摘要: 文章介紹了如何根據(jù)人工模擬降雨系統(tǒng)的控制特點(diǎn)，利用先進(jìn)的組態(tài)王監(jiān)控軟件和具有分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)及友好編程平臺(tái)的可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC）設(shè)計(jì)人工模擬降雨控制系統(tǒng)。
關(guān)鍵: PCC；控制；人工模擬降雨；組態(tài)王
中圖分類號(hào): TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1008-1151（2005）10-0084-02
科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展給當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化帶來(lái)了革命性的變革，傳統(tǒng)的依靠繼電器和分離的電子線路來(lái)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)控制方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足控制要求。因此，PLC 控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這使得全世界的工業(yè)控制技術(shù)得到質(zhì)的飛躍。 然而，其單純的邏輯順序控制功能以及控制過(guò)程中的不透明性在某些領(lǐng)域還存在缺陷。 為此，本文提出了以B&R 為下位機(jī)的控制系統(tǒng)和上位機(jī)采用組態(tài)王進(jìn)行組態(tài)的新的人工模擬降雨系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，這大大提高了控制過(guò)程中的穩(wěn)定性、監(jiān)控性和有效性，很好地解決了問(wèn)題。
1. 人工降雨器簡(jiǎn)介
本標(biāo)準(zhǔn)徑流場(chǎng)人工模擬降雨系統(tǒng)建在自然坡面上， 高約10m,96個(gè)X型下噴式噴頭均勻分布在20m×5m的范圍內(nèi)，其噴頭由四組不同噴嘴孔徑組合而成，分為24組，分別由24個(gè)電磁閥控制其開(kāi)閉；供水管道上設(shè)置一臺(tái)電動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥和一塊壓力表，通過(guò)調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度控制管道流量并顯示當(dāng)前管道壓力。
通過(guò)對(duì)人工降雨供水管道流量以及對(duì)人工降雨噴頭的控制，實(shí)現(xiàn)不同強(qiáng)度、分布和歷時(shí)的人工降雨模擬過(guò)程；并由該系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確而有效的原始數(shù)據(jù)，對(duì)不同降雨強(qiáng)度、不同降雨歷時(shí)和不同時(shí)期土壤含水量對(duì)土壤下滲的影響及降雨時(shí)土壤水分運(yùn)動(dòng)規(guī)律等進(jìn)行模擬研究，這一系統(tǒng)的實(shí)施必將有助于徑流研究的發(fā)展。
2. 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
2.1可編程計(jì)算機(jī)控制器(PCC)介紹。
可編程計(jì)算機(jī)控制器（Programmable Computer Controller簡(jiǎn)稱PCC）是奧地利貝加萊（B&R）自動(dòng)化公司于1994年在工控界提出的。它將工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）與常規(guī)可編程控制器（PLC）的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)。 無(wú)論是從內(nèi)部的硬件功能，還是從外部的編程、開(kāi)發(fā)環(huán)境的簡(jiǎn)便而言，它都比常規(guī)可編程控制器PLC有較大進(jìn)步。PCC的硬件和軟件具有如下特點(diǎn)：
2.1.1CPU模塊采用多處理器結(jié)構(gòu)。
2.1.2定性的分時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。
2.1.3模塊式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)配置靈活，便于安裝。
2.1.4較大的程序存儲(chǔ)空間。
2.1.5編程語(yǔ)言高級(jí)化。
2.2系統(tǒng)的組成和功能。
根據(jù)人工模擬降雨控制系統(tǒng)的特點(diǎn)， 該控制系統(tǒng)采用研華工控計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，B&R PCC-2003系列模塊作為下位機(jī)。上位機(jī)采用IPC2000 安裝了B&R Automation Studio V2.40操作系統(tǒng)；下位機(jī)采 用高性能的可編程計(jì)算機(jī)控制器B&R PCC-2003系列的CPU474，模擬量輸入模塊AI774，模擬量輸出模塊AO352， 數(shù)字量混合模塊DM465等；上、下位機(jī)的通訊采用CAN 總線或RS232總線。
系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖1所示：
圖1系統(tǒng)硬件構(gòu)成
