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1、 引言

    在網(wǎng)絡技術和多媒體技術飛速發(fā)展地今天，通過網(wǎng)絡對遠端的供氣站進行控制已成為一種可行的技術。利用這種技術，可以對供氣站的工作狀態(tài)進行相關檢測，從而獲得實時的信息，再據(jù)此向遠端供氣站發(fā)出某種命令，使其按指令運行，從而使最下層由單片機控制的供氣站與上層的由PC機控制的主站實現(xiàn)了通信連接，協(xié)調(diào)配合完成了供水任務，這樣不僅節(jié)約了泵站管理的人力、物力，而且還提高了小區(qū)供氣的質(zhì)量。遠程煤氣加壓的自動控制系統(tǒng)正是基于這種考慮而設計的。

2、控制系統(tǒng)總體設計

    煤氣加壓自動控制系統(tǒng)就是在原有控制系統(tǒng)的基礎上，在控制站點的應用程序中加上了對遠端傳來的信息進行判斷，并依據(jù)判斷自動發(fā)送命令。【1】本系統(tǒng)的實時信息傳輸和實時控制系統(tǒng)分為兩部分：一是氣站風機，二是控制站點。其中機泵站點負責信息的采集、壓縮、傳輸。同時接受控制端發(fā)送的命令并執(zhí)行；控制站點對信息進行解壓、顯示、判斷。同時向遠程的泵站發(fā)送命令。這樣通過智能傳感器及計算機數(shù)字通信網(wǎng)絡技術的有機結(jié)合，就可以將單個分散的設備變成相互溝通信息，共同完成自動控制任務的控制網(wǎng)絡系統(tǒng)。圖1表示系統(tǒng)結(jié)構圖。 
    上層控制站的任務是接收全站的信息并實時存入數(shù)據(jù)庫，通過友好的人機界面和強大的數(shù)據(jù)處理能力實現(xiàn)風機監(jiān)控功能，是整個系統(tǒng)與運行人員的接口。
    主機的配備情況：中央處理器為奔騰Ⅳ, 處理器主頻（MHz）：2800Mhz，  配置內(nèi)存容量（MB）：512MB ， 硬盤容量（GB）：200GB ，顯示器類型：液晶顯示器 ， 顯示器尺寸（英寸）：19英寸 ，多種通信接口和相關應用軟件等。
主機的主要功能有：在線自我診斷和自恢復；顯示畫面、報表，控制流程，并能修改和擴充；進行數(shù)據(jù)處理、記錄和設備管理，打印各種信息和報表；故障報警，顯示并打印；利用顯示直接進行控制操作，提供閉鎖及條件的設定；與各級調(diào)度通信等。煤氣加壓遠程自動控制系統(tǒng)采用RS232總線；通信媒介為雙絞線。下層供氣站由AD7888單片機、風機、傳感器和執(zhí)行機構等智能儀表構成，完成現(xiàn)場遠程控制。

3、自動控制技術

    本系統(tǒng)軟件采用動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術（DDE）和WINDOWS可視化編程技術，實現(xiàn)了實時監(jiān)控和信息管理的集成和融合，并保證了軟件的可擴展性。【2】在機泵站點，需要對煤氣加壓系統(tǒng)進行信息采集；而在控制端則需要對信息進行處理顯示等。本系統(tǒng)采用單片機組成泵站的監(jiān)控系統(tǒng)，作為下位機使用，用來完成各煤氣加壓站點的數(shù)據(jù)采集，輸出控制,狀態(tài)判別及環(huán)境監(jiān)測等工作，上位機主站服務器接收單片機采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入動態(tài)數(shù)據(jù)庫，完成顯示報警，實時曲線，歷史曲線，分析系統(tǒng)運行狀態(tài)打印輸出，并根據(jù)主站控制人員要求去控制各供氣站的運行狀態(tài)等功能。
    由于本系統(tǒng)所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)變化比較大，所以本系統(tǒng)中采用了多種信息壓縮算法，以適應多種網(wǎng)絡傳輸環(huán)境和實時性要求，其中包括顯示質(zhì)量好但開銷大的MPEG4，以及開銷小適用于遠程傳輸?shù)W(wǎng)絡傳輸率低的H.26x。如果網(wǎng)絡情況好，則用顯示質(zhì)量好的MPEG4，如果網(wǎng)絡不好，則使用開銷小的H.26x。
    為了節(jié)能和降低成本，使供氣站在恒壓下供氣，該系統(tǒng)能同時控制多個氣站點。每當連接一個新的供氣站點，控制站點會自動產(chǎn)生一個新的進程對該站點進行控制，在對一個站點控制時，同時會有幾個線程分別來實現(xiàn)各自的功能。如前所述，自動控制包括兩個方面：一是對傳送過來的信息進行分析，獲得機泵的實時狀態(tài)。二是依據(jù)風機目前所處的狀態(tài)，發(fā)出相應的命令。對信息進行分析是通過與標準信息進行比較來實現(xiàn)的，以此來確定風機是否已經(jīng)進入了某種狀態(tài)。如果風機當前處于某種標準信息對應的狀態(tài)，則控制站點會發(fā)出與該狀態(tài)相應的命令。

