基于组态王的传感器实验台监控系统

PROCE SS AUTOMAT I ON I NSTRU M ENTAT I ON Vo.l 29No .5M ay 2008

基于组态王的传感器实验台监控系统

K i ngvie w-basedM onitori ng System of Sensor T esti ng Bed

张淑红1 陶自春

2

(苏州工业职业技术学院机电工程系1

,江苏苏州 215104;英飞凌科技(苏州)有限公司2

,江苏苏州 215100)

摘 要:针对现有传感器技术的教学现状,结合工程实际制作了基于组态王的传感器实验台监控系统。该系统由装有组态王软件的上位计算机与PCI 板卡和下位传感器串口通信,可以实时监测温度、湿度、压力、位移、转速等五个参数,并对被控对象进行数字显示和组态监控。实践证明,该实验装置充分模拟了传感器在工业现场的控制过程,操作简单、人机界面友好,获得了较好的实验效果。

关键词:传感器技术 实验系统 组态 位移 压力检测中图分类号:TP212.9 文献标志码:A

Abstract :In accordance w it h t he current status of t he educati on on sensor techno l ogy ,the mon it or i ng syste m of sens or testing bed based on K i ngvie w is setup by combi ni ng practi ce o f pro j ects .The syste m i s co mposed o f the host co m puter w it h confi gurati on s o ft w are of K i ngvie w i n -stalled ,PC I board ,and sensors communicati ng t hrough seri a lpor.t The syste m monit ors five para m eters i n real tm i e ,.i e .te mperat ure ,hu m i d -ity ,pressure ,dis place m en,t and rotati ng speed ,and dis plays i n di g italmode for contro lled obj ects based on configurati on .The practice shows t hat t h i s experm i ent dev i ce f ull y sm i ul a t es t he contro l process o f t he sensor i n act ual i ndustri a l producti on li ne ,and the user -friendly m an -ma -chi ne i nterf ace is easy to the operators .Satisfi ed eff ects are obta i ned .

K ey words :Sensor techno l ogy Experm i ent a l s yste m Confi guration D ispl ace ment P ressure det ecti on

修改稿收到日期:2007-06-12。

第一作者张淑红,女,1976年生,2003年毕业于江苏大学机电工程学院,获硕士学位,工程师;主要从事传感器技术与单片机系统开发的研究。

0 引言

随着我国工业生产自动化领域的扩大,自动检测技术快速发展,各工科院校自动化类专业大都开设了自动检测、传感器技术类型的课程

[2]

。由于缺乏良好

的实验设施,其教学质量受到影响。为了加强实践环节、培养学生的工程意识,我院与苏州瑞思科技发展有限公司共同开发研制了一种传感器检测和控制装置。该装置对温度、湿度、位移、压力、转速等五个参量进行检测和控制,可以方便地组合成多种控制实验,特别是本实验装置可通过组态软件进行现场监控,还可通过计算机(用组态王软件定义的各种画面)对系统参数进行设置。

1 系统组成

根据工业现场的需要,该控制系统为两级分布式结构,实验台监控系统结构如图1所示。第一级为计算机,由组态软件开发现场监控和数据采集系统(SCADA ),通过RS -232和下位机PC I 板卡串口通

信。第二级由下位机PCI 板卡和各种传感器组成,实时检测被控对象的温度、湿度、位移、压力、转速五个参量。上位机操作系统选用W i ndo w s XP ,监控软件选用组态王6.5。计算机作为上位机可以提供良好的人机界面,进行全系统的监控和参数设置,PCI 板卡和传感器作为下位机,结构简单、信号来源直观、执行可靠。

图1 监控系统结构图F i g .1 Structure of mon it o ri ng system

1.1 检测系统组成单元1.1.1 温、湿度变送器

温度、湿度传感器采用北京昆仑海岸传感技术中心的J W S 温、湿度变送器,型号为J W SL -2AT 。该传感器具有测量精确度高、响应时间短、对环境要求低、易于安装等特点,其主要性能指标如表1所示。

