摘 要：以一種利用工控組態(tài)軟件組態(tài)王實現(xiàn)的“電線加塑生產(chǎn)過程恒張力控制系統(tǒng)”為例，介紹了利用ActiveX特性擴充組態(tài)軟件控制功能的新方法。重點描述了控制算法、現(xiàn)場信號和組態(tài)王之間的有機結(jié)合，為在工業(yè)控制領(lǐng)域中使用組態(tài)軟件來完成復(fù)雜的控制算法開辟了新的途徑。系統(tǒng)具有形象直觀、實時性好、編程簡單等特點，滿足了工業(yè)控制的要求。 關(guān)鍵詞：張力控制; 組態(tài)軟件; PCI板卡; ActiveX控件 引言 　　在工業(yè)控制領(lǐng)域，如何有效的實現(xiàn)控制算法一直是人們普遍關(guān)心的問題。目前，工控組態(tài)軟件能夠提供友好的人機交互界面，強大的通訊功能，但是計算能力不強，很難實現(xiàn)一些復(fù)雜的控制策略[1]。Visual Basic是Microsoft公司開發(fā)的Windows平臺的主力編程語言之一，它避開了C++編程繁瑣和抽象的缺點，綜合運用了BAIC語言和新的可視化設(shè)計工具，不僅簡單易學(xué)，而且功能強大。同時，VB還具有事件驅(qū)動的編程機制，在開發(fā)時可以充分?jǐn)U充其功能，如在函數(shù)層調(diào)用功能態(tài)鏈接庫（DLL）、在控件層使用VBX、在應(yīng)用層使用shell函數(shù)調(diào)用其他應(yīng)用程序等[2]。因此，可以利用組態(tài)軟件作為系統(tǒng)主控，定時進行數(shù)據(jù)采樣、動態(tài)工藝圖顯示、數(shù)據(jù)記錄等;利用VB來實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，而二者之間的無縫連接可以通過ActiveX技術(shù)來實現(xiàn)，如圖1所示。這樣就可以充分發(fā)揮工控組態(tài)軟件和VB各自的優(yōu)勢，實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的控制。 [align=center] 圖1、ActiveX技術(shù)通信統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[/align] 1 電線加塑生產(chǎn)工藝簡介 　　單芯裸銅線的自動加塑過程中，主牽引機帶動裸銅線經(jīng)過擠塑機塑封上塑料，經(jīng)測徑、水冷、打字、耐壓測試合格后由收線機收卷成盤。生產(chǎn)過程中要求線材必須保持適當(dāng)?shù)膹埩?，才能保證加塑均勻、銅芯不被拉斷或堆擠、卷取排列整齊、松緊適度。而線徑大小，卷筒直徑，電機速度等因素，都會影響到系統(tǒng)的張力，影響產(chǎn)品質(zhì)量。 　　1.1 電線加塑生產(chǎn)中張力的產(chǎn)生及特點 　　根據(jù)胡克定律，卷繞系統(tǒng)中卷材的張力來源于放卷和收卷的線速度差[3]，當(dāng)放卷速度恒定時，保持卷取張力恒定實質(zhì)上就是控制收卷速度。而在卷取過程中，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速一定時，卷徑的變化也會影響卷取速度;主牽引機進行加減速時，即建張階段，還會存在張力的震蕩[4]，所以張力控制系統(tǒng)不僅要對速度的沖擊有較強的抵抗力，同時對卷徑的變化也應(yīng)具有較強的魯棒性。 　　1.2 電線加塑生產(chǎn)恒張力系統(tǒng)的簡單自適應(yīng)控制 　　要解決好上述問題，采用傳統(tǒng)算法的張力閉環(huán)系統(tǒng)很難達(dá)到令人滿意的效果，因此，設(shè)計了電流、速度、張力三環(huán)變結(jié)構(gòu)串級控制系統(tǒng)。建張過程中投入速度調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)為轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，PI型調(diào)節(jié)律，通過控制轉(zhuǎn)速間接控制張力，屬于間接張力控制系統(tǒng);建張完成后，即張力偏差小于5%時，張力環(huán)投入工作，形成張力電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，并引入一種新的控制策略——簡單自適應(yīng)控制律，系統(tǒng)為直接張力控制系統(tǒng)[4]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。 [align=center] 圖2、電線加塑恒張力簡單自適應(yīng)控制系統(tǒng)原理框圖[/align] 　　圖中BF為張力檢測環(huán)節(jié);PLG為光電碼盤測速環(huán)節(jié);M為直流收卷電機;ASR、ACR分別為全數(shù)字直流調(diào)速裝置中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器;TA為電流互感器;D/P為脈沖生成環(huán)節(jié);P/D為脈沖整形環(huán)節(jié);ATR為張力調(diào)節(jié)器;Ke，Kx和Ku為簡單自適應(yīng)算法中的PI調(diào)節(jié)律。 　　簡單自適應(yīng)控制的主要特征是控制器組成結(jié)構(gòu)簡單，且與被控對象模型基本無關(guān)?？刂频哪繕?biāo)是使被控對象的輸出性能按照參考模型的輸出性能變化，參考模型的階次可以大大低于被控對象的階次。在簡單自適應(yīng)控制的算法中，不僅使用了參考模型的輸出與被控對象實際輸出的誤差信息，還利用了參考模型的輸入和其狀態(tài)信息，這些信息的運用，提高了系統(tǒng)的控制精度，因而只要選擇好參考模型，就能達(dá)到張力閉環(huán)控制系統(tǒng)的要求。 2 利用組態(tài)王設(shè)計電線加塑恒張力控制系統(tǒng) 　　結(jié)合生產(chǎn)實際情況，電線加塑生產(chǎn)張力控制系統(tǒng)由直流收卷電機、全數(shù)字直流調(diào)速裝置、PC機和張力傳感器構(gòu)成。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)由傳動級實現(xiàn)，本系統(tǒng)采用了德國西門子的SIMOREG DC-MASTER 6RA70全數(shù)字直流調(diào)速裝置。該裝置主回路采用三相橋式反并聯(lián)電路，16位的微處理器完成電流和轉(zhuǎn)速的PI調(diào)節(jié)。雙閉環(huán)系統(tǒng)基本上實現(xiàn)了在電流受限制下的快速起動，利用了飽和非線性方法，達(dá)到了“準(zhǔn)時間最優(yōu)控制”?？赡嬲{(diào)速系統(tǒng)采用電樞反接線路進行切換，電機由正反兩組晶閘管供電的邏輯無環(huán)流控制，以確保主回路沒有環(huán)流產(chǎn)生[5]。張力調(diào)節(jié)部分采用數(shù)字量控制，由PC機完成。 　　2.1 現(xiàn)場信號的檢測及采集 　　數(shù)據(jù)采集是系統(tǒng)的基礎(chǔ)。對于張力控制而言需要將各點的張力信號及時準(zhǔn)確地采集到控制計算機中，而收卷電機轉(zhuǎn)速、電樞電流等作為輔助變量也有必要實時采集。從現(xiàn)場傳感器輸出的模擬值，經(jīng)PCI數(shù)據(jù)采集板卡AD通道就可以變化成數(shù)字量傳輸?shù)接嬎銠C中。 　　由MCL-T1型張力傳感器輸出的0—5V信號經(jīng)過科日新KPCI—811板卡12位ADC轉(zhuǎn)換為0—4095的數(shù)字量，存放在板卡的寄存器中。組態(tài)王下設(shè)置的I/O變量通過PCI總線讀取數(shù)據(jù)，將其進行標(biāo)度變換，還原為物理量，就可以與用戶輸入的設(shè)定值比較運算。 　　例如在組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典里建立“張力測量值”I/O變量，板卡將傳感器的輸出轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字量，通過該變量就可以將數(shù)字量取出并得到對應(yīng)的物理量，其基本屬性為： 　　變量名：張力測量值 變量類型：I/O實型 　　最小值：0 最大值：20（對應(yīng)物理量的最大值） 　　最小原始值：0 最大原始值：4095（對應(yīng)板卡數(shù)字量） 　　連接設(shè)備：KPCI811 寄存器：AD0 　　數(shù)據(jù)類型：USHORT 采集頻率：300ms 　　讀寫屬性：只讀 　　2.2 上位機控制算法的實現(xiàn) 　　ActiveX技術(shù)是Microsoft對OLE技術(shù)的更新和發(fā)展，它通常以動態(tài)鏈接庫的形式存在，其設(shè)計思想是將一個程序嵌入到另一個程序中。ActiveX的優(yōu)勢在于它的動態(tài)可交互性，用戶可以在使用過程中，通過改變它的屬性和參數(shù)，在應(yīng)用程序中實現(xiàn)自己的特殊要求[5]。 　　利用VB將簡單自適應(yīng)控制算法打包成ActiveX控件，將測量值、設(shè)定值和控制輸出量留做控件的接口，在組態(tài)王下，通過設(shè)置I/O變量，與控件接口變量一一對應(yīng)連接，就可以將板卡轉(zhuǎn)換得到的現(xiàn)場信號送入控制算法控件，算法運算得到的控制量，經(jīng)過板卡也可以送到現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)。 　　