发酵过程低成本集散控制系统设计
发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:422
发酵过程低成本集散控制系统设计 摘要：基于国产工业ｐｃ机和ｉ／ｏ模板设计了发酵过程集散控制系统，介绍了该系统的软、硬件结构与功能，以及发酵过程参数的优化控制方法。 关键词：发酵过程 ｄｃｓ 组态软件 优化控制 自美国ｈｏｎｅｙ ｗｅｌｌ公司于１９７５年成功地推出世界上第一套集散控制系统ｄｃｓ以来，它经历了二十多年的发展，第三代产品已走向成熟，并以其高可靠性、高性能、分散控制、集中监视、扩展灵活、组态方便等特点成为当前大型工业测控系统的主要潮流［１］。
目前国内外已推出各种型号的ｄｃｓ约１００余种，但通常投资较大，许多中小型企业难以承受，因此研制低成本的ｄｃｓ是符合国情的。作者等人研制开发的低成本ｄｃｓ，已应用于无锡中亚化学有限公司年产２万吨柠檬酸发酵车间的自动控制系统中，运行实践证明，系统控制方法先进，可靠性高，提高了产品得率，节能降耗，取得了相当好的经济效益。
１ 系统结构设计
根据发酵车间规模及其对ｄｃｓ的要求，整个系统由工程师站（含操作员站）和现场控制站二级微机组成，对全车间的６只２００吨发酵罐、３只２５吨种子罐以及公共单元进行全自动控制。其中工程师站采用ｉｐｃ－６１０ ４８６ｄｘ／６６计算机，并配有窗霸卡多屏显示、声霸卡语音报警等多媒体技术；现场控制站由４台ｉｐｃ ４８６ｄｘ／６６工控机加上ａ／ｄ、ｄ／ａ、ｉ／ｏ板构成， 采取以一控三的方式，３台工业ｐｃ机分别控制两个２００吨发酵罐及一个２５吨种子罐，另用一台工业ｐｃ机负责公共单元数据的采集及控制，并留有扩充接口。每个罐可测控数据为温度、罐压、流量、ｐｈ、溶氧、搅拌电流、尾气ｏ２及ｃｏ２等。
ｄｃｓ采用双ｒｓ－４２２构成主从式上、下位机通信网络，实现操作员站对控制站控制参数的设定修改以及数据的采集、显示及打印；并通过ｎｅ２０００网卡与公司ｍｉｓ系统联网，通过通信接口与ⅰ期柠檬酸发酵ｄｃｓ相连，实现数据共享。系统总体框图如图１所示。
２ 组态软件设计
为提高ｄｃｓ的通用性、灵活性，缩短开发周期，便于维护和扩展，作者面向康拓、研华等公司生产的ｐｃ机、ｓｔｄ总线工控机及其系列接口板设计了ｄｃｓ组态软件。软件采用ｖｉｓｕａｌ ｃ＋＋ ５．０编程，由系统组态、工况图形组态、数据处理分析组态、通信组态四大模块组成，具有系统生成、实时数据库生成、历史数据库生成、图形生成、控制回路生成、报表生成、事件追忆库生成、数据库下装等功能。组态软件支持各种信号或执行器类型、各种输出模式，提供了作者在生化过程控制实践中摸索得到的多种实用控制和滤波算法供用户选择，并设计了用户自定义接口，利用这些工具可生成各种适合于发酵过程的控制策略。
软件提供的控制算法如下：①基本ｐｉｄ控制；②带死区ｐｉｄ控制；③串级ｐｉｄ控制；④ｑｕｉｃｋ＿ｐｉｄ控制；⑤模糊ｐｉｄ控制；⑥ ｂａｎｇ＿ｂａｎｇ控制⑦自调整控制；⑧跟踪控制；⑨时间比例输出控制；⑩前馈控制； 多变量解耦控制； 模糊控制； 专家控制； 离线优化控制；用户定义控制。
软件提供的滤波方式如下：①最大平均滤波；②防脉冲干扰
