基于MCGS工程組態(tài)軟件的過程檢測與控制系統(tǒng)原型開發(fā)

1、基于MCGS工程組態(tài)軟件的過程檢測與控制系統(tǒng)原型開發(fā) 基于 MCGS 工程組態(tài)軟件的過程檢測與控制系統(tǒng)原型開發(fā) 摘 要 本文描述了基于 TKGK-1 實驗裝置和 MCGS 組態(tài)軟件的過程檢測與控制系統(tǒng) 原型開發(fā)的設(shè)計過程。本設(shè)計主要側(cè)重于軟件開發(fā)方面，利用 MCGS 組態(tài)軟件強(qiáng) 大的圖形化編程功能來設(shè)計一個過程控制系統(tǒng)。系統(tǒng)包括了啟動界面、過程控制對 象流程圖、單容水箱液位 PID 控制系統(tǒng)、雙容水箱液位 PID 控制系統(tǒng)、串級液位 控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、單容水箱壓力 PID 系統(tǒng)、雙容水箱壓力 PID 系統(tǒng)。文 章介紹 MCGS 的功能和操作步驟，并具體地敘述系統(tǒng)設(shè)計的方法和指出系統(tǒng)的缺

2、陷以及需要完善的方面。 過程控制系統(tǒng)通過 PLC 及有關(guān)傳感元件和計算機(jī)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，完 善了以PLC 為控制模塊的實驗裝置的功能。系統(tǒng)把PLC 采集到的數(shù)據(jù)保存到MCGS 的實時數(shù)據(jù)庫，并利用實時曲線和歷史曲線來處理數(shù)據(jù)。完成系統(tǒng)設(shè)計后，通過兩 個 PID 控制實驗來驗證 PID 控制器的特性。文中通過對系統(tǒng)原型開發(fā)去探討 MCGS 在控制中的應(yīng)用，并在文中體現(xiàn)出 MCGS 的靈活性和掌握組態(tài)控制技術(shù)的意義。 關(guān)鍵詞：組態(tài)控制技術(shù) 過程控制系統(tǒng) MCGS PLC PID I 基于 MCGS 工程組態(tài)軟件的過程檢測與控制系統(tǒng)原型開發(fā) Abstract This article desc

3、ribes the design of a process detect and control system, which is based on the TKGK-1 experiment and the configuration software, MCGS. The design of the system mainly emphasizes particularly on the development of software system, which depends on the powerful graphical program function of MCGS. The

4、system includes the starting interface, the flow chart of process control object, the liquid level PID control system of single water tank, the liquid level PID control system of double water tanks, the liquid level PID control system of cascade water tank, the hydraulic pressure PID control system

5、of single water tank and the hydraulic pressure PID control system of single water tanks. The paper concretely introduces the functions and operations of MCGS and the method of design, and it also tells us the bug of the system and where it needs to improve. The process control system collects the d

6、ata and controls the experiments with PLC Programmable Logical Controller , corresponding sensors and computers. It improves the functions of TKKG-1 experiment abscised on PLC. The system saves the data collected by PLC to real-time database and deals it with real-time curve and historical curve. In

7、 addition, it validates the control identity of PLC with two experiments of PID control system. The paper discusses the application of MCGS in the field of control with the development of the process monitor and control system antitype, and it also tells us the liveness of MCGS and the significance

8、of learning configuration control technology. Key words: Configuration control technology, process-control system, MCGS, PLC, PID II 基于 MCGS 工程組態(tài)軟件的過程檢測與控制系統(tǒng)原型開發(fā) 目 錄 第一章 前言 . 1 1.1 過程控制概述. 1 1.2 組態(tài)控制技術(shù)概述. 11 1.3 MCGS 組態(tài)軟件簡介. 15 1.4 TKGK-1 過程控制實驗裝置介紹. 21 第二章 過程檢測與控制系統(tǒng)的設(shè)計方案 . 24 2.1 過程檢測與控制系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù). 24

9、 2.2 過程檢測與控制系統(tǒng)設(shè)計方案的確定. 25 2.3 擬完成的實驗 . 25 2.4 PID 控制原理 . 26 第三章 過程檢測與控制系統(tǒng)的建立. 31 3.1 過程控制對象流程圖. 31 3.2 實時數(shù)據(jù)庫. 32 3.3 設(shè)備與 PLC 通道設(shè)置 . 34 3.4 單容水箱液位 PID 控制系統(tǒng) . 36 3.5 雙單容水箱液位 PID 控制系統(tǒng) . 39 3.6 串級液位控制系統(tǒng). 41 3.7 溫度控制系統(tǒng) . 42 3.8 單容水箱壓力液位 PID 控制系統(tǒng) . 42 3.9 雙容水箱壓力液位 PID 控制系統(tǒng) . 43 3.10 系統(tǒng)封面. 44 第四章 過程檢測與控制系統(tǒng)

