基于组态王潮浪水槽控制系统的研发

周建炯

(浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

现代计算机测控系统的功能已越来越强大,除了完成基本的数据采集和控制功能外,还具有与管理层交换数据和为操作人员提供灵活方便的人机界面等功能,同时要求计算机测控系统规模能随着科研生产规模的变化而变化,计算机测控系统的应用软件有很强的开放性和灵活性,于是组态软件便应运而生。组态是指通过应用软件中提供的工具、方法,完成工程中某一具体任务的过程。通用组态软件目前发展很快,国外开发的组态软件有如In-Touch、FIX/iFIX、WinCC、Lookout等。国产工控组态软件则以三维力控Forceconterl、北京亚控组态王(Kingview)、北京昆仑MCGS等[1]。

1 “组态王软件”介绍[2]

“组态王软件”是一种通用的工业监控软件,它融过程控制设计、现场操作以及资源管理于一体,将一个单位内部的各种系统、应用以及信息汇集在一起,实现最优化管理。它基于Microsoft Windows 2000/NT/XP操作系统。采用组态王软件开发系统测控工程,可以极大地增强用户的科研生产测控能力及提高效率。它不但可以用于单一设备的测控管理和故障诊断,还可运用于网络结构分布式测控系统的开发。组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统3部分组成。工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理,对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复等;工程浏览器是一个工程开发设计工具,用来定义相关设备及变量、创建画面、动画链接、编写命令语言等;运行系统是一个工程运行界面,从控制和采集设备中交换数据,并可以显示动态画面,实现人机互动。

2 潮浪水槽控制系统概述[3]

研发的潮浪水槽控制系统,用于长60 m,宽4 m,高1.2 m的潮浪水槽中,该水槽两头共有54台多级抽水泵,分别为1,2,4,8,18,56 L(每级都应有足够多的水泵),按照上述6级水泵不同组合,系统可以产生设计所需要的流量,模拟天然涌潮的涨潮过程,控制并采集模型的涌潮高度和涌潮流速等物理量。系统的水位由波高仪控制。

3 控制系统设计[4]

首先按“组态王软件” 的规则创建 《潮浪水槽控制系统》,在该系统中,把进水泵控制、出水泵控制、各组流量和初始水位控制等4个控制采集模块,放在主画面中进行设计,在主画面中可以灵活控制各模块的运行情况 (见图1)。

图1 控制系统主画面图

3.1 定义设备和变量

在系统设计中,首先要对外部设备进行定义,即通过组态王中的 “设备配置向导”来定义外部设备。本系统主要定义了2块研华板卡,一块是PCL722开关量输入输出板卡,一块是PCL818L数据采集板卡。其次为了实现外部设备与组态王数据交换,还需要定义变量,本系统共定义了44个变量,其中35个开关量输出变量,8个内存变量,1个数据采集变量,还包括系统本身内存变量。

3.2 设计组态画面

《潮浪水槽控制系统》除了设计主画面外,还根据系统需要设计了4个分画面:进水泵开关控制画面和出水泵开关控制画面,主要用来控制潮浪水槽中的进水和出水;各组流量运行画面可以根据模型试验的要求,选择某一组流量来模拟模型中涌潮高度和涌潮流速等物理量;初始水位控制画面来自动控制模型试验前所需的初始水位(见图2)。

图2 初始水位控制画面图

3.3 建立动画连接

系统建立了水泵开与关状态的动画连接。首先把35个水泵对象与变量“开关量输出”连接起来;其次建立各组流量运行的动画连接;最后建立初始水位控制的动画连接,该画面主要是建立“实时趋势曲线”控件动画连接,在曲线定义中,将曲线1与变量波高本站点连接起来就可以了。这样模型现场的数据,比如水泵的开与关、水位的高和低、流量的大小等,都可以通过板卡的I/O接口,形象地反映到各个画面中来。

3.4 编写命令语言

对于流量的选择及计时控制需要采用数据改变命令语言来实现,在组态王软件中选择数据改变命令语言,在“变量 [.域]” 文本框中输入 “\本站点＄秒”,依据不同流量下涌潮的行进速度设定若干个时间段,再用若干个水泵在设定时间段内开与关的排列组合,达到在比尺模型中模拟钱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语言来实现,在组态王软件中选择事件命令语言,当水槽中的水位大于设定的初始水位再加上1 mm时 ,水槽下游的水泵开启,将水从水槽中抽出,以降低水槽中的水位;当水槽中的水位小于设定的初始水位再减去1 mm时,水槽上游的水泵开启,将水抽进水槽中,以抬升水槽中水位。

4 结 语

在潮浪水槽控制系统研发过程中,以组态王6.53软件作为开发平台,由于充分利用软件资源,不仅缩短了系统的研发周期,而且降低了成本。该系统已经成功应用于钱塘江强涌潮区排桩式丁坝设计关键技术研究及示范工程等研究课题的物理模型试验中。经过2 a来的运行证明,系统稳定可靠,能够对潮浪水槽工作流程进行自动控制和交互处理,基本上达到了预期的效果。

[1]北京亚控科技发展有限公司.组态王6.5使用手册 [R].北京:北京亚控科技发展有限公司,2004.

[2]林洁.基于组态王的FM S监控系统的设计[J].机械制造与自动化,2010(02):124-125.

[3]邵盛伟,李志永,王瑞锋,等.基于GENIE组态软件的水沙控制和数据采集系统研究 [J].浙江水利科技,2006(02):11-12.

[4]刘思博,田敏,李江全,等.组态软件数据采集与串口通信测控应用实战[M].北京:人民邮电出版社,2010.