組態(tài)王I/O變量輸出的控制量可根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)的情況，設(shè)為電壓或電流形式。811板卡有2路模擬量輸出通道，本系統(tǒng)選擇0—10V的電壓輸出，與全數(shù)字直流調(diào)速裝置的電流內(nèi)環(huán)組成張力閉環(huán)控制系統(tǒng)，對直流收卷電機進行轉(zhuǎn)速控制，從而保持系統(tǒng)恒張力運行。 　　現(xiàn)場信號、組態(tài)王與控制算法之間的連接關(guān)系如圖3所示。 [align=center] 圖3、現(xiàn)場信號、組態(tài)王與控制算法之間的連接關(guān)系[/align] 　　2.3 監(jiān)控界面的設(shè)計 　　整個監(jiān)控界面如圖4所示，以組態(tài)王6.51為開發(fā)平臺，利用其豐富的圖形庫和靈活的動畫功能，創(chuàng)建了逼真的動態(tài)畫面來實時顯示現(xiàn)場的控制過程。系統(tǒng)的各參數(shù)不僅可以直觀顯示，還能夠做實時和歷史記錄，并根據(jù)需要將其打印成報表;完善的報警管理可以及時提示報警事件，并記錄報警信息，以備故障診斷時查詢。 [align=center] 圖4 電線加塑恒張力監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)界面[/align] 3 結(jié)論 　　在北方工業(yè)大學(xué)研制的“電線生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)實驗平臺”上多次實驗后，這種基于工控組態(tài)軟件和ActiveX控件形式的控制系統(tǒng)，從傳感器經(jīng)過KPCI-811板卡完成A/D采樣的時間<2μs（測量精度0.1%），D/A輸出的建立時間<10μs（精度0.01%）。簡單自適應(yīng)控制進行張力控制后，收線放線兩側(cè)的張力最大誤差都小于0.2kg，相對誤差小于2%，很好的滿足了生產(chǎn)的基本要求。 　　電線加塑生產(chǎn)過程中,保證系統(tǒng)恒張力運行是保證產(chǎn)品質(zhì)量的必要條件。對于張力這樣復(fù)雜的時變非線性耦合系統(tǒng)，簡單自適應(yīng)控制可以做到張力的精確控制;上位機借助組態(tài)軟件和PCI數(shù)據(jù)采集板卡可以進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時顯示和控制參數(shù)的實時修改，二者通過ActiveX控件無縫連接，交互數(shù)據(jù)，達(dá)到控制的目的。組態(tài)軟件與ActiveX控件相結(jié)合實現(xiàn)控制的實驗方案，彌補了組態(tài)軟件命令語言功能單一的缺點, 也為在工業(yè)控制領(lǐng)域中使用組態(tài)軟件來完成復(fù)雜的控制算法開辟了新的途徑。 　　本文作者創(chuàng)新點：組態(tài)軟件的圖形動畫顯示功能已經(jīng)非常成熟，但是控制能力卻相對較弱。因此，本文介紹了一種利用ActiveX特性擴充組態(tài)軟件控制功能的新方法。利用高級語言將控制算法打包成控件，將輸入輸出量留作接口，組態(tài)軟件開發(fā)環(huán)境下調(diào)用算法控件，并設(shè)置變量與控件接口相連，就可以實現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。該方法簡單實用，為組態(tài)軟件在過程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用拓展了新天地。 參考文獻： 　　[1] 余斌,陳維克.基于組態(tài)軟件RSView32與matlab的通信.微計算機信息,2005年第四期42頁 　　[2] 陳娟,周納.關(guān)于VB功能擴展及應(yīng)用.湖南商學(xué)院學(xué)報,2001年第一期107頁 　　[3] 郭應(yīng)峰.印刷機系統(tǒng)恒張力控制的研究.華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004年 　　[4] 安世奇,簡單自適應(yīng)控制的應(yīng)用研究.北京科技大學(xué)博士學(xué)位論文，2005年 　　[5] 王海瑞,鐘家玉.ActiveX技術(shù)在組態(tài)軟件中的應(yīng)用研究.計控系統(tǒng)，2002年第四期22頁