摘 要：以一種利用工控組態軟件組態王實現的“電線加塑生產過程恒張力控制系統”為例，介紹了利用ActiveX特性擴充組態軟件控制功能的新方法。重點描述了控制算法、現場信號和組態王之間的有機結合，為在工業控制領域中使用組態軟件來完成復雜的控制算法開辟了新的途徑。系統具有形象直觀、實時性好、編程簡單等特點，滿足了工業控制的要求。

關鍵詞：張力控制; 組態軟件; PCI板卡; ActiveX控件

引言

　　在工業控制領域，如何有效的實現控制算法一直是人們普遍關心的問題。目前，工控組態軟件能夠提供友好的人機交互界面，強大的通訊功能，但是計算能力不強，很難實現一些復雜的控制策略[1]。Visual Basic是Microsoft公司開發的Windows平臺的主力編程語言之一，它避開了C++編程繁瑣和抽象的缺點，綜合運用了BAIC語言和新的可視化設計工具，不僅簡單易學，而且功能強大。同時，VB還具有事件驅動的編程機制，在開發時可以充分擴充其功能，如在函數層調用功能態鏈接庫（DLL）、在控件層使用VBX、在應用層使用shell函數調用其他應用程序等[2]。因此，可以利用組態軟件作為系統主控，定時進行數據采樣、動態工藝圖顯示、數據記錄等;利用VB來實現復雜的控制算法，而二者之間的無縫連接可以通過ActiveX技術來實現，如圖1所示。這樣就可以充分發揮工控組態軟件和VB各自的優勢，實現復雜系統的控制。

1 電線加塑生產工藝簡介

　　單芯裸銅線的自動加塑過程中，主牽引機帶動裸銅線經過擠塑機塑封上塑料，經測徑、水冷、打字、耐壓測試合格后由收線機收卷成盤。生產過程中要求線材必須保持適當的張力，才能保證加塑均勻、銅芯不被拉斷或堆擠、卷取排列整齊、松緊適度。而線徑大小，卷筒直徑，電機速度等因素，都會影響到系統的張力，影響產品質量。

　　1.1 電線加塑生產中張力的產生及特點

　　根據胡克定律，卷繞系統中卷材的張力來源于放卷和收卷的線速度差[3]，當放卷速度恒定時，保持卷取張力恒定實質上就是控制收卷速度。而在卷取過程中，當電機轉速一定時，卷徑的變化也會影響卷取速度;主牽引機進行加減速時，即建張階段，還會存在張力的震蕩[4]，所以張力控制系統不僅要對速度的沖擊有較強的抵抗力，同時對卷徑的變化也應具有較強的魯棒性。

　　1.2 電線加塑生產恒張力系統的簡單自適應控制

　　要解決好上述問題，采用傳統算法的張力閉環系統很難達到令人滿意的效果，因此，設計了電流、速度、張力三環變結構串級控制系統。建張過程中投入速度調節器，系統為轉速電流雙閉環調速系統，PI型調節律，通過控制轉速間接控制張力，屬于間接張力控制系統;建張完成后，即張力偏差小于5%時，張力環投入工作，形成張力電流雙閉環系統，并引入一種新的控制策略——簡單自適應控制律，系統為直接張力控制系統[4]。系統結構圖如圖2所示。

　　圖中BF為張力檢測環節;PLG為光電碼盤測速環節;M為直流收卷電機;ASR、ACR分別為全數字直流調速裝置中的轉速調節器和電流調節器;TA為電流互感器;D/P為脈沖生成環節;P/D為脈沖整形環節;ATR為張力調節器;Ke，Kx和Ku為簡單自適應算法中的PI調節律。

　　簡單自適應控制的主要特征是控制器組成結構簡單，且與被控對象模型基本無關。控制的目標是使被控對象的輸出性能按照參考模型的輸出性能變化，參考模型的階次可以大大低于被控對象的階次。在簡單自適應控制的算法中，不僅使用了參考模型的輸出與被控對象實際輸出的誤差信息，還利用了參考模型的輸入和其狀態信息，這些信息的運用，提高了系統的控制精度，因而只要選擇好參考模型，就能達到張力閉環控制系統的要求。

2 利用組態王設計電線加塑恒張力控制系統

　　結合生產實際情況，電線加塑生產張力控制系統由直流收卷電機、全數字直流調速裝置、PC機和張力傳感器構成。轉速、電流雙閉環由傳動級實現，本系統采用了德國西門子的SIMOREG DC-MASTER 6RA70全數字直流調速裝置。該裝置主回路采用三相橋式反并聯電路，16位的微處理器完成電流和轉速的PI調節。雙閉環系統基本上實現了在電流受限制下的快速起動，利用了飽和非線性方法，達到了“準時間最優控制”。可逆調速系統采用電樞反接線路進行切換，電機由正反兩組晶閘管供電的邏輯無環流控制，以確保主回路沒有環流產生[5]。張力調節部分采用數字量控制，由PC機完成。

