科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展給當(dāng)前工業(yè)自動化帶來了革命性的變革，傳統(tǒng)的依靠繼電器和分離的電子線路來實現(xiàn)的系統(tǒng)控制方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足控制要求。因此，PLC 控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這使得全世界的工業(yè)控制技術(shù)得到質(zhì)的飛躍。 然而，其單純的邏輯順序控制功能以及控制過程中的不透明性在某些領(lǐng)域還存在缺陷。 為此，本文提出了以B&R 為下位機(jī)的控制系統(tǒng)和上位機(jī)采用組態(tài)王進(jìn)行組態(tài)的新的人工模擬降雨系統(tǒng)設(shè)計思路，這大大提高了控制過程中的穩(wěn)定性、監(jiān)控性和有效性，很好地解決了問題。

1.  人工降雨器簡介 

      本標(biāo)準(zhǔn)徑流場人工模擬降雨系統(tǒng)建在自然坡面上， 高約10m,96個X型下噴式噴頭均勻分布在20m×5m的范圍內(nèi)，其噴頭由四組不同噴嘴孔徑組合而成，分為24組，分別由24個電磁閥控制其開閉；供水管道上設(shè)置一臺電動流量調(diào)節(jié)閥和一塊壓力表，通過調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥的開度控制管道流量并顯示當(dāng)前管道壓力。

通過對人工降雨供水管道流量以及對人工降雨噴頭的控制，實現(xiàn)不同強(qiáng)度、分布和歷時的人工降雨模擬過程；并由該系統(tǒng)提供實時準(zhǔn)確而有效的原始數(shù)據(jù)，對不同降雨強(qiáng)度、不同降雨歷時和不同時期土壤含水量對土壤下滲的影響及降雨時土壤水分運(yùn)動規(guī)律等進(jìn)行模擬研究，這一系統(tǒng)的實施必將有助于徑流研究的發(fā)展。

2.        系統(tǒng)硬件構(gòu)成 

2.1可編程計算機(jī)控制器(PCC)介紹。 

可編程計算機(jī)控制器（Programmable Computer Controller簡稱PCC）是奧地利貝加萊（B&R）自動化公司于1994年在工控界提出的。它將工業(yè)控制計算機(jī)（IPC）與常規(guī)可編程控制器（PLC）的特點(diǎn)結(jié)合起來。 無論是從內(nèi)部的硬件功能，還是從外部的編程、開發(fā)環(huán)境的簡便而言，它都比常規(guī)可編程控制器PLC有較大進(jìn)步。PCC的硬件和軟件具有如下特點(diǎn)：

2.1.1CPU模塊采用多處理器結(jié)構(gòu)。

2.1.2定性的分時多任務(wù)操作系統(tǒng)。

2.1.3模塊式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)配置靈活，便于安裝。

2.1.4較大的程序存儲空間。

2.1.5編程語言高級化。

2.2系統(tǒng)的組成和功能。 

根據(jù)人工模擬降雨控制系統(tǒng)的特點(diǎn)， 該控制系統(tǒng)采用研華工控計算機(jī)作為上位機(jī)，B&R PCC-2003系列模塊作為下位機(jī)。上位機(jī)采用IPC2000 安裝了B&R Automation Studio V2.40操作系統(tǒng)；下位機(jī)采 用高性能的可編程計算機(jī)控制器B&R PCC-2003系列的CPU474，模擬量輸入模塊AI774，模擬量輸出模塊AO352， 數(shù)字量混合模塊DM465等；上、下位機(jī)的通訊采用CAN 總線或RS232總線。

