下位機功能模塊CP100 為CPU 模塊,AT610 為溫度檢測模塊,AI700 為模擬量輸入模塊,AO725 為模擬量輸出模塊, PS740 為電源模塊。每個(gè)模塊都有運行狀態(tài)及模塊接線(xiàn)盒狀態(tài)顯示功能,每個(gè)模塊都可帶電插拔。系統設置兩個(gè)電源模塊,使下位機硬件系統具有電源冗余功能。 

    整個(gè)系統采用二級分布式上、下位結構,上位機系統完成工藝流程顯示、控制回路、參數設置、數據報表打印、參數趨勢顯示、參數報警狀態(tài)顯示等功能。下位機由B&R 2010 系列可編程計算機控制器(簡(jiǎn)稱(chēng)PCC) 構成。

       3 　系統軟件設計 
    根據工藝控制方案的要求,我們編制了系統控制軟件,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(kāi)發(fā)平臺選用CITECT 組態(tài)軟件,上位機組態(tài)軟件的結構如圖3 所示。在組態(tài)軟件設計中,CITECT 組態(tài)軟件提供的強大功能,使操作畫(huà)面更貼切用戶(hù),裝置工藝流程、設備運行狀態(tài)一目了然,提高用戶(hù)操作的安全性和可靠性。組態(tài)軟件的通信點(diǎn)數直接決定著(zhù)組態(tài)軟件的價(jià)格,對于通信點(diǎn)數的數字型變量實(shí)行了軟“壓縮”和軟“解壓縮”技術(shù),有效提高組態(tài)軟件的性能價(jià)格比,降低工程造價(jià)。

3. 2 下位機控制軟件設計 
    貝加萊工業(yè)自動(dòng)化公司開(kāi)發(fā)的可編程計算機控制器(PCC) 代表著(zhù)一個(gè)全新的控制概念,它集成了可編程邏輯控制器的標準控制功能和工業(yè)計算機的分時(shí)多任務(wù)操作系統功能,它能方便處理開(kāi)關(guān)量、模擬量、進(jìn)行回路調節。 

    下位機控制軟件利用貝加萊工業(yè)自動(dòng)化公司提供的PG2000 編程環(huán)境,根據工藝控制的要求,將工藝流程中各個(gè)控制任務(wù),按照PG2000 中圖形設計方法(GDM) ,編制相應的任務(wù)模塊,再對任務(wù)模塊進(jìn)行參數設置、變量定義和語(yǔ)言編程。 

    下位機控制軟件設計采用圖形化設計方法(GDM) , 下位機控制軟件模塊構成如圖4 所示。下位機控制軟件工程名稱(chēng)為:“SHYH”,PCC 層包括項目“PCC1”。項目下屬TASK層包括B&R 系統模塊“Burtrap ”、“Net2000 ”、“Mathtrap ”、“ Sysconf ”、“Exermo”、“Io-lib”、“Io-2010”;數據模塊“Io-cont”、故障診斷“Io-excp”;循環(huán)任務(wù)模塊“Io- check”、“Io-list”、“exch-data”、“init-data”、“FIC - 1”、“FIC - 2”、“PIC -1”、“PIC - 2”、“TIC - 1”、“TIC - 2”、“LIC - 1”。

    B&R 系統模塊主要為B&R 系統硬件提供系統操作、IO 配置、系統通信、故障診斷等功能及軟件函數庫。軟件設計時(shí)只要按照B&R 模塊編程手冊的要求,將相應B&R 系統模塊設計到任務(wù)層即可。對于循環(huán)任務(wù)模塊則是設計時(shí)要考慮的重點(diǎn),在該控制軟件設計中,按照裝置工藝控制任務(wù)的要求,設計了11 個(gè)任務(wù)模塊,其中“Io-check”、“Io-list”模塊主要完成I/ O 硬件的在線(xiàn)管理檢查;“exch-data”、“initdata”模塊主要完成I/ O 硬件采集數據的處理及參數初始化；“FIC - 1”、“FIC - 2”、“PIC - 1”、“PIC - 2”、“TIC - 1”、“TIC - 2”、“LIC - 1”模塊主要完成裝置工藝流程中工藝過(guò)程參數的調節任務(wù)。 

    對于循環(huán)任務(wù)模塊“FIC - 1”、“FIC - 2”、“PIC -1”、“PIC - 2”、“LIC - 1”、“TIC - 2”的控制算法均采用B&R2000 系統提供的優(yōu)化PID 控制算法函數。通過(guò)對PID 算法函數中輸出最大值、輸出最小值、比例系數、積分時(shí)間、微分時(shí)間、濾波系數、設定值衰減系數、超調阻尼系數等參數的合理設置,使裝置工藝參數得到精確控制。 

