基于组态王的水箱液位控制系统设计与开发

2017-02-06戴鹏

数码世界 2017年1期

关键词：组态王液位水箱

戴鹏

辽宁锦州渤海大学工学院

基于组态王的水箱液位控制系统设计与开发

戴鹏

辽宁锦州渤海大学工学院

本文设计了基于组态王的水箱液位控制系统，PID控制器参数的整定运用了经验试凑法。实现了水箱液位控制系统监控。

组态王液位控制 PID

1 组态王软件简介

作为自动化软件，组态王软件是由北京有限公司生产的。本文选择的软件版本是6.5，组态王软件的组成部分主要有工程管理器、工程浏览器以及运行画面系统等。这几个部分的查看都可以通过工程浏览器实现。同时，数据库的构造也是通过这个过程实现的以及外部设备的定义工作。画面管理系统是包含在工程管理器中的，在工程管理器里面能够进行工程的创建和工程的管理。画面制作系统主要是用来进行开发画面以及实现画面的运行。

2 系统制作过程和系统界面概述

当应用程序实现编制的过程中是通过组态王画面实现的，系统的制作的整个过程中需要考虑的因素主要涉及到了几个层次。首先是图形。要考虑用户所期望的界面图形是什么样的、这就意味着如果通过抽象的图形画面对现实中的设备以及现场进行模拟实现。其次是数据。工控对象中的所以属性如果通过数据的方式进行性阐述。这表明需要进行数据库的设计。而且工控对象中的所有属性都是通过该数据库中的变量进行描述的。最后就是所谓的连接。如何将数据以及图形界面里面的相关图素进行连接，指的是通过采取特定的一种动画对现场中的设备进行模拟。而且还需要涉及到控制设备的输入指令如何进行控制。

控制的核心是PLC，也就是所谓的可编程序控制器，PLC在基于组态王的水箱液位控制系统中充当着重要的核心作用，其中系统中的组成主要是包括了储水箱、以及水箱和电动调节阀等器件。液位控制系统工艺流程图如图1所示。

图1 液位控制系统工艺流程图

水介质的压头是通过泵P101向储水箱中获取。水介质会通过电动调节阀FV101从而排入到水箱V101里面，接着在形成水循环的过程中会重新回到储水箱中，而且这个过程需要借用手阀QV101的作用。

3 建立液位监控系统主画面

启动水泵以及停止的实现是通过液位监控系统中的界面实现的，在这个过程中需要对水箱中的V101液位进行设置，同时还能够将水流中的回路情况动态显示出来，从而可以更加直观地查看到所有参数如何发生改变的，根据采集到的数据并且对数据进行处理，最终可以达到人机对话的目的，监控水箱液位的情况。建立这个液位监控的过程如下。先是将系统中的组态王环境打开，并且名字命名为水箱液位监控系统，同时将存盘的相应路径给出。主界面的设计实现是通过画图工具以及组态王中的图库辅助工具实现的，在软件的界面中选择画面，点击新建图标，此时会出现对话框，输入名字为“液位控制系统”。接着，根据画面中的编辑命令，从而，采用工具栏中的很多工具将储水箱以及水箱V101制作出来，在主画面中放置从图库里面选出的传感器、阀门、调色板以及水泵等。最终，通过折线连接的形式将主界面中的器件上连接起来，点击保存，最终形成回路，其中所设计出来的主画面如图2所示。

4 定义数据

调节水箱液位控制系统中的外部设备选择的是XL类仪表，通信的连接选择的是RS-485，定义外部设备以后，就能够看到外部设备baite()。同时建立起上位机组态王以及该外部设备之间的通信，从而有助于对控制系统中的I/O变量进行调节。组态王中的最重要的部分是数据库，当运行系统的过程中，屏幕中就会显示出现场的真实情况，以及运行的动画情况等，现场会收到操作者的指令，这整个实现的过程是以数据库为基准的。连接外部设备与上位机组态王的关键是数据库。“数据词典”中定义的是数据库中所有的变量集合。而且某些可能全部的用户都会用到的数据变量也是定义在数据词典中。系统中定义的变量如表1所示。

表1 系统中定义的变量

4.1 数据变量定义

数据库在组态王的领域中起到了核心的作用，通过数据库实现交换数据以及处理数据，数据库可以连接上位机以及下位机。数据库的基本单元是数据变量。而数据词典中保存的是所有的数据变量的集合。

4.2 动画连接

该部分实现的是连接动画，液位监控系统中的图形画面是保持静止的，通过动画连接可以更加具体地将工业现场中的真实情况显示出来。动态连接的实现，主要是需要建立起画面图素以及数据库变量之间的联系，而且还需要将动画的属性设置出来。当运行该监控系统的时候，采集数据变量的值从而将图形的对象的变化情况以及外观情况都显示出来。最终达到监控动画的目的。动画连接图如图2所示。

图2 动画连接

4.3 曲线显示

为了显示水箱液位中的数据以及对数据管理，就需要进行趋势曲线建立。其中关于趋势曲线具体的可以分为2种：历史趋势曲线以及实时趋势曲线。其中的实时趋势曲线应用场合主要是将采集数据的变化进行实时地显示，然而时间轴是无法实现回卷的，而且历史的数据信息也是不可以查阅到。变量的历史数据趋势图的主要目的是将变量显示出来，同时数据变量的相关历史变化规律也会呈现在曲线中。通过水箱液位监控系统的趋势曲线能够看出，蓝色的线表示的是设定的值SP，而红色的线表示是测量值PV，而且还可以定义曲线以及标识。定义以及关联变量的曲线显示如图3所示。

图3 实时趋势曲线图

5 系统测试及结果分析

将水箱液位监控系统中的模式进行切换，当模式是自动的时候，SP值的设置能够按照现场的局面实现，PID控制器中参数的设置需要通过经验试凑法设置，而且确保系统所测量的结果值PV和系统中设定的值SP是相等或者是约等于的。通过多次地对PID控制参数进行调试的时候，从而得出系统中所需要的PID参数有PID_P等于1，PID_I等于20s，PID_D等于10s。在水箱液位监控系统的性能测试过程中，刚开始的时候液位所设置的值是等于50cm，接着对水箱V101液位变化进行观察，具体的实时趋势曲线如图4所示，图中的设置值SP是用蓝色线为表示的，而其中的测量值PV是用红色线表示的。在图中还能够得出，当系统的超调量比较小、而且控制精度不是很高的时候，就能够实现稳定地控制液位。