基于OPC通信技術(shù)的火電廠DCS后臺(tái)控制

王 杰，高昆侖，王萬召

（鄭州大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

0 引言

在我國(guó)火電廠大型機(jī)組上，集通信技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖形顯示技術(shù)于一體的集中管理分散控制的集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，并在機(jī)組的監(jiān)控、管理和安全運(yùn)行方面發(fā)揮著越來越重要的作用[1-2]。然而，到目前為止，我國(guó)自行研制或者引進(jìn)的各種DCS都采用PID控制作為其基本控制策略，其控制效果較原始的手動(dòng)控制雖然有明顯的改善，但是對(duì)一些重要的熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)，如汽溫控制、燃燒控制、機(jī)組遠(yuǎn)程調(diào)度控制、機(jī)爐協(xié)調(diào)控制等，簡(jiǎn)單的PID控制無法長(zhǎng)期、穩(wěn)定、有效地對(duì)這些熱工過程實(shí)現(xiàn)有效的控制。在火電廠過程控制中，先進(jìn)DCS的潛能沒能得到充分發(fā)揮，也使DCS的性能／投資比大為降低[3]。因此，智能化控制技術(shù)手段取代常規(guī)控制已成為火電廠DCS控制技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

先進(jìn)智能控制技術(shù)是以自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等為代表的、解決具有不確定性系統(tǒng)控制難題的有效方法[4]。DCS在火電廠的廣泛應(yīng)用為先進(jìn)控制技術(shù)的應(yīng)用和推廣創(chuàng)造了外部條件。然而，由于火電廠機(jī)組生產(chǎn)過程的復(fù)雜性、對(duì)安全可靠的獨(dú)特要求以及DCS本身的相對(duì)封閉性，使得先進(jìn)控制技術(shù)在火電廠DCS中的實(shí)際應(yīng)用受到了阻礙，而且進(jìn)展一直比較緩慢。如何利用DCS的先進(jìn)硬件設(shè)備，嵌入先進(jìn)控制算法，使整個(gè)控制系統(tǒng)滿足生產(chǎn)過程的控制要求，從而使整個(gè)熱工過程運(yùn)行于最佳狀態(tài)，是大型火電機(jī)組控制亟待解決的重大課題。

1 火電廠DCS及其通信存在的問題

1.1 火電廠DCS控制技術(shù)

在大型火電機(jī)組中，熱工自動(dòng)控制有30多個(gè)主要控制回路。這些熱工過程多數(shù)采用以PID為基礎(chǔ)的常規(guī)控制策略。PID控制的優(yōu)勢(shì)一方面在于簡(jiǎn)單可靠，而且早已被工程技術(shù)人員普遍接受；另一方面在于其魯棒性較強(qiáng)，對(duì)控制系統(tǒng)的先驗(yàn)性知識(shí)要求較低，對(duì)過程模型的依賴程度較低。

但是由于火電廠的生產(chǎn)過程特點(diǎn)是分布參數(shù)、非線性、多變量、大擾動(dòng)和有較大滯后，常規(guī)PID控制難以對(duì)其實(shí)現(xiàn)有效控制[5]。常規(guī)PID控制的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在2個(gè)方面：第一，不適用于大滯后對(duì)象的控制；第二，對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性較差。

1.2 火電廠DCS通信技術(shù)

當(dāng)前火電廠DCS中，現(xiàn)場(chǎng)傳感器、控制儀表以及工業(yè)計(jì)算機(jī)等硬件設(shè)備與工業(yè)組態(tài)軟件之間采用的通信方式繁多。由于技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘，商家所采用的傳感器、自動(dòng)化儀表等硬件設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)不同，其數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和方式也不統(tǒng)一，當(dāng)因構(gòu)建大型、復(fù)雜的DCS而需要多家設(shè)備集成時(shí)，其通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換和協(xié)調(diào)不僅提高了成本，延長(zhǎng)了開發(fā)周期，還會(huì)因?yàn)閰f(xié)議轉(zhuǎn)換和溝通的附加環(huán)節(jié)而使得系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性下降[6-8]。