10、測試與實驗 . 47 4.1 過程檢測與控制系統(tǒng)測試. 47 4.2 過程控制實驗. 47 第五章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析. 63 5.1 系統(tǒng)開發(fā)前景. 63 5.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析. 63 III 基于 MCGS 工程組態(tài)軟件的過程檢測與控制系統(tǒng)原型開發(fā) 第六章 結(jié)論與展望 . 64 6.1 實驗結(jié)論. 64 6.2 對進(jìn)一步研究的展望 . 64 參考文獻(xiàn). 66 致 謝. 68 附 錄. 69 聲 明. 76 IV 基于 MCGS 工程組態(tài)軟件的過程檢測與控制系統(tǒng)原型開發(fā) 第一章 前 言 1.1 過程控制概述 過程控制的發(fā)展階段 生產(chǎn)過程自動化的目的，是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降抵消耗、降低成本、提高

11、產(chǎn)品的 數(shù)量和質(zhì)量、改善勞動生產(chǎn)條件、促進(jìn)文明生產(chǎn)、保證生產(chǎn)安全、提高經(jīng)濟(jì)效益的 重要手段，是 20 世紀(jì)科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步的特征，也是工業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。生產(chǎn) 過程自動化助發(fā)展，大體上可以分為三個階段1 。 初級階段 本世紀(jì) 40 年代前后，生產(chǎn)過程自動化主要是憑生產(chǎn)實際經(jīng)驗，局限于般的 控制元件及機(jī)電式控制儀器，采用比較笨重的基地式儀表，實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備就地分散 的局部自動控制。在不同設(shè)備之間或同一設(shè)備中的不問控制系統(tǒng)之間沒有或很少有 聯(lián)系。過程控制的對象主要是溫度、壓力、流量、成分幾個熱工參數(shù)的定值控制， 以保證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定進(jìn)行。 儀表化階段 本世紀(jì) 5060 年代，先后出現(xiàn)了電動與氣動單元

12、組合儀表和巡回檢測裝置， 因而實現(xiàn)了集中監(jiān)控與集中操縱的控制系統(tǒng)，對當(dāng)時迫切希望提高設(shè)備效率和強(qiáng)化 生產(chǎn)過程的要求，起了有力的促進(jìn)作用，適應(yīng)了工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備日益大型化與連續(xù)化 的客觀需要。隨著儀器儀表工業(yè)的迅速發(fā)展，對過程辨識的理論和方法，對儀表及 控制系統(tǒng)的設(shè)計計算方法都有較快的進(jìn)步。但從過程控制系統(tǒng)設(shè)計的構(gòu)思來看，仍 處于各控制系統(tǒng)互不關(guān)聯(lián)或關(guān)聯(lián)甚少的定位控制范疇，只是控制的品質(zhì)有較大的提 高。 綜合自動化階段 60 年代至今，由于集成電路與計算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)展，為過程控制的發(fā)展創(chuàng)造 了條件由原來分散的機(jī)組或車間控制，向全車間、全廠、甚至向整個企業(yè)的綜合自 動化方面發(fā)展，實現(xiàn)了過程控制最優(yōu)化

13、和生產(chǎn)調(diào)度與經(jīng)營管理自動化相結(jié)合的集散 控制系統(tǒng)，這是過程控制系統(tǒng)發(fā)展的新階段。 在計算機(jī)、通信、控制、顯示器技術(shù)相互滲透、結(jié)合作用下，產(chǎn)生了目前廣泛 應(yīng)用的分散控制系統(tǒng) DCS ，使各種控制理論得以實現(xiàn)。但我們知道，DCS 與組成 1 基于 MCGS 工程組態(tài)軟件的過程檢測與控制系統(tǒng)原型開發(fā) 自動化系統(tǒng)的其它智能化設(shè)備間，由于通信標(biāo)準(zhǔn)不同，相互間很難進(jìn)行直接通信和 信息交換，因而現(xiàn)在的自動化系統(tǒng)是由許多智能化的孤島組成的，不得不用大量的 電纜將它們“組合”起來，為解決這一問題產(chǎn)生了現(xiàn)場總線。因此，引發(fā)了繼 DCS 以后又一場新的儀表變革現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。 過程控制發(fā)展的趨勢 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

