基于組態(tài)王的遠(yuǎn)程PID控制系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)驗(yàn)研究
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工業(yè)現(xiàn)場中大部分的控制系統(tǒng)的控制器是PID控制器，其PID參數(shù)的整定需要一定的控制理論知識和豐富的經(jīng)驗(yàn)。對于現(xiàn)場缺乏自動化技術(shù)人員的企業(yè)，其PID參數(shù)往往遠(yuǎn)離最優(yōu)值。PID參數(shù)的優(yōu)劣直接影響著生產(chǎn)質(zhì)量。為了改變生產(chǎn)中的這種不利狀況，開發(fā)一個遠(yuǎn)程PID參數(shù)整定系統(tǒng)，顯得非常必要。在實(shí)驗(yàn)室中并不具備靈活的可變的控制對象，故本系統(tǒng)的開發(fā)選用了NI虛擬儀器LabVIEW軟件構(gòu)建控制對象。在實(shí)驗(yàn)室中，以構(gòu)建一個PID控制器的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)為例，在LabVIEW上的實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，研究控制效果。
2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)簡介
系統(tǒng)中PID控制器作為下位機(jī)，并通過其自帶的串口通信功能連接到上位機(jī)，即工控計算機(jī)的COM口上。PID控制器的輸出接到DAQ采集卡上，把控制信號傳入工控計算機(jī)中，作用于虛擬儀器LabVIEW中的虛擬對象。經(jīng)過計算，將虛擬對象的響應(yīng)，即反饋信號通過DAQ采集卡輸出到PID控制器中，如此在實(shí)驗(yàn)室中形成簡單閉環(huán)控制系統(tǒng)。在圖1中，具體表現(xiàn)為AI518PID控制器通過串口聯(lián)接到計算機(jī)上，控制器的輸出和輸入分別通過CompactDAQ進(jìn)行采集和反饋提供。遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)驗(yàn)基于該控制平臺進(jìn)行。
工控計算機(jī)連接到互聯(lián)網(wǎng)，通過TCP／IP協(xié)議，由WEB版組態(tài)王將控制界面發(fā)布到INTERNET上。在客戶端可以通過互聯(lián)網(wǎng)，在瀏覽器中遠(yuǎn)程訪問組態(tài)王控制工程(需下載并安裝相關(guān)JAVA插件)，觀測數(shù)據(jù)變化曲線，并可根據(jù)控制狀態(tài)，實(shí)時修改PID參數(shù)。本系統(tǒng)同時提供報警功能，及歷史控制相關(guān)曲線的查詢功能，力求遠(yuǎn)程客戶端能夠方便，直觀地掌握現(xiàn)場相關(guān)信息。
3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成
3．1 硬件平臺的搭建
系統(tǒng)采用廈門宇光公司出品的AI518智能溫度PID控制器作為下位機(jī)，其自帶有串口通信功能，為了滿足工業(yè)現(xiàn)場遠(yuǎn)距離傳輸需要，使用RS485傳輸協(xié)議連接，通過RS485／RS232的轉(zhuǎn)接器連接到上位機(jī)(工控計算機(jī))。
DAQ采集卡采用NI公司CompactDAQ數(shù)據(jù)采集卡。PID控制器的輸出為4mA～20mA的電流，通過250歐電阻的轉(zhuǎn)換為1V~5V的電壓后輸入到DAO采集卡的其中一個輸入通道口中，而反饋信號從DAQ的一個輸出通道口引出，連接到PID控制器的輸入口中，形成閉環(huán)控制。
硬件平臺示意圖如圖l所示，其中工控計算機(jī)中虛線框?yàn)檫B接對應(yīng)的控制軟件。
3．2 軟件設(shè)計
系統(tǒng)采用組態(tài)王6．5l作為組態(tài)開發(fā)軟件。以下簡述組態(tài)軟件開發(fā)關(guān)鍵過程。
(1)在組態(tài)王中生成A1518系列PID控制器。由于組態(tài)王配備對應(yīng)的驅(qū)動，故無須另行開發(fā)驅(qū)動，只需按照向?qū)П憧梢栽诮M態(tài)王的工程中生成該設(shè)備。在組態(tài)王中，設(shè)備的參數(shù)應(yīng)與控制器內(nèi)部參數(shù)一致。使用軟件中的設(shè)備測試功能，讀取PID控制器的內(nèi)部寄存器，從而判斷組態(tài)王軟件是否已經(jīng)與PID控制器正常通信。
(2)在數(shù)據(jù)詞典中設(shè)置好各關(guān)鍵變量，開發(fā)相關(guān)控制畫面，并建立設(shè)定值、響應(yīng)值，控制器輸出值的動畫連接，以生成各種對應(yīng)的變化曲線。設(shè)定值、系統(tǒng)響應(yīng)值和控制器輸出值設(shè)為歷史記錄變量，從而生成歷史曲線。
(3)設(shè)置基本網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。在組態(tài)王網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置頁中將本機(jī)設(shè)置成聯(lián)網(wǎng)，并定義節(jié)點(diǎn)名稱。在節(jié)點(diǎn)類型設(shè)置頁中，“√”選“本機(jī)是IO服務(wù)器”，“本機(jī)是登錄服務(wù)器”，“進(jìn)行歷史備份”，保證網(wǎng)絡(luò)及歷史記錄功能的正常工作。
(4)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布設(shè)置。新建實(shí)時工程“Remotecontrol和歷史曲線“History”兩個發(fā)布組。實(shí)時工程“Remotecontrol”發(fā)布組用于在客戶端上對PID參數(shù)進(jìn)行實(shí)時控制。畫面包括實(shí)時設(shè)定值、系統(tǒng)響應(yīng)值和控制器輸出值的實(shí)時數(shù)據(jù)及其變化曲線，以及控制器作用于控制對象的PID參數(shù)，同時提供設(shè)定值和控制器PID參數(shù)的實(shí)時修改功能。具體畫面如圖2所示。歷史曲線“Histoiy”發(fā)布組提供設(shè)定值、系統(tǒng)響應(yīng)值和控制器輸出值的歷史曲線，通過對大時間跨度的曲線觀察有利于控制對象特性的掌握。由于系統(tǒng)中存在兩個發(fā)布組一分別為實(shí)時工程和歷史曲線，故在“WEB”選項卡中，“√”選“顯示發(fā)布組列表”。當(dāng)從客戶端訪問時，根據(jù)實(shí)際需要在發(fā)布組列表中選擇。
完善其他相關(guān)軟件開發(fā)細(xì)節(jié)后，該工程便可順利發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上。需要注意，單機(jī)版的組態(tài)王加密狗并不支持遠(yuǎn)程發(fā)布功能。
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