基于組態王軟件的雙容水箱流量監控系統設計

姚振靜 段艷麗

摘? ?要：文章采用組態王軟件設計雙容水箱流量監控系統，運用擴散硅液位變送器進行液位測量，電動調節閥為執行器，采用PI算法控制雙容水箱流量。經過實驗，可以實現在系統工作時的實時監控與速度曲線顯示，當雙容水箱受到階躍擾動時，控制效果最優，上升時間為22 s，超調量為26.7%，達到較為良好的監控要求。

關鍵詞：組態王;流量;監控

基金項目：防災科技學院精品建設課程基金項目;項目編號：NO.JPJS2016010。防災科技學院教學團隊建設項目;項目編號：NO.JT201702。

作者簡介：姚振靜（1980— ），女，河北故城人，副教授，博士;研究方向：儀器儀表技術。

流量監控系統是以液體或氣體的流量為被控參數的控制系統，已被廣泛應用在化工、石油、鋼鐵、輕工等行業的生產過程中，都要求對某個流量參數進行控制[1-2]。例如，城市天然氣輸配系統需要安裝天然氣流量監控系統，以對生產現場工藝參數、設備狀態等數據進行實時采集與處理。在鋼鐵行業中，需要實時監控空氣流量和氧氣流量，以保證產品的質量。自來水輸送管道也需要實時監控水流量，確保自來水的安全輸送。因此，流量控制系統一直受到人們的廣泛重視，也引起了很多科研工作者的關注[3-5]。本文利用組態王軟件設計一個雙容水箱流量監控系統。

1? ? 雙容水箱流量控制系統工藝流程

雙容水箱流量監控系統是由水箱V102和V103、儲水箱V104、流量計FT102、電動調節閥、水泵、手閥、可編程控制器組成，系統工藝流程如圖1所示，雙容水箱由中水箱V103和上水箱V102組成，V102流過管道的流量為該系統的被控變量，FV101為操縱變量。儲水箱中水介質經過水泵流入水箱V103，由流量計FT102測量流量，流量測量值送入控制器中，根據控制算法輸出控制信號，調整FV101的開度，直到流速穩定到設定值。控制器采用西門子S7-200PLC，控制算法采用PI算法。

圖1? 雙容水箱流量控制系統工藝流程

2? ? 雙容水箱流量監控系統的設計

雙容水箱流量監控系統采用組態王軟件實現流量監控系統設計，包括組態流量監控系統畫面設計、數據庫的建立、動畫鏈接、曲線顯示、運行調試等，實現流量實時趨勢曲線顯示、控制參數在線調整、數據報表等功能。

雙容水箱流量監控系統主畫面是水箱、管道、水泵、電磁閥、傳感器、PLC組成的系統（見圖2）。首先，開始創建組態畫面，使用工程管理器新建一個組態王工程后，進入組態王工程瀏覽器，建立新的畫面，并命名為“雙容水箱流量監控系統”。其次，在畫面開發系統中制作儲水箱V104、中水箱V103、上水箱V102，在圖2中選擇水泵、閥門、PLC、傳感器、電動調節閥等放置在主畫面的對應位置上。最后，將所有器件用管道和折線按照工藝流程圖連接起來，形成控制回路。水泵開啟按鈕為啟動和停止的浮動按鈕P102，可用于啟動水泵或系統出現問題時設置停止。控制界面主要由歷史曲線、報表、流量顯示窗口、調節閥開度顯示、PID控制組成，分別由歷史曲線按鈕、報表按鈕、PID控制按鈕控制窗口。實時曲線顯示界面，用來顯示調節閥的開度、設定值以及測量值的變化的界面。

PID參數設定界面包含PID參數設定、流量SP設置設定及流量實時曲線。根據控制系統的性能要求設置PID參數值，根據設定的PID及測量值作用于到調壓模塊，使之達到設定液位，最終使系統消除余差，響應快、更穩定。實時曲線能真實反映設定液位值與當前時間液位的值，從曲線可以判斷系統的響應速度、穩定性、誤差等。

建立歷史曲線畫面時，點擊圖庫，然后單擊打開圖庫選項，在“圖庫管理器”畫面中選擇“歷史曲線”，鼠標點擊歷史曲線，并放置在畫面上，完成歷史曲線的建立（見圖3）。點擊歷史曲線畫面中的關閉按鈕可關閉該畫面，點擊畫面中的返回按鈕可返回主界面，歷史曲線可以顯示未做實驗之前設定值和測量值的變化。

建立報表界面時，從工具箱菜單中找出報表選項，用鼠標選中報表窗口按鈕，放置到畫面對應位置即可產生報表窗口（見圖4）。報表可以顯示給定值，測量時，調節閥開度等實時變化的參數，點擊報警畫面中的關閉按鈕即可關閉該畫面，點擊畫面中的返回按鈕即可返回主界面。

3? ? 系統測試及分析

點擊P102開啟水泵，根據工業現場的實際情況設置流量設定值，采用經驗整定法整定PI控制器的參數，使得流量控制系統測量值與設定值一致。經過反復調試，P=2，I=10 000時得到的曲線較為理想，其輸出曲線如圖5所示。系統的最大動態偏差為8，衰減率為75%，超調量為26.7%，殘差為0，調節時間大約為60 s，上升時間為22 s。同時，該系統實現了流量的歷史曲線功能（見圖6）和報表功能（見圖7）。

4? ? 結語

利用組態王軟件設計雙容水箱流量監控系統，實現對流量的實時監控與報表統計功能，同時控制器參數在線可調，采用經驗整定法整定PI控制器參數。實驗驗證該流量監控系統實現了上位機對流量監控的要求，系統超調量小，上升時間短，可實現對流量的穩定控制。

基金項目：防災科技學院精品建設課程基金項目;項目編號：NO.JPJS2016010。防災科技學院教學團隊建設項目;項目編號：NO.JT201702。

作者簡介：姚振靜（1980— ），女，河北故城人，副教授，博士;研究方向：儀器儀表技術。