基于组态技术的干燥设备控制系统

师玉宝，张志福

（青海大学 化工学院，西宁 810016）

基于组态技术的干燥设备控制系统

师玉宝，张志福

（青海大学 化工学院，西宁 810016）

0 引言

干燥设备广泛应用于国民经济生产的各个领域，如化工、制药、食品等行业，其涵盖行业之广泛、用户数量之多是其他任何单元所无法比拟的。由于干燥过程是一种复杂、时变，非线性的工业过程[1]，其运行稳定性往往较差。过去，设备操作主要采用传统控制技术，不能有效地提高生产效率和产品质量。随着微型计算机技术和自动控制技术的不断进步与发展，许多领域都引入了计算机自动检测与控制技术，而且对计算机自动测控系统的要求也越来越高，各种灵活的组态软件应运而生，并且被越来越广泛地应用于工业生产的控制中。本文将以洞道式干燥设备为基础，采用模糊PID温度控制，并利用MCGS 组态软件实现干燥设备的计算机控制，使系统的稳定性和操作技术得以提高。

1 MCGS组态软件介绍

MCGS (Monitor and Control Generated System，通用监控系统)是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它为用户提供了从设备驱动、数据采集到数据处理、流程控制、动画显示、报警和安全机制等解决实际工程问题的完整方案和操作工具[2]。能够在基于Microsoft（各种32位Windows平台上）运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，是一全中文可视化组态开发界面。目前，图形化软件开发环境，被越来越多的应用于工业生产的控制中。

2 干燥设备的结构及系统组成

2.1 干燥设备的结构

干燥设备结构流程如图1所示。

图1 设备流程

设备采用玻璃视镜门以方便观察风道内物料的干燥过程。工作时，空气经鼓风机和三组功率分别为1Kw的电加热器加热后进入干燥室对物料进行干燥。设备可测定在恒定干燥条件（即热空气温度、湿度、流速不变、物料与气流的接触方式不变）下的湿物料干燥曲线和干燥速率曲线，测定该物料的临界湿含量。设备运行主要是通过检测空气进口温度和进风量，控制风量及进口温度恒定后，根据称重传感器检测出的湿物料重量变化和干、湿球温度量测定、绘制出干燥曲线和干燥速率曲线。

2.2 系统组成

干燥设备以一台通用PC机、一块数据采集卡、微软WINXP操作系统和先进的MCGS嵌入式组态软件为核心，加上温度、压力、称重、信号调理及光耦输出电路等外围器件构成, 如图2所示。系统中三个温度点的检测采用分度号为J型0OC-400OC热电偶，输出的mV信号经信号调理电路放大调理成1-5VDC电压信号送至数据采集卡的相应A/D口；同样，进入干燥室的空气流量及物料重量经放大调理后也送入数据采集卡的相应A/D口。数据采集卡采用的是中泰PCI-8333卡，系统通过数据采集卡与信号调理、相应传感器件及光耦隔离输出电路连接进行数据采集和控制，然后经过组态实现人机界面将干燥流程过程进行模拟动态显示，并可通过报表、曲线等形式将检测过程所需的物料重量、温度数据和干燥曲线等显示出来。

图2 系统组成

3 MCGS组态的实现

MCGS组态环境的工作台有五个功能窗口[2]，按照设计需求和完成的工作目标，可依次在这几个功能窗口中进行编程。限于篇幅，这里仅就系统主要实现的功能进行说明。

3.1 设备窗口的组态

设备窗口是MCGS软件的重要组成部分，负责建立系统与外部硬件设备的连接，使得MCGS能从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态，实现过程的实时监控。创建设备的方法是在设备窗口中使用设备构件工具，打开“设备管理”项中“采集板卡”内容，找到相应的中泰板卡将设备驱动装入系统。然后，根据自己设定的I/O通道进行通道连接和设备调试。

3.2 主控窗口的组态

主控窗口是负责和调度系统程序运行的主窗口，也是组态工程结构的主框架。在这个窗口中主要构建了系统操作的菜单系统、系统功能按钮、各种检测参数的显示以及实验结果曲线的绘制窗口，界面如图3所示。在这个窗口中，各种操作功能、数据处理及实验结果的记录等操作都是通过调用相应的运行策略程序模块实现的。

图3 主控窗口

3.3 称重除皮、温度值及温度PID控制参数设定组态

称重除皮、干燥室温度设定值及主控窗口中干燥曲线的坐标设定均组态在一个用户窗口里，实验者根据实际要求可对这几个量进行任意设定；干燥室的温度采用PID控制，其算法使用增量形式，为

PID三个参数中kp、kI、kD对系统的动态和静态性能影响非常大，如果选择合适，可使系统的各方面精度都非常高；相反，如果选择不恰当，甚至会使系统趋于不稳定，从而失去控制。而且，参数的选择没有固定的公式，一般都是凭经验来选择。因此，PID参数的设定放在独立用户窗口进行组态，并设置了使用权限，一般由管理人员或相关技术人员进行整定和修改。

3.4 报表和数据记录功能说明

在工程应用中，大多数监控系统需要对设备采集的数据进行存盘，统计分析，并根据实际情况打印出数据报表。所谓数据报表就是根据实际需要以一定格式将统计分析后的数据记录显示和打印出来，如：实时数据报表、历史数据报表。数据报表在工控系统中是必不可少的一部分，是数据显示、查询、分析、统计、打印的最终体现，是整个工控系统的最终结果输出；数据报表是对生产过程中系统监控对象的状态的综合记录和规律总结。在干燥设备中对温度的记录分析也很重要。可分为实时报表、历史报表、实时曲线和历史曲线。

3.4.1 实时报表

实时报表是对瞬时量的反映，通常用于将当前时间的数据变量按一定报告格式（用户组态）显示和打印出来。这里的实时报表是指在主控窗口里通过MCGS系统的实时曲线构件来组态实时动态显示物料干燥的变化。

3.4.2 历史报表

历史报表通常用于从历史数据库中提取数据记录，并以一定的格式显示历史数据。这里的历史报表是将本次实验的结果数据以表格的形式记录下来提供给实验者,同时可以进行打印。

4 结束语

利用MCGS组态软件编程，实现对干燥设备的控制和检测结果的获取，其开发过程简单灵活，尤其开发出的动态界面和多样化的数据浏览等功能非常丰富。经投入运行，系统不仅能实现各项控制任务和功能，操作界面友好，便于操作；而且提高了设备运行的稳定性和可靠性。系统的设计经验和技术具有推广价值。

[1]我国干燥设备的技术现状及未来趋势[EB/OL]. html/1015/20081128/analysis_150626_762.shtml,2008-11-28.

[2]张文明,刘志军.组态软件控制技术[M].北京:清华大学出版社,2006.

[3]刘彬,谭建平,黄长征.一种改进 PID 控制算法的研究与应用[J].微计算机信息,2008,23(6):15-17.

Technology-based configuration control system for drying equipment

SHI Yu-bao, ZHANG Zhi-fu

针对干燥设备的原理、结构与所需实现的功能，基于 MCGS组态技术开发设计了一控制系统。系统主要由工控组态软件、计算机、数据采集卡、相应传感器件及干燥装置组成，设计结构紧凑、使用灵活、操作界面友好，经投入使用效果良好。

MCGS；组态软件；干燥设备；数据采集卡；温度；称重

师玉宝（1967－），男，河南人，副教授，研究方向为自动控制与工程。

TP273

A

1009-0134(2010)06-0111-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.06.38

2009-10-28

青海大学中青年科研基金项目（2009-QG-14）