【正文】 業(yè)用濃酸、濃堿液罐內(nèi)的液位大都采用超聲波液位計(jì)和磁翻板結(jié)合進(jìn)行液位測(cè)量。利用建立工程、設(shè)備變量定義、畫(huà)面繪制、動(dòng)畫(huà)鏈接、及命令語(yǔ)言的編寫(xiě)，完成組態(tài)王的軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)成本低，對(duì)于相關(guān)的工程應(yīng)用具有一定的價(jià)值 。其次是磁浮子式、浮筒式、電容式液位計(jì)也有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用量。近幾年磁致伸縮式液位計(jì)異軍突起，由于其高精度、高穩(wěn)定、高可靠及長(zhǎng)壽命而更適于罐區(qū)儲(chǔ)罐液位測(cè)量，應(yīng)用量也必將迅速增加，逐漸會(huì)和雷達(dá)式液位計(jì)平分秋色。 基于組態(tài)王控制的磁翻板液位計(jì)可以很好地完成測(cè)量任務(wù)。 精度高：工作中通過(guò)測(cè)量起始脈沖和終止脈沖的時(shí)間來(lái)確定被測(cè)位移量，因此測(cè)量精度高，這是用其它傳感器難以達(dá)到的精度。 2 1 緒 論 概述 液位計(jì)應(yīng)用場(chǎng)合極不相同，因而種類也繁多。其次是磁浮子式、浮筒式、電容式液位計(jì)也有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用量。然而無(wú)論是浮子鋼帶式、伺服式還是靜壓式液位計(jì)，都不是測(cè)量罐區(qū)儲(chǔ)罐液位的最佳方式。光纖液位計(jì)可以做到現(xiàn)場(chǎng)無(wú)電檢測(cè)，安全性好，這是其突出的優(yōu)勢(shì)，缺點(diǎn)是仍然有很多機(jī)械傳動(dòng)部件，故障率就會(huì)增加，安裝也復(fù)雜些。對(duì)于球罐或大型儲(chǔ)罐則不太適用，尤其不適用一些高溫介質(zhì)及攪拌介質(zhì)、高黏度介質(zhì)、有毒或腐蝕性介質(zhì)的液位測(cè)量。超聲波液位計(jì)應(yīng)用要考慮到探頭超聲波的衰減及物料表面的反射特性，從而計(jì)算出探頭的最大測(cè)量范圍。其原理是利用浮子受浮力的作用浮于液體的表面上來(lái)測(cè)量液位的。由于使用了伺服馬達(dá)，消除了因機(jī)械摩擦而引起的誤差，提高了靈敏度和重復(fù)性，其液位測(cè)量精度約在 lmm 左右。主要由壓力傳感器及多點(diǎn)溫度傳感器組成。目前，技術(shù)較為成熟 的 壓力傳感器 主要有三種 :壓阻式 (擴(kuò)散硅 )、電容式和諧振式。長(zhǎng)期穩(wěn)定性差，測(cè)量參數(shù)單一且測(cè)量精度較低?？捎糜诮佑|式測(cè)量?jī)x表不能滿足的特殊場(chǎng)合，例如高粘度、腐蝕性強(qiáng)、污染性強(qiáng)、易結(jié)晶之類的介質(zhì)。雷達(dá)液位計(jì)對(duì)這些限制不敏感，系統(tǒng)只需使用傳感元件，對(duì)電子設(shè)備加以適當(dāng)標(biāo)定，就可對(duì)液位進(jìn)行測(cè)量，得到良好的精確度。 80 年代末至 90 年代初，航天總公司三院智控工程公司研制成功 UBG一 l型光導(dǎo)電子液位計(jì)，該儀表利用力平衡和光導(dǎo)原理進(jìn)行液位自動(dòng)測(cè)量，計(jì)量精度較高，其全量程的系統(tǒng)誤差為177。磁致伸縮液位傳感器 (本文中有時(shí)簡(jiǎn)稱為磁致伸縮傳感器 )的技術(shù)早于 20世紀(jì) 70年代被開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，美國(guó) MTS 公司擁有磁致伸縮傳感器原來(lái)的設(shè)計(jì)專利權(quán)。整個(gè) 變換器 封閉在不銹鋼管內(nèi)，和測(cè)量介質(zhì)非接觸，傳感器工作可靠，壽命長(zhǎng)。 磁致伸縮液位計(jì)易于安裝和維護(hù)簡(jiǎn)單：磁致伸縮液位儀一般通過(guò)罐頂已有管口進(jìn)行安裝，特別適用于地下儲(chǔ)罐和已投運(yùn)儲(chǔ)罐的安裝，并可在安裝過(guò)程中不影響正常生產(chǎn)。在浮子內(nèi)部有一組永久磁環(huán)。磁致伸縮液位計(jì)還可應(yīng)用于兩種不同液體之 間的界位測(cè)量量。 