時(shí)間:2008-09-01 11:50:00來(lái)源:ronggang
圖2 系統(tǒng)控制流程圖[/align]
從圖中,可以看出,自動(dòng)控制部分的執(zhí)行是由軟件定時(shí)器中斷控制的,一到所規(guī)定的時(shí)間周期,軟件就會(huì)執(zhí)行自動(dòng)控制的程序。執(zhí)行完后,便等待下一次執(zhí)行。系統(tǒng)就能夠不斷地一定周期地執(zhí)行自動(dòng)控制。由于溫室里的氣候?qū)儆诩儨蟠髴T性、強(qiáng)擾動(dòng)的氣候類(lèi)型,而且溫室控制必須滿(mǎn)足植物的植保要求,溫室內(nèi)的溫度,濕度等被控量不允許急劇變化。因此用戶(hù)可以根據(jù)實(shí)際需要,在系統(tǒng)設(shè)置中修改自動(dòng)控制地執(zhí)行周期,但這個(gè)周期的值一般在15秒到120秒之間。這個(gè)區(qū)間既保證了溫室控制的一定的實(shí)時(shí)性,也能夠避免由于執(zhí)行周期過(guò)短,出現(xiàn)系統(tǒng)來(lái)不及執(zhí)行的情況的出現(xiàn)。
軟件系統(tǒng)的主要功能劃分為自動(dòng)控制部分,手動(dòng)控制部分,系統(tǒng)配置和輔助功能部分。
自動(dòng)控制部分負(fù)責(zé)根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的參數(shù)或要求對(duì)溫室的環(huán)境進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。自動(dòng)控制部分主要包含溫度控制子系統(tǒng)、濕度控制子系統(tǒng)、灌溉控制子系統(tǒng)及其他一些較小的控制子系統(tǒng)(二氧化碳控制、補(bǔ)光燈控制等)。灌溉子系統(tǒng)的主要作用就是將水與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充分混合而配置成作物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)液,然后根據(jù)用戶(hù)設(shè)定的灌溉施肥程序通過(guò)灌溉設(shè)施適時(shí)適量地供給作物,保證作物生長(zhǎng)的需要[4]。
手動(dòng)控制部分能對(duì)溫室中各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行手動(dòng)實(shí)時(shí)控制。輔助功能部分管理用戶(hù)的帳號(hào)和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置權(quán)限等。系統(tǒng)配置部分,將在下面的系統(tǒng)組態(tài)中作具體介紹。
4. 系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)
4.1 組態(tài)的核心——標(biāo)記名機(jī)制
此次開(kāi)發(fā)的溫室控制系統(tǒng)的組態(tài)是以標(biāo)記名機(jī)制為核心,建立與實(shí)際系統(tǒng)存在對(duì)應(yīng)關(guān)系標(biāo)記名鏈。標(biāo)記名是實(shí)際系統(tǒng)中各控制量的邏輯抽象,是與硬件直接相關(guān)的名稱(chēng)。在系統(tǒng)中各種控制量,包括模擬量和數(shù)字量都必須存在這種一一映射關(guān)系。系統(tǒng)的控制就是通過(guò)對(duì)這些標(biāo)記名值的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)控制量都由標(biāo)記名來(lái)區(qū)分,我們稱(chēng)之為系統(tǒng)標(biāo)記名。與此對(duì)應(yīng)的,在控制回路中的每個(gè)中間環(huán)節(jié)都由中間標(biāo)記名來(lái)區(qū)別。系統(tǒng)標(biāo)記名是控制系統(tǒng)輸出量的體現(xiàn),包含了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),模擬量和數(shù)字量的輸入、輸出的大小。而中間標(biāo)記名則是計(jì)算處理的媒介,通過(guò)它可方便地處理控制過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)。標(biāo)記名機(jī)制既便于數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù),又便于控制系統(tǒng)的構(gòu)建和實(shí)現(xiàn)。有了這種機(jī)制,我們就可以在實(shí)際的組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)中,分工協(xié)作地開(kāi)發(fā)相對(duì)獨(dú)立的基本功能模塊,最后形成實(shí)用的組態(tài)軟件。