14、已經(jīng)成為過程控制的發(fā)展新趨勢2 。 所謂現(xiàn)場總線是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝備之間,以及現(xiàn)場裝置與控 制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行和多點通信的數(shù)據(jù)總線,是用于現(xiàn)場儀 表與控制系統(tǒng)之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向互聯(lián)、多變量、多點、多 站的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),具有可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、通信速率快、系統(tǒng) 安全、造價低廉、維護(hù)成本低等特點。現(xiàn)場總線技術(shù)使現(xiàn)場級設(shè)備的信息作為整個 企業(yè)信息網(wǎng)的基礎(chǔ),提高了控制系統(tǒng)的信息處理能力和運行可靠性,節(jié)省了系統(tǒng)的 3 硬件和布線費用,方便了用戶對系統(tǒng)的組態(tài)、管理和維護(hù) 。 現(xiàn)場總線是開放式工業(yè)自動化控制系統(tǒng),是連接設(shè)置在工業(yè)過程現(xiàn)場的儀

15、表與 設(shè)置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備的數(shù)字化、串行、雙向、多站通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),其有以下 一些顯著的特點4 ： 完全替代 42,實現(xiàn)傳輸信號數(shù)字化,從而易于現(xiàn)場布線,大大 降低了電纜安裝和保養(yǎng)費用,一般可節(jié)約電纜 70%80%,增加了控制系統(tǒng)的可靠 性。 控制、報警趨勢分析等功能分散到現(xiàn)場級儀表和裝置中,簡化了上層系統(tǒng)。 各廠家產(chǎn)品的交互操作和互換使用,給用戶進(jìn)行系統(tǒng)組織提供了方便。 實現(xiàn)自動化儀表技術(shù)從模擬數(shù)字混合技術(shù)向全數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)換, 自動化控制 系統(tǒng)從封閉式系統(tǒng)向開放式系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)對 DCS 作了很大的變革主要表現(xiàn)在5 ： 信號傳輸實現(xiàn)了全數(shù)字化,從最底層逐層向最高層均采

16、用通信網(wǎng)絡(luò)互連； 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用全分散化,廢棄了 DCS 的輸入/輸出單元和控制站, 由現(xiàn)場設(shè)備或 現(xiàn)場儀表取而代之； 現(xiàn)場設(shè)備具有互操作性,改變了 DCS 控制層的封閉性和專用性,不同廠家的現(xiàn) 場設(shè)備既可互連也可互換,并可以統(tǒng)一組態(tài)； 通信網(wǎng)絡(luò)為開放式互連網(wǎng)絡(luò),可極其方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享； 2 基于 MCGS 工程組態(tài)軟件的過程檢測與控制系統(tǒng)原型開發(fā) 技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)了全開放,面向任何一個制造商和用戶。 與傳統(tǒng)的分布式控制系統(tǒng) DCS 相比較,新型的全數(shù)字控制系統(tǒng)的出現(xiàn),將能充分 發(fā)揮上層系統(tǒng)調(diào)度、優(yōu)化、決策的功能,更容易構(gòu)成 CIMS 系統(tǒng)并更好地發(fā)揮其作 用；其次,將降低系統(tǒng)投資成本和減少運行

17、費用,僅是系統(tǒng)布線、安裝、維修費用可 比現(xiàn)有系統(tǒng)減少約三分之二,節(jié)約電纜導(dǎo)線約三分之一。如果系統(tǒng)各部分分別選擇 合適的總線類型,會更有效地降低成本。 我國過程控制發(fā)展的現(xiàn)狀 目前,我國過程控制系統(tǒng)呈現(xiàn)DCS、PLC 和 IPC 三者并存的局面6 。 集散控制系統(tǒng) DCS DCS 7 的設(shè)計思想是“控制分散、管理集中”,與傳統(tǒng)的集中式計算機(jī)控制系 統(tǒng)相比,控制系統(tǒng)的危險被分散,可靠性大大增加。此外, DCS 具有良好的圖形界面, 方便的組態(tài)軟件,豐富的控制算法和開放的聯(lián)網(wǎng)能力等優(yōu)點,成為過程控制系統(tǒng),特 別是大中型流程工業(yè)企業(yè)中控制系統(tǒng)的主流。 4 DCS 在我國各行各業(yè)之所以受到普遍歡迎,主要

