黄学飞

广州铁路职业技术学院机械与电子学院，广东广州510430

0引言

1控制系统总体设计

在造波系统的前半周期中高压气体通过阀门分配系统进入造波风罩，从而在风罩前面产生波峰；在造波系统的后半周期中气体通过阀门分配系统排出造波风罩，从而在风罩前面产生波谷。在产生波峰的过程中，通过压力传感器来调节风机的变频器，以此控制进入风罩的高压气体压力。

在本系统中，控制系统需要较快的运算速度和较强的运行能力，而S7300PLC采用模块化结构，具备高速（0.6~0.1μs）的指令运算速度，可以用浮点数运算，比较有效地实现了更为复杂的算术运算等功能特点，所以选用S7300PLC作为系统的主要控制核心。在本系统中采用S7300PLC的PID控制功能块FB41。压力传感器采用佛山市赛普特电子仪器有限公司的PTP702高压压力传感器，该传感器的弹性体采用特殊进口材质、线切割机加工工艺，一体化结构设计，适用于大型液压设备等的压力测量与控制，可以满足本控制系统的需要。

2PID系统的工作原理

PID系统的工作原理如图3所示。

当系统运行某一波型的压力时，系统在前半周期会通过控制系统将风罩的压力稳定在所需的压力。直至系统在后半周期时释放压力。如此周而复始，从而在保证系统满足所需压力的情况下确保不会浪费过多的能量。

3系统实现

3.1上位机监控系统

上位机监控系统主要实现实时显示气动造浪系统的运行状态、管理整个系统的运行和对采集的数据进行分析处理。主要模块包括实时监控和报警、系统参数配置、系统运行管理、系统用户管理、系统数据分析、系统权限管理、系统数据管理、用户管理等功能模块。如图4所示。

上位机监控系统选用DELPHI2012作为系统的编程软件。DELPHI2012是一种优秀的编程工具，具有功能强大、简便易用和代码执行速度快等优点。该开发工具不仅具有可视化的特点，而且具有强大的数据库支持、与Windows编程紧密结合、强大而成熟的组件技术、简单易学等特点［3］。数据库采用微软开发的SQL。监控中心系统与数据库的数据交互采用ADO数据库访问技术。

上位机监控系统主要功能是显示气动造浪过程中运行实时状态、采集和处理气动造浪过程中的空气压力数据等。为保证这些任务具有实时性，需要系统支持多任务和并行处理多任务。在开发上位机监控系统时采用了多线程技术。根据上位机监控系统运行需求，上位机监控系统需要如下几个线程：系统主线程、数据采集线程、数据处理线程等。这些线程保证了系统的正常运行和系统的实时性，提高了系统运行的可靠性。其中，系统主线程是系统从开始运行到系统结束运行的线程，该线程主要负责气动造浪系统显示运行状态、查询上位机监控系统的数据及对系统进行交互操作；数据采集线程主要是系统采集PLC控制系统发送回的数据，该线程在监控系统开机后一直运行；数据处理线程是系统单独建立的一个线程，主要任务是处理通过PLC控制系统传回的数据，并根据数据的状态对系统进行相应的处理，处理完毕后根据需要将数据保存在SQL数据库中，该线程自数据采集线程运行后开始运行。由于采集的数据处理过后需要保存在数据库中，计算机在处理这一过程中，需要花费一定的时间，而采集数据的速度也很快，为保证数据能正确保存在数据库中而不出错，在系统中建立了临时内存机制，将需要保存的数据临时保存在内存中。在采集数据的同时也可以处理数据和保存数据，实现了采集数据和保存数据“同步”进行。

3.2PLC控制系统

本控制系统采用西门子S7300PLC作为控制核心，采用指令编制系统程序。本控制系统的程序可分为三部分：主程序、子程序和中断程序。子程序包括人工造波浪前半周期控制子程序和后半周期的子程序，中断程序主要运行在前半周期，这个程序首先要完成压力数据的采集，并根据控制系统的给定值，完成在线数字PID运算，并根据运算结果把控制量输出到风机的变频器，从而控制风机的电机，最终实现风罩压力的恒压控制和系统正常运行。系统主程序流程图如图5所示。

3.3上位机监控系统与PLC控制系统连接

上位机监控系统与PLC控制系统连接采用RS485串行总线技术。由于RS485串行通信方式采用一对平衡双绞线作为传输媒体，具有多点双向通信能力，允许多个发送器连接到同一条总线上，具有传输距离长、传输速率高、抗干扰能力强、控制方便且成本低廉的特点，故得到了广泛的应用［4］。由于上位机监控系统与PLC控制系统距离较远，故采用RS485串行总线技术。因为采用的上位机没有485接口，只有232接口，所以上位机与PLC控制系统连接中需要RS232和RS485的转换器，以保证系统正常连接。在通信过程中，通过调用PRODAVES7软件包的动态链接库实现气动造浪监控系统的上位机监控系统与PLC控制系统的读写操作。上位机监控系统用到的PRODAVE函数主要有load_tool、unload_tool、db_read、db_write四个。其中，load_tool用于PC机与PLC系统初始化链接；unload_tool用于断开PC机与PLC系统链接；db_read用于从PLC的DB块中读数据字；db_write用于向PLC的DB块中写数据字。上位机监控系统通过静态引入方式访问PRODAVE动态链接库DLL（DynamicLinkLibrary）中的例程，即在单元的Interface部分用External指示字列出要从DLL中引入的例程［5］。

4系统调试

为检验该系统运行过程中的可靠性和实时性，在某公司开发的造浪池对本系统进行现场安装调试。将开发的系统安装到现场，并根据现场对程序的部分参数进行了调整。在系统运行过程中，采用不同的波形（左右浪、排浪、钻石浪、摇摆浪等）进行测试，经过多次测试，当系统达到设计的参数时，系统都能够正常实现所需的波形，并对浪高、造浪间隔、波形等实现自动控制。同时与之前系统相比，系统在运行过程中能耗大大减少。现场测试表明，该系统性能表现比之前系统效果更加良好，系统也更稳定、可靠。

5结束语

参考文献

［1］王秋旺．造波机在水上乐园的应用［EB/OL］.(20100807)［20151013］http://wenkubaiducom/view/fd08a30a79563c1ec5da71b6html．

［2］王恩义，罗先喜，王甲甲，等.基于PID算法的智能温控系统设计与实现［J］.微型机与应用，2014，33(12):1820，24.

［3］明日科技，梁水，李方超．Delphi开发技术大全［M］．北京：人民邮电出版社，2007．

［4］王研．基于RS485的PLC与变频器通信实现［J］．现代机械，2010(4)：4142，37．

［5］姜建芳,苏少钰,陈庆伟,等．西门子S7300系列PLC与PC机通信实现的研究［J］．制造业自动化，2003，25(1)：5254．