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基于组态王的传感器实验台监控系统 张淑红,等

表1 J W SL-2AT温湿度变送器主要性能指标

Tab.1 M ajor perfor m ance i ndices of J W SL-2AT

te mperature&hu m i dity transducer

参 数 设定值备 注

供电24VDC 10%

量程湿度0~100%RH抗结露

量程温度0~50

测量精度 3%R H/ 0.5

输出信号4~20mA两线制

1.1.2 位移、压力传感器

位移传感器采用北京昆仑海岸传感技术中心的直滑式导电塑料电位器,型号为WDL-100-2。该传感器具有线性精度高、分辨力强、平滑性好、动态噪声小、机械寿命长、伺服槽安装等优良性能,其主要性能指标如表2所示。

表 WDL-100-2型位移传感器主要性能指标Tab.2 M ajor performance i ndices ofWDT-100-2

displ ace m ent sens or

参 数设定值 备 注 供电10VDC 10%

标称阻值

独立线性度理论电气行程输出信号5k

0.1%

100 1mm 0~10V

1.1.3 转速传感器

转速传感器采用苏州博大光电开关有限公司生产的NPN型光电开关传感器。电机转动带动被测转轴转动,在被测转轴上安装一个齿盘,通过测量齿盘的转速,即可获得被测轴的转速[1]。本实验在齿盘上开了4个凹槽,在齿盘的后部采用黑色的背景,实验中将光电式开关传感器靠近齿盘,齿盘的转动使光电开关输出信号随凹槽的转动而周期性地变化。当光电开关对准凹槽时,光电传感器发出的红外线被凹槽后面的黑色背景吸收而没有发射光返回。因此光电传感器采集不到信号,光电传感器输出信号为低电平;当光电开关对准齿轮的非空挡时,光电传感器发出的红外线被齿盘发射回去,光电传感器采集到信号,经放大、整形后输出高电平。1.2 显示单元

为了对实验过程中采集到的各参数进行观察,本实验台提供了专用的仪表显示模块,采用X SCH系列、XST系列和XS M系列数字显示仪表。该数显仪与实验中的传感器、变送器配合,完成温度、湿度、压力、位移、转速等物理量的测量、变换、显示和控制。通过数字显示仪表,实现信号采集过程中各参数的显示,该数字显示仪表装在面板上,可以很直观地看到所测信号值的变化。

其中XSCH系列是经济型仪表,适合用于对精度、功能要求不高的场合,本实验用来采集P t100热电阻的输出信号和温、湿度变送器输出信号;XST系列为单输入通道数字智能仪表,本实验用来采集直线位移和压力信号;XS M系列用于转速、频率测量的控制仪,本实验用来采集转速信号。XST系列和XS M系列适合于对精度、功能要求较高的场合,XSCH系列数字显示仪表主要性能指标如表3所示。

表3 XSC H系列数字显示仪表的主要性能指标

Tab.3 M ajor performance i ndices ofXSCH series

digita l dis play i nstru m ents

参 数设 定 值 备 注

供电24VDC 10%

显示范围-1999~9999小数点位置可设定

输入信号类型

基本误差

电压、电流、热电阻、热电偶

小于 0.5%FS

输出分辨力1/1000误差小于 0.5%FS 1.3 信号采集单元

本实验中信号采集模块采用北京中泰研创科技有限公司生产的PCI-8360V板卡。本实验台设置了14路电压信号、2路电流信号、2路脉冲信号,实验中温度和湿度采集4~20mA的电流信号,位移和压力分别采集0~10V 和0~5V的电压信号,转速采集的为脉冲信号。该板卡采用软件启动工作方式,计数器部分与82C54芯片兼容,该板卡驱动程序适用于VC、VB、Del phi等绝大多数编程语言[4],本实验中脉冲信号的采集采用VB程序编写转速信号采集界面,内部参数的设置和修改采用C语言编写。