Touch View 是“組態(tài)王 ”軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行環(huán)境，它從 設(shè)備中采集數(shù)據(jù)，并存于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，還負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)的變化以動(dòng)畫(huà)的形式形象地表示出來(lái)，同時(shí)可以完成變量報(bào)警、操作記錄、趨勢(shì)曲線等監(jiān)視功能，并按實(shí)際需求記錄在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中。但 是此種方法只能人為觀測(cè)，沒(méi)有達(dá)到自動(dòng)化遠(yuǎn)程傳輸。 5 圖 1 1 酸堿罐液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電路圖 磁翻板液位計(jì)屬于浮力式液位計(jì)，浮子是磁性的，浮子隨 液位的變化而上升或下降，見(jiàn)圖 12。端口： 本地 計(jì)算機(jī) COM2 口。另外還有動(dòng)畫(huà)控制、溢出控制等幾個(gè)內(nèi)存整數(shù)變量用來(lái)控制相應(yīng)的動(dòng)畫(huà)效果。 建立 動(dòng)畫(huà) 連接 動(dòng)畫(huà)連接指在畫(huà)面的圖形對(duì)象與庫(kù)的變量之間建立的一種關(guān)系，當(dāng)變量的值改變時(shí)，在畫(huà)面上以圖形對(duì)象的動(dòng)畫(huà)效果表示出來(lái)；或者由軟件使用者通過(guò)圖形對(duì)象改變數(shù)據(jù)變量的值，以實(shí)現(xiàn)圖形界面與對(duì)象間的雙向控制。當(dāng)液面發(fā)生變化，磁性浮球?qū)Υ欧瀹a(chǎn)生影響，磁致伸縮液位計(jì)探測(cè)到信號(hào)變化，傳入 485 信號(hào)總線，然后接入 單片機(jī) ，連接到監(jiān)測(cè)控制計(jì)算機(jī)即可得到數(shù)據(jù)，并利用組態(tài)王進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄，包括現(xiàn)在數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)曲線等。 組態(tài)王保持了其早期版本功能強(qiáng)大、運(yùn)行穩(wěn)定且使用方便的特點(diǎn)，并根據(jù)國(guó)內(nèi)眾多用戶的反饋及意見(jiàn)，對(duì)一些功能進(jìn)行了完善和擴(kuò)充。 組態(tài)王在 Web 發(fā)布方面取得新的突破，全新版的 Web 發(fā)布可以實(shí)現(xiàn)畫(huà)面發(fā)布，數(shù)據(jù)發(fā)布和 OCX 控件發(fā)布，同時(shí)保留了組態(tài)王 Web 的所有功能： IE 瀏覽客戶端可以獲得與組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)相同的監(jiān)控畫(huà)面， IE客 戶端與 Web 服務(wù)器保持高效的數(shù)據(jù)同步，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)您可以在 任何 地方獲得與 Web 服務(wù)器上相同的畫(huà)面和數(shù)據(jù)顯示、報(bào)表顯示、報(bào)警顯示等，同時(shí)可以方便快捷的向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)布控制命令，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的功能。能夠更好地滿足高端客戶對(duì)存儲(chǔ)速度和存儲(chǔ)容量的要求，完全滿足了客戶實(shí)時(shí)查看和檢索歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的要求。另外，組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)提供工程加密，畫(huà)面和命令語(yǔ)言導(dǎo)入、導(dǎo)出功能。（ 3）按鈕和圖形 組態(tài)王支持按鈕的多種形狀和多種效果，并且支持位圖按鈕 ， 用戶可以構(gòu)造無(wú)限漂亮的按鈕。