài)王；ＰＩＤ控制；液位流量串級控制系統(tǒng)【中圖分類號】ＴＰ２７７【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】Ａ【文章編號】１００３—２６７３（２０１０）０７—７１—０２１引言被監(jiān)控的對象進(jìn)行控制，則由計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用軟件根據(jù)采集到隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在各個領(lǐng)域得到越的物理參饋的大小和變化情況以及按照工藝所要求該物理量來越廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由于其功能單一、體的設(shè)定值進(jìn)行判斷；然后在輸出裝置中輸出相應(yīng)的電信號，并積龐大，已經(jīng)很難滿足實(shí)際市場的需求。隨著集成電路和計(jì)算且推動執(zhí)行裝置（如調(diào)節(jié)閥、電動機(jī)）動作從而完成相應(yīng)的控制機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，８０年代末期計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。與任務(wù)。傳統(tǒng)技術(shù)相比，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)具有功能更豐富、處理速度更２．２計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)快、測最效率更高、可擴(kuò)充性更好的優(yōu)點(diǎn)。作為計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)（１）技術(shù)集成和系統(tǒng)復(fù)雜程度高；（２）實(shí)時性強(qiáng)；（３）可代儀器技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)了在傳統(tǒng)測試?yán)碚摵蜏y量方法靠性高和可維修性好；（４）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；（５）控制的多功能上的革命性突破。性；（６）應(yīng)用的靈活性。水箱是一種時變性、大時滯的被控對象，所以用串級控制系統(tǒng)。本文根據(jù)水箱液位流量控制的原理，考慮各方面因素，對３液位流量串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)水箱控制進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)建。３．１系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案本文的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是利用組態(tài)王設(shè)計(jì)的。組態(tài)王是一本論文設(shè)計(jì)開發(fā)的基于組態(tài)王監(jiān)控下的液位流量串級控種面向自動化現(xiàn)場工程師的工業(yè)控制軟件，我們能夠使用該軟制系統(tǒng)，根據(jù)從總體到局部的設(shè)計(jì)原則，通過對系統(tǒng)功能的分件實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的具體規(guī)劃設(shè)計(jì)和研究，它可以編輯任意流析，將整個系統(tǒng)分解為實(shí)現(xiàn)不同功能的幾個部分，然后分別對程畫面并實(shí)現(xiàn)動態(tài)顯示。每個部分設(shè)計(jì)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)水箱液位流量測控系統(tǒng)所提出的文章概述了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀，介紹了計(jì)算機(jī)各項(xiàng)具體功能，可以將整個系統(tǒng)分解為上位機(jī)和下位機(jī)兩個部控制系統(tǒng)的發(fā)展及其突出特點(diǎn)。