18、是它具有以下一些特點 功能全?？赏瓿蓮暮唵蔚幕芈房刂频綇?fù)雜的多變量模型優(yōu)化控制；可進(jìn)行串 級、前饋反饋等各種復(fù)合調(diào)節(jié)；以及間斷的順序控制、批量控制、邏輯控制、自 適應(yīng)控制等各種控制,實現(xiàn)顯示、監(jiān)控、打印、輸出、報警、數(shù)據(jù)儲存等操作要求。 采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。有星形、環(huán)形和總線等多種結(jié)構(gòu),通信協(xié)議向標(biāo)準(zhǔn)化方向 發(fā)展。 實現(xiàn)了人機(jī)對話技術(shù),操作員可在任何時刻進(jìn)行集中監(jiān)控管理。 系統(tǒng)統(tǒng)擴(kuò)展靈活,可根據(jù)需要配置成大、中、小系統(tǒng)。 可靠性高。硬件上采用冗余配置,引入容錯技術(shù),使系統(tǒng)可靠性大大提高,既使 產(chǎn)生故障,修復(fù)時也不影響系統(tǒng)的操作使用。 處理能力強(qiáng)。很易實現(xiàn)管理自動化、工廠自動化、試驗室自動化、辦公

19、自動 化的全自動化管理目標(biāo)。 使用方便。在系統(tǒng)調(diào)試完畢后,只需按鍵盤操作即可。 在化工生產(chǎn)過程中, 由于化工工藝過程比較平穩(wěn),大多數(shù)企業(yè) DCS 的應(yīng)用比較 成功,效果較好。由此可以看出DCS 在化工生產(chǎn)控制過程中的使用較為廣泛,發(fā)展勢 頭很大,具有較為廣闊的應(yīng)用前景。 但是 DCS 也面臨新的挑戰(zhàn)，原因是六十年代末,邏輯順序控制從繼電器發(fā)展為 3 基于 MCGS 工程組態(tài)軟件的過程檢測與控制系統(tǒng)原型開發(fā) 采用數(shù)字化邏輯順序控制系統(tǒng), 從而產(chǎn)生了可編程控制器 Programmable Logic Controller ,俗稱 PLC 8 。 DCS 與PLC 不同,從問世以來,都是以系統(tǒng)形式銷

20、售,其操作站也是由各制造廠家 自行開發(fā)研制,各系統(tǒng)的操作站對各系統(tǒng)來說都是專用的,各制造廠家都是投入大量 人力物力開發(fā)研制操作站和通信網(wǎng)絡(luò)。DCS 的通信網(wǎng)絡(luò)分為幾層,每層的協(xié)議都是 不公開的,而且越底層的越不公開,要求用戶通過它的高層網(wǎng)絡(luò)和專用接口與管理網(wǎng) 絡(luò)進(jìn)行通信,因而與管理網(wǎng)絡(luò)相連費用十分昂貴。由于操作站是各廠家自行開發(fā),各 系統(tǒng)專用,它的軟件未經(jīng)過大量實踐考驗就推向市場,致使操作站死機(jī)現(xiàn)象時有發(fā) 生。如果硬盤裝在操作站內(nèi),硬盤型號更新時,死機(jī)現(xiàn)象更為嚴(yán)重。如果把歷史趨勢 站連在高層網(wǎng)絡(luò)上,發(fā)生掉電時,會產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象,上電時,則需重新裝入數(shù)據(jù),無 論何種方式,都會給用戶帶來不便。此

21、外, DCS 的控制器電源故障率高, 由于接地系 統(tǒng)較為復(fù)雜,在系統(tǒng)投運時經(jīng)常發(fā)生燒壞模件和端子板,對 DCS 的成功使用帶來困 難。更重要的是, 目前各廠家的 DCS 通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,各廠家產(chǎn)品自成體系,是互不 兼容的,用戶一旦采用某個廠家的產(chǎn)品,這種封閉式的控制模式,阻礙了信息的相互 傳遞和公用,軟件的公用,所以迫切需要從封閉式控制系統(tǒng)向開放式控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化發(fā) 展。 可編程控制器 PLC 可編程控制器8 具有結(jié)構(gòu)緊湊、速度快、可靠性高的特點,早期專用于順序邏 輯和程序控制。近年來, PLC 采用高性能的處理器和實時多任務(wù)操作系統(tǒng),在保證 快速完成順序邏輯運算的前提下,普遍增加了回路調(diào)節(jié)功能,

