通過(guò)SCADA -PLC - OPC和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)基于PID的串級(jí)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

1、通過(guò)SCADA-PLC-OPC和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)基于PID的串級(jí)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證摘要：本文提出了一種簡(jiǎn)單的串級(jí)控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)許多結(jié)構(gòu)來(lái)驗(yàn)證這個(gè)過(guò)程，例如SCADA， PLC， OPC和因特網(wǎng)。個(gè)別架構(gòu)的性能和有效性進(jìn)行評(píng)估是根據(jù)數(shù)據(jù)速率、上升時(shí)間，峰值時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間的基礎(chǔ)上。在這項(xiàng)研究中，PID被Micrologix1200 PLC上實(shí)現(xiàn)和的RSView-32 SCADA系統(tǒng)已被用于與RSLinx通訊軟件。在PLC-SCADA控制回路與功能，如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，設(shè)定點(diǎn)的修改，自動(dòng)報(bào)表生成和集成與MS-Excel和MS-Access數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)。項(xiàng)目數(shù)據(jù)分析的增強(qiáng)是通過(guò)PLC與Labview的

2、整合有效地完成。工藝參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制是使用NET-ENI 。所獲得的結(jié)果證明了常規(guī)基于SCADA控制系統(tǒng)可以進(jìn)一步顯著的增強(qiáng)多用PLC以及NI-OPC服務(wù)器。關(guān)鍵詞：串級(jí)控制系統(tǒng)，PID，監(jiān)控，PLC，因特網(wǎng)1、簡(jiǎn)介最近的幾十年，可編程邏輯控制器（PLC ）已被廣泛接受的各種工藝行業(yè)，是一種固態(tài)裝置設(shè)計(jì)用于執(zhí)行邏輯功能。PLC有幾個(gè)已知的特點(diǎn)包括，靈活性，可靠性，低功耗和易于擴(kuò)展的。該軟件抽象層改變了擴(kuò)展和優(yōu)化控制過(guò)程，而不是僅僅要求內(nèi)部重新布線。甚至從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看SCADA代表的監(jiān)督，控制和數(shù)據(jù)采集，提供工藝參數(shù)的圖形可視化表示形式。它創(chuàng)建控制和監(jiān)視工藝參數(shù)可通過(guò)GUI界面的可能性。PLC可

3、以通過(guò)信息標(biāo)簽SCADA系統(tǒng)通信。在文獻(xiàn)中，許多報(bào)告發(fā)現(xiàn)相關(guān)的PLC的成功整合和SCADA的應(yīng)用程序。在如今控制行業(yè)的發(fā)展情形下，越來(lái)越多的精密的儀器被發(fā)明，它支持更高的數(shù)據(jù)速率。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化提出新的并且已經(jīng)強(qiáng)化的已通過(guò)OPC服務(wù)器實(shí)現(xiàn)的功能。OPC是指開(kāi)放式過(guò)程控制，它提供了開(kāi)放式的連接，用于工業(yè)自動(dòng)化，規(guī)范被定義為一組對(duì)象，接口和方法，以促進(jìn)互操作性。許多研究報(bào)告中發(fā)現(xiàn)與文學(xué)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)介導(dǎo)自動(dòng)化過(guò)程。同樣，研究人員和教育團(tuán)體一直致力于遠(yuǎn)程監(jiān)控，適用于課堂教學(xué)控制的實(shí)施。所有領(lǐng)先的PLC廠商包括西門子，艾倫-布拉德利都已經(jīng)開(kāi)始為了提高生產(chǎn)率而研發(fā)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)功能的自動(dòng)化。在這項(xiàng)研究中，常

4、規(guī)的級(jí)聯(lián)控制工作站的性能得到增強(qiáng)PLC與NI-OPC服務(wù)器接口。串級(jí)控制系統(tǒng)的水平（主要過(guò)程）和流量（二級(jí)）過(guò)程的結(jié)合。該SCADA系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與PID控制器?？刂葡到y(tǒng)的特點(diǎn)也在進(jìn)行了研究，并得到了參數(shù)整定。串級(jí)控制系統(tǒng)已通過(guò)性能指標(biāo)，如高峰時(shí)間，上升時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間進(jìn)行了分析。還有算錯(cuò)誤值，如，積分方誤差（ ISE）和積分絕對(duì)誤差（ IAE ）。在PLC通過(guò)MODBUS通訊實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)研究之前，假設(shè)被制成，顯著增強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)在傳統(tǒng)系統(tǒng)采用PLC和NI-OPC服務(wù)器的假設(shè)是由所獲得的結(jié)果事后證明。2、介紹有關(guān)級(jí)聯(lián)過(guò)程控制系統(tǒng)該實(shí)驗(yàn)是用其示于圖1級(jí)聯(lián)控制系統(tǒng)進(jìn)行。串級(jí)控制過(guò)程是通過(guò)采用Modbus通信的串

