基于FF现场总线的先进控制算法的应用研究
现场总线技术的发展使得控制系统在由封闭走向开放的进程中迈进了一大步,以现场总线为基础的控制系统将会取代封闭的DCS系统成为过程控制的主流系统。FF现场总线[1]是一种全数字、串行、双向通信网络,同时也是一种专门针对过程自动化领域的应用而设计的现场总线,所以其在设计之初就充分考虑了过程自动化领域的一些特点,比如总线、供电、本质安全,以及较高的实时性要求等。我国在FF总线技术研究以及符合FF协议的现场设备产品开发方面己经取得了长足的进步,如中科院沈阳自动化研究所研制出了各种基金会现场总线产品,例如压力变送器、温度变送器,以及主机接口卡和通信栈软件等。在DCS时代,先进控制己被证明可以为企业获得巨大的经济效益。先进控制与现场总线的结合[2]无疑是工业界所期望的,也是该文讨论的主题。在FF现场总线过程控制实验系统中,被控对象往往存在时变性和时滞性问题,对控制系统构成了极大的难题,认为采用了现场总线就可以解决这些问题是一个误区。现场总线的采用只是提供了控制策略的更好的实现手段。动态矩阵控制(DMC)作为一种先进控制算法,可以直接用于时滞对象而无需附加其它的控制结构。
该文将以在中科院沈阳自动化研究所设计的基于FF现场总线的网络化测控实验平台[3,4]上,设计了双容水箱的液位反馈控制回路,并结合具体被控对象提出了将先进控制算法应用到FF现场总线系统的可行性方案,既在OPC服务器MicroCyber .FFServer.1的基础上实现了常规的PID控制,进而在PID控制的基础上实现了基于OPC技术的先进控制算法。实验表明,该方案控制效果更好的发挥了现场总线与先进控制的技术优势,取得了预期的控制效果。
1 基于FF现场总线的网络化实验平台
本系统包括两个部分[5]:FF现场总线部分和现场控制模型部分,如图1。FF现场总线[6]包括低速现场总线H1和高速现场总线HSE。低速现场总线H1的速率为31.25Kbps,可用于温度、液位及流量等控制场合,信号类型为电压信号;高速现场总线HSE的速率为100Mbps,一般用于高级控制、远程输入/输出和高速工厂自动化等场合。现场控制模型可以利用实验室的原有设备,从而节约了投资。原有的模拟仪表可以通过电流信号到现场总线信号变送器转接到现场总线。
要实现基于FF现场总线的先进控制算法,主要要先以实现常规PID控制为基础,包含先进控制算法的软件通过OPC接口来读写硬件设备的信息(作为OPC客户),通过OPC服务器访问过程数据,可以克服异构网络结构和网络协议之间的差异。
该文将以在中科院沈阳自动化研究所设计的基于FF现场总线的网络化测控实验平台[3,4]上,设计了双容水箱的液位反馈控制回路,并结合具体被控对象提出了将先进控制算法应用到FF现场总线系统的可行性方案,既在OPC服务器MicroCyber .FFServer.1的基础上实现了常规的PID控制,进而在PID控制的基础上实现了基于OPC技术的先进控制算法。实验表明,该方案控制效果更好的发挥了现场总线与先进控制的技术优势,取得了预期的控制效果。
1 基于FF现场总线的网络化实验平台
本系统包括两个部分[5]:FF现场总线部分和现场控制模型部分,如图1。FF现场总线[6]包括低速现场总线H1和高速现场总线HSE。低速现场总线H1的速率为31.25Kbps,可用于温度、液位及流量等控制场合,信号类型为电压信号;高速现场总线HSE的速率为100Mbps,一般用于高级控制、远程输入/输出和高速工厂自动化等场合。现场控制模型可以利用实验室的原有设备,从而节约了投资。原有的模拟仪表可以通过电流信号到现场总线信号变送器转接到现场总线。
图1 系统软件运行关系
图 2 应用窗口中配置的PID组态策略
图3 实现先进控制算法时的IF-PID功能块参数表
要实现基于FF现场总线的先进控制算法,主要要先以实现常规PID控制为基础,包含先进控制算法的软件通过OPC接口来读写硬件设备的信息(作为OPC客户),通过OPC服务器访问过程数据,可以克服异构网络结构和网络协议之间的差异。
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