　　2.1 現場信號的檢測及采集

　　數據采集是系統的基礎。對于張力控制而言需要將各點的張力信號及時準確地采集到控制計算機中，而收卷電機轉速、電樞電流等作為輔助變量也有必要實時采集。從現場傳感器輸出的模擬值，經PCI數據采集板卡AD通道就可以變化成數字量傳輸到計算機中。

　　由MCL-T1型張力傳感器輸出的0—5V信號經過科日新KPCI—811板卡12位ADC轉換為0—4095的數字量，存放在板卡的寄存器中。組態王下設置的I/O變量通過PCI總線讀取數據，將其進行標度變換，還原為物理量，就可以與用戶輸入的設定值比較運算。

　　例如在組態王數據詞典里建立“張力測量值”I/O變量，板卡將傳感器的輸出轉換為12位數字量，通過該變量就可以將數字量取出并得到對應的物理量，其基本屬性為：

　　變量名：張力測量值 變量類型：I/O實型

　　最小值：0 最大值：20（對應物理量的最大值）

　　最小原始值：0 最大原始值：4095（對應板卡數字量）

　　連接設備：KPCI811 寄存器：AD0

　　數據類型：USHORT 采集頻率：300ms

　　讀寫屬性：只讀

　　2.2 上位機控制算法的實現

　　ActiveX技術是Microsoft對OLE技術的更新和發展，它通常以動態鏈接庫的形式存在，其設計思想是將一個程序嵌入到另一個程序中。ActiveX的優勢在于它的動態可交互性，用戶可以在使用過程中，通過改變它的屬性和參數，在應用程序中實現自己的特殊要求[5]。

　　利用VB將簡單自適應控制算法打包成ActiveX控件，將測量值、設定值和控制輸出量留做控件的接口，在組態王下，通過設置I/O變量，與控件接口變量一一對應連接，就可以將板卡轉換得到的現場信號送入控制算法控件，算法運算得到的控制量，經過板卡也可以送到現場執行機構。

　　組態王I/O變量輸出的控制量可根據執行機構的情況，設為電壓或電流形式。811板卡有2路模擬量輸出通道，本系統選擇0—10V的電壓輸出，與全數字直流調速裝置的電流內環組成張力閉環控制系統，對直流收卷電機進行轉速控制，從而保持系統恒張力運行。

　　現場信號、組態王與控制算法之間的連接關系如圖3所示。

　　2.3 監控界面的設計

　　整個監控界面如圖4所示，以組態王6.51為開發平臺，利用其豐富的圖形庫和靈活的動畫功能，創建了逼真的動態畫面來實時顯示現場的控制過程。系統的各參數不僅可以直觀顯示，還能夠做實時和歷史記錄，并根據需要將其打印成報表;完善的報警管理可以及時提示報警事件，并記錄報警信息，以備故障診斷時查詢。

3 結論

　　在北方工業大學研制的“電線生產線自動化控制系統實驗平臺”上多次實驗后，這種基于工控組態軟件和ActiveX控件形式的控制系統，從傳感器經過KPCI-811板卡完成A/D采樣的時間<2μs（測量精度0.1%），D/A輸出的建立時間<10μs（精度0.01%）。簡單自適應控制進行張力控制后，收線放線兩側的張力最大誤差都小于0.2kg，相對誤差小于2%，很好的滿足了生產的基本要求。

　　電線加塑生產過程中,保證系統恒張力運行是保證產品質量的必要條件。對于張力這樣復雜的時變非線性耦合系統，簡單自適應控制可以做到張力的精確控制;上位機借助組態軟件和PCI數據采集板卡可以進行現場數據的實時顯示和控制參數的實時修改，二者通過ActiveX控件無縫連接，交互數據，達到控制的目的。組態軟件與ActiveX控件相結合實現控制的實驗方案，彌補了組態軟件命令語言功能單一的缺點, 也為在工業控制領域中使用組態軟件來完成復雜的控制算法開辟了新的途徑。

　　本文作者創新點：組態軟件的圖形動畫顯示功能已經非常成熟，但是控制能力卻相對較弱。因此，本文介紹了一種利用ActiveX特性擴充組態軟件控制功能的新方法。利用高級語言將控制算法打包成控件，將輸入輸出量留作接口，組態軟件開發環境下調用算法控件，并設置變量與控件接口相連，就可以實現相應的控制功能。該方法簡單實用，為組態軟件在過程控制系統中的應用拓展了新天地。

參考文獻：

　　[1] 余斌,陳維克.基于組態軟件RSView32與matlab的通信.微計算機信息,2005年第四期42頁

　　[2] 陳娟,周納.關于VB功能擴展及應用.湖南商學院學報,2001年第一期107頁

　　[3] 郭應峰.印刷機系統恒張力控制的研究.華中科技大學碩士學位論文，2004年

　　[4] 安世奇,簡單自適應控制的應用研究.北京科技大學博士學位論文，2005年

　　[5] 王海瑞,鐘家玉.ActiveX技術在組態軟件中的應用研究.計控系統，2002年第四期22頁