22、代數(shù)運算功能,并提供 了高速通訊網(wǎng)絡(luò)。部分 PLC 還支持快速現(xiàn)場總線通訊,同時兼有圖形顯示、歷史數(shù) 據(jù)記錄與趨勢顯示、狀態(tài)報警顯示、圖形組態(tài)等功能。因此,當(dāng)今的PLC 已成為一 個集邏輯控制、調(diào)節(jié)控制、網(wǎng)絡(luò)通訊和圖形監(jiān)視于一體的綜合自動化系統(tǒng)。 與繼電器相比,不僅體積小,而且無火花運行,安全可靠,在現(xiàn)場的安裝調(diào)試都比 較簡單,很少由于地線出現(xiàn)故障而燒壞控制器。從 80 年代后期開始, PLC 的制造廠 家為適應(yīng)市場需求加進(jìn)一些模擬量的采集和控制,并和傳動控制相配合,在絕大多數(shù) 情況下都是以單機(jī)設(shè)備銷售,系統(tǒng)集成由最終用戶或工程公司完成。所以 PLC 的銷 售量一直處于上升趨勢,但是要實現(xiàn)復(fù)雜

23、的模擬量控制特別是高級運算, PLC 仍是 很不方便。 工業(yè) PC 機(jī) IPC 4 基于 MCGS 工程組態(tài)軟件的過程檢測與控制系統(tǒng)原型開發(fā) 工業(yè) PC 機(jī)9 是在 PC 機(jī)的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進(jìn)使之能適合惡劣工業(yè)環(huán)境的 PC 機(jī)。 IPC 配有各種過程輸入/輸出接口板和相應(yīng)的工業(yè)應(yīng)用軟件,具有良好的開放性、安 全性、靈活性和可聯(lián)網(wǎng)性,其突出優(yōu)點是：具有非常強(qiáng)的計算處理能力,采用標(biāo)準(zhǔn)化 的總線,具有豐富的圖形顯示及多媒體功能,有豐富操作系統(tǒng)的 （Windows95/NT,UNIX等 和網(wǎng)絡(luò)支持, IPC 是當(dāng)今性能價格比最好的工業(yè)控制設(shè) 備。 目前IPC 已進(jìn)入工業(yè)控制的各個層次,包括控制層、監(jiān)控層

24、、調(diào)度層、管理層 和決策層。幾乎所有大型 PLC 應(yīng)用中都以 IPC 作為操作員接口。在大部分 DCS 中, IPC 用作操作員站的主機(jī)和工程師站的主機(jī)。 儀表及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) FieldBus 近年來,自動化儀表及裝置向著智能化、數(shù)字化、模塊化、高精度化和小型化 的方向發(fā)展。其中智能化是最重要的特點,與常規(guī)儀表相比,智能儀表具有測量精度 高、自動校準(zhǔn)、自動修正誤差和自診斷的能力,允許靈活地改變功能,實現(xiàn)高級控制, 其最終將替代常規(guī)儀表。 現(xiàn)場總線技術(shù)是近年來迅速發(fā)展起來的一種數(shù)據(jù)通訊總線,它主要用于現(xiàn)場的 智能化儀表、控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、I/O 模塊等現(xiàn)場設(shè)備間的信息傳遞。智能儀表和裝 置之間

25、采用現(xiàn)場總線技術(shù)進(jìn)行數(shù)字通信,而不再用模擬的信號通過電線、電纜進(jìn)行 互連,這樣就使信號傳遞方式發(fā)生了根本性變化,信號傳遞更加可靠、經(jīng)濟(jì)、各個儀 表及裝置之間的互連更加方便靈活。采用現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)成的分散控制系統(tǒng),其控 制功能將更加分散,系統(tǒng)的構(gòu)成將更加靈活、可靠性將更高。 控制策略及軟件 目前配置在過程控制計算機(jī)中的先進(jìn)控制策略及相應(yīng)軟件主要有：多變量預(yù)測 控制、自適應(yīng)控制 包括自適應(yīng) PID 控制 、模糊控制及故障診斷、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等。 采用先進(jìn)控制可以克服由于系統(tǒng)本身的時變性、非線性和外擾的隨機(jī)性等帶來的問 題。 1 多變量模型預(yù)測控制 20 世紀(jì) 80 年代初,模型預(yù)測控制逐漸發(fā)展成為一項