2 被控对象及信号采集实例

检测系统装置主要由Pt100测温传感器、热电阻温度传感器、湿敏电阻传感器、直线位移传感器、压力传感器和NP N型光电式、电容式、电感式开关传感器组成。该装置分别将采集到的信号传输到显示仪表进行显示,并通过采集卡将采集到的信号传输到计算机中进行组态监控。

下面以位移、压力一体的监控实验为例说明。通过转动手柄来改变位移传感器、压力传感器输出的位移、压力信号的大小,并将监测到的位移、压力信号传输到XST数字式智能显示仪表上,通过PCI信号采集模块将位移、压力信号传输到计算机中,通过组态软件

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自动化仪表 第29卷第5期 2008年5月

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对采集到的信号进行监控。

在做实验前,先结合采集的信号类型、输出信号类型、量程范围等参量在智能显示仪表中进行参数设置。对XST 系列智能显示仪表进行相关参数的设置如表4所示(以直线位移传感器为例)。

表4 XST 智能显示仪表位移传感器参数设置Tab .4 Para m eter setti ngs of XST intelligent displ ay

instru m ent displace m ent sens or

参 数

设定值备 注输入信号选择(i nc H )0~100~10V

小数点位置(i n-d)000.0测量量程下限(u-r)000.0mm 测量量程上限(F-r)100mm 零点修正设定值(i n-S)0量程修正设定值(F i )

数字滤波时间常数设定值(FLtr)冷端补偿修正系数设定值(L i )

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根据每台设备的安装情况可设置不同的参数

实验时,可按照下面的步骤进行:

首先,根据所做实验进行线路连接,包括传感器与显示仪表及其信号采集模块的线路。位移和压力传感器的线路连接原理分别如图2(a)、图2(b)所示。

图2 传感器线路图F ig .2 C ircu its o f sensors

对应机构上的标尺转动手柄调节位移量,观察压力的变化,并记录位移和压力显示仪表上的数值,比较标尺上的位移量和测量的压力值的对应关系,作出位移、压力变化的平面曲线图。

启动组态王,打开组态画面,进入 位移和压力监控界面 。

进入 参数设置 画面,设定信号采集通道,根据PCI 采集卡通过对应道进行信号采集,并根据采集的信号进行相应的转换。

调节手柄改变位移和压力量,观察组态监控界面中曲线的变化,并制出位移、压力在组态监控界面中信号采集曲线,如图3所示(实验中,如果数据采集不到或采集到的信号不准确则要进行相应参数的调整)。

3 系统软件

系统软件以组态王6.5作为开发平台,在组态王6.5

图3 位移、压力的组态输出曲线

F i g .3 Confi gurati on output curves o f di splacement&pressure

画面开发系统中完成界面的设计

[3]

,本实验在组态王

的驱动程序安装中泰板卡,然后通过动态数据交换(DDE )方式进行通信,让PC I 板卡与组态王6.5通信。监控界面中能够形象、直观地显示当前采集信号的实时趋势曲线和历史趋势曲线,并且当检测到的信号值超过事先设定的上、下限值范围时,将在 报警窗口 进行报警显示

[5]

,报警的上、下限值可以根据被控对象

的实际情况事先调节。

4 结束语

该实验装置设计巧妙,充分模拟了工业现场控制,人机界面友好。计算机用组态界面显示被控对象采集的信号、实时趋势曲线、历史趋势曲线和报警报表等。控制台上装有智能显示仪表、PC I -8360V 信号采集模块,实验者可以在各种模块上直观地看到各参数的变化情况,实验操作也很直观,且本课程改进教学方法,采用了 实验周 的教学方法,可以让学生在一个连续

的时间段内系统地学习本课程的内容。通过不记名问卷调查,学生普遍认为传感器实验台监控系统能有效地模拟工业现场的信号采集系统。采用 理论实践一体化 的教学方法,有利于学生更好地掌握专业知识、理解传感器在工业上的实际应用,取得了较好的教学效果。

参考文献

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