基于ff现场总线的先进控制算法的应用研究_总线及网络_工业自动化控制_447

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1、基于FF现场总线的先进控制算法的应用研究_总线及网络_工业自动化控制引言　　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

2、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

3、FF现场总线的网络化测控实验平台上，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：FF现场总线部分和现场控制模型部分，如图1。FF现场总线包括低速现场总线H1和高速现场总线HSE。低

4、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　　以单回路液位控制为例，上位机中软件的运行情况：①HSEInit接口软件，选择H1网段，HSE接口程序可以与以太网段内的HSE设备，以及LD设备下的H1网段设备进行交互，向组态等上层软件提供数据访问接口；

5、②运行组态程序FF-Configurator组态软件,刷新网段获取系统的现场设备列表和功能块列表，刷新网段后，建立应用完成功能块组态，功能块间的连线表示通过现场总线通信的信号连接，如图2所示；③FFH1和FFHSEOPC服务器，每秒钟刷新一次，实现设备的实时数据和历史数据共享以及报警等功能；④设计SiaView监控软件，新建一个工程，在对象中选择PID拖到视图中，与OPC连接后经过编辑可得到一个PID功能块操作面板。图2应用窗口中配置的PID组态策略　　从组态软件的工程窗口的设备中选择IF-AI1功能块、IF-PID功能块和FI-AO

6、1功能块拖拽到应用视图中连接配置成一个PID控制回路，见图2。将功能块连接,建立功能块之间的联系，使功能块之间能够进行参数值的传递并需下载组态信息到现场设备。要使液位控制回路正确运行需要修改功能块的参数值，双击IF-PID功能块，打开块的参数窗口，将IF-PID中MODE_BLK项下的TARGET参数修改成“AUTO”模式，读取功能块参数，从而实现单回路的液位控制自动正常的运行。如果想要实现将先进控制算法应用到FF现场总线系统的方案，只需将IF-PID中MODE_BLK项下的TARGET参数修改成“MAN”模式，具体设置如图3所示，然

7、后通过OPC技术实现过程变量和控制变量的通讯。图3实现先进控制算法时的IF-PID功能块参数表2基于OPC的PID控制方案　　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。　　2.1OPC服务器　　选用中科院沈阳自动化研究所提供了OPC服务器MicroCyber.FFServer.1，服务器的地址空间由服务器可读写的所有数据项组成，可以根据需要得到数据项的全称对

8、其进行相关操作。图4为OPC服务器的地址空间图。使用OPC技术实现用VB6.0编写的客户端程序与OPC服务器的通讯，服务器中液位的实时值IF-PID-PV.VALUE，以及自定义变量如液位设定值IF-PID-SP.VAL