組態(tài)王分 布式報(bào)警管理提供多種報(bào)警管理功能。 報(bào)表 系統(tǒng) ： 組態(tài)王提供一套全新的、集成的內(nèi)嵌式報(bào)表系統(tǒng)，內(nèi)部提供豐富的報(bào)表函數(shù)，用戶可創(chuàng)建多樣的報(bào)表。 Active X 控件的引入在很大程度上方便了用戶，用戶可以靈活地編制一個(gè)符合自身需要的控件，或調(diào)用一個(gè)已有的標(biāo)準(zhǔn)控件，來(lái)完成一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)，而無(wú)須在組態(tài)王中做大量的復(fù)雜的工作。 OPC 節(jié)省了 不同 廠商的控制系統(tǒng)相連的工作量和費(fèi)用。利用遠(yuǎn)程撥號(hào)能實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況，隨時(shí)打印，報(bào)警和歷史數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳等功能。新增用戶組和安全區(qū)管理， 999 個(gè)不同級(jí)別的權(quán)限和 64 個(gè)安全區(qū)形成雙重保護(hù)，另外組態(tài)王能記錄程序運(yùn)行中 操作員 的所有操作 。對(duì)于這三種冗余方式，設(shè)計(jì)者可綜合運(yùn)用，可以同時(shí)采取或采取 其中 的任意一種或兩種。 在圖形畫(huà)面生成方面，構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)各種過(guò)程圖形的畫(huà)面被分成三類簡(jiǎn)單的對(duì)象，即線、填充形狀和文本。表達(dá)式可以是來(lái)自 I/O 設(shè)備的變量，也可以是由變量和運(yùn)算組成的數(shù)學(xué) 表達(dá)式 。 在圖形界面上還具備報(bào)警通知及確認(rèn)、報(bào)表組態(tài)及打印、歷史數(shù)據(jù)查詢與顯示等功能。用腳本語(yǔ)言編寫(xiě)的程序段可由時(shí)間驅(qū)動(dòng)或周期性地執(zhí)行，是與對(duì)象密切相關(guān)的。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)可以存儲(chǔ)每一個(gè)工藝點(diǎn)的多年數(shù)據(jù)，用戶既可以 瀏覽 工廠當(dāng)前的生產(chǎn)情況，又可以回顧過(guò)去的生產(chǎn)情況。 通信 及第 三方程序接口組件是開(kāi)放系統(tǒng)的標(biāo)志，是組態(tài)軟件與第三方程序交互實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù) 訪問(wèn) 的重要手段之一。 通信組件中有的功能是一個(gè)獨(dú)立的程序，可以單獨(dú)使用；有的被“綁定”在其他程序中，不被 “顯示” 地使用。有的裝置直接內(nèi)嵌“ Web Server”，通過(guò)以太網(wǎng)就可以直接訪問(wèn)過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 類似 OPC 這樣的組織的出現(xiàn)，以及現(xiàn)場(chǎng)總線、尤其是工業(yè)以太網(wǎng)的快速發(fā)展，大大簡(jiǎn)化了異種設(shè)備間互連、開(kāi)發(fā) I/O 設(shè)備驅(qū)動(dòng)軟件的工作量。在這種體系結(jié)構(gòu)下，應(yīng)用軟件以中間件或插件的方式被“安裝”在總 線上，并支持熱插拔和即插即用。當(dāng)酸堿罐中液位過(guò)高時(shí)，停止注入酸堿液，加快出料，從而降低罐內(nèi)液面； 當(dāng)罐中液位過(guò)低時(shí)，加快注入酸堿液，提高罐內(nèi)液面。 本次設(shè)計(jì)去除超聲波液位計(jì)，而改用連通器和側(cè)翻板結(jié)合的方法進(jìn)行液位的測(cè)量 。 圖 3 1 酸堿罐液位檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電路圖 12 現(xiàn)場(chǎng)液面測(cè)量設(shè)計(jì) 為解決以往存在的種種問(wèn)題，本設(shè)計(jì)采取以下方案 在工廠酸堿存儲(chǔ)罐下部開(kāi)一液體出口，接一個(gè)等高的液位罐，其原理相當(dāng)于連通器。