5、行雙回路PID控制器（ ADAM-4022T ，M /研華，德國(guó)） ，它們分別具有模擬和數(shù)字輸入和輸出。所述控制單元是由一差壓變送器，液位變送器和壓力的電流（I / P）轉(zhuǎn)換器支持。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)料口和相應(yīng)的流量使用羅塔計(jì)測(cè)定。液位變送器被用作初級(jí)測(cè)量設(shè)備和流量變送器充當(dāng)二次測(cè)量裝置。連同必要的管道與潛水泵的單元被安裝為桌面系統(tǒng)。該操作是將液位變送器測(cè)量水箱中的電平并將其提供給所述控制器基于所述誤差值。該控制器產(chǎn)生控制器輸出中的4-20毫安和相同的范圍是考慮到其產(chǎn)生的壓力相當(dāng)于在3-15磅的范圍內(nèi)的I / P轉(zhuǎn)換器。壓力致動(dòng)而打開(kāi)或關(guān)閉，并最終誤差值被帶到零的氣動(dòng)控制閥。該模型是通過(guò)USB接

6、口連接到個(gè)人計(jì)算機(jī)。過(guò)程自動(dòng)化是通過(guò)SCADA的編程和同樣是在這兩個(gè)運(yùn)行時(shí)和開(kāi)發(fā)的模式進(jìn)行操作。一般而言，實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行時(shí)間模式和可視化和修改在開(kāi)發(fā)模式中進(jìn)行。串級(jí)聯(lián)控制互連的PLC和最終的過(guò)程變量是由在通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，它被示于圖2的遠(yuǎn)程站可用。2.1串級(jí)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表達(dá)主控制器是美聯(lián)儲(chǔ)設(shè)定值和實(shí)際的過(guò)程變量。根據(jù)誤差值之間的差額，控制器產(chǎn)生的輸出反過(guò)來(lái)作為設(shè)置點(diǎn)的二次回路。該比較器產(chǎn)生輸出，是設(shè)定點(diǎn)和實(shí)際二次回路的過(guò)程值之間的差額。誤差值是給它產(chǎn)生的輸出會(huì)導(dǎo)致最終控制元件的驅(qū)動(dòng)輔助控制器。級(jí)聯(lián)過(guò)程被認(rèn)為是主回路（級(jí)進(jìn)程）和二次回路（流動(dòng)過(guò)程）的傳遞函數(shù)的乘積。他傳遞函數(shù)為級(jí)聯(lián)控制系統(tǒng)是使用兩個(gè)

7、時(shí)間常數(shù)法得到的傳遞函數(shù)是由于在公式（1 ）從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得的。3、SCADA-PLC相關(guān)概述本的RSView-32基于SCADA創(chuàng)建顯示過(guò)程變量的6數(shù)字動(dòng)態(tài)顯示，設(shè)定點(diǎn)，控制器的輸出，比例增益，積分增益和其示于圖3微分增益。圖、1串級(jí)控制系統(tǒng)的示意圖標(biāo)記數(shù)據(jù)庫(kù)中包含的數(shù)據(jù)需要在RSView-32顯示屏中顯示。數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)條目被稱為標(biāo)簽，例如，一個(gè)標(biāo)簽可以在可編程控制器代表一個(gè)過(guò)程變量。標(biāo)簽的動(dòng)態(tài)更新前是可能的，當(dāng)它是必需的，并最終存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器作為。通信信道建立在設(shè)備節(jié)點(diǎn)的配置之前。圖二 、實(shí)驗(yàn)裝置的功能框圖綜上所述SCADA支持圖形顯示稱為RSTrendx和模型示于圖4。它繪制變量的值

