基于組態(tài)王的混合機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

程歡 傅嘉治 劉愛琴

摘要：介紹了組態(tài)王軟件開發(fā)的混合機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)以組態(tài)王為上位機(jī)平臺，以PLC、智能儀表等外設(shè)為下位機(jī)，采用串口通信結(jié)構(gòu)搭建了數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)。組態(tài)靈活、畫面生動的特點(diǎn)，使組態(tài)王可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的精準(zhǔn)化和可視化。該系統(tǒng)經(jīng)試生產(chǎn)后，取得了理想的實(shí)驗(yàn)效果。

關(guān)鍵詞：組態(tài)；數(shù)據(jù)采集；計(jì)算機(jī)監(jiān)控

在火工品生產(chǎn)過程中需對各組分按配比進(jìn)行攪拌混合，最終獲得生產(chǎn)所需的原材料。部分組分易燃易爆，在混合過程中要求控制精準(zhǔn)，實(shí)時監(jiān)測混合過程，以保證混合過程安全有效的進(jìn)行。基于這種情況，有必要設(shè)計(jì)一套能夠準(zhǔn)確反映混合過程、記錄生產(chǎn)工藝參數(shù)及設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)。

1組態(tài)軟件選取及監(jiān)控結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前市面上常用的組態(tài)軟件有MCGS、組態(tài)王以及WinCC等，其中WinCC可以集中多種自動化設(shè)備和控制軟件，具有控制靈活、功能齊全等優(yōu)點(diǎn)，可拓展性最強(qiáng)大。MCGS則是國內(nèi)組態(tài)軟件中可靠性較好的產(chǎn)品，具備現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、歷史實(shí)時曲線輸出、報表輸出以及動畫顯示等特點(diǎn)。

組態(tài)王經(jīng)9年的開發(fā)優(yōu)化，具備了實(shí)用、簡單、可靠的優(yōu)點(diǎn)。目前已成為國內(nèi)組態(tài)軟件用戶使用最多的軟件，特別在航天航空領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。本文選取了組態(tài)王作為上位機(jī)的監(jiān)控平臺。按照混合工藝流程要求，監(jiān)控軟件主要分為5塊：菜單窗口、主窗口、子窗口、實(shí)時數(shù)據(jù)庫窗口以及運(yùn)行策略。主要結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖1所示。

2監(jiān)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

監(jiān)控系統(tǒng)主要由組態(tài)軟件、PLC、智能儀表以及溫度、壓力、轉(zhuǎn)速傳感器組成。其中組態(tài)王采用的是6.53版本，256點(diǎn)開發(fā)密鑰、運(yùn)行密鑰各P枚。PLC為歐姆龍CMPIA系列24路輸入+16路輸出模塊。智能儀表采用上潤多路巡檢儀。其中溫度傳感器4個：1號水箱溫度、2號水箱溫度、液壓油箱溫度以及混合鍋底溫度。壓力傳感器3個：槳葉運(yùn)轉(zhuǎn)壓力、混合鍋升降壓力以及混合鍋內(nèi)絕對壓力。轉(zhuǎn)速傳感器為槳葉轉(zhuǎn)速傳感器。

3基于組態(tài)的監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

混合機(jī)運(yùn)行過程中按照工藝要求需實(shí)時采集并記錄槳葉的轉(zhuǎn)速、運(yùn)轉(zhuǎn)壓力等工藝信息，同時還需要監(jiān)控水箱溫度、油泵運(yùn)行壓力、混合鍋位置等設(shè)備狀態(tài)信息。以便設(shè)備操作人員可以全面掌握混合機(jī)的運(yùn)行過程。

3.1組態(tài)畫面設(shè)計(jì)

在“工程瀏覽器—畫面”中分別創(chuàng)建“啟動系統(tǒng)”、“頁眉”、“系統(tǒng)流程圖”、“報表”、“混合機(jī)”、“真空熱水系統(tǒng)”、“按鈕面板”、“指示燈”8組模塊。利用組態(tài)王提供的豐富素材庫，選擇各類指示燈、文本框以及按鈕等元件。搭建美化各模塊的組態(tài)畫面。在各類元件屬性中完成對應(yīng)的命令語句，建立各畫面的邏輯關(guān)系。“混合機(jī)”組態(tài)畫面如圖2所示。

3.2動畫效果創(chuàng)建[1]

