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组态软件与优化控制

作者:马国华,力控科技董事长2008.04.27阅读 3641

  前言
  无论是先进控制还是优化控制(本文以下皆统称优化控制),都是充分发挥控制系统潜力、获得最优控制效果的最有效手段。优化控制曾一度是国外工艺专利保有者、DCS供应商、装置总包商和专业软件商的专利,高昂的软件成本和人工服务费使国内很多用户对其望而生畏,只有中石化、中石油、行业大型骨干企业有实力采用这种技术。
  随着控制系统开放化进程的加快,国内、国际从事优化控制研究的机构及高校开发的优化控制系统和理论获得了更多在装置上进行试验的机会控制工程网版权所有,在这个进程中,监控组态软件也起到了很重要的作用。
  总的来说,中国的优化控制研究多起步于DCS及其上位计算机上的软件开发,这种开发存在诸多弊端:
  1、 软件成果高度依赖于计算机操作系统和DCS厂家、型号,软件成果可移植性极差。虽然优化控制的理论是成熟的,存在移植上的可行性,但是作为投用到现场的控制产品,开发人员要解决的问题很多:人机界面问题、数据采集及通信问题、调试方法及手段、可借用的DCS资源问题,等等。
  2、 DCS及其上位机提供的开发环境限制了研发人员能力的发挥。
  3、 研发人员需要把更多的精力花在熟悉DCS

及其上位计算机系统上面,而不是工艺、数学算法和参数的分析上面。
  优化控制最早与组态软件相结合,是HERISTICS(西雷)公司ONSPEC的软件产品,该产品集组态软件和优化控制算法与一身,用户可以自行组态实现优化控制功能。
  随着通用监控组态软件的普及,以及PC在自动控制中所占比例的增大,采用监控组态软件+优化控制软件模块实现先进控制的应用例子开始增多。
  下面的应用实例具有一定的代表性:
  2000年,中国科技大学吴刚教授在日本横河公司的CENTUM A型集散控制系统上,结合力控?组态软件控制工程网版权所有,对丙烯腈反应器在线操作优化软件ANOpt进行了二次开发,扩充了系统的Web发布功能,也使升级后的ANOpt得到了方便的应用,且易于移植。
  2000年至今,美国控软(ControlSoft)公司的优化控制系统,以力控?组态软件为平台,先后在江西化学有限公司水合控制系统、兰州化工乳胶中心橡胶生产控制系统、齐鲁石化塑料厂循环水处理控制系统 、 广东清远环境再生资源有限公司酒精发酵控制系统、安徽蚌埠迎客松酿造有限公司酒精蒸馏控制系统、四川金路树脂有限公司精馏装置、江西武藏野药业有限公司 生产控制系统、江阴双良复合材料有限公司DCS系统中投运成功。
  2001年韩志刚教授开发的无模型控制器软件以力控?组态软件为平台,在富拉尔基电厂水处理项目的中,采用无模型控制算法,对水处理的加药等控制环节进行了优化控制。
  2006年,美国博软公司使用该公司的无模型自适应控制软件产品CyboCon,以力控?组态软件为平台,在大港油田自备电厂对污水阴阳床自动加药系统进行了优化控制。
  1. 在优化控制应用中,监控组态软件所起作用
  透过组态软件而发挥优化控制软件的作用www.cechina.cn,已经成为优化控制的重要形式。组态软件能够为优化控制软件提供以下功能扩展:
  1.1  人机界面
  尽管很多优化控制软件的人机界面能力很强,但与通用组态软件相比仍有很多不足www.cechina.cn,其中工艺画面显示、操作画面显示、参数设定、报警显示/确认/打印、报表打印等工作需要由组态软件实现。
  1.2  数据采集
  优化控制需要采集足够完整的数据,组态软件丰富的驱动程序可以满足这一要求。
  1.3  控制命令传送
  优化控制软件的运算输出需要借助组态软件的I/O驱动程序送给控制器或I/O,另外操作人员的控制台命令也需要从人机界面上发出。
  2. 优化控制应用对组态软件在功能、技术提出的新要求
  2.1 优化控制要求组态软件具备完善、可靠的双机热备功能
  优化控制的运算输出需要借助组态软件送给控制器或过程I/O,这种控制对可靠性的要求丝毫不低于DCS或PLC,组态软件与优化控制软件构成了新型的控制器,因此要求组态软件提供完备的双机热备功能,支持设备冗余、控制网络冗余、服务器冗余、管理网络冗余、客户端冗余等多种冗余模式,主机故障时从机应该在2秒内接管控制权,当主机恢复后如果从机故障可以回切。
  2.2 优化控制要求组态软件提供更广泛的控制器通讯驱动程序
  优化控制多借助常规控制器而发挥作用,或用于弥补常规控制器能力的不足,或用于解决常规控制器无法控制的控制回路。因此,组态软件的I/O驱动是否兼容更多控制系统控制工程网版权所有,决定了优化控制能否借助组态软件在这些控制系统上发挥作用。
  2.3 优化控制要求组态软件具有快速、大容量的历史数据存储能力
  优化控制软件通过快速数据接口与组态软件通讯,获取建模所需的实时、历史数据,把运算输出通过组态软件送回控制器或I/O。这种应用要求优化控制
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