系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖1所示：



圖1系統(tǒng)硬件構(gòu)成

      整個系統(tǒng)采用二級分布式上、下位機(jī)結(jié)構(gòu)，上位機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)界面可全線監(jiān)控， 具備壓力狀態(tài)顯示、動畫模擬降雨，管道泵、電磁閥、流量調(diào)節(jié)閥開度控制及顯示等功能。 下位機(jī)由B&R 2003系列可編程計算機(jī)控制器構(gòu)成，CPU模塊與上位機(jī)進(jìn)行通訊并監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備；模擬量輸入模塊AI774與壓力表和流量調(diào)節(jié)閥相接來顯示壓力和調(diào)節(jié)閥開度； 模擬量輸出模塊AO352與流量調(diào)節(jié)閥相接來控制調(diào)節(jié)閥的開度；數(shù)字量混合模塊DM465的輸出功能用來控制管道泵和電磁閥的開啟。

3. 系統(tǒng)軟件設(shè)計 

      根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，我們編制了系統(tǒng)控制軟件，它主要由上位機(jī)組態(tài)軟件和下位機(jī)控制軟件構(gòu)成。

3.1上位機(jī)組態(tài)軟件設(shè)計。 

      上位機(jī)組態(tài)軟件的開發(fā)平臺選用北京亞控公司的組態(tài)王6.0(Kingview6.0)軟件,組態(tài)王軟件是隨著對工業(yè)自動化的要求越來越高,以及大量控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置之間的通訊的需要,為實現(xiàn)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而開發(fā),運(yùn)行在Windows 9X/2000/NT上的一種組態(tài)軟件。

      組態(tài)王6.0 軟件具有完備的工業(yè)圖形庫，如閥門、管道、模擬傳統(tǒng)顯示儀表等，使操作畫面更貼切用戶，裝置工藝流程、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)一目了然，提高用戶操作的安全性和可靠性。

      系統(tǒng)的監(jiān)控界面主要包括：操作界面、模擬降雨大廳界面、調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)界面、組合方式設(shè)定界面、電磁閥組合界面等。操作界面用來在手動方式下監(jiān)控管道泵和電磁閥的開啟、調(diào)節(jié)閥的開度和管道的壓力；模擬降雨大廳界面用來模擬降雨并具有監(jiān)視現(xiàn)場設(shè)備工作運(yùn)行情況的功能；調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)界面具有調(diào)節(jié)其開度并顯示的功能；組合方式界面和電磁閥組合界面用于組合方式下，其中組合方式界面用來設(shè)定降雨時間和調(diào)節(jié)閥開度以及時間段的選擇；電磁閥組合界面用來控制電磁閥的開啟。

3.2下位機(jī)控制軟件設(shè)計。 

      下位機(jī)控制軟件利用貝加萊工業(yè)自動化公司的Automation Studio（AS）編程軟件，Automation Studio 支持梯形圖、指令表、結(jié)構(gòu)文本、順序功能圖、AutomationBasic、標(biāo)準(zhǔn)C語言等6種的標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)語言；用戶根據(jù)需要可以在同一個項目中選擇一種或多種語言進(jìn)行編程。 同時，編程環(huán)境中包含豐富的函數(shù)庫及功能塊， 根據(jù)需要可直接調(diào)用，大大減輕了開發(fā)人員的工作量。

      下位機(jī)控制機(jī)軟件設(shè)計主要包括上、下位機(jī)通訊，手動方式和組合方式等任務(wù)模塊，其中手動方式和組合方式流程圖分別如圖2、圖3所示。

  

圖2  手動方式流程圖                圖3   組合方式流程圖

4.  結(jié)語

      本文研究的以PCC為核心的人工模擬降雨控制系統(tǒng)于2004年10月成功地用于黃河水土保持西峰治理監(jiān)督局南小河溝流域湫溝試驗區(qū)， 運(yùn)行情況表明，系統(tǒng)的可靠性高，運(yùn)行組態(tài)靈活，具有高度的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。

參考文獻(xiàn)

[1]齊蓉  可編程計算機(jī)控制器原理及應(yīng)用[M] 西安 西北工業(yè)大學(xué)出版社，2003。

[2]北京亞控科技發(fā)展有限公司  Kingview version6.0  使用手冊[Z] 北京：亞控公司，2001。