基于組態技術的干燥設備控制系統

師玉寶，張志福

（青海大學 化工學院，西寧 810016）

基于組態技術的干燥設備控制系統

師玉寶，張志福

（青海大學 化工學院，西寧 810016）

0 引言

干燥設備廣泛應用于國民經濟生產的各個領域，如化工、制藥、食品等行業，其涵蓋行業之廣泛、用戶數量之多是其他任何單元所無法比擬的。由于干燥過程是一種復雜、時變，非線性的工業過程[1]，其運行穩定性往往較差。過去，設備操作主要采用傳統控制技術，不能有效地提高生產效率和產品質量。隨著微型計算機技術和自動控制技術的不斷進步與發展，許多領域都引入了計算機自動檢測與控制技術，而且對計算機自動測控系統的要求也越來越高，各種靈活的組態軟件應運而生，并且被越來越廣泛地應用于工業生產的控制中。本文將以洞道式干燥設備為基礎，采用模糊PID溫度控制，并利用MCGS 組態軟件實現干燥設備的計算機控制，使系統的穩定性和操作技術得以提高。

1 MCGS組態軟件介紹

MCGS (Monitor and Control Generated System，通用監控系統)是一套用于快速構造和生成計算機監控系統的組態軟件，它為用戶提供了從設備驅動、數據采集到數據處理、流程控制、動畫顯示、報警和安全機制等解決實際工程問題的完整方案和操作工具[2]。能夠在基于Microsoft（各種32位Windows平臺上）運行，通過對現場數據的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制、實時曲線、歷史曲線和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，它充分利用了Windows圖形功能完備、界面一致性好、易學易用的特點，是一全中文可視化組態開發界面。目前，圖形化軟件開發環境，被越來越多的應用于工業生產的控制中。

2 干燥設備的結構及系統組成

2.1 干燥設備的結構

干燥設備結構流程如圖1所示。

圖1 設備流程

設備采用玻璃視鏡門以方便觀察風道內物料的干燥過程。工作時，空氣經鼓風機和三組功率分別為1Kw的電加熱器加熱后進入干燥室對物料進行干燥。設備可測定在恒定干燥條件（即熱空氣溫度、濕度、流速不變、物料與氣流的接觸方式不變）下的濕物料干燥曲線和干燥速率曲線，測定該物料的臨界濕含量。設備運行主要是通過檢測空氣進口溫度和進風量，控制風量及進口溫度恒定后，根據稱重傳感器檢測出的濕物料重量變化和干、濕球溫度量測定、繪制出干燥曲線和干燥速率曲線。

2.2 系統組成

干燥設備以一臺通用PC機、一塊數據采集卡、微軟WINXP操作系統和先進的MCGS嵌入式組態軟件為核心，加上溫度、壓力、稱重、信號調理及光耦輸出電路等外圍器件構成, 如圖2所示。系統中三個溫度點的檢測采用分度號為J型0OC-400OC熱電偶，輸出的mV信號經信號調理電路放大調理成1-5VDC電壓信號送至數據采集卡的相應A/D口；同樣，進入干燥室的空氣流量及物料重量經放大調理后也送入數據采集卡的相應A/D口。數據采集卡采用的是中泰PCI-8333卡，系統通過數據采集卡與信號調理、相應傳感器件及光耦隔離輸出電路連接進行數據采集和控制，然后經過組態實現人機界面將干燥流程過程進行模擬動態顯示，并可通過報表、曲線等形式將檢測過程所需的物料重量、溫度數據和干燥曲線等顯示出來。

圖2 系統組成

3 MCGS組態的實現

MCGS組態環境的工作臺有五個功能窗口[2]，按照設計需求和完成的工作目標，可依次在這幾個功能窗口中進行編程。限于篇幅，這里僅就系統主要實現的功能進行說明。

3.1 設備窗口的組態

設備窗口是MCGS軟件的重要組成部分，負責建立系統與外部硬件設備的連接，使得MCGS能從外部設備讀取數據并控制外部設備的工作狀態，實現過程的實時監控。創建設備的方法是在設備窗口中使用設備構件工具，打開“設備管理”項中“采集板卡”內容，找到相應的中泰板卡將設備驅動裝入系統。然后，根據自己設定的I/O通道進行通道連接和設備調試。

