一種基于在線決策的控制系統(tǒng)組成及特點分析

劉莉

摘 要：文章主要介紹了一種基于在線決策的控制系統(tǒng)的思路，在線決策控制系統(tǒng)的組成及特點，在線決策控制系統(tǒng)的應(yīng)用及前景展望。

關(guān)鍵詞：控制；在線決策控制；AF2000；監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：F270 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）5-0059-02

用自動化技術(shù)對高能耗行業(yè)進行技術(shù)改造，提高自動化控制水平和管理水平、節(jié)能降耗、提高生產(chǎn)能力和質(zhì)量，在高能耗行業(yè)推廣應(yīng)用，可使傳統(tǒng)行業(yè)有效地降低能源消耗，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，并且有效地促進資源的循環(huán)利用，控制廢氣物的排放，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，加強企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力，改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的節(jié)能方式，有著良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

在流程工業(yè)中，由于被控量與多個參數(shù)之間有復(fù)雜的關(guān)系，不能直接用線性關(guān)系表達(dá)出來，而這種復(fù)雜的關(guān)系如果采用傳統(tǒng)的控制的單輸入單輸出已然不能滿足控制要求，因此需要尋找新的控制方法來對流程工業(yè)中的控制點進行控制的想法迫在眉睫。

1 思路形成

傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)是單輸入單輸出的系統(tǒng)，而對于流程工業(yè)來說，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場的控制要求，隨著信息技術(shù)、計算機技術(shù)的快速發(fā)展及其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展和相互滲透，也推動了控制科學(xué)和工程研究的不斷深入，繼而提出一種新的思路，即在線決策控制，通過在線實時判斷對象工況來采用不同的控制策略進行控制的思路，是解決流程工業(yè)中工況變化多，各變量相互關(guān)系復(fù)雜的一種有效的控制方法。

傳統(tǒng)的控制方法是針對某個控制點設(shè)計固定的控制回路。在線決策控制對同一個控制點有多個控制回路對應(yīng)，每個控制回路不僅可以單獨工作，并且還能夠達(dá)到較好的控制效果。它通過分析評價當(dāng)前的工況、歷史趨勢，在線隨機地調(diào)整控制算法，找出合適的控制策略，保證在不同工況下使用不同的動作方式。在線決策控制的作用就是在多種控制方式中選擇最優(yōu)的控制方式，因此，它是可以滿足流程工業(yè)中工況變化復(fù)雜，系統(tǒng)難以采用單一信號進行控制的一種思路方法。

2 在線決策控制系統(tǒng)的原理

在線決策控制系統(tǒng)在融合

傳統(tǒng)控制、智能控制、仿人控制、軟測量計算等方法，以及在線仿真技術(shù)都是在線決策控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它正是在融合這些方法和技術(shù)的基礎(chǔ)上，形成的不屬于任何一種傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的控制方法難以解決被控對象動態(tài)特性較大的系統(tǒng)，在線決策控制系統(tǒng)不僅僅能夠在線改變控制系統(tǒng)的的參數(shù)，而且還能夠通過在線決策控制實時改變控制方案等，提高系統(tǒng)的強適應(yīng)能力，從技術(shù)及方法上解決問題。

在線決策控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示：

3 在線決策控制系統(tǒng)的組成

在線決策控制系統(tǒng)由通訊軟件、支撐軟件、監(jiān)控軟件、硬件系統(tǒng)組成。

其組成框圖如圖2所示：

其主要完成數(shù)據(jù)采集。一般情況下，有二種方式可以實現(xiàn)。一個是通過如帶有RS-485通訊模塊的儀表進行數(shù)據(jù)采取，另一個是通訊協(xié)議，目前OPC通訊協(xié)議已被廣泛應(yīng)用，OPC進行數(shù)據(jù)采集將是一種趨勢。

3.2 支撐軟件

在線決策控制系統(tǒng)是在AF2000的技術(shù)上開發(fā)的控制軟件系統(tǒng)，AF2000是基于 [R][windows] NT平臺的支撐軟件，它不但繼承了UNIX平臺的很多種功能，而且還充分發(fā)揮了 [R][windows]NT平臺得人機交互優(yōu)勢，使在AF2000下開發(fā)控制系統(tǒng)軟件更方便和快捷，進一步提高運行效率。其數(shù)據(jù)庫能支撐多達(dá)400多萬點，管理措施很安全，AF2000采用可視化建模工具建模，有很強的實時能力，可精確到毫秒。

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)是為控制系統(tǒng)開發(fā)創(chuàng)造良好的人機溝通的環(huán)境。它具有以下六種特色：第一，此系統(tǒng)基于 [R][windows] NT平臺，在操作員站上提供了友好的監(jiān)控人機界面。第二，此系統(tǒng)能夠?qū)F(xiàn)場數(shù)據(jù)直觀地顯示在流程圖上，并提供關(guān)鍵的參數(shù)表，以及動態(tài)顯示參數(shù)的報警狀態(tài)。第三，此系統(tǒng)可動態(tài)顯示所有參數(shù)的變化趨勢，任意組合曲線組。第四，此系統(tǒng)存儲數(shù)據(jù)時能夠按照不同的模型進行準(zhǔn)確的統(tǒng)計分析、基于靈活組態(tài)的歷史趨勢來進行查詢，也可導(dǎo)出歷史數(shù)據(jù)，在Excel中編輯和分析。第五，此系統(tǒng)提供了對IO模塊的自診斷功能，可在線圖形化顯示各個模塊的健康狀態(tài)，圖形化顯示整體的健康水平，還可以提供模塊的歷史記錄與查詢功能。第六，此系統(tǒng)可以提供所有的日志記錄、流程圖界面、報表、趨勢圖均提供預(yù)覽/打印服務(wù)，便于輸出存檔。

