基于组态王对双储液罐的自动控制系统的设计
前 言
随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化 的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，传统的工业控 制软件已无法满足用户的各种需求。在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦 有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长；已开发成功的工控软件又 由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软 件的源程序时，倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须同其他人员或新手进行 源程序的修改，因而更是困难。通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题 提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用 户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。组态控制 技术作为计算机控制技术发展的产物，其先进性和实用性已经被工业现场的广大技术人员 认可并得到广泛应用。组态软件适用于许多工业领域，因为其功能强大而倍受青睐。
一．本课题研究的背景
双储液罐水位控制系统被控对象由上、下两个储液罐组成，上、下水位和温度分辨经 2 个压力变送器和温度变送器检测后，通过安装在出水管网上的远传压力传感器将压力信 号转化为 4-20mA 的标准信号送入 ，经 PID 运算与给定压力参数进行比较，得出调节参 数，送给变频器，由变频器控制水泵转速，调节系统供水量，使系统的供水管网压力保持 在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过 控制器加泵。根据用户用水量 的大小来控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。当供水负载变化 时，输入电机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以压力设定值为基准的闭环控制系 统。
二．组态软件的介绍
组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一 级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统 监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议， 并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。组态（configuration）意思就是模块的任意组 合，采用组态技术构成的计算机系统在硬件设计上，除采用工业 PC 机外，系统大量采用 各种成熟通用的 I/O 接口设备和现场设备，基本不再需要单独进行具体电路设计。这不仅 节约了硬件开发时间，更提高了工控系统的可靠性。在软件设计上由于采用成熟的工控开 发的工具软件，它为用户提供了多种通用工具模块，用户不需要掌握太多的编程语言技术
（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能。 工控组态软 件集成了图形技术、人机界面技术、数据库技术、控制技术、网络与通信技术，使控制系 统开发人员不必依靠某种具体的计算机语言，只需通过可视化的组态方式，就可完成监控 程序设计，降低了监控程序开发的难度。组态软件均具有良好的扩展性、兼容性，软件结 构开放，可接受各种形式的数据格式。同时，支持的硬件类型也十分广泛。工控组态软件 的出现，使得大型工业控制系统的组态编程变得十分得简单、容易，工程设计人员不用再 设计那些复杂的应用程序（如 I/O driver 等）。工控组态软件的功能包括数据库生成、历史 库生成、图形生成、报表生成、顺序控制功能、连续调节功能。
第一章 双储液罐水位控制系统简介
1.1 双储液罐水位控制系统的概述
本系统是基于组态软件研发的系统。主要使用工控机和组态软件，研祥 PCL-818 接口 卡，DO 通道用 PCLD-9138 带两个 20 芯电缆插头的螺钉端子板 ，AI 通道用 PCLD-780 通用 螺丝终端板卡,为数据采集卡的 20 管脚的平板电缆连接器提供方便和可靠的信号配线，两 个压力变送器，循水泵，调节阀，出水阀等主要器件组成。利用组态软件控制整个系统， 使它能够通过两个扩散硅压力变送器进行即时的水位检测。并且利用循环泵和四个电磁阀 控制双罐水位，而且将下水罐的水温控制在给定值，当水位超出设定值时能自动启动关水 阀。在这里利用组态软件的采集数据的功能，对水罐的水位进行实时监控，通过实际的数 字和图表反映出现在的水位状况，生成水位参数的实时报表和历史报表。运行中，能人工 输入水位给定值，并且具有手动控制和自动控制两种功能，可以在环境比较恶劣的条件下 继续工作。
1.2 双储液罐水位控制系统发展现状
水位是生活、工业生产当中经常遇见的控制参数，它具有明显的大惯性、变参数、非 线形特征。在生产领域，水位的控制是较为关键的控制部分，传统的双储液罐水位控制系 统普遍采用继电器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制，使控制系统的体积 增大，耗电多，效率不高且易出故障。随着计算机控制技术的发展，传统继电器控制技术 必然被基于计算机技术而产生的组态控制技术所取代。而组态技术本身优异的性能使基于 组态控制的水位控制技术系统变得经济、高效、稳定且维护方便。这种水位控制系统对改 造传统的继电器控制系统具有相当的意义。建立快速稳定的数据传输通道，保证水位数据 信息的实时性和准确性保证系统能够高度可靠地实施和运行。在保障水位测量功能的基础 上，优化系统，降低系统费用。
1.3 系统的改进、节能运行技术的意义
为了预防事故，为及时进行水位决策提供大量可靠的数据和资料，需要实时准确地监 测现场的水位。目前，许多水位控制系统仍采用人工方法。该方法存在数据测量难以准确 监测、实时性不强等问题。为了实时准确监测水位，现采用一种基于组态软件的双储液罐 水位控制系统。该系统以计算机为控制核心，利用组态软件实现在线监测，一次投入少， 运营成本低，运行可靠，抗干扰能力强等优点，实现了远程监测, 同时能实现无人值守功
能。
本文在提出总体设计方案的基础上，完成了系统的硬件和软件设计，应用程序的编写 及调试，经实际运行验证，取得了满意的效果。目前的测试结果而结合远程监控的优势， 具有较强的实用性。
本系统的任务是在掌握了水位控制系统的基本组成原理的同时，并能掌握结合工程实 际，根据生产设备所提出的技术指标组成，选择控制系统结构的思路和方法；另一方面在 掌握水位手动控制和水位自动控制的思想上，能合理正确地选择和整定系统的硬件、软件 的方法和手段。在信号检测电路和水位控制电路的实现上，既掌握目前的普及应用技术和 正在发展的新技术，也掌握了智能功率集成电路、模拟电路以及目前应用广泛的各类器件 及由这些器件组成的系统。能从工程实用的角度提出问题、分析问题和解决问题，通过本 课题的学习，能胜任对电气传动控制系统的使用、维护和管理的工作。
参考文献
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