发酵过程低成本集散控制系统设计 摘要：基于国产工业ｐｃ机和ｉ／ｏ模板设计了发酵过程集散控制系统，介绍了该系统的软、硬件结构与功能，以及发酵过程参数的优化控制方法。 关键词：发酵过程 ｄｃｓ 组态软件 优化控制 自美国ｈｏｎｅｙ ｗｅｌｌ公司于１９７５年成功地推出世界上第一套集散控制系统ｄｃｓ以来，它经历了二十多年的发展，第三代产品已走向成熟，并以其高可靠性、高性能、分散控制、集中监视、扩展灵活、组态方便等特点成为当前大型工业测控系统的主要潮流［１］。
目前国内外已推出各种型号的ｄｃｓ约１００余种，但通常投资较大，许多中小型企业难以承受，因此研制低成本的ｄｃｓ是符合国情的。作者等人研制开发的低成本ｄｃｓ，已应用于无锡中亚化学有限公司年产２万吨柠檬酸发酵车间的自动控制系统中，运行实践证明，系统控制方法先进，可靠性高，提高了产品得率，节能降耗，取得了相当好的经济效益。
１ 系统结构设计
根据发酵车间规模及其对ｄｃｓ的要求，整个系统由工程师站（含操作员站）和现场控制站二级微机组成，对全车间的６只２００吨发酵罐、３只２５吨种子罐以及公共单元进行全自动控制。其中工程师站采用ｉｐｃ－６１０ ４８６ｄｘ／６６计算机，并配有窗霸卡多屏显示、声霸卡语音报警等多媒体技术；现场控制站由４台ｉｐｃ ４８６ｄｘ／６６工控机加上ａ／ｄ、ｄ／ａ、ｉ／ｏ板构成， 采取以一控三的方式，３台工业ｐｃ机分别控制两个２００吨发酵罐及一个２５吨种子罐，另用一台工业ｐｃ机负责公共单元数据的采集及控制，并留有扩充接口。每个罐可测控数据为温度、罐压、流量、ｐｈ、溶氧、搅拌电流、尾气ｏ２及ｃｏ２等。
ｄｃｓ采用双ｒｓ－４２２构成主从式上、下位机通信网络，实现操作员站对控制站控制参数的设定修改以及数据的采集、显示及打印；并通过ｎｅ２０００网卡与公司ｍｉｓ系统联网，通过通信接口与ⅰ期柠檬酸发酵ｄｃｓ相连，实现数据共享。系统总体框图如图１所示。
２ 组态软件设计
为提高ｄｃｓ的通用性、灵活性，缩短开发周期，便于维护和扩展，作者面向康拓、研华等公司生产的ｐｃ机、ｓｔｄ总线工控机及其系列接口板设计了ｄｃｓ组态软件。软件采用ｖｉｓｕａｌ ｃ＋＋ ５．０编程，由系统组态、工况图形组态、数据处理分析组态、通信组态四大模块组成，具有系统生成、实时数据库生成、历史数据库生成、图形生成、控制回路生成、报表生成、事件追忆库生成、数据库下装等功能。组态软件支持各种信号或执行器类型、各种输出模式，提供了作者在生化过程控制实践中摸索得到的多种实用控制和滤波算法供用户选择，并设计了用户自定义接口，利用这些工具可生成各种适合于发酵过程的控制策略。
软件提供的控制算法如下：①基本ｐｉｄ控制；②带死区ｐｉｄ控制；③串级ｐｉｄ控制；④ｑｕｉｃｋ＿ｐｉｄ控制；⑤模糊ｐｉｄ控制；⑥ ｂａｎｇ＿ｂａｎｇ控制⑦自调整控制；⑧跟踪控制；⑨时间比例输出控制；⑩前馈控制； 多变量解耦控制； 模糊控制； 专家控制； 离线优化控制；用户定义控制。
软件提供的滤波方式如下：①最大平均滤波；②防脉冲干扰
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