3.2 主控窗口的組態

主控窗口是負責和調度系統程序運行的主窗口，也是組態工程結構的主框架。在這個窗口中主要構建了系統操作的菜單系統、系統功能按鈕、各種檢測參數的顯示以及實驗結果曲線的繪制窗口，界面如圖3所示。在這個窗口中，各種操作功能、數據處理及實驗結果的記錄等操作都是通過調用相應的運行策略程序模塊實現的。

圖3 主控窗口

3.3 稱重除皮、溫度值及溫度PID控制參數設定組態

稱重除皮、干燥室溫度設定值及主控窗口中干燥曲線的坐標設定均組態在一個用戶窗口里，實驗者根據實際要求可對這幾個量進行任意設定；干燥室的溫度采用PID控制，其算法使用增量形式，為

PID三個參數中kp、kI、kD對系統的動態和靜態性能影響非常大，如果選擇合適，可使系統的各方面精度都非常高；相反，如果選擇不恰當，甚至會使系統趨于不穩定，從而失去控制。而且，參數的選擇沒有固定的公式，一般都是憑經驗來選擇。因此，PID參數的設定放在獨立用戶窗口進行組態，并設置了使用權限，一般由管理人員或相關技術人員進行整定和修改。

3.4 報表和數據記錄功能說明

在工程應用中，大多數監控系統需要對設備采集的數據進行存盤，統計分析，并根據實際情況打印出數據報表。所謂數據報表就是根據實際需要以一定格式將統計分析后的數據記錄顯示和打印出來，如：實時數據報表、歷史數據報表。數據報表在工控系統中是必不可少的一部分，是數據顯示、查詢、分析、統計、打印的最終體現，是整個工控系統的最終結果輸出；數據報表是對生產過程中系統監控對象的狀態的綜合記錄和規律總結。在干燥設備中對溫度的記錄分析也很重要。可分為實時報表、歷史報表、實時曲線和歷史曲線。

3.4.1 實時報表

實時報表是對瞬時量的反映，通常用于將當前時間的數據變量按一定報告格式（用戶組態）顯示和打印出來。這里的實時報表是指在主控窗口里通過MCGS系統的實時曲線構件來組態實時動態顯示物料干燥的變化。

3.4.2 歷史報表

歷史報表通常用于從歷史數據庫中提取數據記錄，并以一定的格式顯示歷史數據。這里的歷史報表是將本次實驗的結果數據以表格的形式記錄下來提供給實驗者,同時可以進行打印。

4 結束語

利用MCGS組態軟件編程，實現對干燥設備的控制和檢測結果的獲取，其開發過程簡單靈活，尤其開發出的動態界面和多樣化的數據瀏覽等功能非常豐富。經投入運行，系統不僅能實現各項控制任務和功能，操作界面友好，便于操作；而且提高了設備運行的穩定性和可靠性。系統的設計經驗和技術具有推廣價值。

[1]我國干燥設備的技術現狀及未來趨勢[EB/OL]. html/1015/20081128/analysis_150626_762.shtml,2008-11-28.

[2]張文明,劉志軍.組態軟件控制技術[M].北京:清華大學出版社,2006.

[3]劉彬,譚建平,黃長征.一種改進 PID 控制算法的研究與應用[J].微計算機信息,2008,23(6):15-17.

Technology-based configuration control system for drying equipment

SHI Yu-bao, ZHANG Zhi-fu

針對干燥設備的原理、結構與所需實現的功能，基于 MCGS組態技術開發設計了一控制系統。系統主要由工控組態軟件、計算機、數據采集卡、相應傳感器件及干燥裝置組成，設計結構緊湊、使用靈活、操作界面友好，經投入使用效果良好。

MCGS；組態軟件；干燥設備；數據采集卡；溫度；稱重

師玉寶（1967－），男，河南人，副教授，研究方向為自動控制與工程。

TP273

A

1009-0134(2010)06-0111-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.06.38

2009-10-28

青海大學中青年科研基金項目（2009-QG-14）