鑒于組態(tài)軟件在復(fù)雜控制算法的實(shí)現(xiàn)方面的缺陷，要使智能控制技術(shù)應(yīng)用于火電廠DCS中，必須借助于其他軟件開發(fā)平臺(tái)，如MATLAB、VC等。該方案的實(shí)現(xiàn)，首先要解決的問題就是智能復(fù)雜控制算法軟件包如何從DCS中獲取需要的數(shù)據(jù)信息，以及設(shè)計(jì)的智能復(fù)雜算法控制器利用這些數(shù)據(jù)信息計(jì)算出控制量后，如何將控制數(shù)據(jù)發(fā)送到DCS中。除此之外，二者各自的數(shù)據(jù)格式也是一個(gè)不容忽視的問題。只有解決了上述問題，才能將智能控制算法應(yīng)用到火電廠的熱工控制DCS中。

2 OPC通信技術(shù)

過程控制中的對(duì)象連接和嵌入OPC（Object linking and embedding for Process Control）技術(shù)[9]為基于Windows的應(yīng)用軟件和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)過程控制架起了橋梁[10-11]。作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的OPC技術(shù)，不僅排除了不同軟件和硬件之間的通信障礙，而且也很好地解決了不同軟件之間由于數(shù)據(jù)格式不一致而帶來的通信問題[12]。OPC采用典型的客戶機(jī)／服務(wù)器模式，結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 典型的OPC客戶機(jī)／服務(wù)器模式結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Typical client／server structure of OPC

OPC數(shù)據(jù)存取服務(wù)器主要包括服務(wù)器對(duì)象、組對(duì)象和項(xiàng)對(duì)象。OPC服務(wù)器對(duì)象負(fù)責(zé)維護(hù)相關(guān)服務(wù)器的信息，并作為OPC組對(duì)象的包容器，可以動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建或釋放組對(duì)象；組對(duì)象除了維護(hù)自身相關(guān)的信息外，還提供包容和組織OPC項(xiàng)對(duì)象的機(jī)制；OPC項(xiàng)對(duì)象則需維護(hù)OPC服務(wù)器中與數(shù)據(jù)有關(guān)的信息，但它并不是實(shí)際數(shù)據(jù)源，僅是指向數(shù)據(jù)源的連接。三者之間的組織關(guān)系如圖2所示。

圖2 OPC服務(wù)器組織結(jié)構(gòu)關(guān)系圖Fig.2 Schematic diagram of OPC server

OPC通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議由技術(shù)領(lǐng)先的自動(dòng)化軟、硬件廠商聯(lián)合微軟公司開發(fā)，它使工業(yè)控制在硬件和軟件方面都有了統(tǒng)一的依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[13]。在軟件方面，目前幾乎國(guó)內(nèi)外所有流行的組態(tài)軟件都自帶有OPC通信接口，而且目前主流的計(jì)算機(jī)程序語言都支持基于OPC通信協(xié)議的程序開發(fā)。值得提出的是，由MathWorks公司開發(fā)的當(dāng)今最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件之一MATLAB在其7.0以上版本中還專門集成了OPC工具箱。硬件方面，目前幾乎所有的PLC及其他工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)硬件設(shè)備都支持OPC數(shù)據(jù)通信協(xié)議[14]。

3 系統(tǒng)構(gòu)架

當(dāng)前，在火電廠DCS中，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過程的控制多數(shù)是由在監(jiān)控室中的工程技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)傳輸回來的數(shù)據(jù)信息，并結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)對(duì)相應(yīng)控制參數(shù)進(jìn)行人為手動(dòng)調(diào)整完成的，這種控制方式對(duì)工人的操作經(jīng)驗(yàn)有過高的依賴性。也有一些DCS對(duì)某些參數(shù)的控制采用了諸如PLC等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的硬件來實(shí)現(xiàn)，這雖然可在一定程度上提高控制效率，但是如果算法過于復(fù)雜，其硬件實(shí)現(xiàn)就很困難。本文基于OPC通信技術(shù)，設(shè)計(jì)了嵌入有復(fù)雜智能控制器的DCS。該DCS充分利用了算法編程軟件在復(fù)雜算法實(shí)現(xiàn)方面的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)過程的復(fù)雜、智能控制，并且無需對(duì)原DCS進(jìn)行大的改動(dòng)，其控制效率也遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方式。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 System structure

