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基于FF現(xiàn)場總線的PID控制算法應用研究

作者: 時間:2012-07-02 來源:網(wǎng)絡 收藏
1引言
現(xiàn)場總線技術的發(fā)展使得控制系統(tǒng)在由封閉走向開放的進程中邁進了一大步。以現(xiàn)場總線為基礎的開放式控制系統(tǒng)開始進入封閉的DCS系統(tǒng),成為過程控制的發(fā)展方向。FF(基金會現(xiàn)場總線)現(xiàn)場總線是一種全數(shù)字、串行、雙向通信網(wǎng)絡,同時也是一種專門針對過程自動化領域的應用而設計的現(xiàn)場總線,所以其在設計之初就充分考慮了過程自動化領域的一些特點,比如總線、供電、本質安全,以及較高的實時性要求等。我國在FF總線技術研究以及符合FF協(xié)議的現(xiàn)場設備產品開發(fā)方面己經(jīng)取得了長足的進步,如中科院沈陽自動化研究所研制出了各種基金會現(xiàn)場總線產品,例如壓力變送器、溫度變送器,以及主機接口卡和通信棧軟件等。在DCS時代,先進控制已被證明可以為企業(yè)獲得巨大的經(jīng)濟效益。先進控制與現(xiàn)場總線的結合是本文討論的主題?,F(xiàn)場總線的采用提供了控制策略的更好的實現(xiàn)手段。

本文以在中科院沈陽自動化研究所設計的基于的網(wǎng)絡化測控實驗平臺上,設計了雙容水箱的液位反饋控制回路,并結合具體被控對象提出了將應用到系統(tǒng)的可行性方案,既在OPC服務器MicroCyber.FFServer.1的基礎上實現(xiàn)了基于。實驗表明,該方案控制效果更好的發(fā)揮了現(xiàn)場總線與PID控制的技術優(yōu)勢,取得了預期的控制效果。

2基于的網(wǎng)絡化平臺
本系統(tǒng)包括兩個部分:FF現(xiàn)場總線部分和現(xiàn)場控制模型部分,如圖1。FF現(xiàn)場總線包括低速現(xiàn)場總線H1和高速現(xiàn)場總線HSE。低速現(xiàn)場總線H1的速率為31.25kbps,可用于溫度、液位及流量等控制場合,信號類型為電壓信號;高速現(xiàn)場總線HSE的速率為100Mbps,一般用于高級控制、遠程輸入/輸出和高速工廠自動化等場合?,F(xiàn)場控制模型可以利用實驗室的原有設備,從而節(jié)約了投資。原有的模擬儀表可以通過電流信號到現(xiàn)場總線信號變送器轉接到現(xiàn)場總線。


圖1系統(tǒng)軟件運行關系

以單回路液位控制為例,上位機中軟件的運行情況:
(1)HSEInit接口軟件,選擇H1網(wǎng)段,HSE接口程序可以與以太網(wǎng)段內的HSE設備,以及LD設備下的H1網(wǎng)段設備進行交互,向組態(tài)等上層軟件提供數(shù)據(jù)訪問接口;
(2)運行組態(tài)程序FF-Configurator組態(tài)軟件,刷新網(wǎng)段獲取系統(tǒng)的現(xiàn)場設備列表和功能塊列表,刷新網(wǎng)段后,建立應用完成功能塊組態(tài),功能塊間的連線表示通過現(xiàn)場總線通信的信號連接,如圖2所示;
(3)FFH1和FFHSEOPC服務器,每秒鐘刷新一次,實現(xiàn)設備的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)共享以及報警等功能;
(4)設計SiaView監(jiān)控軟件,新建一個工程,在對象中選擇PID拖到視圖中,與OPC連接后經(jīng)過編輯可得到一個PID功能塊操作面板。

從組態(tài)軟件的工程窗口的設備中選擇IF-AI1功能塊、IF-PID功能塊和FI-AO1功能塊拖拽到應用視圖中連接配置成一個PID控制回路,見圖2。將功能塊連接,建立功能塊之間的聯(lián)系,使功能塊之間能夠進行參數(shù)值的傳遞并需下載組態(tài)信息到現(xiàn)場設備。要使液位控制回路正確運行需要修改功能塊的參數(shù)值,雙擊IF-PID功能塊,打開塊的參數(shù)窗口,將IF-PID中MODE_BLK項下的TARGET參數(shù)修改成AUTO模式,讀取功能塊參數(shù),從而實現(xiàn)單回路的液位控制自動正常的運行。如果想要實現(xiàn)將先進控制算法應用到FF現(xiàn)場總線系統(tǒng)的方案,只需將IF-PID中MODE_BLK項下的TARGET參數(shù)修改成MAN模式,具體設置如圖3所示,然后通過實現(xiàn)過程變量和控制變量的通訊。


圖2應用窗口中配置的PID組態(tài)策略


圖3實現(xiàn)先進控制算法時的IF-PID功能塊參數(shù)表

3基于OPC的PID控制方案
實現(xiàn)基于FF現(xiàn)場總線的先進控制算法,要先以實現(xiàn)常規(guī)PID控制為基礎,包含先進控制算法的軟件通過OPC接口來讀寫硬件設備的信息(作為OPC客戶),通過OPC服務器訪問過程數(shù)據(jù),可以克服異構網(wǎng)絡結構和網(wǎng)絡協(xié)議之間的差異。


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