基于組態王的水箱液位控制系統設計與開發

戴鵬

遼寧錦州渤海大學工學院

基于組態王的水箱液位控制系統設計與開發

戴鵬

遼寧錦州渤海大學工學院

本文設計了基于組態王的水箱液位控制系統，PID控制器參數的整定運用了經驗試湊法。實現了水箱液位控制系統監控。

組態王 液位控制 PID

1 組態王軟件簡介

作為自動化軟件，組態王軟件是由北京有限公司生產的。本文選擇的軟件版本是6.5，組態王軟件的組成部分主要有工程管理器、工程瀏覽器以及運行畫面系統等。這幾個部分的查看都可以通過工程瀏覽器實現。同時，數據庫的構造也是通過這個過程實現的以及外部設備的定義工作。畫面管理系統是包含在工程管理器中的，在工程管理器里面能夠進行工程的創建和工程的管理。畫面制作系統主要是用來進行開發畫面以及實現畫面的運行。

2 系統制作過程和系統界面概述

當應用程序實現編制的過程中是通過組態王畫面實現的，系統的制作的整個過程中需要考慮的因素主要涉及到了幾個層次。首先是圖形。要考慮用戶所期望的界面圖形是什么樣的、這就意味著如果通過抽象的圖形畫面對現實中的設備以及現場進行模擬實現。其次是數據。工控對象中的所以屬性如果通過數據的方式進行性闡述。這表明需要進行數據庫的設計。而且工控對象中的所有屬性都是通過該數據庫中的變量進行描述的。最后就是所謂的連接。如何將數據以及圖形界面里面的相關圖素進行連接，指的是通過采取特定的一種動畫對現場中的設備進行模擬。而且還需要涉及到控制設備的輸入指令如何進行控制。

控制的核心是PLC，也就是所謂的可編程序控制器，PLC在基于組態王的水箱液位控制系統中充當著重要的核心作用，其中系統中的組成主要是包括了儲水箱、以及水箱和電動調節閥等器件。液位控制系統工藝流程圖如圖1所示。

圖1 液位控制系統工藝流程圖

水介質的壓頭是通過泵P101向儲水箱中獲取。水介質會通過電動調節閥FV101從而排入到水箱V101里面，接著在形成水循環的過程中會重新回到儲水箱中，而且這個過程需要借用手閥QV101的作用。

3 建立液位監控系統主畫面

啟動水泵以及停止的實現是通過液位監控系統中的界面實現的，在這個過程中需要對水箱中的V101液位進行設置，同時還能夠將水流中的回路情況動態顯示出來，從而可以更加直觀地查看到所有參數如何發生改變的，根據采集到的數據并且對數據進行處理，最終可以達到人機對話的目的，監控水箱液位的情況。建立這個液位監控的過程如下。先是將系統中的組態王環境打開，并且名字命名為水箱液位監控系統，同時將存盤的相應路徑給出。主界面的設計實現是通過畫圖工具以及組態王中的圖庫輔助工具實現的，在軟件的界面中選擇畫面，點擊新建圖標，此時會出現對話框，輸入名字為“液位控制系統”。接著，根據畫面中的編輯命令，從而，采用工具欄中的很多工具將儲水箱以及水箱V101制作出來，在主畫面中放置從圖庫里面選出的傳感器、閥門、調色板以及水泵等。最終，通過折線連接的形式將主界面中的器件上連接起來，點擊保存，最終形成回路，其中所設計出來的主畫面如圖2所示。

4 定義數據

調節水箱液位控制系統中的外部設備選擇的是XL類儀表，通信的連接選擇的是RS-485，定義外部設備以后，就能夠看到外部設備baite()。同時建立起上位機組態王以及該外部設備之間的通信，從而有助于對控制系統中的I/O變量進行調節。組態王中的最重要的部分是數據庫，當運行系統的過程中，屏幕中就會顯示出現場的真實情況，以及運行的動畫情況等，現場會收到操作者的指令，這整個實現的過程是以數據庫為基準的。連接外部設備與上位機組態王的關鍵是數據庫。“數據詞典”中定義的是數據庫中所有的變量集合。而且某些可能全部的用戶都會用到的數據變量也是定義在數據詞典中。系統中定義的變量如表1所示。

表1 系統中定義的變量

4.1 數據變量定義

數據庫在組態王的領域中起到了核心的作用，通過數據庫實現交換數據以及處理數據，數據庫可以連接上位機以及下位機。數據庫的基本單元是數據變量。而數據詞典中保存的是所有的數據變量的集合。

4.2 動畫連接

該部分實現的是連接動畫，液位監控系統中的圖形畫面是保持靜止的，通過動畫連接可以更加具體地將工業現場中的真實情況顯示出來。動態連接的實現，主要是需要建立起畫面圖素以及數據庫變量之間的聯系，而且還需要將動畫的屬性設置出來。當運行該監控系統的時候，采集數據變量的值從而將圖形的對象的變化情況以及外觀情況都顯示出來。最終達到監控動畫的目的。動畫連接圖如圖2所示。

圖2 動畫連接

4.3 曲線顯示

為了顯示水箱液位中的數據以及對數據管理，就需要進行趨勢曲線建立。其中關于趨勢曲線具體的可以分為2種：歷史趨勢曲線以及實時趨勢曲線。其中的實時趨勢曲線應用場合主要是將采集數據的變化進行實時地顯示，然而時間軸是無法實現回卷的，而且歷史的數據信息也是不可以查閱到。變量的歷史數據趨勢圖的主要目的是將變量顯示出來，同時數據變量的相關歷史變化規律也會呈現在曲線中。通過水箱液位監控系統的趨勢曲線能夠看出，藍色的線表示的是設定的值SP，而紅色的線表示是測量值PV，而且還可以定義曲線以及標識。定義以及關聯變量的曲線顯示如圖3所示。

圖3 實時趨勢曲線圖

5 系統測試及結果分析

將水箱液位監控系統中的模式進行切換，當模式是自動的時候，SP值的設置能夠按照現場的局面實現，PID控制器中參數的設置需要通過經驗試湊法設置，而且確保系統所測量的結果值PV和系統中設定的值SP是相等或者是約等于的。通過多次地對PID控制參數進行調試的時候，從而得出系統中所需要的PID參數有PID_P等于1，PID_I等于20s，PID_D等于10s。在水箱液位監控系統的性能測試過程中，剛開始的時候液位所設置的值是等于50cm，接著對水箱V101液位變化進行觀察，具體的實時趨勢曲線如圖4所示，圖中的設置值SP是用藍色線為表示的，而其中的測量值PV是用紅色線表示的。在圖中還能夠得出，當系統的超調量比較小、而且控制精度不是很高的時候，就能夠實現穩定地控制液位。

圖4 實時趨勢曲線

結語：應用程序的建立用的軟件是組態王軟件，具體的實現過程總結為：先是對圖形的界面設計。設備的定義。數據庫的建立與設計。動畫連接的設計。最后就是進行運行調試。本文針對這些情況進行了分析。

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