1、 引言

    在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)飛速發(fā)展地今天，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)遠(yuǎn)端的供氣站進(jìn)行控制已成為一種可行的技術(shù)。利用這種技術(shù)，可以對(duì)供氣站的工作狀態(tài)進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，從而獲得實(shí)時(shí)的信息，再據(jù)此向遠(yuǎn)端供氣站發(fā)出某種命令，使其按指令運(yùn)行，從而使最下層由單片機(jī)控制的供氣站與上層的由PC機(jī)控制的主站實(shí)現(xiàn)了通信連接，協(xié)調(diào)配合完成了供水任務(wù)，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(yuǎn)程煤氣加壓的自動(dòng)控制系統(tǒng)正是基于這種考慮而設(shè)計(jì)的。

2、控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

    煤氣加壓自動(dòng)控制系統(tǒng)就是在原有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在控制站點(diǎn)的應(yīng)用程序中加上了對(duì)遠(yuǎn)端傳來(lái)的信息進(jìn)行判斷，并依據(jù)判斷自動(dòng)發(fā)送命令。【1】本系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息傳輸和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)分為兩部分：一是氣站風(fēng)機(jī)，二是控制站點(diǎn)。其中機(jī)泵站點(diǎn)負(fù)責(zé)信息的采集、壓縮、傳輸。同時(shí)接受控制端發(fā)送的命令并執(zhí)行；控制站點(diǎn)對(duì)信息進(jìn)行解壓、顯示、判斷。同時(shí)向遠(yuǎn)程的泵站發(fā)送命令。這樣通過(guò)智能傳感器及計(jì)算機(jī)數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，就可以將單個(gè)分散的設(shè)備變成相互溝通信息，共同完成自動(dòng)控制任務(wù)的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。圖1表示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 
    上層控制站的任務(wù)是接收全站的信息并實(shí)時(shí)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)友好的人機(jī)界面和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)監(jiān)控功能，是整個(gè)系統(tǒng)與運(yùn)行人員的接口。
    主機(jī)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(guān)應(yīng)用軟件等。
主機(jī)的主要功能有：在線自我診斷和自恢復(fù)；顯示畫面、報(bào)表，控制流程，并能修改和擴(kuò)充；進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、記錄和設(shè)備管理，打印各種信息和報(bào)表；故障報(bào)警，顯示并打印；利用顯示直接進(jìn)行控制操作，提供閉鎖及條件的設(shè)定；與各級(jí)調(diào)度通信等。煤氣加壓遠(yuǎn)程自動(dòng)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(jī)、風(fēng)機(jī)、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等智能儀表構(gòu)成，完成現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程控制。

3、自動(dòng)控制技術(shù)

    本系統(tǒng)軟件采用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)（DDE）和WINDOWS可視化編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控和信息管理的集成和融合，并保證了軟件的可擴(kuò)展性。【2】在機(jī)泵站點(diǎn)，需要對(duì)煤氣加壓系統(tǒng)進(jìn)行信息采集；而在控制端則需要對(duì)信息進(jìn)行處理顯示等。本系統(tǒng)采用單片機(jī)組成泵站的監(jiān)控系統(tǒng)，作為下位機(jī)使用，用來(lái)完成各煤氣加壓站點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，輸出控制,狀態(tài)判別及環(huán)境監(jiān)測(cè)等工作，上位機(jī)主站服務(wù)器接收單片機(jī)采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，完成顯示報(bào)警，實(shí)時(shí)曲線，歷史曲線，分析系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)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(yīng)多種網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境和實(shí)時(shí)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(yuǎn)程傳輸?shù)W(wǎng)絡(luò)傳輸率低的H.26x。如果網(wǎng)絡(luò)情況好，則用顯示質(zhì)量好的MPEG4，如果網(wǎng)絡(luò)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(shí)控制多個(gè)氣站點(diǎn)。每當(dāng)連接一個(gè)新的供氣站點(diǎn)，控制站點(diǎn)會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)新的進(jìn)程對(duì)該站點(diǎn)進(jìn)行控制，在對(duì)一個(gè)站點(diǎn)控制時(shí)，同時(shí)會(huì)有幾個(gè)線程分別來(lái)實(shí)現(xiàn)各自的功能。如前所述，自動(dòng)控制包括兩個(gè)方面：一是對(duì)傳送過(guò)來(lái)的信息進(jìn)行分析，獲得機(jī)泵的實(shí)時(shí)狀態(tài)。二是依據(jù)風(fēng)機(jī)目前所處的狀態(tài)，發(fā)出相應(yīng)的命令。對(duì)信息進(jìn)行分析是通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)信息進(jìn)行比較來(lái)實(shí)現(xiàn)的，以此來(lái)確定風(fēng)機(jī)是否已經(jīng)進(jìn)入了某種狀態(tài)。如果風(fēng)機(jī)當(dāng)前處于某種標(biāo)準(zhǔn)信息對(duì)應(yīng)的狀態(tài)，則控制站點(diǎn)會(huì)發(fā)出與該狀態(tài)相應(yīng)的命令。