當(dāng)被測(cè)容器中的液位升降時(shí)，液位計(jì)本體管中的磁性浮子也隨之升降，浮子 內(nèi)的永久磁鋼通過(guò)磁耦合傳遞到磁翻柱指示器，驅(qū)動(dòng) 翻柱翻轉(zhuǎn) 180176。 如圖 32 所示。 磁翻板液位計(jì)安 裝必須垂直，磁翻板液位計(jì)與容器引管間應(yīng)裝有球閥，便于檢修和清洗。）。 1當(dāng)配有遠(yuǎn)傳配套儀表時(shí)需做到如下幾條： （ 1） 應(yīng) 使遠(yuǎn)傳配套儀表緊貼液位計(jì)主導(dǎo)管，并用不銹鋼抱箍固定（禁用鐵質(zhì)）。 磁翻板液位計(jì) 的選型 本次設(shè)計(jì)中，根據(jù)設(shè)計(jì)需求，選擇三浦儀表的 SPUFYZ1113 式儀表。 液位上升時(shí)，翻柱由白色轉(zhuǎn)為紅色，下降時(shí)由紅色 轉(zhuǎn)為白色，從而實(shí)現(xiàn)液位的指示。主要技術(shù)參數(shù) 如表 31 所示。 表 3 2 磁翻板液位計(jì)組成表 SPUFYZ 翻柱式磁浮子液位計(jì) 代碼 1 2 安裝方式 側(cè)裝式 頂裝式 代碼 1 2 主體材質(zhì) ABS 1Cr18Ni9Ti 代碼 1 2 3 4 公稱壓力 ( 僅適用于主體材質(zhì)為 ABS 時(shí) ) 代碼 1 2 3 4 5 型式 基本型 帶上、下限開(kāi)關(guān)輸出 帶電遠(yuǎn)傳 (0~10mA 輸出 ,220V,AC) 帶電遠(yuǎn)傳 (4~20mA 輸出 ,24V,DC) 帶本安防爆型遠(yuǎn)傳 (4~20mA 輸出 ,24V,DC) 安裝間距 ( 測(cè)量范圍 ) L1 安裝深度 ( 頂裝式 ) (0~4000mm 任選 ) 介質(zhì)密度 g/cm3 最終選型： SPUFYZ 1 1 1 3 15 4 組態(tài)軟件的酸堿罐液位檢測(cè)軟件設(shè)計(jì) 酸堿罐液位檢測(cè)設(shè)計(jì)思路 在本系統(tǒng)中當(dāng)儲(chǔ)水罐液位 小 于 20 m時(shí)，可以自動(dòng)打 入 料閥對(duì)酸堿罐進(jìn)行注入酸堿液。 通過(guò) 編制程序 可以發(fā)現(xiàn)酸堿液流動(dòng)控制效果良好，報(bào)警信息 可以實(shí)時(shí)顯示，并可實(shí)現(xiàn)報(bào)表以及曲線的查看及保存，操作人員可以很方便的查看。 單擊“下一步”繼續(xù)。 圖 4 1 新建工程圖 16 監(jiān)控中心畫(huà)面設(shè)計(jì) 監(jiān)控中心畫(huà)面如圖 42 所示， 畫(huà)面 中原料由原料罐注入酸堿儲(chǔ)存罐，儲(chǔ)存罐左側(cè)連接的為一連通器，其液位與酸堿罐液位一致，并且連通器內(nèi)有一磁性小浮球，外側(cè)磁翻板，當(dāng)小浮球根據(jù)液位變化在現(xiàn)場(chǎng)觀察到酸堿罐內(nèi)液位。在工程瀏覽器中左邊的目錄樹(shù)中選擇“數(shù)據(jù)詞典”項(xiàng)，右側(cè)的內(nèi)容顯示區(qū)會(huì)顯示當(dāng)前工程中所定義 的變量。 在工程瀏覽器中，左側(cè)邊欄中，選擇“數(shù)據(jù)詞典”，利用右側(cè)新建進(jìn)行定義變量 ，如圖 43 所示。在圖左側(cè)利用文本編輯“存儲(chǔ)罐液位”以及“ ”，如圖對(duì)后者進(jìn)行模擬值輸出。同樣在定義變量窗口的記 錄和安全選項(xiàng)卡中，我們選擇數(shù)據(jù)變化記錄，如 圖 48 所示 。 報(bào)表畫(huà)面設(shè)計(jì) 首先我們新建一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)表畫(huà)面，在工具箱里找到數(shù)據(jù)報(bào)表并把它拖到畫(huà)面上。這個(gè)表格則為歷史數(shù)據(jù)表格。 24 圖 4 19 歷史數(shù)據(jù)報(bào)表查詢命令語(yǔ)言 運(yùn)行畫(huà)面時(shí)，單擊“歷史數(shù)據(jù)報(bào)表查詢”按鈕，彈出報(bào)表歷史查詢對(duì)話框。 在組態(tài)王工程瀏覽器“數(shù)據(jù)庫(kù) /數(shù)據(jù)詞典”中選擇一個(gè)原有的變量雙擊它，在彈出的“定義變量”對(duì)話框上選擇“報(bào)警定義”屬性頁(yè)，如圖 421 所示設(shè)置報(bào)警定義。