論述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方分：上位機(jī)為裝有組態(tài)王軟件的ＰＣ機(jī)，下位機(jī)為智能百特儀法，同時也展示了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)較之傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的表及外圍電路組成的小系統(tǒng)。兩個部分是通過ＰＣ機(jī)中的串口優(yōu)越性和美好的發(fā)展前景。文章的最后對全文進(jìn)行了總結(jié)，并進(jìn)行通信的。其中下位機(jī)部分主要完成液位、流量信號的采集指出了進(jìn)一步的研究方向與內(nèi)容。以及控制信號的輸出；上位機(jī)部分完成對硬件的驅(qū)動與控制、數(shù)據(jù)顯示、處理與存儲及人機(jī)交互操作界面的生成。系統(tǒng)總體２計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的概述設(shè)計(jì)框圖如圖Ｉ所示：２．１計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的概念計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是一門綜合性的技術(shù)，它是自動檢測和傳刮圣至Ｈ感技術(shù)、自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)（包括軟件技術(shù)、接口技術(shù)、智能，ｔ——Ａ審?fù)ㄐ偶夹g(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、顯示技術(shù)）的綜合應(yīng)用。所謂計(jì)算機(jī)控制，＾—』計(jì)水箱刮至至ｐ儀轟、ｒ——１／算ｖ——＿１／口機(jī)就是利用傳感裝置將被監(jiān)控對象中的物理參量（如溫度、壓力、流量、液位、速度）轉(zhuǎn)換為電量（如電壓、電流），再將這些代表實(shí)ｄｊ三忙際物理參蹙的電量送入輸入裝置中轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識別的數(shù)字量，并且在計(jì)算機(jī)的顯示裝置中以數(shù)字、圖形或曲線的方式圖Ｉ系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案顯示出來，從而使得操作人員能夠直觀而迅速地了解被監(jiān)控對３．２液位流量串級控制系統(tǒng)的硬件組成象的變化過程。除此之外，計(jì)算機(jī)還可以將采集到的數(shù)據(jù)存儲該系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)和強(qiáng)大的圖形化監(jiān)控組態(tài)軟件組態(tài)王結(jié)起來，隨時進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)和顯示并制作各種報表。如果需要對合在一起，建立起具有靈活性的基于計(jì)算機(jī)的測量與控制應(yīng)用【作者簡介】周旭（１９８３一）。湖南汨羅人，碩士，助教．研究方向：自動化。７１萬方數(shù)據(jù)方案。最終構(gòu)建起滿足自己需要的系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件由以下幾個部分組成：裝有組態(tài)王軟件的計(jì)算機(jī)，福光白．特智能儀表，西門子ＭＭ４２０，液位、流量采集電路（擴(kuò)散硅壓力／液位變送器、ＬＷＧＹ型渦輪流擐計(jì)），多功能板卡（ＰＣＩ一１７１０ＨＧ）。