微细粉尘收集及控制系统

摘要 微细粉尘收集及控制系统，用亚当模块完成对现场数据采集；在组态王人机界面中实现实时、历史数据处理，对粉尘温度、压力、浓度、流量的检测与控制；以MPC02完成对步进电机的驱动；通过PID调节器能完全实现局部闭环调节，使输出值与给定值偏差微小甚至无偏差，调节过程中我们采用了P、I、D三参数可调节的增量式PID调节器。 关键词：组态王，亚当模块，步进电机，PID调节器 Abstract The collection of superfine dust controlling system finishes gathering the on-the-spot data with Adams module. We realize real-time data processing and historical data processing. and measure and control for powder’s temperature，pressure, density and humidity in the ‘kingview’ software. We drive for the step-servo with MPC02. And realize closed-loop regulate with PID regulator, making the aberration between the input and output been very microscopic. We adopt increment type PID regulator of three adjustable P, I, D parameter in the project. Keywords: Kingview, Adam module, Step-servo, PID regulator Measuring 1 概述 1.1 引言 高湿高粘附性的超微细粉收集是目前工业除尘面临的难题，本系统以全新的对喷流、涡流除尘机理对其进行实验研究。承担的课题有：国家“十五”863计划项目《脉冲电晕等离子体烟气脱硫脱硝工业化技术研究》和已完成项目《超微粉气流分级技术的研究与应用》。 微细粉尘收集及控制系统是在以西南科技大学环境工程学院为主研单位，信息与工程控制学院承担该系统的自动控制领域的工作的基础上，提出并由本课题组开始进行设计、调试、运行工作的。 日前，环境工程学院的各项实验都是以全手动的方式进行的，由于数据在传递过程中的各种干扰造成较大幅度失真以及执行机构在手动情况下的延迟时间不确定性，造成各项实验所及数据误差较大。本课题组的各项工作完成以后，将使各项实验的计算机控制成为可能，并能使部分实验指标的控制实现闭环调节，从而提高各项实验指标在检测与控制过程中的实时性与精确性，对准确分析实验结果有着不可估量的作用。 1.2 系统工作原理与结构 本系统所承担课题的研究方向主要为： 1对喷流除尘技术/微细粉尘富集/运行参数/经济可靠性研究； 图1.1 系统原理图 2 微细粉尘电除尘收集器的性能测试与分析； 3 高湿、高粘附性微粉涡流除尘技术/运行参数/经济可靠性； 4系统流量、压力、含尘浓度、除尘效率等参数测试、控制与模拟。 其工作原理示意图如上图1.1所示，系统结构如图1.2所示。 2 人机界面及控制系统 2.1 组态王人机界面 组态软件因其为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，成为现代工控领域内最受欢迎也不可缺少的人机界面系统。本课题中应用组态王工控软件为系统开发了如图2.1所示的系统主控界面以及登录界面、三个实时趋势曲线和三个历史趋势曲线界面、一个报警窗口和一个数据报表窗口。 在组态王的三个实时趋势曲线中，对现场所采集到的数据实时以曲线的形式在该窗口中分别对三组检测仪表中所显示的数据显示出来，动态可视性教好；而在三个历史趋势曲线中，可以根据用户的需要，分时间段显示各个仪表所检测到的数据的曲线；数据报表中所显示数据的形式仅仅是数字而已，和实时趋势曲线与历史趋势曲线内容一样；报警窗口中可以显示并存档系统操作员的操作动作，同时可以根据用户的设置实时显示各个变量的数据上下限并可以连接到模拟报警设备以声音等的形式提示给用户；PID调节器所采用的算法为增量式，手动调节P、I、D三个参数直至达到最佳控制效果。 螺杆加料机是由步进电机驱动的，步进电机的控制系统是由VB编制的一个可执行程序，可供组态王调用。它与组态王的数据交换是由WINDOWS下的标准DDE进行设定，将在下节介绍这部分内容。 系统安全问题可以归结为两个方面的内容：一是开发系统的安全保障，另外一个则是运行系统的安全运行问题。在开发系统中通过密码保护确保系统不会随便被人删改，同时也涉及到不会被人随便查看以保障知识产权不被侵犯；在运行系统中，有很多按纽是不能让每个人都可以启动和停止的，我们设置了系统安全区和用户访问权限来确保系统的安全运行。 