我們選取一種DBMS(數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng))來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)記名的管理,本系統(tǒng)采用Access,用于設(shè)計(jì)標(biāo)記名庫(kù)的結(jié)構(gòu),及完成對(duì)標(biāo)記名實(shí)時(shí)值和報(bào)警信息的錄入、插入、刪除、修改等操作。畫(huà)面組態(tài)模塊及控制組態(tài)模塊均通過(guò)ODBC接口讀取標(biāo)記名信息。由于像Access之類(lèi)的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件擁有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理能力,此種方案極適用于監(jiān)測(cè)點(diǎn)很多的情況,其最大優(yōu)點(diǎn)是能充分利用數(shù)據(jù)庫(kù)功能,易于查詢(xún)及對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行組織和管理。
在溫室現(xiàn)場(chǎng),工控計(jì)算機(jī)采集的監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和控制機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)分為四類(lèi),即:模擬量輸入,模擬量輸出,數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出。比如:室外的溫濕度都屬于模擬量輸入類(lèi)。所以我們將標(biāo)記名相對(duì)應(yīng)地分為模擬量輸入標(biāo)記名,模擬量輸出標(biāo)記名,數(shù)字量輸入標(biāo)記名和數(shù)字量輸出標(biāo)記名四類(lèi)。
每一類(lèi)標(biāo)記名都有其各自特點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如:在模擬量輸入類(lèi)標(biāo)記名的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中,主要包含了標(biāo)識(shí)名字段、狀態(tài)字、當(dāng)前工作量值、量程上限、量程下限、濾波方式、轉(zhuǎn)換類(lèi)型、轉(zhuǎn)換系數(shù)、上限報(bào)警值、下限報(bào)警值、采樣周期、通道號(hào)、刷新周期等數(shù)據(jù)字段。
4.2 組態(tài)的結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)的溫室控制軟件的組態(tài)由三部分構(gòu)成:控制策略組態(tài),監(jiān)控畫(huà)面組態(tài)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組態(tài)。
控制策略組態(tài)的創(chuàng)建在策略編輯器中實(shí)現(xiàn),策略編輯器是一種功能模塊的設(shè)計(jì)環(huán)境[5]?刂撇呗越M態(tài)負(fù)責(zé)系統(tǒng)中的控制子系統(tǒng)內(nèi)部的具體控制策略,以及一些控制參數(shù)的設(shè)定等。比如:系統(tǒng)的溫度控制模塊是一個(gè)帶有組態(tài)思想的控制子系統(tǒng)。其中已經(jīng)包含了溫室中與溫度有關(guān)的常見(jiàn)的所有設(shè)備或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。軟件系統(tǒng)會(huì)根據(jù)用戶(hù)在系統(tǒng)組態(tài)配置中的小區(qū)設(shè)備設(shè)置來(lái)自動(dòng)判斷溫室各小區(qū)的設(shè)備情況,自動(dòng)地選用合適的控制流程?刂撇呗越M態(tài)中還包含控制模塊的結(jié)構(gòu)參數(shù)、設(shè)置參數(shù)和可調(diào)參數(shù)的調(diào)整。結(jié)構(gòu)參數(shù)包括功能參數(shù)和連接參數(shù)。以PID功能模塊為例,該模塊可通過(guò)溫室功能參數(shù)的確定,改變PID控制的實(shí)際形式。連接參數(shù)用于表示控制模塊與外部的連接關(guān)系,是實(shí)現(xiàn)標(biāo)記名機(jī)制必不可缺的一部分。通過(guò)確立這種連接關(guān)系,就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、控制等各種手段。
監(jiān)控畫(huà)面組態(tài)是調(diào)用組態(tài)后的結(jié)果,對(duì)控制現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行顯示,實(shí)時(shí)處理現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),并且實(shí)時(shí)報(bào)警?紤]到畫(huà)面的刷新和顯示的效果等有關(guān)因數(shù),每個(gè)窗口都是一個(gè)可自由組態(tài)的獨(dú)立空間。監(jiān)控畫(huà)面組態(tài)的基本子模塊包括:
。1) 圖形界面生成模塊:該模塊提供多種溫室設(shè)備圖素,可編輯各種動(dòng)態(tài)顯示點(diǎn)和 流程圖,方便地連接動(dòng)態(tài)點(diǎn)、實(shí)時(shí)點(diǎn)和歷史點(diǎn)。
。2) 報(bào)警模塊:用戶(hù)可在報(bào)警模塊設(shè)置下限報(bào)警和上限報(bào)警等報(bào)警點(diǎn),方便地實(shí)現(xiàn)了界面動(dòng)態(tài)報(bào)警和聲音報(bào)警,并提供了報(bào)警記錄。