    任務(wù)模塊部分程序如下：
　　Ta = FC-1- TA ；pid-para parameter set value
　　Y-max < FC-1-OPX；輸出最大值
　　Y-min = FC-1-OPN ；輸出最小值
　　Kp = FC-1- P ；比例系數
　　Tn = FC-1- I ；積分時(shí)間
　　Tv = FC-1- D ；微分時(shí)間
　　Para-ptr = adr (para1)
　　Tf = 0 ；濾波系數
　　Kw = 1 ；設定值衰減系數
　　Kr = 5 ；超調阻尼系數
　　Dy-max = 0
　　E-pos = 0
　　E-eng = 0
　　Fbk-mode = 0
　??；pid-min parameter set value
　　w = FC-1-SP
　　x = FC-1-PV
　　PID-para ( 1 , Ta , Y-max , Y-min ,Dy-max , Kp , Tn ,Tv ,Tf ,Kw ,Kr ,E-pos ,E-eng ,Td ,fbk-mode ,d-mode ,parrptr,status) ；PID 參數處理
　　PID-min (1 ,0 ,w ,x ,adr (para1) , staus ,Y, I- ,D - )；PID 運算
　　If FC-1-OPM= 1 Then ；手自動(dòng)方式判斷
　　IF Y> = 26213 Then
　　Y= 26213
　　End if
　　DA-FC-1 = Y+ 6554
　　FC-1-OP = DA-FC-1
　　Else
　　DA-FC-1 = FC-1-OP
End if 

    對于反應器溫度控制回路(TIC - 1) 運用模糊控制理論,設計了先進(jìn)的模糊控制算法實(shí)現了對溫度的精確控制。模糊控制是應用模糊集合理論,基于模糊條件語(yǔ)句描述的語(yǔ)言控制規則,根據模糊推理和模糊判決,查詢(xún)模糊控制表,解模糊,得到精確的控制量。本系統模糊控制利用偏差E 和偏差變化率ΔE 構成二維優(yōu)化多級模糊控制器。 

    本算法中Et 和ΔEt 論域為[- 6 , + 6 ]的13 級,Ut為[- 7 , + 7 ] 的15 級,構成模糊控制規則表。該表由離線(xiàn)計算得到,為一個(gè)13 ×13 的矩陣,由左到右按行依次存入PCC 的內存單元中。算法執行時(shí),根據Et 和ΔEt 的值由式(1) 得到模糊控制表中偏移地址:
       T = 13 ( Et + 6) + (ΔEt + 6) (1)
       式中13 ( Et + 6) 為所屬行在內存中的偏移地址,ΔEt + 6 為所屬列在內存中的偏移地址。 


    優(yōu)化的多級模糊控制系統根據前饋控制原理引入了函數:
       Ug = r/ k + Kg xUt(k) (2) 
    式中k 為對象的放大倍數,實(shí)際應用可估計為穩態(tài)溫度值與輸出量的比值, Kg 為前饋修正系數。本系統的輸出量表達式為:
       U = Ku xUt + r/ k + Kg xUt (3) 
    式中Ku 為比例因子。本系統的多級模糊控制根據E、ΔE 變化范圍,分為多層,各層具有不同的論域。當系統軌跡進(jìn)入某一層時(shí),控制系統就采用所在層的范圍作為新的論域,修改Ke 、Kec、Ku 的取值。這樣在偏差E 的不同范圍采用不同參數的模糊控制,再加上引入的前饋控制原理,將極大地改善系統的動(dòng)態(tài)性能和穩態(tài)性能。 

    反應器溫度由于采用了模糊控制算法,獲得了理想的控制效果?？刂粕郎仨憫€(xiàn)見(jiàn)圖5。

    從升溫曲線(xiàn)可見(jiàn)優(yōu)化多級模糊控制的動(dòng)態(tài)性能和穩態(tài)性能具有如下特點(diǎn): (1) 無(wú)超調量; (2) 控制精度高; (3) 系統余差小; (4) 系統反應速度快。 

    優(yōu)化多級模糊控制是對傳統PID 控制的發(fā)展和補充,它特別適應于對象滯后大,且要求無(wú)超調量控制場(chǎng)合。

       4 　現場(chǎng)應用 
    PCC 控制技術(shù)在某煉廠(chǎng)廢堿液濕式氧化污水處理裝置自控系統上獲得了成功應用。自2001 年1月投入運行以來(lái),狀況良好,裝置反應器溫度控制誤差≤2 ℃,反應器壓力控制誤差≤0. 01 MPa , 裝置主要參數測控水平完全達到了工藝要求,改善了廢堿液濕式氧化污水處理質(zhì)量,同時(shí)減輕了裝置操作人員的勞動(dòng)強度,提高了裝置自動(dòng)化程度。


----摘自工控網(wǎng)