8、相對(duì)于時(shí)間的。RSTrendx持有本以及過(guò)去的值因而它的數(shù)據(jù)記錄的過(guò)程。在RSTrendx ，該頁(yè)面包含兩個(gè)命令按鈕即HISTDATA和RETURN 。該HISDATA是用來(lái)收集關(guān)于時(shí)間的過(guò)程變量。當(dāng)HISTDATA選擇它定位到數(shù)據(jù)的樣本被導(dǎo)出到數(shù)據(jù)庫(kù)的Microsoft Access的新一頁(yè)。為了實(shí)現(xiàn)這一RSLogviewer工具被使用。這里使用的PLC是AB MicroLogix 1200控制器控制器，它有14個(gè)數(shù)字輸入和10路數(shù)字量輸出。該控制器具有各種獨(dú)特的功能，如人機(jī)界面，降低了系統(tǒng)成本，它需要很少的配置過(guò)程。該控制器的掃描時(shí)間估計(jì)約2.6毫秒。模擬DIP開(kāi)關(guān)可以配置為電流和電壓。P

9、LC的使用梯形邏輯的RS Logix的500編程。圖3、截屏的RSView 32的前面板級(jí)聯(lián)過(guò)程完成PLC與SCADA系統(tǒng)的互連使用的RSLinx ，在RSLinx中可以配置為多種應(yīng)用，如的RSView 32 ，使用微軟Office ，網(wǎng)頁(yè)及/或Visual Basic用戶可配置的數(shù)據(jù)采集。它集成了先進(jìn)的數(shù)據(jù)優(yōu)化技術(shù)，其中也包含了一套診斷工具。PLC可以為了建立與NI-OPC服務(wù)器19通信配置新DDE / OPC 。這項(xiàng)工作導(dǎo)致增加一個(gè)用戶可配置的訪問(wèn)路徑的服務(wù)器。該路徑創(chuàng)建訪問(wèn)PLC中的所有可用的寄存器從任何OPC客戶端軟件的可能性。該路徑創(chuàng)建訪問(wèn)PLC中的所有可用的寄存器從任何OPC客戶端

10、軟件的可能性。在LabVIEW環(huán)境中，六應(yīng)建立使用的DataSocket連接來(lái)連接OPC服務(wù)器。接著，在建立連接的RSLinx與OPC服務(wù)器。服務(wù)器名稱設(shè)置為的RSLinx OPC服務(wù)器和項(xiàng)目名稱的形式為訪問(wèn)路徑項(xiàng)目。凈-ENI作為一個(gè)以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，通過(guò)它從PLC中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紼NI-W實(shí)用的網(wǎng)頁(yè)。這個(gè)TCP / IP協(xié)議的通信創(chuàng)建訪問(wèn)PLC和工藝設(shè)備從任何地方通過(guò)調(diào)用與ENI-W效用主頁(yè)相關(guān)聯(lián)的IP地址的可能性。凈-ENI使用全雙工協(xié)議，并允許與最多六個(gè)裝置或應(yīng)用程序同時(shí)通信。PLC的數(shù)據(jù)在廣域網(wǎng)（WAN ）通過(guò)NET-ENI架構(gòu)提供。圖4、屏幕截圖RSTrendx顯示3.1 基于PLC的P

11、ID控制器的實(shí)現(xiàn)通過(guò)發(fā)送一個(gè)輸出信號(hào)給控制閥21，控制流量的PID指令是在AB微LOGIX 1200 PLC實(shí)現(xiàn)。PID控制器調(diào)諧，以滿足典型的目標(biāo)，如最低穩(wěn)態(tài)誤差，不敏感負(fù)載擾動(dòng)和可接受的瞬態(tài)響應(yīng)，設(shè)置點(diǎn)的變化和干擾。在實(shí)踐中，比例帶（PB）的選擇，積分時(shí)間（ KI）和微分時(shí)間（KD）是設(shè)定點(diǎn)的跟蹤和干擾之間的折衷。從PID的輸出信號(hào)是高的，當(dāng)它發(fā)現(xiàn)設(shè)定點(diǎn)和過(guò)程變量輸入之間的誤差較大。交替地，對(duì)于較小的誤差，將其送至小的輸出信號(hào)。一個(gè)額外的值（前饋或偏置）已經(jīng)被添加到控制輸出作為偏移。將PID結(jié)果（控制變量）驅(qū)動(dòng)朝向設(shè)定點(diǎn)的過(guò)程變量。PID指令的使用RSLogix 500編程軟件實(shí)現(xiàn)梯級(jí)上。