液位：流量由擴(kuò)散硅壓力，液位變送器、ＬＷＧＹ型渦輪流量計(jì)測得，由百特儀表組成的小系統(tǒng)對液位、流量信號進(jìn)行采集、調(diào)理和轉(zhuǎn)換，然后通過ＲＳ一２３２串口將數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的組態(tài)王程序?qū)斎氲臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將結(jié)果由計(jì)算機(jī)顯示出來，同時計(jì)算機(jī)中組態(tài)王根據(jù)給定值將其送到百特儀表中利用ＰＩＤ控制算法，求出系統(tǒng)輸出信號的大小，將其送入變頻器驅(qū)動電動機(jī)，以達(dá)到控制液位、流量的作用，最終使水箱液位達(dá)到所需的值。３．２．１執(zhí)行機(jī)構(gòu)在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，必須將經(jīng)過采集、轉(zhuǎn)換、處理的被控參量（或狀態(tài)）與給定值（或事先安排好的動作順序）進(jìn)行比較，然后根據(jù)偏差來控制有關(guān)輸出部件，達(dá)到自動調(diào)節(jié)被控量（或狀態(tài)）的目的。這些輸出部件就為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而本系統(tǒng)使用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是西門子ＭＭ４２０變頻器。西門子變頻器一般包括三個部分：變頻器主體，ＢＯＰ面板，ＤＰ接口，西門子變頻器可以ＢＯＰ面板操作，可以４—２０ｍＡ控制，也可以使用ＰＲＯＦＩＢＵＳ—ＤＰ總線控制。由于本系統(tǒng)統(tǒng)一用４－２０ｍＡ信號作為控制信號，所以變頻器采用４－２０ｍＡ控制，那么要對變頻器的接線端子做一些連接。ＩＯＶ１在組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)中從“工具箱”或“圖庫”中分別選擇所需的組態(tài)圖形，構(gòu)建液位流量串級控制系統(tǒng)。所構(gòu)建的組態(tài)界面如圖４所示。圖４液位流量串級控制系統(tǒng)組態(tài)畫面３．３．２構(gòu)造數(shù)據(jù)庫整個系統(tǒng)所變量定義如表１所示。表１組態(tài)軟件中所有的變量定義序號ｌ２３４５６７８９１０參數(shù)名ＰＩＤ０ＰＶＰＩＤｌＰＶ意義過程值過程值操作值操作值設(shè)毽值設(shè)定值比鉚帶榜哥耐聞微兮時間手自動研拽比倒帶積分時間微舒時間手自動切換設(shè)備Ｂ孟ｔｅｌＢａｉｒｅ２寄存器ＲＥＡＬｌＲＥＡＬｌ變量英型Ｌ．。屯型Ｌｏ實(shí)型數(shù)據(jù)嘗型饉寫類型冠往只諍謗寫讀寫盤寫骨寫渡寫詿寫ｎ寫盤寫?zhàn)亴懷輰懻垖懹輰懀恚粒载ｉT盯ＦｌｏＡＴＦ１ＤＡＴｎＩ）ＡＴＰＩＤ０ＭｖｐｆＤｌＰＩＤ０ＰＩＤｌＢｍｅｔＢａｌｌ芭Ｂｍｔｅｌ鼢ＪＵｌ．４４ＰＡＲＡｌ４４∞蠻型Ｉ帕安型１０耍型Ｉｏ安掣ＭＶＳＰＳＰ鼢Ｒ～ｌ弼Ｂｍｔ已ＢａｎｅｌＢ卸ｌ“Ｂ自ｔｅｌＢｍｔｅｌＭｌ撼Ｒ撇１．３ｌＰＡＲＡｌｎＤ盯ＦＩ』）ＡＴｎＤ，釘’ＰＩＤ０ｐＰＩＤＯＪＤ脅Ｊ．３２３３４３∞耍型Ｌｏ套掣ｌｏ安型ｌｎ警數(shù)ＰＩＤ０ＰＩＤＯＦ１ＤＡＴＦ１ＤＡＴＦＩＤＡＴＦＩＤＡＴＦ１ＤＡＴＦ１力ＡＴＡＭＰｌＤ伴ＬＲＡＩ０Ｖ２ＡＩＮ＋３ＡｌＮ—‘兒１２１３１４ＰＩＤｌＰＩＤｌＰＩＤｌＰＩＤｌＢ甜砬Ｂａｎ也Ｂ射也Ｂ越ｔ吐升瞰１．３ｌ∞實(shí)型Ｌｏ買型Ｉ幻安型ＩＸ３整數(shù)Ｒ撇ｌ附Ｊ認(rèn)ｌＰＡＲＡｌ３２３３４３ＡＭ控一■３．３．３建立動畫連接整個系統(tǒng)所需要的鏈接如表２所示。表２組態(tài)軟件中的動畫鏈接序號ｌ圖２ＭＭ４２０模擬信號操作控制接線圖３．２．２智能儀表本系統(tǒng)所用的智能儀器為福光百特智能調(diào)節(jié)儀，為了滿足串行控制，液位流埴串級控制系統(tǒng)框圖如３所示。就需要兩臺福光百特智能調(diào)節(jié)儀，一臺內(nèi)給定智能調(diào)節(jié)儀，和一臺外給定智能凋節(jié)儀。該系統(tǒng)由２４Ｖ直流供電，可以通過ＲＳ２３２轉(zhuǎn)換器連接到計(jì)算機(jī)。國回蟊手?jǐn)_．５名稱下東籀清位顯示警１ｔ贏量要示Ｓｐ垃置按鈕Ｓｐ設(shè)置顯示功畫鏈談罐擬值墑出罐礎(chǔ)情輸出Ｊ｜蕈擬值輸入梗擬值輸出橫擬值輸出常擬值翱ｉ入槿禮值輸出表建式ｎ左站｜Ｐ∞０、、車站、ＰⅡ）ｌＰＶＰＶ２３４Ⅵ本站＿ＰＤＯ?。直菊疽粒模澳酢?