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關(guān)鍵詞：張力控制;?組態(tài)軟件;?PCI板卡;?ActiveX控件

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引言

在工業(yè)控制領(lǐng)域,，如何有效的實(shí)現(xiàn)控制算法一直是人們普遍關(guān)心的問題。目前,，工控組態(tài)軟件能夠提供友好的人機(jī)交互界面,，強(qiáng)大的通訊功能，但是計(jì)算能力不強(qiáng),，很難實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜的控制策略[1],。Visual?Basic是Microsoft公司開發(fā)的Windows平臺的主力編程語言之一，它避開了C++編程繁瑣和抽象的缺點(diǎn),，綜合運(yùn)用了BAIC語言和新的可視化設(shè)計(jì)工具,，不僅簡單易學(xué),，而且功能強(qiáng)大,。同時，VB還具有事件驅(qū)動的編程機(jī)制,，在開發(fā)時可以充分?jǐn)U充其功能,，如在函數(shù)層調(diào)用功能態(tài)鏈接庫（DLL）,、在控件層使用VBX、在應(yīng)用層使用shell函數(shù)調(diào)用其他應(yīng)用程序等[2],。因此，可以利用組態(tài)軟件作為系統(tǒng)主控,，定時進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣,、動態(tài)工藝圖顯示,、數(shù)據(jù)記錄等;利用VB來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法，而二者之間的無縫連接可以通過ActiveX技術(shù)來實(shí)現(xiàn),，如圖1所示,。這樣就可以充分發(fā)揮工控組態(tài)軟件和VB各自的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的控制,。

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????? 圖1,、ActiveX技術(shù)通信統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

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1?電線加塑生產(chǎn)工藝簡介

單芯裸銅線的自動加塑過程中,，主牽引機(jī)帶動裸銅線經(jīng)過擠塑機(jī)塑封上塑料，經(jīng)測徑,、水冷,、打字,、耐壓測試合格后由收線機(jī)收卷成盤。生產(chǎn)過程中要求線材必須保持適當(dāng)?shù)膹埩?，才能保證加塑均勻,、銅芯不被拉斷或堆擠,、卷取排列整齊,、松緊適度。而線徑大小,，卷筒直徑,，電機(jī)速度等因素，都會影響到系統(tǒng)的張力,，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

1.1?電線加塑生產(chǎn)中張力的產(chǎn)生及特點(diǎn)

根據(jù)胡克定律,，卷繞系統(tǒng)中卷材的張力來源于放卷和收卷的線速度差[3],，當(dāng)放卷速度恒定時，保持卷取張力恒定實(shí)質(zhì)上就是控制收卷速度,。而在卷取過程中，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時,，卷徑的變化也會影響卷取速度;主牽引機(jī)進(jìn)行加減速時,，即建張階段,，還會存在張力的震蕩[4],，所以張力控制系統(tǒng)不僅要對速度的沖擊有較強(qiáng)的抵抗力,，同時對卷徑的變化也應(yīng)具有較強(qiáng)的魯棒性,。

1.2?電線加塑生產(chǎn)恒張力系統(tǒng)的簡單自適應(yīng)控制

要解決好上述問題，采用傳統(tǒng)算法的張力閉環(huán)系統(tǒng)很難達(dá)到令人滿意的效果,，因此,，設(shè)計(jì)了電流、速度,、張力三環(huán)變結(jié)構(gòu)串級控制系統(tǒng),。建張過程中投入速度調(diào)節(jié)器,，系統(tǒng)為轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),，PI型調(diào)節(jié)律，通過控制轉(zhuǎn)速間接控制張力,，屬于間接張力控制系統(tǒng);建張完成后,，即張力偏差小于5%時,，張力環(huán)投入工作,，形成張力電流雙閉環(huán)系統(tǒng),，并引入一種新的控制策略——簡單自適應(yīng)控制律,，系統(tǒng)為直接張力控制系統(tǒng)[4]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示,。

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???????????? 圖2,、電線加塑恒張力簡單自適應(yīng)控制系統(tǒng)原理框圖