26、成熟的控制技術(shù)。其基本 原理是利用一個過程動態(tài)模型 脈沖響應(yīng)模型或 ARMA 模型 和可測量的信息來預(yù)測 將來的過程行為,再利用滾動優(yōu)化的方法,使預(yù)測過程的響應(yīng)和設(shè)計希望的響應(yīng)差 別為最小。模型預(yù)測控制還能處理過程變量有不等式約束的情況,如當(dāng)傳感器和調(diào) 5 基于 MCGS 工程組態(tài)軟件的過程檢測與控制系統(tǒng)原型開發(fā) 節(jié)器失效時,可以通過改變相應(yīng)的不等式約束來解決。近年來一些商品化軟件產(chǎn)品 已大量應(yīng)用于石化和化工過程。 2 自適應(yīng)控制 早在上世紀(jì) 70 年代初,自適應(yīng)控制7 已在熱工、化工對象上應(yīng)用成功。利用在 線最小二乘辨識律和最小方差控制律的自校正調(diào)節(jié)器、自校正PID 調(diào)節(jié)器在國外都 有商品化

27、軟件。一種更簡單實用的自整定器 Auto-tuner 已配置在 DCS 中。自整 定器實質(zhì)是根據(jù)對象的特性自動給出 PID 參數(shù),這種自整定在正常工作過程中仍以 固定參數(shù)PID 調(diào)節(jié)器的形式工作,不進(jìn)行在線參數(shù)辨識和修改控制,目前在化工過 程中得到普遍應(yīng)用。 3 模糊控制 模糊控制器依照人工操作思維程序工作10 。它首先把測量輸出的精確量模糊 化,變?yōu)槟：Z言變量,由模糊規(guī)則進(jìn)行模糊決策,再把模糊決策量清晰化轉(zhuǎn)變成精 確量進(jìn)行控制。與傳統(tǒng)控制方法相比,模糊控制無需建立數(shù)學(xué)模型,被控對象的特性 和參數(shù)變化對控制質(zhì)量的影響較小 魯棒性強(qiáng) ,對于非線性和大時滯對象采用模糊 控制的效果要比 PID 效

28、果好。因此很適合于過程控制,如 PH 值的控制。目前國內(nèi) 外已有商品化軟件。 4 人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò) 人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)是模仿人類腦神經(jīng)活動的一種人工智能技術(shù)10,22 。由于反向傳 遞學(xué)習(xí)算法BP 網(wǎng)絡(luò)和Hopfield 網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn),使人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大為改觀,發(fā)展 很快。目前已在過程控制的許多領(lǐng)域,如在非線性系統(tǒng)的辨識和控制、基于模型的 軟測量、質(zhì)量預(yù)報、故障診斷等方面獲得應(yīng)用。目前,控制策略上出現(xiàn)了多學(xué)科研 究的交叉與滲透,它們之間相互取長補(bǔ)短,如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制相結(jié)合構(gòu)成了模 糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制,它兼有模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢,是一個很有前途的研究方向。 過程控制的種新技術(shù)介紹 OPC 技術(shù)

29、OPC11 全稱是 OLE for Process Control，是用于過程控制的 OLE 技術(shù)。它基 于 Compoment Object Model組件對象模式 的協(xié)議，是一種接口技術(shù)。它是 在工業(yè)控制過程中基于微軟公司的 OLE/COM 通信標(biāo)準(zhǔn)逐漸發(fā)展起來的，這種標(biāo)準(zhǔn)極 大地提高了自動化系統(tǒng)、現(xiàn)場設(shè)備系統(tǒng)、商業(yè)辦公系統(tǒng)之間的互操作性。OPC 為諸 如 DCS，PLC，智能儀表的數(shù)據(jù)服務(wù)器定義了建立在 OLE 組件技術(shù)上的標(biāo)準(zhǔn)的對象、 6 基于 MCGS 工程組態(tài)軟件的過程檢測與控制系統(tǒng)原型開發(fā) 方法和屬性。通過該服務(wù)器，標(biāo)準(zhǔn)的支持 OLE 的客戶機(jī)就可以與系統(tǒng)通信。 OPC 是建立在

30、 Microsoft 的 OLE/COM 技術(shù)之上的一項技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。它采用 了客戶服務(wù)器模型。任何帶有 OPC 接口的客戶應(yīng)用程序都可以與一個或多個硬件供 應(yīng)商的 OPC 服務(wù)器相連接。OPC 服務(wù)器中的源代碼決定了數(shù)據(jù)項命名方法，以及服 務(wù)器如何存取數(shù)據(jù)源方法的細(xì)節(jié)。在每一個服務(wù)器內(nèi)的客戶程序可以定義一個或多 個 OPC 組，而 OPC 組為客戶程序提供組織他們感興越的數(shù)據(jù)項的方法。數(shù)據(jù)可以被 讀和寫，客戶和組內(nèi)數(shù)據(jù)項連接間的異常也可以產(chǎn)生，且需要時可以使能或禁止。 可以指定組內(nèi)數(shù)據(jù)的刷新率，在每一個組內(nèi)客戶程序可以定義一個或多個 OPC 數(shù)據(jù) 項12 。 在服務(wù)器內(nèi)部用 OPC 數(shù)據(jù)項