、本站１ｐＤｌｍＥ站ｐｍＩ、、車站ｐＤ０ＭＶＭＶＭＶＭＶｐＰＩＩＤＤＰＰＩｌＤＤ變頻器控制副回訪調(diào)節(jié)囂輸出顯示６副回路調(diào)節(jié)器給定主回路調(diào)節(jié)囂輸出顯示＿Ｉ薹縱值輸入主回路控制ＰＩＤ０設(shè)冒的Ｐ設(shè)置按鈕主回路控制ＰＩＤ０坦冒的Ｐ顯示主回路控制ＰＤ０設(shè)置的Ｉ設(shè)冒按鈕主回路控制ＰＩＤ０設(shè)置日１ｐ顯示主叵路芝制Ｐ西Ｏ設(shè)置神Ｄ盤冒接鈕主ｂ路控制ＰｌＤ０１殳胃的Ｄ顯示副匣路擰制ＰＩＤｌ設(shè)置曠Ｐ設(shè)冒摶鈕剮岫路茬韋１｝ＰＩＤｌ矗霧的ｐ顯示鼽畫路荇剮ＰＩＥ）１設(shè)置的Ｉ設(shè)置舞鈕乳Ｆ路控制ＰＩＤｌ設(shè)冒的Ｉ顯示副叵路整利ＰＩＤＩ設(shè)冒的Ｄ堙冒辛在鏹副Ｉｎｊ路控秈ＰＩＤｌ政冒的Ｄ顯示主回路手功Ｚ攙手動摶鈕主匣路手習(xí)】坫換自動矗鈕副同路手動”拽手動按鈕副畫路手動切換自動揀鈺梗擬值輸入｛薹越值坰出嗄禮傻輸入槿戤值輸出槽扎值輔Ａ梗私值輸出＿ｌ孽矧僵｛ｆｉ入締％僵輔出１蕈焉壤輸入幢ｈ值輔出罐０：憧輸入＿｜薹擬埴翰；把掉起時鋒起對彈起時彈起耐、、車站ｐＤ０Ⅵ本站、ＰＤ０ｎ車站ｊＰＩＤ０Ｕ車站’ＰｌＤ０ｎ本站’ＰＩＤＯｉｉＩ主回路干抗。７８９１０¨１２１３１４１５流量計(jì)ｌＩ－Ｆ，ｔｉｌＬＩＴｌ０３ＦＴｌ０１十叫液位悼站、ＰＤ０、、本站－ＰⅡ）０、、車站’ＰＩＤｌ１７在站、ＰＩＤｌ、、車站ＰｌＤｌｉ左站ＰＩＤｌ圖３液位流量串級控制系統(tǒng)框圖１６１７Ｙ再站，ＰＩＤｌ、、末站ＰＤＪ”車站ＰｌＤＯ車站ＰⅡ）０’末站ＰＩＤｌ車站ＰｌＤｌ內(nèi)給定智能調(diào)節(jié)儀，地址設(shè)定為ｌ，波特率９６００ｂｐｓ。外給定智能調(diào)節(jié)儀，地址設(shè)定為２，波特率９６００ｂｐｓ。在組態(tài)軟件中名稱分別是ｂａｉｔｅＯ、ｂａｉｔｅｌ。３．３液位流量串級控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)３．３．１創(chuàng)建組態(tài)畫面１８１９２０２ｌ２２ＡＭ＝ｌＡＭ－－０ＡＭ一１ＡＭ鋤（下轉(zhuǎn)第１１９頁）萬方數(shù)據(jù)７２特點(diǎn)和教學(xué)策略，把握教材的重點(diǎn)難點(diǎn)，制作出既突出重點(diǎn)，又動畫有機(jī)結(jié)合起來展示。針對這個問題，教師在授課時就應(yīng)該解決了難點(diǎn)的富有“指導(dǎo)”作用的課件，運(yùn)用多媒體課件能夠生做到課前準(zhǔn)備要充分，利用多媒體教學(xué)實(shí)際上是對老師提出了動地實(shí)現(xiàn)不同知識點(diǎn)之間的跳轉(zhuǎn)。另外運(yùn)用多媒體能夠適時地更高的要求，要求任課老師在課下內(nèi)容準(zhǔn)備充分，并且十分熟應(yīng)用動麗效果，活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生興趣，解決了傳動板書悉。另一方面在課件制作上要求授課內(nèi)容的呈現(xiàn)方式和順序提教學(xué)中學(xué)生僅僅枯燥乏味的聽講解的狀態(tài)。另外在應(yīng)用多媒體出了高的高求，課件的內(nèi)容上既不能全部拘泥于課本也不能脫教學(xué)中能夠借助于一些三維立體的圖片形象地把書本上的文離課本太遠(yuǎn)，教師應(yīng)該針對所開專業(yè)課適時地增加一些與專業(yè)字或平面圖立體化，更加有助于解決一些設(shè)備結(jié)構(gòu)問題。相關(guān)地本專業(yè)的研究熱點(diǎn)，開闊學(xué)生的視野，拓寬思維。如何利（３）多媒體課件和板書有機(jī)的結(jié)合，互為補(bǔ)充用圖片、動畫等輔助環(huán)節(jié)能夠適時地體現(xiàn)出最佳教學(xué)效果是利在高校中，目前使用多媒體教學(xué)的多為一些中青年教師，用多媒體授課的老師所必須掌握的。比如：浮法玻璃生產(chǎn)技術(shù)一些老教師仍然使用傳統(tǒng)的板書教學(xué)，傳統(tǒng)的板書教學(xué)具有一及設(shè)備在講授到熔制過程這一塊時，可以把從工廠拍攝的一些定的親和力，教師利用口頭的講解再輔以恰當(dāng)?shù)闹w語言來講熔制的整個工藝路線和窯爐的圖片、動畫展示繪學(xué)生，讓學(xué)生解內(nèi)容是多媒體教學(xué)所無法替代的，但傳統(tǒng)的板書教學(xué)存在一能夠更加直觀地理解書本上的文字內(nèi)容，這也方便了學(xué)生就業(yè)些弊端，比如說在講授浮法玻璃專業(yè)課中窯爐部分的時候，利后對工作過程的認(rèn)知與掌握。