圖中BF為張力檢測環(huán)節(jié);PLG為光電碼盤測速環(huán)節(jié);M為直流收卷電機(jī);ASR,、ACR分別為全數(shù)字直流調(diào)速裝置中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器;TA為電流互感器;D/P為脈沖生成環(huán)節(jié);P/D為脈沖整形環(huán)節(jié);ATR為張力調(diào)節(jié)器;Ke,，Kx和Ku為簡單自適應(yīng)算法中的PI調(diào)節(jié)律。

簡單自適應(yīng)控制的主要特征是控制器組成結(jié)構(gòu)簡單,，且與被控對象模型基本無關(guān),?？刂频哪繕?biāo)是使被控對象的輸出性能按照參考模型的輸出性能變化，參考模型的階次可以大大低于被控對象的階次,。在簡單自適應(yīng)控制的算法中,，不僅使用了參考模型的輸出與被控對象實(shí)際輸出的誤差信息，還利用了參考模型的輸入和其狀態(tài)信息,，這些信息的運(yùn)用,，提高了系統(tǒng)的控制精度，因而只要選擇好參考模型,，就能達(dá)到張力閉環(huán)控制系統(tǒng)的要求,。

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2?利用組態(tài)王設(shè)計(jì)電線加塑恒張力控制系統(tǒng)

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況，電線加塑生產(chǎn)張力控制系統(tǒng)由直流收卷電機(jī),、全數(shù)字直流調(diào)速裝置,、PC機(jī)和張力傳感器構(gòu)成。轉(zhuǎn)速,、電流雙閉環(huán)由傳動級實(shí)現(xiàn),，本系統(tǒng)采用了德國西門子的SIMOREG?DC-MASTER?6RA70全數(shù)字直流調(diào)速裝置。該裝置主回路采用三相橋式反并聯(lián)電路,，16位的微處理器完成電流和轉(zhuǎn)速的PI調(diào)節(jié),。雙閉環(huán)系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了在電流受限制下的快速起動,，利用了飽和非線性方法,，達(dá)到了“準(zhǔn)時間最優(yōu)控制”?？赡嬲{(diào)速系統(tǒng)采用電樞反接線路進(jìn)行切換,，電機(jī)由正反兩組晶閘管供電的邏輯無環(huán)流控制,，以確保主回路沒有環(huán)流產(chǎn)生[5]。張力調(diào)節(jié)部分采用數(shù)字量控制,，由PC機(jī)完成,。

2.1?現(xiàn)場信號的檢測及采集

數(shù)據(jù)采集是系統(tǒng)的基礎(chǔ),。對于張力控制而言需要將各點(diǎn)的張力信號及時準(zhǔn)確地采集到控制計(jì)算機(jī)中,，而收卷電機(jī)轉(zhuǎn)速、電樞電流等作為輔助變量也有必要實(shí)時采集,。從現(xiàn)場傳感器輸出的模擬值,，經(jīng)PCI數(shù)據(jù)采集板卡AD通道就可以變化成數(shù)字量傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。

由MCL-T1型張力傳感器輸出的0—5V信號經(jīng)過科日新KPCI—811板卡12位ADC轉(zhuǎn)換為0—4095的數(shù)字量,，存放在板卡的寄存器中,。組態(tài)王下設(shè)置的I/O變量通過PCI總線讀取數(shù)據(jù)，將其進(jìn)行標(biāo)度變換,，還原為物理量,，就可以與用戶輸入的設(shè)定值比較運(yùn)算。

例如在組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典里建立“張力測量值”I/O變量,，板卡將傳感器的輸出轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字量,，通過該變量就可以將數(shù)字量取出并得到對應(yīng)的物理量，其基本屬性為：

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　　變量名：張力測量值?變量類型：I/O實(shí)型

　　最小值：0?最大值：20（對應(yīng)物理量的最大值）

　　最小原始值：0?最大原始值：4095（對應(yīng)板卡數(shù)字量）

　　連接設(shè)備：KPCI811?寄存器：AD0

　　數(shù)據(jù)類型：USHORT?采集頻率：300ms

　　讀寫屬性：只讀

2.2?上位機(jī)控制算法的實(shí)現(xiàn)