12、在圖5軟件設(shè)置屏幕提供了訪問(wèn)指南并說(shuō)明PID指令配置參數(shù) 。4、結(jié)果與討論對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行個(gè)別處理，例如流量和水平及對(duì)級(jí)聯(lián)控制處理系統(tǒng)獲得的。串級(jí)控制系統(tǒng)的行為是有和無(wú)的PLC通過(guò)分析估算的性能指標(biāo)，如建立時(shí)間，上升時(shí)間和如圖6高峰時(shí)間。 從結(jié)果中可以觀察到，當(dāng)它具有PLC的互連一起的SCADA系統(tǒng)的性能得到了提高。此接口將創(chuàng)建的設(shè)定點(diǎn)修改精確跟蹤的可能性。該系統(tǒng)的整體性能顯著改善，并最終變得更穩(wěn)定。在所有獲得的結(jié)果，該系統(tǒng)具有PLC-SCADA接口顯示較快的穩(wěn)定時(shí)間和時(shí)相比，該過(guò)程與單獨(dú)的SCADA接口，它被示于表1中的上升時(shí)間。結(jié)果證明，在PLC-SCADA界面幫助系統(tǒng)仿真這是用matlab

13、做是為了獲得而且類似的行為。圖5、 PID參數(shù)設(shè)定畫(huà)面圖6、串級(jí)控制系統(tǒng)的性能特點(diǎn)應(yīng)該指出， PLC的數(shù)據(jù)速率為2.6毫秒，所以當(dāng)PID在PLC中的實(shí)現(xiàn)，算法顯然得到更多的數(shù)每秒采樣。因此，親duces多個(gè)輸出的數(shù)字采樣控制閥，導(dǎo)致更好的解決系統(tǒng)，對(duì)各種設(shè)定點(diǎn)值。表1、串級(jí)控制系統(tǒng)的性能分析該實(shí)驗(yàn)也趨于接口基于PLC的過(guò)程中使用NI-OPC服務(wù)器和顯著成效，得到這顯示inFig7 。LabVIEW的工具允許編程和接口，用于在各種應(yīng)用中的外部設(shè)備的用戶。成功的演習(xí)都是為了通過(guò)的RSLinx的OPC服務(wù)器連接，PLC與Labview的。它使用戶能夠監(jiān)視來(lái)自PLC在Labview的窗口的數(shù)據(jù)。它使用

14、戶能夠監(jiān)視來(lái)自PLC在Labview的窗口的數(shù)據(jù)。感測(cè)到的與該接口機(jī)制的主要優(yōu)點(diǎn)是不斷變化的數(shù)據(jù)速率是可取的，即使在微秒術(shù)語(yǔ)的賦能，而PLC的數(shù)據(jù)速率不能被修改過(guò)廣泛。因此，提高了通信系統(tǒng)的性能，因?yàn)樗С值脑O(shè)備在更高的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行操作。服務(wù)器-客戶端架構(gòu)是通過(guò)NET-ENI里面有標(biāo)準(zhǔn)的TCP / IP通信協(xié)議棧建立。通過(guò)調(diào)用PLC的IP地址，從過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和使用ENI-W實(shí)用的網(wǎng)頁(yè)控制。前面板被創(chuàng)建來(lái)顯示最多有職稱17網(wǎng)絡(luò)鏈接。第一七通與，四個(gè)數(shù)據(jù)視圖頁(yè)面，一個(gè)活動(dòng)頁(yè)面，診斷頁(yè)和參考頁(yè)關(guān)聯(lián)。下面的屏幕截圖配置的Web主頁(yè)如圖8 。圖7、基于PLC的串級(jí)控制系統(tǒng)的NI-OPC服務(wù)器接口圖8、基于PLC的串級(jí)控制系統(tǒng)的網(wǎng)站主頁(yè)通信是較為簡(jiǎn)單的，匹配數(shù)據(jù)速率類似于以太網(wǎng)連接。在互聯(lián)網(wǎng)寬帶的作用，對(duì)通信過(guò)程中的觀察不是很明顯。換句話說(shuō)，沒(méi)有顯著的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)間延遲和它的影響，對(duì)系統(tǒng)的性能起到非常大的作用。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)分析，需要對(duì)所得到的結(jié)果數(shù)據(jù)為在工業(yè)應(yīng)用中的PLC-SCADA-OPC服務(wù)器接口的有效使用。智能控制器需要進(jìn)行調(diào)整，以便控制系統(tǒng)成為非常理想的運(yùn)營(yíng)商。安全系統(tǒng)也需要得到加強(qiáng)，并最終操作人員的安全也應(yīng)該得到保障。5、結(jié)論通過(guò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析串級(jí)控制系統(tǒng)的性能，如通過(guò)SCADA ， PLC，