4、硬件結(jié)構(gòu)

    由于供氣系統(tǒng)的供氣量隨時(shí)間變化大的等特點(diǎn)，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(shí)際上，它主要由變頻器和單片機(jī)組成。變頻器型號(hào)為380V/100KW-400KW，其啟動(dòng)電壓可以補(bǔ)償，有利于保護(hù)電機(jī)，并內(nèi)置PI調(diào)節(jié)器，可開/閉環(huán)運(yùn)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(dá)125ksps，輸入跟蹤-保持信號(hào)寬度最小為500ns，單端采樣方式。AD7888包含有8個(gè)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(hào)可至3MHz。AD7888具有片內(nèi)2.5V電壓基準(zhǔn)，可用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)源，管腳REF in/REF out允許用戶使用這一基準(zhǔn)，也可以反過(guò)來(lái)驅(qū)動(dòng)這一管腳，向AD7888提供外部基準(zhǔn)，外部基準(zhǔn)的電壓范圍為1.2V～VDD。【3】CMOS結(jié)構(gòu)確保正常工作時(shí)的功率消耗為2mW（典型值），省電模式下為3μW。它被廣泛地應(yīng)用于各種測(cè)控系統(tǒng)中
    該系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程中為了確保正常供氣，必須采用恒壓供氣。其原理為：當(dāng)檢測(cè)的壓力與設(shè)定的壓力產(chǎn)生偏差時(shí)，單片機(jī)按照增量PID控制算法進(jìn)行計(jì)算，求出控制值。該值從D/A轉(zhuǎn)換擴(kuò)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(dá)百分之一。
    為了保證風(fēng)機(jī)的節(jié)能效果，本系統(tǒng)設(shè)置了風(fēng)機(jī)運(yùn)行/停止自動(dòng)控制，采用定時(shí)試探法實(shí)現(xiàn)這一控制。它的原理如下：當(dāng)定時(shí)時(shí)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(guò)程中，管壓一直保持不變，則到輸出開度置零時(shí)，風(fēng)機(jī)就停止工作。只有當(dāng)檢測(cè)到管壓下降到設(shè)置的底線值時(shí)；系統(tǒng)才重新使壓力風(fēng)機(jī)進(jìn)入自動(dòng)調(diào)壓的運(yùn)行狀態(tài)，將管壓調(diào)節(jié)到設(shè)定的工藝壓力值。若在開度下降的過(guò)程中仍在用氣，則必然使管壓很快降到設(shè)置的底線值，這時(shí)開度下降停止，風(fēng)機(jī)重新進(jìn)入正常調(diào)壓，當(dāng)下一個(gè)定時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)，再循環(huán)重復(fù)進(jìn)行試探。這種恒壓自動(dòng)調(diào)節(jié)在不供氣時(shí)處于停止?fàn)顟B(tài)的控制策略在實(shí)際控制中取得了滿意的節(jié)能效果。

5、控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)

    風(fēng)機(jī)在其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)其處于某一狀態(tài)時(shí)需要通過(guò)向它下達(dá)某一種指令才能使之向下一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換。因此，可以在某一個(gè)文件中存儲(chǔ)完成該運(yùn)動(dòng)過(guò)程所需的各個(gè)關(guān)鍵狀態(tài)的圖像信息，并存儲(chǔ)與該狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的指令。要執(zhí)行該運(yùn)動(dòng)過(guò)程時(shí)，通過(guò)應(yīng)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(shí)時(shí)的圖像信息與關(guān)鍵狀態(tài)的圖像信息相比較，如果相符，則發(fā)出相應(yīng)命令。實(shí)際上，這個(gè)文件就相當(dāng)于一個(gè)運(yùn)行腳本，要執(zhí)行同樣的操作時(shí)，只需要把這個(gè)腳本讀入，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能。
    單片機(jī)的主要功能是對(duì)管道的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量、采集，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸給上位機(jī)。充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，將控件中的各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、畫面、報(bào)表、圖表等信息存入主站服務(wù)器中。從而使單片機(jī)的應(yīng)用更人性化，形象化，在這里用VB6.0實(shí)現(xiàn)AD7888單片機(jī)與上位機(jī)的通信。【4】引入Mscomm控件，Mscomm是Microsoft公司提供的簡(jiǎn)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(diǎn)擊Project―Components―Contol―Microsoft Common Control 6.0即可。【5】注意：在運(yùn)行時(shí)是不可見的。
    供氣站氣站軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個(gè)模塊作為一個(gè)子程序，根據(jù)系統(tǒng)功能劃分，程序由模塊組成，每個(gè)模塊的程序量都不大，所以整個(gè)程序的編制、調(diào)試和維護(hù)較方便。

6、結(jié)論

    本系統(tǒng)進(jìn)行了充分的測(cè)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(tái)，以及VB6.0強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)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(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，延長(zhǎng)了設(shè)備的運(yùn)行壽命，并實(shí)現(xiàn)了氣站自動(dòng)無(wú)人值守運(yùn)行。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(lǐng)域。