系統(tǒng)運(yùn)行后，DCS按照一定的采樣周期從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)一方面顯示于系統(tǒng)的監(jiān)控界面上；另一方面被存儲(chǔ)到DCS的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備查閱使用。而后臺(tái)的控制器一旦被DCS喚醒，將按照事先設(shè)定的周期通過OPC數(shù)據(jù)交換通道讀取DCS中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并利用這些數(shù)據(jù)信息計(jì)算出控制量，再及時(shí)將該控制量通過OPC數(shù)據(jù)交互通道傳遞到DCS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)，由該平臺(tái)向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令，從而完成一個(gè)控制周期循環(huán)。后臺(tái)控制算法按照設(shè)定的周期，重復(fù)上述過程，直至收到DCS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)發(fā)出停止指令。

4 火電廠主蒸汽溫度系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在大型火力發(fā)電機(jī)組中，鍋爐主蒸汽溫度控制系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、可靠的運(yùn)行是保證機(jī)組安全運(yùn)行、降低火電廠能源消耗、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)。主蒸汽溫度控制的任務(wù)是維持過熱器出口蒸汽溫度在允許的范圍之內(nèi)，并保證過熱器管壁溫度不超過規(guī)定的工作溫度。

火電廠主蒸汽溫度控制的廣義對(duì)象模型[15]可表示為：

其中，G1（s）、G2（s）分別為導(dǎo)前區(qū)和惰性區(qū)對(duì)于減溫水流量的傳遞函數(shù)，H1（s）、H2（s）分別為導(dǎo)前區(qū)和過熱主蒸汽溫度的檢測(cè)單元特性。

過熱主蒸汽溫度動(dòng)態(tài)特性呈現(xiàn)出大延遲、大慣性、變參數(shù)的特點(diǎn)，且在不同負(fù)荷工況下，動(dòng)態(tài)特性和模型參數(shù)變化較大。選取某鍋爐在某工況下，過熱主蒸汽溫度對(duì)減溫水流量的動(dòng)態(tài)特性如式（2）所示。

測(cè)量單元的特性為 H1（s）=H2（s）=0.1，導(dǎo)前區(qū)采用比例系數(shù)為C1=25的比例控制器，則其動(dòng)態(tài)特性描述如式（3）所示，惰性區(qū)動(dòng)態(tài)特性如式（4）所示。

整個(gè)主蒸汽溫度控制系統(tǒng)對(duì)減溫水流量的動(dòng)態(tài)特性如式（5）所示。

4.1 DCS的構(gòu)建

基于系統(tǒng)架構(gòu)，原有DCS無需進(jìn)行大的改動(dòng)，只需在DCS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中增加被控對(duì)象的控制量，并在DCS中添加啟動(dòng)后臺(tái)控制器的相關(guān)指令即可。為驗(yàn)證該系統(tǒng)架構(gòu)是否合理可行，利用北京三維力控有限公司的組態(tài)軟件Forcecontrol 6.1設(shè)計(jì)了火電廠主蒸汽溫度DCS，系統(tǒng)監(jiān)控界面如圖4所示。

圖4 組態(tài)界面圖Fig.4 Configuration interface

在系統(tǒng)界面中，主蒸汽溫度設(shè)定值為系統(tǒng)的輸入量，即期望的主蒸汽溫度穩(wěn)定值，由操作人員根據(jù)需要來輸入；主蒸汽溫度則是被控對(duì)象的實(shí)際輸出量；減溫水流量的大小則反映出后臺(tái)控制算法的計(jì)算結(jié)果，即控制器輸出的控制量。

4.2 OPC接口程序的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

火電廠主蒸汽溫度系統(tǒng)的智能復(fù)雜控制器由MATALB語言編寫實(shí)現(xiàn)，控制算法通過OPC接口程序與DCS交換實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)[16-17]。MATLAB為OPC提供了專門的接口程序以供創(chuàng)建和配置OPC對(duì)象、讀寫和記錄數(shù)據(jù)。后臺(tái)控制器可以通過MATLAB中的OPC工具箱提供的相應(yīng)函數(shù)或Simulink中的OPC功能模塊實(shí)現(xiàn)與ForceControl 6.1的數(shù)據(jù)通信。

