現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展使得控制系統(tǒng)在由封閉走向開放的進(jìn)程中邁進(jìn)了一大步，以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)將會(huì)取代封閉的DCS系統(tǒng)成為過程控制的主流系統(tǒng)。FF現(xiàn)場總線[1]是一種全數(shù)字、串行、雙向通信網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也是一種專門針對過程自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的現(xiàn)場總線，所以其在設(shè)計(jì)之初就充分考慮了過程自動(dòng)化領(lǐng)域的一些特點(diǎn)，比如總線、供電、本質(zhì)安全，以及較高的實(shí)時(shí)性要求等。我國在FF總線技術(shù)研究以及符合FF協(xié)議的現(xiàn)場設(shè)備產(chǎn)品開發(fā)方面己經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，如中科院沈陽自動(dòng)化研究所研制出了各種基金會(huì)現(xiàn)場總線產(chǎn)品，例如壓力變送器、溫度變送器，以及主機(jī)接口卡和通信棧軟件等。在DCS時(shí)代，先進(jìn)控制己被證明可以為企業(yè)獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。先進(jìn)控制與現(xiàn)場總線的結(jié)合[2]無疑是工業(yè)界所期望的，也是該文討論的主題。在FF現(xiàn)場總線過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，被控對象往往存在時(shí)變性和時(shí)滯性問題，對控制系統(tǒng)構(gòu)成了極大的難題，認(rèn)為采用了現(xiàn)場總線就可以解決這些問題是一個(gè)誤區(qū)?，F(xiàn)場總線的采用只是提供了控制策略的更好的實(shí)現(xiàn)手段。動(dòng)態(tài)矩陣控制（DMC）作為一種先進(jìn)控制算法，可以直接用于時(shí)滯對象而無需附加其它的控制結(jié)構(gòu)。
該文將以在中科院沈陽自動(dòng)化研究所設(shè)計(jì)的基于FF現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)化測控實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[3，4]上，設(shè)計(jì)了雙容水箱的液位反饋控制回路，并結(jié)合具體被控對象提出了將先進(jìn)控制算法應(yīng)用到FF現(xiàn)場總線系統(tǒng)的可行性方案，既在OPC服務(wù)器MicroCyber .FFServer.1的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了常規(guī)的PID控制，進(jìn)而在PID控制的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了基于OPC技術(shù)的先進(jìn)控制算法。實(shí)驗(yàn)表明，該方案控制效果更好的發(fā)揮了現(xiàn)場總線與先進(jìn)控制的技術(shù)優(yōu)勢，取得了預(yù)期的控制效果。
1 基于FF現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
本系統(tǒng)包括兩個(gè)部分[5]: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[6]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(hào)類型為電壓信號(hào);高速現(xiàn)場總線HSE的速率為100Mbps，一般用于高級(jí)控制、遠(yuǎn)程輸入/輸出和高速工廠自動(dòng)化等場合?，F(xiàn)場控制模型可以利用實(shí)驗(yàn)室的原有設(shè)備，從而節(jié)約了投資。原有的模擬儀表可以通過電流信號(hào)到現(xiàn)場總線信號(hào)變送器轉(zhuǎn)接到現(xiàn)場總線。
圖1 系統(tǒng)軟件運(yùn)行關(guān)系
以單回路液位控制為例，上位機(jī)中軟件的運(yùn)行情況：①HSE Init接口軟件, 選擇H1網(wǎng)段，HSE 接口程序可以與以太網(wǎng)段內(nèi)的 HSE 設(shè)備，以及 LD 設(shè)備下的 H1 網(wǎng)段設(shè)備進(jìn)行交互，向組態(tài)等上層軟件提供數(shù)據(jù)訪問接口;②運(yùn)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(shè)備列表和功能塊列表, 刷新網(wǎng)段后，建立應(yīng)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(hào)連接,如圖2所示;③FF H1和FF HSE OPC服務(wù)器, 每秒鐘刷新一次,實(shí)現(xiàn)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)共享以及報(bào)警等功能; ④設(shè)計(jì)SiaView監(jiān)控軟件, 新建一個(gè)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(gè)PID功能塊操作面板。 
圖 2 應(yīng)用窗口中配置的PID組態(tài)策略
從組態(tài)軟件的工程窗口的設(shè)備中選擇IF-AI1功能塊、IF-PID功能塊和FI-AO1功能塊拖拽到應(yīng)用視圖中連接配置成一個(gè)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(jìn)行參數(shù)值的傳遞并需下載組態(tài)信息到現(xiàn)場設(shè)備。要使液位控制回路正確運(yùn)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(xiàng)下的TARGET參數(shù)修改成〝AUTO〞模式，讀取功能塊參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)單回路的液位控制自動(dòng)正常的運(yùn)行。如果想要實(shí)現(xiàn)將先進(jìn)控制算法應(yīng)用到FF現(xiàn)場總線系統(tǒng)的方案，只需將IF-PID中MODE_BLK項(xiàng)下的TARGET參數(shù)修改成〝MAN〞模式，具體設(shè)置如圖3所示，然后通過OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程變量和控制變量的通訊。 
圖3 實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制算法時(shí)的IF-PID功能塊參數(shù)表
2 基于OPC的PID控制方案
要實(shí)現(xiàn)基于FF現(xiàn)場總線的先進(jìn)控制算法，主要要先以實(shí)現(xiàn)常規(guī)PID控制為基礎(chǔ)，包含先進(jìn)控制算法的軟件通過OPC接口來讀寫硬件設(shè)備的信息（作為OPC客戶），通過OPC服務(wù)器訪問過程數(shù)據(jù)，可以克服異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的差異。
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