基于組態(tài)技術(shù)的干燥設(shè)備控制系統(tǒng)

師玉寶，張志福

（青海大學(xué) 化工學(xué)院，西寧 810016）

基于組態(tài)技術(shù)的干燥設(shè)備控制系統(tǒng)

師玉寶，張志福

（青海大學(xué) 化工學(xué)院，西寧 810016）

0 引言

干燥設(shè)備廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，如化工、制藥、食品等行業(yè)，其涵蓋行業(yè)之廣泛、用戶數(shù)量之多是其他任何單元所無法比擬的。由于干燥過程是一種復(fù)雜、時(shí)變，非線性的工業(yè)過程[1]，其運(yùn)行穩(wěn)定性往往較差。過去，設(shè)備操作主要采用傳統(tǒng)控制技術(shù)，不能有效地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，許多領(lǐng)域都引入了計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)與控制技術(shù)，而且對(duì)計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的要求也越來越高，各種靈活的組態(tài)軟件應(yīng)運(yùn)而生，并且被越來越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的控制中。本文將以洞道式干燥設(shè)備為基礎(chǔ)，采用模糊PID溫度控制，并利用MCGS 組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)干燥設(shè)備的計(jì)算機(jī)控制，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作技術(shù)得以提高。

1 MCGS組態(tài)軟件介紹

MCGS (Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統(tǒng))是一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它為用戶提供了從設(shè)備驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、流程控制、動(dòng)畫顯示、報(bào)警和安全機(jī)制等解決實(shí)際工程問題的完整方案和操作工具[2]。能夠在基于Microsoft（各種32位Windows平臺(tái)上）運(yùn)行，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫顯示、報(bào)警處理、流程控制、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案，它充分利用了Windows圖形功能完備、界面一致性好、易學(xué)易用的特點(diǎn)，是一全中文可視化組態(tài)開發(fā)界面。目前，圖形化軟件開發(fā)環(huán)境，被越來越多的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的控制中。

2 干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)組成

2.1 干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)

干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)流程如圖1所示。

圖1 設(shè)備流程

設(shè)備采用玻璃視鏡門以方便觀察風(fēng)道內(nèi)物料的干燥過程。工作時(shí)，空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)和三組功率分別為1Kw的電加熱器加熱后進(jìn)入干燥室對(duì)物料進(jìn)行干燥。設(shè)備可測(cè)定在恒定干燥條件（即熱空氣溫度、濕度、流速不變、物料與氣流的接觸方式不變）下的濕物料干燥曲線和干燥速率曲線，測(cè)定該物料的臨界濕含量。設(shè)備運(yùn)行主要是通過檢測(cè)空氣進(jìn)口溫度和進(jìn)風(fēng)量，控制風(fēng)量及進(jìn)口溫度恒定后，根據(jù)稱重傳感器檢測(cè)出的濕物料重量變化和干、濕球溫度量測(cè)定、繪制出干燥曲線和干燥速率曲線。

2.2 系統(tǒng)組成

干燥設(shè)備以一臺(tái)通用PC機(jī)、一塊數(shù)據(jù)采集卡、微軟WINXP操作系統(tǒng)和先進(jìn)的MCGS嵌入式組態(tài)軟件為核心，加上溫度、壓力、稱重、信號(hào)調(diào)理及光耦輸出電路等外圍器件構(gòu)成, 如圖2所示。系統(tǒng)中三個(gè)溫度點(diǎn)的檢測(cè)采用分度號(hào)為J型0OC-400OC熱電偶，輸出的mV信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路放大調(diào)理成1-5VDC電壓信號(hào)送至數(shù)據(jù)采集卡的相應(yīng)A/D口；同樣，進(jìn)入干燥室的空氣流量及物料重量經(jīng)放大調(diào)理后也送入數(shù)據(jù)采集卡的相應(yīng)A/D口。數(shù)據(jù)采集卡采用的是中泰PCI-8333卡，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集卡與信號(hào)調(diào)理、相應(yīng)傳感器件及光耦隔離輸出電路連接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，然后經(jīng)過組態(tài)實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面將干燥流程過程進(jìn)行模擬動(dòng)態(tài)顯示，并可通過報(bào)表、曲線等形式將檢測(cè)過程所需的物料重量、溫度數(shù)據(jù)和干燥曲線等顯示出來。

圖2 系統(tǒng)組成

3 MCGS組態(tài)的實(shí)現(xiàn)

MCGS組態(tài)環(huán)境的工作臺(tái)有五個(gè)功能窗口[2]，按照設(shè)計(jì)需求和完成的工作目標(biāo)，可依次在這幾個(gè)功能窗口中進(jìn)行編程。限于篇幅，這里僅就系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行說明。

3.1 設(shè)備窗口的組態(tài)

設(shè)備窗口是MCGS軟件的重要組成部分，負(fù)責(zé)建立系統(tǒng)與外部硬件設(shè)備的連接，使得MCGS能從外部設(shè)備讀取數(shù)據(jù)并控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。創(chuàng)建設(shè)備的方法是在設(shè)備窗口中使用設(shè)備構(gòu)件工具，打開“設(shè)備管理”項(xiàng)中“采集板卡”內(nèi)容，找到相應(yīng)的中泰板卡將設(shè)備驅(qū)動(dòng)裝入系統(tǒng)。然后，根據(jù)自己設(shè)定的I/O通道進(jìn)行通道連接和設(shè)備調(diào)試。

3.2 主控窗口的組態(tài)