4.3 后臺(tái)控制算法

鑒于PID控制器的性能優(yōu)良并且已被多數(shù)火電廠控制人員掌握和熟練使用，后臺(tái)控制器仍選用PID控制為主要控制手段。但是，由于主蒸汽溫度控制系統(tǒng)大滯后、強(qiáng)耦合以及時(shí)變等特性，采用參數(shù)固定的PID控制器很難實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的有效控制，而且PID控制器的參數(shù)調(diào)整也是一個(gè)較為復(fù)雜的過程。為了很好地解決常規(guī)PID控制參數(shù)難以調(diào)整和對(duì)精確模型的依賴性問題，出現(xiàn)了模糊自整定PID控制系統(tǒng)。通過在控制器的前端加一個(gè)推理機(jī)，推理機(jī)根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)，選擇相應(yīng)的調(diào)整規(guī)則，實(shí)現(xiàn)對(duì)PID參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)整。模糊自整定PID控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 模糊自整定PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig.5 Structure of fuzzy self-tuning PID control system

對(duì)于PID控制器的初始化參數(shù)，可以根據(jù)系統(tǒng)的大致模型，利用經(jīng)驗(yàn)公式獲得一個(gè)初始值，然后在此基礎(chǔ)上按式（6）—（8）進(jìn)行在線的整定修改：

整定后的控制系統(tǒng)可以按照要求，達(dá)到預(yù)期的控制指標(biāo)。同時(shí)控制規(guī)則還可以根據(jù)不同的控制對(duì)象以及對(duì)性能指標(biāo)的不同要求，靈活合理地修改控制規(guī)則。

模糊推理系統(tǒng)的輸入為系統(tǒng)期望輸出設(shè)定值與系統(tǒng)實(shí)際輸出值的偏差E及其變化率Ec，而推理系統(tǒng)的輸出分別對(duì)應(yīng)于PID控制器的3個(gè)參數(shù)的修正值，即ΔKP、ΔKI、ΔKD。 推理系統(tǒng)采用在線控制的方式，實(shí)時(shí)地根據(jù)E和Ec的值，采用相應(yīng)的控制規(guī)則以實(shí)現(xiàn)對(duì)PID控制器各個(gè)參數(shù)的在線整定。

PID參數(shù)的整定必須考慮3個(gè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響以及相互之間的互聯(lián)關(guān)系。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可歸納出在一般情況下，對(duì)于不同的被控對(duì)象對(duì)參數(shù)KP、KI和KD的部分要求為：當(dāng)較大時(shí)，應(yīng)取較大的KP和較小的KD以使系統(tǒng)響應(yīng)加快，且為避免較大的超調(diào)，故去掉積分作用，即KI=0；當(dāng)大小適中時(shí)，應(yīng)取較小的KP和適當(dāng)?shù)腒I、KD，以保證系統(tǒng)的響應(yīng)速度；當(dāng)較小時(shí)，應(yīng)取較大的KP和較大的KI，KD的取值要恰當(dāng)以避免在設(shè)定值處出現(xiàn)振蕩；當(dāng)較大時(shí)，KD可取大些；當(dāng)較小時(shí)，KD應(yīng)取小些。

將系統(tǒng)誤差E、誤差變化率Ec以及PID控制器修正值 ΔKP、ΔKI、ΔKD的離散論域分為 7 個(gè)等級(jí)，并選擇語言變量負(fù)大（NB）、負(fù)中（NM）、負(fù)?。∟S）、零（ZO）、正?。≒S）、正中（PM）、正大（PB）來描述這 7個(gè)等級(jí)。采用模糊語言變量將PID各參數(shù)（KP，KI，KD）調(diào)整的經(jīng)驗(yàn)歸納成的控制規(guī)則如表1所示。

