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1、 引言

    在網絡技術和多媒體技術飛速發展地今天，通過網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進行相關檢測，從而獲得實時的信息，再據此向遠端供氣站發出某種命令，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機控制的主站實現了通信連接，協調配合完成了供水任務，這樣不僅節約了泵站管理的人力、物力，而且還提高了小區供氣的質量。遠程煤氣加壓的自動控制系統正是基于這種考慮而設計的。

2、控制系統總體設計

    煤氣加壓自動控制系統就是在原有控制系統的基礎上，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，并依據判斷自動發送命令。【1】本系統的實時信息傳輸和實時控制系統分為兩部分：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。同時接受控制端發送的命令并執行；控制站點對信息進行解壓、顯示、判斷。同時向遠程的泵站發送命令。這樣通過智能傳感器及計算機數字通信網絡技術的有機結合，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絡系統。圖1表示系統結構圖。 
    上層控制站的任務是接收全站的信息并實時存入數據庫，通過友好的人機界面和強大的數據處理能力實現風機監控功能，是整個系統與運行人員的接口。
    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；進行數據處理、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；與各級調度通信等。煤氣加壓遠程自動控制系統采用RS232總線；通信媒介為雙絞線。下層供氣站由AD7888單片機、風機、傳感器和執行機構等智能儀表構成，完成現場遠程控制。

3、自動控制技術

    本系統軟件采用動態數據交換技術（DDE）和WINDOWS可視化編程技術，實現了實時監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。本系統采用單片機組成泵站的監控系統，作為下位機使用，用來完成各煤氣加壓站點的數據采集，輸出控制,狀態判別及環境監測等工作，上位機主站服務器接收單片機采集的現場數據，并將數據存入動態數據庫，完成顯示報警，實時曲線，歷史曲線，分析系統運行狀態打印輸出，并根據主站控制人員要求去控制各供氣站的運行狀態等功能。
    由于本系統所需傳輸的數據變化比較大，所以本系統中采用了多種信息壓縮算法，以適應多種網絡傳輸環境和實時性要求，其中包括顯示質量好但開銷大的MPEG4，以及開銷小適用于遠程傳輸但網絡傳輸率低的H.26x。如果網絡情況好，則用顯示質量好的MPEG4，如果網絡不好，則使用開銷小的H.26x。
    為了節能和降低成本，使供氣站在恒壓下供氣，該系統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。二是依據風機目前所處的狀態，發出相應的命令。對信息進行分析是通過與標準信息進行比較來實現的，以此來確定風機是否已經進入了某種狀態。如果風機當前處于某種標準信息對應的狀態，則控制站點會發出與該狀態相應的命令。

4、硬件結構

    由于供氣系統的供氣量隨時間變化大的等特點，為了節能和降低成本，供氣采用恒壓供氣變頻調節的方式。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，并內置PI調節器，可開/閉環運行。AD7888是高速、低功耗的12位AD轉換器，單電源工作，電壓范圍為2.7V～5.25V，轉換速率高達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。該器件轉換滿功率信號可至3MHz。AD7888具有片內2.5V電壓基準，可用于模數轉換器的基準源，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中
    該系統調節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速，最終使壓力穩定。管道壓力控制精度可達百分之一。
    為了保證風機的節能效果，本系統設置了風機運行/停止自動控制，采用定時試探法實現這一控制。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；系統才重新使壓力風機進入自動調壓的運行狀態，將管壓調節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壓，當下一個定時時間到達時，再循環重復進行試探。這種恒壓自動調節在不供氣時處于停止狀態的控制策略在實際控制中取得了滿意的節能效果。

5、控制平臺的設計

    風機在其運動過程中，當其處于某一狀態時需要通過向它下達某一種指令才能使之向下一個狀態轉換。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的圖像信息，并存儲與該狀態相對應的指令。要執行該運動過程時，通過應用程序讀入該文件，獲得各狀態的信息，然后即可開始將實時的圖像信息與關鍵狀態的圖像信息相比較，如果相符，則發出相應命令。實際上，這個文件就相當于一個運行腳本，要執行同樣的操作時，只需要把這個腳本讀入，就可以實現自動控制功能。
    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，方便地構成監控畫面，將控件中的各類實時數據、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構，每個模塊作為一個子程序，根據系統功能劃分，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、調試和維護較方便。

6、結論

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