基于組態(tài)王的遠程PID控制系統的開(kāi)發(fā)與實(shí)驗研究
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工業(yè)現場(chǎng)中大部分的控制系統的控制器是PID控制器，其PID參數的整定需要一定的控制理論知識和豐富的經(jīng)驗。對于現場(chǎng)缺乏自動(dòng)化技術(shù)人員的企業(yè)，其PID參數往往遠離最優(yōu)值。PID參數的優(yōu)劣直接影響著(zhù)生產(chǎn)質(zhì)量。為了改變生產(chǎn)中的這種不利狀況，開(kāi)發(fā)一個(gè)遠程PID參數整定系統，顯得非常必要。在實(shí)驗室中并不具備靈活的可變的控制對象，故本系統的開(kāi)發(fā)選用了NI虛擬儀器LabVIEW軟件構建控制對象。在實(shí)驗室中，以構建一個(gè)PID控制器的遠程監控系統為例，在LabVIEW上的實(shí)驗對象進(jìn)行仿真實(shí)驗，研究控制效果。
2 遠程監控系統簡(jiǎn)介
系統中PID控制器作為下位機，并通過(guò)其自帶的串口通信功能連接到上位機，即工控計算機的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中，作用于虛擬儀器LabVIEW中的虛擬對象。經(jīng)過(guò)計算，將虛擬對象的響應，即反饋信號通過(guò)DAQ采集卡輸出到PID控制器中，如此在實(shí)驗室中形成簡(jiǎn)單閉環(huán)控制系統。在圖1中，具體表現為AI518PID控制器通過(guò)串口聯(lián)接到計算機上，控制器的輸出和輸入分別通過(guò)CompactDAQ進(jìn)行采集和反饋提供。遠程監控實(shí)驗基于該控制平臺進(jìn)行。
工控計算機連接到互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)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(hù)端可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，在瀏覽器中遠程訪(fǎng)問(wèn)組態(tài)王控制工程(需下載并安裝相關(guān)JAVA插件)，觀(guān)測數據變化曲線(xiàn)，并可根據控制狀態(tài)，實(shí)時(shí)修改PID參數。本系統同時(shí)提供報警功能，及歷史控制相關(guān)曲線(xiàn)的查詢(xún)功能，力求遠程客戶(hù)端能夠方便，直觀(guān)地掌握現場(chǎng)相關(guān)信息。
3 遠程監控系統構成
3．1 硬件平臺的搭建
系統采用廈門(mén)宇光公司出品的AI518智能溫度PID控制器作為下位機，其自帶有串口通信功能，為了滿(mǎn)足工業(yè)現場(chǎng)遠距離傳輸需要，使用RS485傳輸協(xié)議連接，通過(guò)RS485／RS232的轉接器連接到上位機(工控計算機)。
DAQ采集卡采用NI公司CompactDAQ數據采集卡。PID控制器的輸出為4mA～20mA的電流，通過(guò)250歐電阻的轉換為1V~5V的電壓后輸入到DAO采集卡的其中一個(gè)輸入通道口中，而反饋信號從DAQ的一個(gè)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，其中工控計算機中虛線(xiàn)框為連接對應的控制軟件。
3．2 軟件設計
系統采用組態(tài)王6．5l作為組態(tài)開(kāi)發(fā)軟件。以下簡(jiǎn)述組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)關(guān)鍵過(guò)程。
(1)在組態(tài)王中生成A1518系列PID控制器。由于組態(tài)王配備對應的驅動(dòng)，故無(wú)須另行開(kāi)發(fā)驅動(dòng)，只需按照向導便可以在組態(tài)王的工程中生成該設備。在組態(tài)王中，設備的參數應與控制器內部參數一致。使用軟件中的設備測試功能，讀取PID控制器的內部寄存器，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)在數據詞典中設置好各關(guān)鍵變量，開(kāi)發(fā)相關(guān)控制畫(huà)面，并建立設定值、響應值，控制器輸出值的動(dòng)畫(huà)連接，以生成各種對應的變化曲線(xiàn)。設定值、系統響應值和控制器輸出值設為歷史記錄變量，從而生成歷史曲線(xiàn)。
(3)設置基本網(wǎng)絡(luò )參數。在組態(tài)王網(wǎng)絡(luò )參數設置頁(yè)中將本機設置成聯(lián)網(wǎng)，并定義節點(diǎn)名稱(chēng)。在節點(diǎn)類(lèi)型設置頁(yè)中，“√”選“本機是IO服務(wù)器”，“本機是登錄服務(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)布設置。新建實(shí)時(shí)工程“Remotecontrol和歷史曲線(xiàn)“History”兩個(gè)發(fā)布組。實(shí)時(shí)工程“Remotecontrol”發(fā)布組用于在客戶(hù)端上對PID參數進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。畫(huà)面包括實(shí)時(shí)設定值、系統響應值和控制器輸出值的實(shí)時(shí)數據及其變化曲線(xiàn)，以及控制器作用于控制對象的PID參數，同時(shí)提供設定值和控制器PID參數的實(shí)時(shí)修改功能。具體畫(huà)面如圖2所示。歷史曲線(xiàn)“Histoiy”發(fā)布組提供設定值、系統響應值和控制器輸出值的歷史曲線(xiàn)，通過(guò)對大時(shí)間跨度的曲線(xiàn)觀(guān)察有利于控制對象特性的掌握。由于系統中存在兩個(gè)發(fā)布組一分別為實(shí)時(shí)工程和歷史曲線(xiàn)，故在“WEB”選項卡中，“√”選“顯示發(fā)布組列表”。當從客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)時(shí)，根據實(shí)際需要在發(fā)布組列表中選擇。
完善其他相關(guān)軟件開(kāi)發(fā)細節后，該工程便可順利發(fā)布到網(wǎng)絡(luò )上。需要注意，單機版的組態(tài)王加密狗并不支持遠程發(fā)布功能。
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