用多媒體教學(xué)可以完整地體現(xiàn)出窯爐的三維立體結(jié)合和窯爐的實(shí)物，學(xué)生更加容易理解，這是傳統(tǒng)板書教學(xué)所達(dá)不到的效４結(jié)論果。因此把多媒體教學(xué)模式和傳統(tǒng)教學(xué)模式有機(jī)結(jié)合，互為補(bǔ)從作者教授浮法玻璃生產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)來看，應(yīng)用傳充，取長補(bǔ)短，保持一貫的親和力和肢體溝通語言，同時達(dá)到變統(tǒng)教學(xué)方式和多媒體教學(xué)方式在專業(yè)課教學(xué)上各有利弊，因此繁為簡，變難為易的目的，提高課堂效果。在專業(yè)課教學(xué)上也應(yīng)該揚(yáng)長避短，探索創(chuàng)新，把多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)的板書教學(xué)有機(jī)地相結(jié)合，采用優(yōu)勢－ｒｒ李ｂ的方式來提高專３多媒體在浮法玻璃生產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備專業(yè)課教學(xué)中業(yè)課教學(xué)的教學(xué)質(zhì)螢。既要注重板書教學(xué)的親和力及教師形體存在的問題及解決辦法語言和眼神與學(xué)生的交流，又要利用現(xiàn)代教育中多媒體能夠集雖然多媒體教學(xué)存在以上的一些優(yōu)點(diǎn)，但是它也存在一些圖、文、聲、像為一體，變抽象為形象的優(yōu)勢，使得原本枯燥乏味不足：的專業(yè)課變得更加形象、生動，便于學(xué)生對事物的理解，激發(fā)學(xué)（１）在應(yīng)用多媒體時，內(nèi)容多、信息量大，教授速度快，學(xué)生的興趣，增強(qiáng)學(xué)生的求知欲。另外，在專業(yè)課教學(xué)中要不斷總生難以完全殫解接受。多媒體教學(xué)中，教師在講解起來容易不結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)方法，與時俱進(jìn)，開拓創(chuàng)新，積極培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)自覺地加快，學(xué)生容易產(chǎn)生思維跟不上教師的思路，無法完全習(xí)的能力。改變教師的角色，不再是將知識“填鴨式”的傳授，而理解所學(xué)內(nèi)容等現(xiàn)象，從而對課程的疑問不斷增加，最終導(dǎo)致是充當(dāng)引導(dǎo)者和啟發(fā)者，讓學(xué)生通過自主探究的方式提出問喪失學(xué)習(xí)興趣。因此，教師做到內(nèi)容適量，注意控制講解速度，題、分析問題、找出方案，解決問題。總之，在專業(yè)課教學(xué)過程可以把授課的要點(diǎn)和重點(diǎn)難點(diǎn)用不同顏色的字標(biāo)出來，這樣學(xué)中，應(yīng)該尋求多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的結(jié)合點(diǎn)，提高專業(yè)課的生就更加能夠分辨講課的要點(diǎn)，而且應(yīng)控制多媒體的播放速教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，達(dá)到教書育人的目的。度，給予學(xué)生一定的思考時間和空問。（２）多媒體教案容易誘使教師照本宣科、念課件，而缺乏參考文獻(xiàn)面向?qū)W生的溝通。俗話說“眼睛是人心靈的窗口”，如果在授課【１】劉宏升，孫文策，張博．流體力學(xué)多媒體教學(xué)的探討【『】．中國校外教育，過程中缺乏了眼神的交流往往會使得整堂課顯得沉悶、單調(diào)，２００９，（８）：４５３．而學(xué)生也只是在機(jī)械地接受知識，容易出現(xiàn)疲倦、煩躁共至抵【２】文德華，李紹新，盧義剮等．電子教