基于组态王的智能仪表监控系统的设计与实现*

田 涛，肖东彩，王 伟，巩鹏飞，马 伟

(银川能源学院，宁夏 永宁 750105)

随着自动控制技术的迅速发展，友好的人机接口已经成为广大工业客户的迫切需求，而在项目工程的实际设计中，如何提供一个直观、实效、稳靠的人机接口，也日益受到工程人员的高度关注［1］。当前主要有两种途径，一种是开发人员用VC++，VB 等语言编写复杂的程序从底层基础开发，开发周期较长，通用性较差;另一种是用工控组态软件进行碎片组态开发。组态软件能够避开超级深奥、专业、复杂的计算机软、硬件问题，集中精力去解决项目工程问题，依据工程项目作业的需求和特点，组态、配置出高稳靠性、高性能和高度专业化的工业监控控制系统［2］。因此，目前大多数工业项目工程都采用后者。

1 控制系统概述

基于组态王(KingView)的智能仪表监控系统设计以离心泵流量定值控制系统为例，其中流体流经管路部分是被控对象，流量是被控变量，电动调节阀是执行器，百特仪表(XMA5000)是控制器。流量控制在化工企业中是很常见的，例如进入反应器的原料量，精馏塔的进料量、采出量、回流量等均需要维持恒定。离心泵出口流量控制的目的是要将泵的Q0恒定于某一给定的数值上。当f(干扰作用)使被控变量(流量)发生变化偏离给定值时，控制器接受变差信号，进行系列运算，发出控制信号，执行器接受信号，开始相应的启闭动作，控制最终结果将使流量逐渐回到设定值［3］。整个控制系统的方案流程如图1 所示。

1.1 基于KingView 的智能仪表监控系统接线图

基于KingView 的智能仪表(XMA56UOFDRS485)监控系统接线图如图2 所示。

1.2 基于KingView 的智能仪表监控系统控制原理

1.2.1 离心泵流量定值控制系统方框图

智能仪表流量控制采用PC 监控系统，其方框图如图3所示。

图1 离心泵流量定值控制系统的方案流程图

图2 系统接线图

图3 离心泵流量定值控制系统方框图

整个监控系统由XMA56UOFDRS485 百特仪表、PC、流量变送器、流量对象、RS232/RS485 转换模块、电动执行器等组成，其中PC 起显示、记录、储存数据功能，百特仪表起控制作用。

1.2.2 离心泵流量定值控制系统原理

将流量信号经变送器转换为4～20 mA 的电流信号，然后送至XMA56UOFDRS485 百特仪表中进行PID 运算，并输出控制信号去控制现场的电动执行器开度，从而改变管路进料流量的大小，使得流量稳定到设定值上［4］。PC 通过RS232/RS485 模块通讯，基于KingView 工程实现对百特仪表的实时监控。

2 智能仪表监控系统的设计

智能仪表监控系统的组态主要包含I/O 设备的连接，数据词典的创建方法，项目工程窗口界面的编辑，图形动画链接，数据实时曲线、数据历史曲线、数据报表、用户权限管理，策略组态，脚本程序等内容［5］。

2.1 KingView 对控制器的设备组态

本设计可以实现智能仪表、组态软件以及整个系统通迅。

2.1.1 硬件设置

首先新建项目工程，接着设备选择，再选取正确的串口，组态结果如图4 所示。

图4 设备组态

2.1.2 设置串口

首先设置串口通讯参数，再双击左边窗口中的“设备”、“COM1”。设置如图5 所示。

图5 设置串口

2.2 KingView 数据变量定义

数据库是“KingView”软件的心脏部分，工业生产现场的实况要以动画的形式模拟在屏幕上，操作人员在计算机前发出的指令也要迅速送达生产现场，所有这一切都是以实时数据库为中间环节，因此称数据库是联系上、下位机的纽带［6］。

本设计软件中所有的变量定义如表1 所示。除PV 值为只读属性之外，其余均为读写属性。读写“参数号”参考仪表的通讯协议。

2.3 智能仪表监控系统主界面组态

离心泵流量定值控制系统主界面如图6 所示。

3 系统调试及PID 参数整定

本系统针对控制对象特性，运用衰减曲线法和经验凑试法采用PI 控制器进行参数整定。控制效果快速、平稳，如图7 所示。

表1 本设计软件中所有的变量定义

图6 控制系统的主界面

图7 PI 控制效果

4 结束语

基于组态王的智能仪表流量定值控制系统，采用了百特XMA5000 系列智能仪表作为控制器，并以组态王设计监控界面。该系统控制工艺流程显示直观，人机界面友好，易于操作，图形丰富形象，实时性好，运行稳定，维护成本低［7］。并且系统开发周期短，可移植性强，方便远程控制，强化了工艺管理，具有良好的工程应用价值［8］。

［1］潘海.基于组态王的水箱液位控制系统设计［J］.科技资讯，2009(9) ：52－53.

［2］王慧.基于MCGS 的液化气梭式窑操作的计算机仿真［J］.中国陶瓷工业，2000(1) ：32－34.

［3］王广云，贾玉景.变频调速技术应用与水泵流量调节［J］.煤矿机械，2007(1) ：154－156.

［4］李红萍，李艺鸿，贾秀杰，等.基于组态王的百特仪表监控系统设计［J］.工业仪表与自动化装置，2013(4) ：31－33.

［5］徐楠，童敏明，薛夫振，等.基于组态王的掘进机远程监控系［J］.煤矿机械，2010，31(11) ：70－71.

［6］张海鸥，艾辉，王桂兰.面向等离子熔积直接制造的工控组态平台自动控制系统［J］.机械与电子，2004(3) ：59－62.

［7］叶梦君，胡长晖，张先鹤，等.基于组态王的水箱液位控制系统［J］.可编程控制器与工厂自动化，2014(3) ：98－101.

［8］汤立刚.基于组态王的智能仪表温度控制系统的设计与实现［J］.山西电子技术，2013(6) ：19－20.