31、代表與數(shù)據(jù)源的連接，每一個數(shù)據(jù)項包含值、值的 質(zhì)量和時間戳，值是 VABIANT 類型，值質(zhì)量與現(xiàn)場總線中的規(guī)定相似。但需要指出 的是數(shù)據(jù)項并不是數(shù)據(jù)源而僅僅是與它們的連接，比如 DCS 系統(tǒng)中的標(biāo)簽一直存 在，不管 OPC 客戶是否存取它們。 OPC 服務(wù)器提供了一種從特定類數(shù)據(jù)源獲得數(shù)據(jù)的方法，可利用的數(shù)據(jù)源的個 數(shù)和類型是服務(wù)器實現(xiàn)的函數(shù)。OPC 服務(wù)器定義“groups”，而這些組允許客戶把 他們想要存取的數(shù)據(jù)組織起來。作為一個單元，組可以被激活或去激活。組也為客 戶程序提供預(yù)訂數(shù)據(jù)項列表的方法，以便當(dāng)列表中某數(shù)據(jù)項變化時客戶可以被通 知。值得指出的是所有的 COM 對象是通過接口進(jìn)行

32、存取的，客戶看到的僅僅是接口。 所以這里描述的對象是邏輯表示，它們可以與服務(wù)器內(nèi)部實際的實現(xiàn)有關(guān)也可以 沒關(guān)。為了連網(wǎng)，OPC 服務(wù)器可以是本地服務(wù)器也可以是遠(yuǎn)程服務(wù)器，針對本地服 務(wù)器，客戶應(yīng)用程序應(yīng)該利用已存在的專有的網(wǎng)絡(luò)方案；針對遠(yuǎn)程服務(wù)器，客戶程 序應(yīng)該連接目標(biāo)節(jié)點期望的服務(wù)器，進(jìn)而使用微軟的 DCOM 建立網(wǎng)絡(luò)。OPC 接口的 所有字符參數(shù)都是 UNICODE 型的，這是因為本地的 OLEAPIS 都是 UNICODE 型的。 0PC 引入組織客戶請求到服務(wù)器內(nèi)的組的概念，為了存取數(shù)據(jù)，客戶應(yīng)用程序 12 需要完成下面幾項工作 ： 指定服務(wù)器的名字 如使用 CoCreateInsta

33、nce，CoCreateInstanceEx 等 ； 指定 oK 服務(wù)器所在主機(jī)的名字 如使用 CoCreateInstanceEx ； 指定生產(chǎn)商特定 oK 數(shù)據(jù)項定義 即服務(wù)器地址空間內(nèi)特定數(shù)據(jù)項的名字 c 0PC 體系結(jié)構(gòu)與接口 OPC 體系結(jié)構(gòu)13 7 基于 MCGS 工程組態(tài)軟件的過程檢測與控制系統(tǒng)原型開發(fā) OPC 采用客戶服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，0PC 的 COM 對象和接口由 OPC 服務(wù)器描述和實 現(xiàn)。一個 OPC 客戶可以聯(lián)接多個制造商提供的 OPC 服務(wù)器。OPC 服務(wù)器不僅包含與 OPC 客戶的標(biāo)準(zhǔn)接口部分，還包括存取設(shè)備數(shù)據(jù)的代碼。OPC 服務(wù)器為 OPC 對象提 供接口井進(jìn)行

34、管理。OPC 客戶與服務(wù)器的關(guān)系如圖 1.1 所示。 圖 1.1 OPC 客戶與服務(wù)器關(guān)系 一個 OPC 客戶應(yīng)用程序通過特定的定制接口和自動化接口與 OPC 服務(wù)器通信。 OPC 服務(wù)器必須實現(xiàn)定制接口的全部功能，而對自動化接口而言，可以有選擇地實 現(xiàn)其功能。 用 VC+編寫的客戶應(yīng)用程序可直接調(diào)用定制接口的功能。而用 VB 編寫的客戶 應(yīng)用程序必須通過自動化接口調(diào)用定制接口的功能。在特定的條件下，OPC 基金會 提供標(biāo)的自動化接口包“Wrapper DLL”，可以用在任何廠商的定制服務(wù)器上。OPC 體系結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示 圖 1.2 OPC 體系結(jié)構(gòu) OPC 接口13 8 基于 MCG