4、硬件結(jié)構

    由于供氣系統(tǒng)的供氣量隨時間變化大的等特點，為了節(jié)能和降低成本，供氣采用恒壓供氣變頻調(diào)節(jié)的方式。實際上，它主要由變頻器和單片機組成。變頻器型號為380V/100KW-400KW，其啟動電壓可以補償，有利于保護電機，并內(nèi)置PI調(diào)節(jié)器，可開/閉環(huán)運行。AD7888是高速、低功耗的12位AD轉(zhuǎn)換器，單電源工作，電壓范圍為2.7V～5.25V，轉(zhuǎn)換速率高達125ksps，輸入跟蹤-保持信號寬度最小為500ns，單端采樣方式。AD7888包含有8個單端模擬輸入通道，每一通道的模擬輸入范圍均為0～Vref。該器件轉(zhuǎn)換滿功率信號可至3MHz。AD7888具有片內(nèi)2.5V電壓基準，可用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準源，管腳REF in/REF out允許用戶使用這一基準，也可以反過來驅(qū)動這一管腳，向AD7888提供外部基準，外部基準的電壓范圍為1.2V～VDD。【3】CMOS結(jié)構確保正常工作時的功率消耗為2mW（典型值），省電模式下為3μW。它被廣泛地應用于各種測控系統(tǒng)中
    該系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程中為了確保正常供氣，必須采用恒壓供氣。其原理為：當檢測的壓力與設定的壓力產(chǎn)生偏差時，單片機按照增量PID控制算法進行計算，求出控制值。該值從D/A轉(zhuǎn)換擴展模塊的輸出端口輸出4～20mA的電流。該電流接入變頻器的輸入控制端，改變變頻器的輸出頻率從而改變泵的轉(zhuǎn)速，最終使壓力穩(wěn)定。管道壓力控制精度可達百分之一。
    為了保證風機的節(jié)能效果，本系統(tǒng)設置了風機運行/停止自動控制，采用定時試探法實現(xiàn)這一控制。它的原理如下：當定時時間AT一到，原控制輸出開度值按每秒百分之x開度下降試探，若開度在下降過程中，管壓一直保持不變，則到輸出開度置零時，風機就停止工作。只有當檢測到管壓下降到設置的底線值時；系統(tǒng)才重新使壓力風機進入自動調(diào)壓的運行狀態(tài)，將管壓調(diào)節(jié)到設定的工藝壓力值。若在開度下降的過程中仍在用氣，則必然使管壓很快降到設置的底線值，這時開度下降停止，風機重新進入正常調(diào)壓，當下一個定時時間到達時，再循環(huán)重復進行試探。這種恒壓自動調(diào)節(jié)在不供氣時處于停止狀態(tài)的控制策略在實際控制中取得了滿意的節(jié)能效果。

5、控制平臺的設計

    風機在其運動過程中，當其處于某一狀態(tài)時需要通過向它下達某一種指令才能使之向下一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換。因此，可以在某一個文件中存儲完成該運動過程所需的各個關鍵狀態(tài)的圖像信息，并存儲與該狀態(tài)相對應的指令。要執(zhí)行該運動過程時，通過應用程序讀入該文件，獲得各狀態(tài)的信息，然后即可開始將實時的圖像信息與關鍵狀態(tài)的圖像信息相比較，如果相符，則發(fā)出相應命令。實際上，這個文件就相當于一個運行腳本，要執(zhí)行同樣的操作時，只需要把這個腳本讀入，就可以實現(xiàn)自動控制功能。
    單片機的主要功能是對管道的壓力進行實時測量、采集，并通過網(wǎng)絡將信息傳輸給上位機。充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構成監(jiān)控畫面，將控件中的各類實時數(shù)據(jù)、畫面、報表、圖表等信息存入主站服務器中。從而使單片機的應用更人性化，形象化，在這里用VB6.0實現(xiàn)AD7888單片機與上位機的通信。【4】引入Mscomm控件，Mscomm是Microsoft公司提供的簡化windows下串行通信編程的ActiveX控件，在VB6.0打開的界面中沒有Mscomm控件，必須手工加入。方法是順序點擊Project―Components―Contol―Microsoft Common Control 6.0即可。【5】注意：在運行時是不可見的。
    供氣站氣站軟件設計采用模塊化結(jié)構，每個模塊作為一個子程序，根據(jù)系統(tǒng)功能劃分，程序由模塊組成，每個模塊的程序量都不大，所以整個程序的編制、調(diào)試和維護較方便。

6、結(jié)論

    本系統(tǒng)進行了充分的測試，取得了良好的效果，節(jié)能顯著，由于VB6.0開放性的開發(fā)平臺，以及VB6.0強大的數(shù)據(jù)庫接口，使得本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)參數(shù)更容易跟蹤查看，因此降低了操作難度，減少了故障率。提高了整個系統(tǒng)的運行效率，延長了設備的運行壽命，并實現(xiàn)了氣站自動無人值守運行。該系統(tǒng)的設計思想不僅適用于供氣系統(tǒng)，還可以用于供水、供暖、供電等生產(chǎn)生活領域。