組態(tài)王中動畫主要分為兩類：一類是組態(tài)王缺省動畫效果，例如流體流動、按鈕按下彈起、指示燈亮滅等簡單動畫；第二類則是開發(fā)者繪制多幀畫面，編寫腳本文件，通過循環(huán)播放的方式來實(shí)現(xiàn)的。第二類由于是開發(fā)者結(jié)合監(jiān)控實(shí)際需求自定義的動畫，相比于第一類更能如實(shí)模擬設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。在本文中結(jié)合混合機(jī)實(shí)際的監(jiān)控需求，制作了兩組動畫。分別反映了槳葉正反轉(zhuǎn)以及混合鍋升降過程狀態(tài)。

槳葉轉(zhuǎn)動動畫主要由6幀圖片構(gòu)成，槳葉素材由SolidWorks三維建模提供，選取的是槳葉轉(zhuǎn)動一周過程中，每60度位置上，兩組槳葉的位置狀態(tài)照片。利用組態(tài)王“隱含“功能，實(shí)現(xiàn)6幀畫面依次動態(tài)顯示，最終形成槳葉正反轉(zhuǎn)的動畫效果。混合鍋升降動畫則是利用組態(tài)王“垂直移動”的功能，自定義繪制混合鍋元件，設(shè)置混合鍋元件垂直移動的范圍以及每幀移動的步長，在運(yùn)行模式下即可實(shí)現(xiàn)混合鍋的升降動畫。槳葉及混合鍋動畫創(chuàng)建如圖3所示。

3.3變量定義及腳本文件編寫

在完成了組態(tài)畫面繪制、動畫配置準(zhǔn)備工作后，為了實(shí)現(xiàn)工藝、設(shè)備參數(shù)的有序采集、顯示，需要對PLC、智能儀表與組態(tài)王的通信參數(shù)進(jìn)行配置，并對各類采集數(shù)據(jù)的名稱、格式逐一定義。監(jiān)控系統(tǒng)主要參數(shù)定義如表P所示。而各類動畫動態(tài)播放還需針對槳葉、混合鍋等元件對應(yīng)的變量進(jìn)一步處理，即腳本文件的編寫。槳葉轉(zhuǎn)動動畫、混合升降動畫對應(yīng)后臺腳本文件如表2所示。

3.4數(shù)據(jù)庫調(diào)用及報表打印

數(shù)據(jù)庫是組態(tài)軟件的核心組成部分，是聯(lián)系上、下位機(jī)的通信中樞。組態(tài)王通過外設(shè)采樣的數(shù)據(jù)經(jīng)串口通信均存儲在自身的數(shù)據(jù)庫中。完成采樣頻率、存儲有效期設(shè)定后，用戶所需的工藝、設(shè)備信息會自動存儲在上位軟件數(shù)據(jù)庫中，以供用戶后期調(diào)閱、打印。

組態(tài)王的報表功能實(shí)用而高效，用戶選擇查閱的參數(shù)名稱、日期、以及采樣頻率后，組態(tài)王可快速生成用戶所需的參數(shù)報表，打印方便。實(shí)際應(yīng)用中主要使用的報表函數(shù)一般為如下幾種[2]：

4監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試

完成了畫面繪制、變量定義、通信配置和腳本文件編寫后，本文對混合機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試和試運(yùn)行，運(yùn)行畫面如圖4所示。各類參數(shù)采樣穩(wěn)定、準(zhǔn)確，動畫形象，用戶可通過各窗口實(shí)時了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。該系統(tǒng)全面反映了現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況，降低了設(shè)備操作要求，提高了工作效率。

5結(jié)語

本文介紹了一種基于組態(tài)王的火工品混合機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)、應(yīng)用過程，詳細(xì)闡述了上位組態(tài)軟件動畫創(chuàng)建、變量定義的方法，并對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試。監(jiān)控系統(tǒng)可將現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)如實(shí)的反映到控制室。組態(tài)動畫以及各類報表、曲線的形成，簡化了設(shè)備操作過程，縮短了崗位培訓(xùn)周期，滿足了系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]劉濤，基于PLC的導(dǎo)彈發(fā)動機(jī)脫模監(jiān)控系統(tǒng)的研制[D].武漢大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005：40-51.

[2]組態(tài)王KingView65使用手冊[M].北京亞控科技發(fā)展有限公司，2004.