主控窗口是負(fù)責(zé)和調(diào)度系統(tǒng)程序運(yùn)行的主窗口，也是組態(tài)工程結(jié)構(gòu)的主框架。在這個(gè)窗口中主要構(gòu)建了系統(tǒng)操作的菜單系統(tǒng)、系統(tǒng)功能按鈕、各種檢測(cè)參數(shù)的顯示以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線的繪制窗口，界面如圖3所示。在這個(gè)窗口中，各種操作功能、數(shù)據(jù)處理及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄等操作都是通過調(diào)用相應(yīng)的運(yùn)行策略程序模塊實(shí)現(xiàn)的。

圖3 主控窗口

3.3 稱重除皮、溫度值及溫度PID控制參數(shù)設(shè)定組態(tài)

稱重除皮、干燥室溫度設(shè)定值及主控窗口中干燥曲線的坐標(biāo)設(shè)定均組態(tài)在一個(gè)用戶窗口里，實(shí)驗(yàn)者根據(jù)實(shí)際要求可對(duì)這幾個(gè)量進(jìn)行任意設(shè)定；干燥室的溫度采用PID控制，其算法使用增量形式，為

PID三個(gè)參數(shù)中kp、kI、kD對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能影響非常大，如果選擇合適，可使系統(tǒng)的各方面精度都非常高；相反，如果選擇不恰當(dāng)，甚至?xí)瓜到y(tǒng)趨于不穩(wěn)定，從而失去控制。而且，參數(shù)的選擇沒有固定的公式，一般都是憑經(jīng)驗(yàn)來選擇。因此，PID參數(shù)的設(shè)定放在獨(dú)立用戶窗口進(jìn)行組態(tài)，并設(shè)置了使用權(quán)限，一般由管理人員或相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行整定和修改。

3.4 報(bào)表和數(shù)據(jù)記錄功能說明

在工程應(yīng)用中，大多數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)需要對(duì)設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存盤，統(tǒng)計(jì)分析，并根據(jù)實(shí)際情況打印出數(shù)據(jù)報(bào)表。所謂數(shù)據(jù)報(bào)表就是根據(jù)實(shí)際需要以一定格式將統(tǒng)計(jì)分析后的數(shù)據(jù)記錄顯示和打印出來，如：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表。數(shù)據(jù)報(bào)表在工控系統(tǒng)中是必不可少的一部分，是數(shù)據(jù)顯示、查詢、分析、統(tǒng)計(jì)、打印的最終體現(xiàn)，是整個(gè)工控系統(tǒng)的最終結(jié)果輸出；數(shù)據(jù)報(bào)表是對(duì)生產(chǎn)過程中系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象的狀態(tài)的綜合記錄和規(guī)律總結(jié)。在干燥設(shè)備中對(duì)溫度的記錄分析也很重要?？煞譃閷?shí)時(shí)報(bào)表、歷史報(bào)表、實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線。

3.4.1 實(shí)時(shí)報(bào)表

實(shí)時(shí)報(bào)表是對(duì)瞬時(shí)量的反映，通常用于將當(dāng)前時(shí)間的數(shù)據(jù)變量按一定報(bào)告格式（用戶組態(tài)）顯示和打印出來。這里的實(shí)時(shí)報(bào)表是指在主控窗口里通過MCGS系統(tǒng)的實(shí)時(shí)曲線構(gòu)件來組態(tài)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示物料干燥的變化。

3.4.2 歷史報(bào)表

歷史報(bào)表通常用于從歷史數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)記錄，并以一定的格式顯示歷史數(shù)據(jù)。這里的歷史報(bào)表是將本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果數(shù)據(jù)以表格的形式記錄下來提供給實(shí)驗(yàn)者,同時(shí)可以進(jìn)行打印。

4 結(jié)束語

利用MCGS組態(tài)軟件編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)干燥設(shè)備的控制和檢測(cè)結(jié)果的獲取，其開發(fā)過程簡(jiǎn)單靈活，尤其開發(fā)出的動(dòng)態(tài)界面和多樣化的數(shù)據(jù)瀏覽等功能非常豐富。經(jīng)投入運(yùn)行，系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)控制任務(wù)和功能，操作界面友好，便于操作；而且提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)具有推廣價(jià)值。

[1]我國(guó)干燥設(shè)備的技術(shù)現(xiàn)狀及未來趨勢(shì)[EB/OL]. html/1015/20081128/analysis_150626_762.shtml,2008-11-28.

[2]張文明,劉志軍.組態(tài)軟件控制技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.

[3]劉彬,譚建平,黃長(zhǎng)征.一種改進(jìn) PID 控制算法的研究與應(yīng)用[J].微計(jì)算機(jī)信息,2008,23(6):15-17.

Technology-based configuration control system for drying equipment

SHI Yu-bao, ZHANG Zhi-fu

針對(duì)干燥設(shè)備的原理、結(jié)構(gòu)與所需實(shí)現(xiàn)的功能，基于 MCGS組態(tài)技術(shù)開發(fā)設(shè)計(jì)了一控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由工控組態(tài)軟件、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、相應(yīng)傳感器件及干燥裝置組成，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊、使用靈活、操作界面友好，經(jīng)投入使用效果良好。

MCGS；組態(tài)軟件；干燥設(shè)備；數(shù)據(jù)采集卡；溫度；稱重

師玉寶（1967－），男，河南人，副教授，研究方向?yàn)樽詣?dòng)控制與工程。

TP273

A

1009-0134(2010)06-0111-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.06.38

2009-10-28

青海大學(xué)中青年科研基金項(xiàng)目（2009-QG-14）