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖形動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)的主要方法是將用戶窗 1:3 中的圖形對(duì)象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象建立相關(guān)性的連接，并設(shè)置相應(yīng)的動(dòng)畫(huà)屬性。 液體流動(dòng)動(dòng)畫(huà)。 圖 4 24 閥門(mén)動(dòng)畫(huà)連接 27 單擊“確定”按鈕后出料閥設(shè)置完畢，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境時(shí)鼠標(biāo)單機(jī)閥門(mén)，變成綠色，表示閥門(mén)已打開(kāi)，再次單機(jī)關(guān)閉閥門(mén)，從而達(dá)到控制閥門(mén)的目的。 如圖 422。如此便可運(yùn)行。 圖 4 17 歷史報(bào)表畫(huà)面 圖 4 18 歷史報(bào)表 查詢 畫(huà)面 利用 ReportSetHistData2 函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)歷史報(bào)表的查詢功能，設(shè)置過(guò)程如下： （ 1） 在畫(huà)面中添加一按鈕，按鈕文本為“歷史數(shù)據(jù)報(bào)表查詢”。 圖 4 12 報(bào)表畫(huà)面設(shè)置 在設(shè)計(jì)畫(huà)面上繪制報(bào)表如圖 413 所示，其中把需要顯示在報(bào)表中的內(nèi)容用變量代替就可以實(shí)現(xiàn)。 如 圖 49。 歷史趨勢(shì)曲線 設(shè)計(jì) 對(duì)于 歷史趨勢(shì)曲線，我們需要 先 定義幾個(gè)相關(guān)變量，適當(dāng)調(diào)整曲線外觀即可完成歷史趨勢(shì)曲線的復(fù)雜功能，這種形式使用簡(jiǎn)單方便。 圖 4 4 實(shí)時(shí)曲線畫(huà)面 雙擊圖素，彈出如圖 45 的 實(shí)時(shí) 曲線配置窗口，我們進(jìn)行適當(dāng)配置后就可以在畫(huà)面上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線了。組態(tài)王的變量屬性由基本屬性、報(bào)警配置、記錄配置三個(gè)屬性頁(yè)組成。 圖 4 2 監(jiān)控中心畫(huà)面 畫(huà)面左上角為設(shè)計(jì)的畫(huà)面切換按鈕，當(dāng)按下按鈕時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“歷史曲線”、“實(shí)時(shí)曲線”、“報(bào)表畫(huà)面”和“報(bào)警畫(huà)面”這幾個(gè)下拉菜單，以用來(lái)切換畫(huà)面，轉(zhuǎn)到相應(yīng)的曲線報(bào)表畫(huà)面。在工程描述文本框中輸入對(duì)該工程的描述文字。 單擊 “下一步” 繼續(xù)。以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)酸堿罐液位的自動(dòng)控制。 10mm 介質(zhì)粘度 ≤ 1st(10 4 m/s) 上 下限開(kāi)關(guān)輸出 1. 控制靈敏度 : 10mm 2. 輸出接點(diǎn)容量 : AC220V2A 3. 接點(diǎn)壽命 : 5 10 4 電遠(yuǎn)傳連續(xù)顯示 1. 精度 : 177。 電遠(yuǎn)傳 ： 在磁浮子液位計(jì)上安裝變送器。 其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下 ： 基本型 ： 液位計(jì)根據(jù)浮力原理，浮子在測(cè)量管內(nèi)隨液位的升降而 上、下移動(dòng)，浮子內(nèi)的永久磁鋼通過(guò)磁耦合作用，驅(qū)動(dòng)紅、白色翻柱 翻轉(zhuǎn) 180176。 （ 3） 遠(yuǎn)傳 配套 儀表零位應(yīng)與液位計(jì)零位指示處在同一水平線上。 對(duì)超過(guò)一定長(zhǎng)度（普通型 3 米、防腐型 2 米）的液位計(jì)，需增加中間加固法蘭或耳攀作固定 支撐，以增加強(qiáng)度和克服自身重量。 使用前應(yīng)先用校正磁鋼將零位以下的小球置成 藍(lán) 色，其它球 置成 紅 色。 如用戶自行采用伴熱管路時(shí)，必須選用非導(dǎo)磁材料，如紫銅管等。 在磁翻板