4.4 DCS后臺(tái)控制算法的嵌入

由于MATLAB的開放性，由其編寫的程序都可以通過自身的編譯系統(tǒng)，將源程序編譯成可執(zhí)行文件。這不僅提高了程序的可移植性，還改善了與其他應(yīng)用程序的兼容性。針對(duì)該實(shí)驗(yàn)，將后臺(tái)模糊自整定PID控制算法編譯生成exe文件，并將該exe文件及其相應(yīng)的系統(tǒng)文件按要求歸置到相應(yīng)的路徑下，在設(shè)計(jì)完成的DCS中進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)用設(shè)置，控制算法就可以脫離MATLAB環(huán)境運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)后臺(tái)控制算法在DCS中的嵌入。

MATLAB獨(dú)立應(yīng)用程序的編譯步驟如下：

a.在MATLAB的command窗口中輸入mcc-B sgl fuzzy_pid.m，其中fuzzy_pid.m為后臺(tái)算法的源程序；

b.將生成的exe文件及其相關(guān)系統(tǒng)文件連帶MCRinstaller.exe放到同一文件夾下并復(fù)制到待運(yùn)行的計(jì)算機(jī)中；

c.在機(jī)器上先運(yùn)行MCRinstaller.exe，然后選擇解壓目錄，安裝相應(yīng)組件。

此外，也可以使用MATLAB中的編譯系統(tǒng)生成COM組件，來完成獨(dú)立應(yīng)用程序的發(fā)布，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)后臺(tái)復(fù)雜控制算法在DCS中的嵌入。

4.5 DCS工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的仿真設(shè)計(jì)

后臺(tái)控制算法應(yīng)用程序設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮實(shí)際工業(yè)過程，如采樣周期的選取、控制變量的選擇和命名等，并與DCS數(shù)據(jù)庫(kù)中的變量建立起一一映射的對(duì)應(yīng)關(guān)系?；趫D3所示的系統(tǒng)架構(gòu)，考慮到實(shí)驗(yàn)的需要和設(shè)備條件的限制，設(shè)計(jì)被控對(duì)象的模型以模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。

針對(duì)上文選取的火電廠主蒸汽溫度模型，利用MATLAB中的Simulink模塊搭建對(duì)象的仿真模型，仿真模型與DCS之間也采用OPC通信技術(shù)來完成動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的交換。仿真模型如圖6所示。

圖6中，Zero-Order Hold為零階采樣保持器；Transfer Fcn為線性傳遞函數(shù)模型；Zero-Pole為以零極點(diǎn)表示的傳遞函數(shù)模型；Gain表示比例增益運(yùn)算；OPC Read和OPC Write功能塊是OPC通信的數(shù)據(jù)交換接口，前者是讀入數(shù)據(jù)接口，后者是寫入數(shù)據(jù)接口。讀寫數(shù)據(jù)的形式可根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)需要設(shè)置為同步或者異步方式。鑒于多數(shù)工業(yè)過程DCS的采樣周期都為1 s，并且火電廠主蒸汽溫度系統(tǒng)的慣性系數(shù)較大，對(duì)于該仿真實(shí)驗(yàn)，將數(shù)據(jù)的讀入設(shè)置為同步方式，系統(tǒng)數(shù)據(jù)的寫入采用采樣周期為1 s的異步方式。值得注意的是，在設(shè)計(jì)控制后臺(tái)算法和仿真模型時(shí)，通過OPC通信接口進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)必須是OPC服務(wù)器中所包含的數(shù)據(jù)。針對(duì)該仿真實(shí)驗(yàn)，圖6中讀取的是OPC服務(wù)器中控制信號(hào)的采樣值，即控制量，對(duì)應(yīng)于主蒸汽溫度系統(tǒng)中的減溫水流量；向OPC服務(wù)器寫入的值是系統(tǒng)輸出的實(shí)際值，對(duì)應(yīng)于主蒸汽溫度系統(tǒng)中的出口蒸汽溫度。整個(gè)DCS的數(shù)據(jù)刷新周期為1 s。