整個(gè)系統(tǒng)采用二級(jí)分布式上、下位機(jī)結(jié)構(gòu)，上位機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)界面可全線監(jiān)控， 具備壓力狀態(tài)顯示、動(dòng)畫(huà)模擬降雨，管道泵、電磁閥、流量調(diào)節(jié)閥開(kāi)度控制及顯示等功能。 下位機(jī)由B&R 2003系列可編程計(jì)算機(jī)控制器構(gòu)成，CPU模塊與上位機(jī)進(jìn)行通訊并監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；模擬量輸入模塊AI774與壓力表和流量調(diào)節(jié)閥相接來(lái)顯示壓力和調(diào)節(jié)閥開(kāi)度； 模擬量輸出模塊AO352與流量調(diào)節(jié)閥相接來(lái)控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度；數(shù)字量混合模塊DM465的輸出功能用來(lái)控制管道泵和電磁閥的開(kāi)啟。
3. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，我們編制了系統(tǒng)控制軟件，它主要由上位機(jī)組態(tài)軟件和下位機(jī)控制軟件構(gòu)成。
3.1上位機(jī)組態(tài)軟件設(shè)計(jì)。
上位機(jī)組態(tài)軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái)選用北京亞控公司的組態(tài)王6.0(Kingview6.0)軟件,組態(tài)王軟件是隨著對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的要求越來(lái)越高,以及大量控制設(shè)備和過(guò)程監(jiān)控裝置之間的通訊的需要,為實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而開(kāi)發(fā),運(yùn)行在Windows 9X/2000/NT上的一種組態(tài)軟件。
組態(tài)王6.0 軟件具有完備的工業(yè)圖形庫(kù)，如閥門(mén)、管道、模擬傳統(tǒng)顯示儀表等，使操作畫(huà)面更貼切用戶，裝置工藝流程、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)一目了然，提高用戶操作的安全性和可靠性。
系統(tǒng)的監(jiān)控界面主要包括：操作界面、模擬降雨大廳界面、調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)界面、組合方式設(shè)定界面、電磁閥組合界面等。操作界面用來(lái)在手動(dòng)方式下監(jiān)控管道泵和電磁閥的開(kāi)啟、調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度和管道的壓力；模擬降雨大廳界面用來(lái)模擬降雨并具有監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工作運(yùn)行情況的功能；調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)界面具有調(diào)節(jié)其開(kāi)度并顯示的功能；組合方式界面和電磁閥組合界面用于組合方式下，其中組合方式界面用來(lái)設(shè)定降雨時(shí)間和調(diào)節(jié)閥開(kāi)度以及時(shí)間段的選擇；電磁閥組合界面用來(lái)控制電磁閥的開(kāi)啟。
3.2下位機(jī)控制軟件設(shè)計(jì)。
下位機(jī)控制軟件利用貝加萊工業(yè)自動(dòng)化公司的Automation Studio（AS）編程軟件，Automation Studio 支持梯形圖、指令表、結(jié)構(gòu)文本、順序功能圖、AutomationBasic、標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言等6種的標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言；用戶根據(jù)需要可以在同一個(gè)項(xiàng)目中選擇一種或多種語(yǔ)言進(jìn)行編程。 同時(shí)，編程環(huán)境中包含豐富的函數(shù)庫(kù)及功能塊， 根據(jù)需要可直接調(diào)用，大大減輕了開(kāi)發(fā)人員的工作量。
下位機(jī)控制機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要包括上、下位機(jī)通訊，手動(dòng)方式和組合方式等任務(wù)模塊，其中手動(dòng)方式和組合方式流程圖分別如圖2、圖3所示。
圖2 手動(dòng)方式流程圖 圖3 組合方式流程圖
4. 結(jié)語(yǔ)
本文研究的以PCC為核心的人工模擬降雨控制系統(tǒng)于2004年10月成功地用于黃河水土保持西峰治理監(jiān)督局南小河溝流域湫溝試驗(yàn)區(qū)， 運(yùn)行情況表明，系統(tǒng)的可靠性高，運(yùn)行組態(tài)靈活，具有高度的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。
參考文獻(xiàn)
[1]齊蓉 可編程計(jì)算機(jī)控制器原理及應(yīng)用[M] 西安 西北工業(yè)大學(xué)出版社，2003。
[2]北京亞控科技發(fā)展有限公司 Kingview version6.0 使用手冊(cè)[Z] 北京：亞控公司，2001。
作者簡(jiǎn)介
孫振（1991），男，河南西平人，西安理工大學(xué)自動(dòng)化與信息工程學(xué)院碩士研究生，研究方向：檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置。
王華民（1953），男，陜西西安人，西安理工大學(xué)教授，研究方向：檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置、高
頻感應(yīng)加熱電源。
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