ActiveX技術(shù)是Microsoft對OLE技術(shù)的更新和發(fā)展,，它通常以動態(tài)鏈接庫的形式存在,，其設(shè)計(jì)思想是將一個程序嵌入到另一個程序中。ActiveX的優(yōu)勢在于它的動態(tài)可交互性,，用戶可以在使用過程中,，通過改變它的屬性和參數(shù)，在應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)自己的特殊要求[5],。

利用VB將簡單自適應(yīng)控制算法打包成ActiveX控件,，將測量值、設(shè)定值和控制輸出量留做控件的接口,，在組態(tài)王下,，通過設(shè)置I/O變量,，與控件接口變量一一對應(yīng)連接,，就可以將板卡轉(zhuǎn)換得到的現(xiàn)場信號送入控制算法控件,，算法運(yùn)算得到的控制量,，經(jīng)過板卡也可以送到現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu),。

組態(tài)王I/O變量輸出的控制量可根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的情況,，設(shè)為電壓或電流形式,。811板卡有2路模擬量輸出通道,，本系統(tǒng)選擇0—10V的電壓輸出,，與全數(shù)字直流調(diào)速裝置的電流內(nèi)環(huán)組成張力閉環(huán)控制系統(tǒng)，對直流收卷電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制,，從而保持系統(tǒng)恒張力運(yùn)行,。

現(xiàn)場信號、組態(tài)王與控制算法之間的連接關(guān)系如圖3所示,。

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??????????? 圖3,、現(xiàn)場信號、組態(tài)王與控制算法之間的連接關(guān)系

2.3?監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)

整個監(jiān)控界面如圖4所示，以組態(tài)王6.51為開發(fā)平臺,，利用其豐富的圖形庫和靈活的動畫功能，創(chuàng)建了逼真的動態(tài)畫面來實(shí)時顯示現(xiàn)場的控制過程,。系統(tǒng)的各參數(shù)不僅可以直觀顯示,，還能夠做實(shí)時和歷史記錄,，并根據(jù)需要將其打印成報(bào)表;完善的報(bào)警管理可以及時提示報(bào)警事件，并記錄報(bào)警信息,，以備故障診斷時查詢,。

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??????? 圖4?電線加塑恒張力監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)界面

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3?結(jié)論

在北方工業(yè)大學(xué)研制的“電線生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺”上多次實(shí)驗(yàn)后，這種基于工控組態(tài)軟件和ActiveX控件形式的控制系統(tǒng),，從傳感器經(jīng)過KPCI-811板卡完成A/D采樣的時間<2μs（測量精度0.1%）,，D/A輸出的建立時間<10μs（精度0.01%）。簡單自適應(yīng)控制進(jìn)行張力控制后,，收線放線兩側(cè)的張力最大誤差都小于0.2kg,，相對誤差小于2%,，很好的滿足了生產(chǎn)的基本要求。

電線加塑生產(chǎn)過程中,保證系統(tǒng)恒張力運(yùn)行是保證產(chǎn)品質(zhì)量的必要條件,。對于張力這樣復(fù)雜的時變非線性耦合系統(tǒng),，簡單自適應(yīng)控制可以做到張力的精確控制;上位機(jī)借助組態(tài)軟件和PCI數(shù)據(jù)采集板卡可以進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示和控制參數(shù)的實(shí)時修改，二者通過ActiveX控件無縫連接,，交互數(shù)據(jù),，達(dá)到控制的目的。組態(tài)軟件與ActiveX控件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)控制的實(shí)驗(yàn)方案,，彌補(bǔ)了組態(tài)軟件命令語言功能單一的缺點(diǎn),?也為在工業(yè)控制領(lǐng)域中使用組態(tài)軟件來完成復(fù)雜的控制算法開辟了新的途徑,。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：組態(tài)軟件的圖形動畫顯示功能已經(jīng)非常成熟，但是控制能力卻相對較弱,。因此,，本文介紹了一種利用ActiveX特性擴(kuò)充組態(tài)軟件控制功能的新方法。利用高級語言將控制算法打包成控件,，將輸入輸出量留作接口,，組態(tài)軟件開發(fā)環(huán)境下調(diào)用算法控件，并設(shè)置變量與控件接口相連,，就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能,。該方法簡單實(shí)用，為組態(tài)軟件在過程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用拓展了新天地,。

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