2.2 步进电机控制系统 根据系统的需要，我们选用了成都步进机电公司的57BYG250E-SAFRML-0152型步进电机和其配套的MPC02运动驱动卡。MPC02控制卡是基于PC机PCI总线的步进电机或数字式伺服电机的上位控制单元，它与PC机构成主从式控制结构：PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作（例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、控制指令的发送、外部信号的监控等等）；MPC02卡完成运动控制的所有细节（包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等）。 利用MPC02的动态链接库（DLL），开发者可以很快开发出Windows平台下的运动控制系统。VB和VC++是目前工控领域内应用最广泛的两种支持动态库连接的开发工具。我们使用了最简单、最常用的VB开发本课题的步进电机控制系统。 2.2.1 VB开发步骤 （1） 概述 ① 安装MPC02驱动程序及函数库； ② 用VB编写一个界面程序； ③ 讲MPC02.bas文件添加到VB Project中去； ④ 在VB应用程序中调用运动函数。 （2） 动态链接库函数调用方法 ① 函数声明 每一个动态链接库（DLL）中的函数在VB中的声明已经包含在MPC02.bas文件中，用户只需将改文件添加进VB工程只去即可。 ② 函数调用 若调用函数的返回值为空或不需要返回值，则可按如下方法调用： con_pmove1,2000 或 call con_pmove(1,2000) 若要得到函数的返回值，则可按如下的方法调用： Dim rtn As Long Rtn=con_pemove(1,2000) (3)VB程序流程图，如上图2.2所示。 2.2.2 VB应用程序及与组态王的数据交换 如下图2.3所示，在运动控制项中，针对本课题中对电机运行方式的要求不高，只是需要让两个电机能分别以常速连续运动的方式进行运转，带动螺杆加料机为系统送料的特点。我们设计了指令和位置与状态的实时反馈、MPC02板卡的初始化信息等以美化界面和提示用户。 用VB开发的电机控制界面，只能以输入脉冲的方式控制电机的转速。而在组态王人机界面中，对电机的控制是转化为对粉尘浓度的要求来控制的。因此，必须使电机转速的大小与粉尘浓度的大小一一对应起来，显然，这就需要在组态王和VB两个不同的应用程序中进行数据交换。 Windows下的DDE（动态数据交换）允许应用程序之间共享数据，它在功能上类似OLE，但不嵌入，即客户程序（Client）和服务程序（Server）是单独运行的。它们之间的会话经由一条通道（Channel）来进行，整个会话过程由程序控制，不需用户进行任何干涉。 在组态王界面中，我们要把对粉尘的浓度要求如50.4%这个数据以脉冲个数的方式传递给VB，让其控制步进电机的转速，驱动螺杆加料机来完成对粉尘浓度的要求。在VB中，电机转速的大小是在控件TxtLowSpeed(I)中进行设置的。对电机A，打开控件TxtLowSpeed(0)的属性栏，修改其属性：LinkTopci——view|tagname；LinkItem——仿真PLC_1.STATIC200；LinkOuttime——50；在VB代码的窗体显示过程Private Sub Form_Load()………End Sub中，添加LinkMode(0)=1(即允许DDE开始会话)。对电机B，修改TxtLowSpeed(1)的属性：LinkItem——仿真PLC_1.STATIC150；在Private Sub Form_Load()…….End Sub中，LinkMode(1)=1，其它属性与A同。如图3.3所示。 在组态王中，建立一个逻辑名为“仿真PLC_1”的亚空仿真PLC作为虚拟下位机便于和组态王交换数据。让变量名“给定浓度A”连接到设备“仿真PLC_1”，并使用它的寄存器“STATIC200”。粉尘浓度0％——100％分别对应电机驱动脉冲的0——100000（MPC02A型卡）。 2.3 系统通讯 在本系统中，上位机和下位机的通讯是依靠ADAM5000智能模块来实现的。ADAM5000系列是一套内置微处理器的智能的传感器接口模块，提供了广泛的数据采集和控制功能。可以通过主机用一套命令语言对它们进行远程控制并在485网上通讯。它提供智能的信号调节、模拟I/O、数字I/O等功能。ADAM5000分为系统核心（CPU、电源、4槽基板、RS-232口、RS-485口）和I/O模块两部分。ADAM5000的地址设置和初始化是通过Advantech ADAM Unitity应用软件的指令来设置的。亚当模块作为数据采集和交换中心，它需要完成对下位机诸如各类传感器、变送器等的数据采集和对各类数显仪表、继电器等的数据输出；同时它还需要向上位机提供数据和传输数据。 数据采集 新一代各类传感器和变送器对物理信号的感应都将转化为标准电信号输出，同时根