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PCC在人工模拟降雨控制系统中的应用 |
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作者：孙振 王华民 刘庆丰王江 |
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摘要: 文章介绍了如何根据人工模拟降雨系统的控制特点，利用先进的组态王监控软件和具有分时多任务操作系统及友好编程平台的可编程计算机控制器（PCC）设计人工模拟降雨控制系统。
关键: PCC；控制；人工模拟降雨；组态王
科学技术的飞跃发展给当前工业自动化带来了革命性的变革，传统的依靠继电器和分离的电子线路来实现的系统控制方法已经远远不能满足控制要求。因此，PLC 控制技术应运而生，这使得全世界的工业控制技术得到质的飞跃。 然而，其单纯的逻辑顺序控制功能以及控制过程中的不透明性在某些领域还存在缺陷。 为此，本文提出了以B&R 为下位机的控制系统和上位机采用组态王进行组态的新的人工模拟降雨系统设计思路，这大大提高了控制过程中的稳定性、监控性和有效性，很好地解决了问题。
1.人工降雨器简介
本标准径流场人工模拟降雨系统建在自然坡面上， 高约10m,96个X型下喷式喷头均匀分布在20m×5m的范围内，其喷头由四组不同喷嘴孔径组合而成，分为24组，分别由24个电磁阀控制其开闭；供水管道上设置一台电动流量调节阀和一块压力表，通过调节流量调节阀的开度控制管道流量并显示当前管道压力。
通过对人工降雨供水管道流量以及对人工降雨喷头的控制，实现不同强度、分布和历时的人工降雨模拟过程；并由该系统提供实时准确而有效的原始数据，对不同降雨强度、不同降雨历时和不同时期土壤含水量对土壤下渗的影响及降雨时土壤水分运动规律等进行模拟研究，这一系统的实施必将有助于径流研究的发展。
2.系统硬件构成
2.1可编程计算机控制器(PCC)介绍。
可编程计算机控制器（Programmable Computer Controller简称PCC）是奥地利贝加莱（B&R）自动化公司于1994年在工控界提出的。它将工业控制计算机（IPC）与常规可编程控制器（PLC）的特点结合起来。 无论是从内部的硬件功能，还是从外部的编程、开发环境的简便而言，它都比常规可编程控制器PLC有较大进步。PCC的硬件和软件具有如下特点：
2.1.1CPU模块采用多处理器结构。
2.1.2定性的分时多任务操作系统。
2.1.3模块式结构，系统配置灵活，便于安装。
2.1.4较大的程序存储空间。
2.1.5编程语言高级化。
2.2系统的组成和功能。
根据人工模拟降雨控制系统的特点， 该控制系统采用研华工控计算机作为上位机，B&R PCC-2003系列模块作为下位机。上位机采用IPC2000 安装了B&R Automation Studio V2.40操作系统；下位机采 用高性能的可编程计算机控制器B&R PCC-2003系列的CPU474，模拟量输入模块AI774，模拟量输出模块AO352， 数字量混合模块DM465等；上、下位机的通讯采用CAN 总线或RS232总线。
系统硬件构成如图1所示：
图1 系统硬件构成
整个系统采用二级分布式上、下位机结构，上位机系统的人机界面可全线监控， 具备压力状态显示、动画模拟降雨，管道泵、电磁阀、流量调节阀开度控制及显示等功能。 下位机由B&R 2003系列可编程计算机控制器构成，CPU模块与上位机进行通讯并监控现场设备；模拟量输入模块AI774与压力表和流量调节阀相接来显示压力和调节阀开度； 模拟量输出模块AO352与流量调节阀相接来控制调节阀的开度；数字量混合模块DM465的输出功能用来控制管道泵和电磁阀的开启。
3.系统软件设计
根据控制系统的要求，我们编制了系统控制软件，它主要由上位机组态软件和下位机控制软件构成。
3.1上位机组态软件设计。
上位机组态软件的开发平台选用北京亚控公司的组态王6.0(Kingview6.0)软件,组态王软件是随着对工业自动化的要求越来越高,以及大量控制设备和过程监控装置之间的通讯的需要,为实现监控和数据采集系统而开发,运行在Windows 9X/2000/NT上的一种组态软件。
组态王6.0 软件具有完备的工业图形库，如阀门、管道、模拟传统显示仪表等，使操作画面更贴切用户，装置工艺流程、设备运行状态一目了然，提高用户操作的安全性和可靠性。
系统的监控界面主要包括：操作界面、模拟降雨大厅界面、调节阀调节界面、组合方式设定界面、电磁阀组合界面等。操作界面用来在手动方式下监控管道泵和电磁阀的开启、调节阀的开度和管道的压力；模拟降雨大厅界面用来模拟降雨并具有监视现场设备工作运行情况的功能；调节阀调节界面具有调节其开度并显示的功能；组合方式界面和电磁阀组合界面用于组合方式下，其中组合方式界面用来设定降雨时间和调节阀开度以及时间段的选择；电磁阀组合界面用
来控制电磁阀的开启。
3.2下位机控制软件设计。
下位机控制软件利用贝加莱工业自动化公司的Automation Studio（AS）编程软件，Automation Studio 支持梯形图、指令表、结构文本、顺序功能图、AutomationBasic、标准C语言等6种的标准的开发语言；用户根据需要可以在同一个项目中选择一种或多种语言进行编程。 同时，编程环境中包含丰富的函数库及功能块， 根据需要可直接调用，大大减轻了开发人员的工作量。
下位机控制机软件设计主要包括上、下位机通讯，手动方式和组合方式等任务模块，其中手动方式和组合方式流程图分别如图2、图3所示。
图2 手动方式流程图
图3 组合方式流程图
4.结语
本文研究的以PCC为核心的人工模拟降雨控制系统于2004年10月成功地用于黄河水土保持西峰治理监督局南小河沟流域湫沟试验区， 运行情况表明，系统的可靠性高，运行组态灵活，具有高度的适应性和扩展性。
参考文献
[1]齐蓉 可编程计算机控制器原理及应用[M] 西安 西北工业大学出版社，2003。
[2]北京亚控科技发展有限公司 Kingview version6.0 使用手册[Z] 北京：亚控公司，2001。(end)
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(9/7/2012) |
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