5 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

各部分設(shè)計(jì)完成后，首先是將生成的后臺(tái)控制應(yīng)用程序放置在指定路徑下，并在組建好的DCS中設(shè)置調(diào)用該應(yīng)用程序的命令語句和其他相關(guān)參數(shù)。然后，將整個(gè)DCS程序打包成一個(gè)工程安裝文件，并連同后臺(tái)算法應(yīng)用程序，安裝在目標(biāo)計(jì)算機(jī)上。相關(guān)軟硬件安裝連接完成后，啟動(dòng)DCS并運(yùn)行控制應(yīng)用程序，然后打開模擬現(xiàn)場(chǎng)對(duì)象的另一臺(tái)計(jì)算機(jī)，運(yùn)行組建好的如圖6所示的仿真模型，完成整個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建和啟動(dòng)工作。

表1 模糊自整定PID參數(shù)KP、KI、KD控制規(guī)則表Tab.1 Rules of fuzzy self-tuning PID control（KP，KIand KD）

圖6 后臺(tái)模型Simulink框圖Fig.6 Simulink block diagram of background model

系統(tǒng)運(yùn)行后，在如圖4所示的DCS界面的主蒸汽溫度設(shè)定值輸入窗口輸入溫度期望值550℃，并記錄下當(dāng)前時(shí)刻為10∶33∶03，觀察主蒸汽溫度測(cè)量值與給定值的變化曲線，如圖7（a）所示。數(shù)據(jù)曲線表明，基于OPC通信技術(shù)的后臺(tái)控制應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)了與DCS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)交換，并完成了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)模型的有效控制。由圖7（a）中的實(shí)時(shí)曲線可以看出，在10∶33∶04時(shí)刻，主蒸汽溫度的測(cè)量值開始發(fā)生變化，從圖 7（b）中也可以看出在 10∶33∶04 時(shí)刻，控制量也開始發(fā)生變化，因此可知，在DCS采樣周期為1 s的情況下，設(shè)定值輸入后，在下一個(gè)采樣時(shí)刻，后臺(tái)控制算法就可以根據(jù)給定值的變化對(duì)控制量作出相應(yīng)的調(diào)整。以上的這些數(shù)據(jù)充分說明后臺(tái)控制算法滿足系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的控制要求。

圖7 系統(tǒng)仿真運(yùn)行效果圖Fig.7 Simulative result of system operation

此外，通過多次的仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，后臺(tái)控制算法完成一個(gè)計(jì)算周期所消耗的時(shí)間是否滿足DCS采樣周期的要求，主要決定于以下兩方面：算法自身的復(fù)雜度；運(yùn)行后臺(tái)控制算法的計(jì)算機(jī)性能，計(jì)算速度越快，后臺(tái)算法完成一次計(jì)算消耗的時(shí)間越短?？傊?，只要后臺(tái)控制算法完成一個(gè)計(jì)算周期的時(shí)間不超過DCS的采樣周期，就能滿足控制實(shí)時(shí)性的要求。

從圖7（b）所示的主蒸汽溫度階躍響應(yīng)曲線可以看出，系統(tǒng)的超調(diào)量為0，上升時(shí)間僅為70 s，調(diào)整時(shí)間也僅有100多秒，這些數(shù)據(jù)充分顯示了后臺(tái)模糊自整定PID控制器實(shí)現(xiàn)了對(duì)火電廠主蒸汽溫度系統(tǒng)的有效控制，而且控制系統(tǒng)性能優(yōu)良，同時(shí)這也驗(yàn)證了嵌入到DCS中的后臺(tái)模糊自整定PID控制器實(shí)現(xiàn)了對(duì)火電廠主蒸汽溫度的控制。

6 結(jié)語

針對(duì)在火電廠熱工控制DCS中，對(duì)熱工過程的控制采用復(fù)雜智能控制技術(shù)的瓶頸，本文提出了一種在DCS中嵌入智能控制器的系統(tǒng)架構(gòu)，而DCS與控制器之間的數(shù)據(jù)交互是通過目前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的OPC通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。通過對(duì)火電廠主蒸汽溫度控制系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)，證明了該系統(tǒng)構(gòu)架的合理可行，而且控制器能夠滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求。這為智能控制技術(shù)在諸如火電廠等大型工業(yè)過程控制中的普遍應(yīng)用提供了一種有效途徑。