35、S 工程組態(tài)軟件的過程檢測與控制系統(tǒng)原型開發(fā) OPC 包含 2 類接口集：定制接口Custom Interface 和自動化接口 Automation Interface ，如圖 1.3 所示。 圖 1.3 OPC 接口 OPC 規(guī)范僅說明組件的接口，并不包括接口是怎樣實施的。它確定了客戶應(yīng)用 程序所希望提供的接口行為。在 OPC 服務(wù)器實施過程中，主要考慮的是通過非共享 通信路徑到物理設(shè)備或其它數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)傳送頻率。因此希望OPC 服務(wù)器既可以是 本地的又可以是遠(yuǎn)程的可執(zhí)行程序，它包含從物理設(shè)備或數(shù)據(jù)庫采集數(shù)據(jù)應(yīng)用程 序。 0PC 服務(wù)器對象 14 0PC 服務(wù)器對象是 0PC 首要對象。提

36、供的接口如下 ： IUnknown 接口是 COM 標(biāo)準(zhǔn)接口； I0PCServer 接口對組對象進(jìn)行有關(guān)操作,獲取服務(wù)器狀態(tài)信息等； I0PCServerPublicGroups接口客戶和服務(wù)器提供了方便管理這些公共組的 功能。在接口中建立公共組概念的目的是滿足多客戶應(yīng)用程序共事數(shù)據(jù)項目的要 求比較典型約分在過程按制系統(tǒng)中，多客戶應(yīng)用程序需要使用同樣應(yīng)用程序或工 具束監(jiān)控同一過程控劉數(shù)據(jù)?？蛻魬?yīng)用程序與公共組連接后?？梢詢H使用私有組一 樣使用公共組。公共組由客戶或服務(wù)器建立，僅只有一個應(yīng)用程序/終端用戶能夠 定義數(shù)據(jù)項目，其它客戶應(yīng)用程序通過鏈接此公共組訪問其中的信息。由于只有一 個客戶能夠

37、創(chuàng)建并配置數(shù)據(jù)項目的屬性，因而保持了同一數(shù)據(jù)定義的同步； IOPCBrowseSeverAddressSpace 接口提供了客戶瀏覽服務(wù)器數(shù)據(jù)項目的功能， 它給出項目標(biāo)識的有效定義，項目標(biāo)識 ItemID 是數(shù)據(jù)的唯一標(biāo)識，它告訴服務(wù)器 數(shù)據(jù)是什么數(shù)據(jù)，存放于何處服務(wù)器中全體項目標(biāo)識形成水平或分層地址空間。 分層地址空間很像操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)。地址空間的分支或路徑代表各級目錄、 9 基于 MCGS 工程組態(tài)軟件的過程檢測與控制系統(tǒng)原型開發(fā) 子目錄，項目標(biāo)識代表文件。這種結(jié)構(gòu)權(quán)大地方便了數(shù)據(jù)的查拭； IPersistFile 接口允許客戶裝載或保存服務(wù)器為配置信息，如 SCADA 或 DCS

38、數(shù)據(jù)庫。通信波特率,PLC 站地址等。 當(dāng)系統(tǒng)配置信息需要修改時，由于此接口 的存在，因此用戶無需啟動另外單獨程序，服務(wù)器通過此接口可從客戶方直接裝載 配置信息以修改或重新設(shè)置原束的配置。 OPC 的作用 OPC 的作用主要有15 ： 首先, 0PC 為不同的設(shè)備、系統(tǒng)的集成提供了可能和方便。隨著計算機(jī)技術(shù)的 不斷發(fā)展,用戶需求的不斷提高,以 0PC 為主體的工業(yè)控制系統(tǒng)功能日趨強(qiáng)大,結(jié)構(gòu) 日益復(fù)雜,規(guī)模也越來越大,一套工業(yè)控制系統(tǒng)往往選用了幾家甚至十幾家不同公 司的控制設(shè)備或系統(tǒng)集成一個大的系統(tǒng),但由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),開發(fā)商必須對系 統(tǒng)的每一種設(shè)備都編寫相應(yīng)的驅(qū)動程序,而且,當(dāng)硬件設(shè)備升級、修改時,驅(qū)動程序 也必須跟隨修改。同時,一個系統(tǒng)中如果運行不同公司的控制軟件,