啤酒厂可视控制界面的研究
2010-12-04 08:54:23   来源:本站原创   评论:0 点击:

摘  要:在分析啤酒厂发酵车间酵罐,糖化车间糊化锅、糖化锅工艺曲线特点的基础上,总结出工艺曲线关键点、用模态文件表征工艺曲线等概念与方法,在此基础上提出按工艺曲线进行控制的可视控制界面,并结合C++5.0中几种计时方法,给出了在Win95下编程实现的要点。

关键词:编程;定时器;控制;啤酒;人机界面

一、引言

软件的图形操作界面形象、直观,深受操作者喜爱。Windows环境下运行的工控组态软件提供了良好的图形人-机界面(HMI),在DCS控制系统中得到了广泛应用。使用工控组态软件可以方便地画出一套装置、整个车间甚至整个工厂的流程布置图,但我们发现在实际生产中不少装置、系统的工艺曲线为被控量-时间类型(如啤酒厂发酵车间发酵罐、糖化车间糊化锅与糖化锅均为温度-时间类型),对这种类型的对象,目前很多工控组态软件(如GFW3.0,T3500等)均无法提供让操作者在计算机屏幕上直接按工艺曲线进行控制设定的可视操作界面,代之以让操作者输入各种控制参数的繁琐方法。

在对某啤酒厂发酵车间,某啤酒厂糖化车间实施DCS控制系统的过程中,我们利用所使用的工控组态软件提供二次开发工具(如GFW3.0的Open Database Toolkit),给合VC编程中提供的几种计时方法,开发出让操作员直接在计算机屏幕上设定工艺曲线并进行控制的可视操作界面,受到了操作者的好评。

二、啤酒厂几种工艺曲线的分析

1、糊化锅工艺曲、发酵罐发酵工艺曲线的特点

通过图1归纳分析,发现可将啤酒厂温度-时间曲线分成如下部分:

(1)升温部分

糊化锅:要求以1℃/min的速率升温(热媒为蒸汽);发酵罐:从糖化车间来的高温麦汁(90℃以上)经过啤酒冷却器后降温到8℃左右进入啤酒罐酵,让其自然升温到11~15℃,升温速率无要求,由于无热媒,在这一时期,控制系统不参与控制,冷媒阀全部关闭。

(2)保温部分

糊化锅:糊化锅:要求保持糊化锅内温度恒定;发酵罐:将发酵罐温度在较长时间内保持为某一指定温度。

(3)降温部分

糊化锅:将糊化锅内的物料与糖化锅内的物料在糖化锅内合并后(称为并醪),糖化锅内物料的温度为63℃,降温的速度没有要求,糊化锅冷却的终值温度由计算机根据糖化锅内物料的重量与温度及糊化锅物料的重量自动确定;发酵罐:在指定时间内将发酵罐温度从指定的上限温度,降到指定的下限温度。

不同品种的啤酒,其糊化工艺、发酵周期与发酵工艺曲线形状有较大差异,但仍可看成由上述升温、保温、降温三部分组成。

2、工艺曲线的特点分析

通过分析上面的工艺曲线,可以认为啤酒厂的一类温度-时间曲线是由多线段组成的折线,而这些折线的形状可由直线间的交点确定。这样,可用工艺曲线关键点(见图1中的小圆圈)来表征不同品种不同原材料的发酵工艺及糊化、糖化工艺,对图1a、b的两种工艺曲线,可用7个与6平面坐标点来存储描述。进一步,我们对工厂所生产的所有品种啤酒的糊化、糖化工艺及发酵工艺做成标准的“模态”文件,并可以随时对这些标准模态进行扩充,以满足开发新品种啤酒的需求。按工艺曲线关键点个数的多少,称其为“几点模态”文件,如图2我们称其为“某普通啤酒6点标准模态”。