。3) 報(bào)表生成模塊:該模塊使用戶(hù)可對(duì)報(bào)表進(jìn)行編輯,生成數(shù)據(jù)庫(kù)中各記錄點(diǎn)的值。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組態(tài)則是實(shí)現(xiàn)組態(tài)的核心部分,控制策略部分和監(jiān)控畫(huà)面部分都要經(jīng)過(guò)它來(lái)控制硬件。一方面此模塊要采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),進(jìn)行預(yù)處理。在寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)的同時(shí),還要根據(jù)組態(tài)要求將有關(guān)數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控畫(huà)面組態(tài)進(jìn)行處理并顯示。另一方面要傳回控制策略組態(tài)部分的控制命令,實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制。它是整個(gè)系統(tǒng)中軟件與硬件設(shè)備的橋梁。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組態(tài)的基本子模塊包括:
。1) I/O模塊:根據(jù)通訊協(xié)議,控制系統(tǒng)下位機(jī)的模擬量輸入和數(shù)字量的輸入輸出。
。2) 數(shù)據(jù)庫(kù)生成模塊:該模塊包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù),可編輯數(shù)據(jù)庫(kù)的記錄,對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄進(jìn)行轉(zhuǎn)換、連接和存檔。
。3) 網(wǎng)絡(luò)通訊模塊:管理上下位機(jī)之間的通訊協(xié)議的配置,使系統(tǒng)可以基于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行運(yùn)行。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組態(tài)主要體現(xiàn)在軟件的系統(tǒng)配置部分。用戶(hù)通過(guò)系統(tǒng)配置,可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置溫室的小區(qū)數(shù)和各小區(qū)內(nèi)的不同設(shè)備的狀態(tài)。不同用戶(hù)會(huì)使用不同的傳感器,而不同的傳感器由于它們的性能指標(biāo)以及參數(shù)轉(zhuǎn)換上的差異,會(huì)影響系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集的正確性。所以在系統(tǒng)配置里面,用戶(hù)還可以選擇不同類(lèi)型的傳感器,或者自己定義所用傳感器的各項(xiàng)參數(shù),例如:是電壓傳感器還是電流傳感器,傳感器的量程范圍等。這個(gè)部分也是系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)組態(tài)思想控制的關(guān)鍵。通過(guò)用戶(hù)的設(shè)置,系統(tǒng)就知道具體的小區(qū)數(shù)和小區(qū)中的具體設(shè)備及其數(shù)量。這樣,系統(tǒng)就可以對(duì)各小區(qū)進(jìn)行有針對(duì)性的控制。
4.3 組態(tài)的步驟
這個(gè)溫室控制系統(tǒng)組態(tài)的具體步驟為:
第一步,對(duì)被控系統(tǒng)分析,制定合理的硬件方案,選擇好有關(guān)器件。系統(tǒng)工程師進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì),包括設(shè)備,結(jié)構(gòu)以及控制模式等方面的設(shè)計(jì)。
第二步,確定標(biāo)記名,即進(jìn)行數(shù)據(jù)組態(tài)。從系統(tǒng)角度來(lái)看,它應(yīng)該說(shuō)是組成控制組態(tài)的一部分。我們將整個(gè)控制對(duì)象用標(biāo)記名機(jī)制來(lái)抽象,使用戶(hù)無(wú)需關(guān)心硬件結(jié)構(gòu),只要了解它們的控制邏輯關(guān)系即可。
第三步,是決定實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的關(guān)鍵。建立標(biāo)記名鏈接,在這里意味著每一個(gè)模塊的輸入、輸出都能和另一個(gè)模塊進(jìn)行鏈接。這樣就能將系統(tǒng)軟件已經(jīng)提供的標(biāo)準(zhǔn)控制模塊組合成相當(dāng)復(fù)雜的控制結(jié)構(gòu),就可以完成各種系統(tǒng)的控制要求。
第四步,用戶(hù)可以根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控的要求靈活地對(duì)系統(tǒng)的各種控制畫(huà)面進(jìn)行劃分和實(shí)現(xiàn)。遵從方便、實(shí)用的原則,能直觀地反映溫室現(xiàn)場(chǎng)的情況和控制的效果。
5.結(jié)論
這個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)投入溫室實(shí)際運(yùn)行,組態(tài)化設(shè)計(jì)大大減輕了溫室系統(tǒng)工程師的工作,控制效果理想。
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