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    1 人工降雨器簡介

    本標準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，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；供水管道上設置一臺電動流量調節(jié)閥和一塊壓力表，通過調節(jié)流量調節(jié)閥的開度控制管道流量并顯示當前管道壓力。

    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，實現不同強度、分布和歷時的人工降雨模擬過程；并由該系統(tǒng)提供實時準確而有效的原始數據，對不同降雨強度、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動規(guī)律等進行模擬研究，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)硬件構成

    2.1可編程計算機控制器（PCC）介紹。可編程計算機控制器（ProgrammableComputerController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（IPC）與常規(guī)可編程控制器（PLC）的特點結合起來。無論是從內部的硬件功能，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有較大進步。PCC的硬件和軟件具有如下特點：

    2.1.1CPU模塊采用多處理器結構。

    2.1.2定性的分時多任務操作系統(tǒng)。

    2.1.3模塊式結構，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。根據人工模擬降雨控制系統(tǒng)的特點，該控制系統(tǒng)采用研華工控計算機作為上位機，B&RPCC-2003系列模塊作為下位機。上位機采用IPC2000安裝了B&RAutomationStudioV2.40操作系統(tǒng)；下位機采用高性能的可編程計算機控制器B&RPCC-2003系列的CPU474，模擬量輸入模塊AI774，模擬量輸出模塊AO352，數字量混合模塊DM465等；上（下）位機的通訊采用CAN總線或RS232總線。

    系統(tǒng)硬件構成如圖1所示：    

圖1系統(tǒng)硬件構成

    圖1系統(tǒng)硬件構成    

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    整個系統(tǒng)采用二級分布式上、下位機結構，上位機系統(tǒng)的人機界面可全線監(jiān)控，具備壓力狀態(tài)顯示、動畫模擬降雨，管道泵、電磁閥、流量調節(jié)閥開度控制及顯示等功能。下位機由B&R2003系列可編程計算機控制器構成，CPU模塊與上位機進行通訊并監(jiān)控現場設備；模擬量輸入模塊AI774與壓力表和流量調節(jié)閥相接來顯示壓力和調節(jié)閥開度；模擬量輸出模塊AO352與流量調節(jié)閥相接來控制調節(jié)閥的開度；數字量混合模塊DM465的輸出功能用來控制管道泵和電磁閥的開啟。

    3 系統(tǒng)軟件設計

    根據控制系統(tǒng)的要求，我們編制了系統(tǒng)控制軟件，它主要由上位機組態(tài)軟件和下位機控制軟件構成。

    3.1上位機組態(tài)軟件設計。上位機組態(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,以及大量控制設備和過程監(jiān)控裝置之間的通訊的需要,為實現監(jiān)控和數據采集系統(tǒng)而開發(fā),運行在bbbbbbs9X/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、設備運行狀態(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、調節(jié)閥調節(jié)界面、組合方式設定界面、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)視現場設備工作運行情況的功能；調節(jié)閥調節(jié)界面具有調節(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定降雨時間和調節(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下位機控制軟件設計。下位機控制軟件利用貝加萊工業(yè)自動化公司的AutomationStudio（AS）編程軟件，AutomationStudio支持梯形圖、指令表、結構文本、順序功能圖、AutomationBasic、標準C語言等6種的標準的開發(fā)語言；用戶根據需要可以在同一個項目中選擇一種或多種語言進行編程。同時，編程環(huán)境中包含豐富的函數庫及功能塊，根據需要可直接調用，大大減輕了開發(fā)人員的工作量。

    下位機控制機軟件設計主要包括上、下位機通訊，手動方式和組合方式等任務模塊，其中手動方式和組合方式流程圖分別如圖2、圖3所示。    

    4 結語

    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)，運行情況表明，系統(tǒng)的可靠性高，運行組態(tài)靈活，具有高度的適應性和擴展性。