所谓“可视控制界面”是指操作人员可在计算机屏幕上选定模态文件并在工艺控制的任何时刻可对这些模态文件的关键点上下左右移动,组成理想的工艺控制曲线(见图2)。只要操作人员调整好工艺曲线,工艺流程就会按设定好的曲线进行,这种操作界面象直观、操作简便,具体实行的细节由程序自动并在工艺控制设定好的曲线进行。

这种可视控制界面的编程有如下问题:

(1)时间与温度对应关系的确定,即编程中的计时问题。这种计时时间长,同时要求:①有较高的精度。②无两千年(Y2K)问题。③对系统日期与时间无依赖。

(2)与下位机通信的问题。若上位机采用组态软件,可用组态软件提供的二次开发工具(如GFW3.0的Open Database Toolkit)对实对数据库进行读写;若采用I/O板卡,可通过设备驱动程序对板卡进行操作。

三、几种计时方法

在Win95中用VC++编程,在不编写Vxd情况下,有如下几种计时方法:

(1)采用Windows本身提供的定时器

即WM_TIMER消息,使用这种方法非常简单,虽然其设置时间精度为1ms,但其实际最小精度为55ms左右,就时间精度而言,可以满足啤酒厂而言,可以满足啤酒厂几种工艺的要求,但最主要的是由于WM_TIMER消息的低优先级,在程序中不能通过对WM_TIMER消息的计次得到准确的时间,所以不能采用这种方法。

(2)采用WM_TIMER方法与日期相减法的结合

先记录下工艺开始时的如下参数:年份、月份、日期、小时、分钟、秒,用SelTimer函数设定计时时间间隔为10s,每隔10s,取系统的当前参数:年份、月份、日期、小时、分钟、秒,两者相减,可得出正确时差,由此确定温度值。这种方法可以满足啤酒厂工艺的计时要求,但存在的问题有:①时间间隔不均匀,对控制产生不利影响。②有类似Y2K及闰年闰月问题。③对系统日期、时间格式有依赖性。若操作者改变系统日期与时间的格式或数值,都有可能会产生灾难性后果,程序必须捕获这类消息,并做适当处理,,但操作者在DOS下修改系统日期与时间数值,程序就无能为力了。这种方法优点为:在因计算机出故障,程序退出运行后再次运行程序时仍可有较高计时精度,在啤酒发酵这类长持续时间(达数十天)计时程序中,有可取之处。但这不是理想的方法。

(3)采用Windows提供的多媒体定时器

这种定时器原本是为多媒体服务而设计的,其定时精度非常高,与硬件中断相当,在Inter硬件平台上,可达到1ms的定时精度。可以通过对多媒体定时器的事件计次,确定准确时间。在使用多媒体定时器编程中,使用如下几个函数:timeGetDaps、timeBeginPeriod、timeEndPeriod、timeBeginPeriod、timeSetEvent、timeKillEvent。

定时器分辨率设定为:对发酵罐为1min,对糖化车间为6s。对每个发酵罐,在定时器事件程序内都有相应的独立计时变量,要注意的是,在使用完定时器及分辨率后,一定要删除,否则会造成系统越来越慢。函数的具体细节,可查阅VC++5.0的随机文档。

这种计时方法的缺点为:由于某种原因造成程序再次运行,中间这段时间会在计时中丢失,对发酵这种长持续时间计时程序,可用方法(2)中手段解决,或允许有一定权限的用户在发生这种情况时对计时时间进行修改。

通过采用多媒体定时器,可以实现高精度即使,实际证明,这种计时精度完全满足啤酒厂的工艺要求,具有时间间隔均匀、无Y2K问题,对系统时钟与日期格式无依赖等优点,可在被控量—时间类的可视控制中用来对时间进行精确计时。

四、结束语

被控量—时间类对象是工厂中一种常见对象,采用“可视控制界面”形象直观,操作简单,深受操作者喜爱;Windows提供的多媒体定时器易于编使用,计时精度较高,无Y2K类问题,对系统时钟无依赖,可用在啤酒厂“可视控制界面”中。

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