3.4 硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)是用來存放通訊軟件、支撐軟件、監(jiān)控軟件的平臺及將控制信號直接作用于執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)備。硬件系統(tǒng)包括：中控室在線工作站（PC機作為在線工作站終端機）、現(xiàn)場在線決策控制站（在線決策控制柜，作為在線決策控制系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)切換及在線決策控制系統(tǒng)對現(xiàn)場的控制）、I/O模塊（作為數(shù)字信號和模擬信號的接收與發(fā)送）、光電轉(zhuǎn)換器、電源等配件。

硬件系統(tǒng)在利用現(xiàn)有資源的同時，保證新系統(tǒng)的投入與現(xiàn)有DCS系統(tǒng)的無擾動切換，不會影響現(xiàn)場原有測控回路的正常運行。本系統(tǒng)所采用的技術(shù)和產(chǎn)品，是目前先進和成熟的，并有充足的備件和技術(shù)支持；對于產(chǎn)品的選型，在滿足同樣功能的前提下，盡量選用價格適中的品牌。保證新系統(tǒng)與原系統(tǒng)的通訊之間無縫對接。

4 在線決策控制系統(tǒng)的特點

4.1 算法的多樣性

在線決策控制軟件由多種控制算法組成，同時又包含了多種的學(xué)習(xí)算法?？刂葡到y(tǒng)可在不同的工況下在線改變控制算法以及控制參數(shù)，保證使在不同的工況下都能達(dá)到滿意的控制效果。

4.2 方案在線決策

傳統(tǒng)的控制方法難以解決被控對象功態(tài)特性較大的系統(tǒng)，在線決策控制系統(tǒng)通過在線決策控制實時改變控制方案，從而實現(xiàn)系統(tǒng)較強的適應(yīng)性和控制能力。

4.3 標(biāo)準(zhǔn)化流程

在線決策控制系統(tǒng)采用“至上而下”的設(shè)計思路，對不同的系統(tǒng)，可以根據(jù)系統(tǒng)的控制點相應(yīng)的增加減少對應(yīng)的控制程序，可操作性強。

4.4 高度模塊化

在線決策控制軟件是高度模塊化的，各功能塊間相互獨立，這樣更有利于算法庫的擴充，可根據(jù)實際情況增加減少功能模塊，同時又使控制功能更加多樣化，控制算法靈活性增加，便于維護、改進。

4.5 安全可靠

在線決策控制系統(tǒng)采用多項措施來保證系統(tǒng)運行的安全：輸入/輸出信號均經(jīng)隔離，抗干擾強；設(shè)有2級手/自動切換；系統(tǒng)設(shè)計為7層結(jié)構(gòu)，有專門的安全層進行分析和控制系統(tǒng)的安全，結(jié)合最新的在線預(yù)測的理論與實踐，以保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定可靠且處于最佳穩(wěn)定工況運行來保證系統(tǒng)的安全。

4.6 系統(tǒng)運行經(jīng)濟

在線決策控制系統(tǒng)能按照規(guī)定的產(chǎn)品質(zhì)量要求，制出合格的產(chǎn)品，以保證系統(tǒng)運行經(jīng)濟。

4.7 保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行

在線決策控制系統(tǒng)將仿真和控制技術(shù)相結(jié)合，在具備核電站級安全性能的仿真與控制同平臺的系統(tǒng)軟件AF2000的支持下，實現(xiàn)在線決策控制，增強系統(tǒng)的預(yù)測能力。在線決策以達(dá)到適應(yīng)各種工況變化的目的，同時控制對策的高級智能化的整合使系統(tǒng)可連續(xù)可靠運行，更能適應(yīng)不同的運行工況，保證了控制系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行，成為“不倒翁”系統(tǒng)，使系統(tǒng)達(dá)到自動穩(wěn)定運行。

4.8 減輕操作人員勞動強度

在實際運行中，如要通過手動操作取得經(jīng)濟、可靠、安全運行，則操作量非常大，通過在線決策控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動控制可減輕操作人員勞動強度。

4.9 提高生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量

通過在線決策控制系統(tǒng)的自動投入可以使得系統(tǒng)長期在一個穩(wěn)定的工況下運行，挖掘各設(shè)備的潛能，提高生產(chǎn)能力，同時通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整系統(tǒng)各設(shè)備，使得能保證生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量。

4.10 降低能耗

在線決策控制系統(tǒng)可根據(jù)本身的最佳穩(wěn)定工況確定運行方式，通過穩(wěn)定工況來減少能耗。

5 應(yīng)用與前景展望

在線決策控制系統(tǒng)目前廣泛的被應(yīng)用到電廠及水泥廠的各系統(tǒng)設(shè)備中去，能實時控制流程工業(yè)中生產(chǎn)設(shè)備的運行參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定運行、降低能耗的目的。通過在線決策控制系統(tǒng)的應(yīng)用，對突破我國流程工業(yè)節(jié)能降耗技術(shù)，會有非常重要的作用。在未來的發(fā)展，在線決策控制系統(tǒng)將會迎來更快的發(fā)展與和更普遍的應(yīng)用。

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