【摘 要】本文介紹Visual Basic語言如何讀寫橫河CENTUM CS3000數(shù)據(jù)庫以及在PID參數(shù)整定中的運(yùn)用。

【關(guān)鍵詞】CS3000 PID CENTUMDataAccess 響應(yīng)曲線法 時(shí)間參數(shù) 滯后時(shí)間 最小二乘法 克萊姆法則

在工業(yè)控制中，PID是經(jīng)典的控制理論。工藝人員在調(diào)整PID參數(shù)時(shí)，基本都是憑經(jīng)驗(yàn)一點(diǎn)一點(diǎn)的調(diào)整，這樣需要花費(fèi)很多時(shí)間才可以調(diào)整好。在工藝參數(shù)不允許長(zhǎng)時(shí)間波動(dòng)的情況下，就很難按此方法去調(diào)整參數(shù)了。本文著力去尋找一種方法，既可以減少工藝參數(shù)波動(dòng)的時(shí)間，又可以快速地調(diào)整好PID參數(shù)。

一、CS3000數(shù)據(jù)庫文件

CS3000數(shù)據(jù)庫文件CENTUM data access library提供給用戶在HIS上和OPC（OLE for Process Control）進(jìn)行通訊的功能，可以讀寫過程數(shù)據(jù)。這庫文件對(duì)微軟的VB6.0或VB.NET來說是一種ActiveX控件，用戶就可以通過它來編寫VB程序。

一般來說，當(dāng)用戶用OPC服務(wù)器的時(shí)候要編寫大量繁瑣的OPC通訊協(xié)議代碼，這是相當(dāng)花費(fèi)時(shí)間的。CENTUM data access library在庫內(nèi)處理了這項(xiàng)協(xié)議，這樣用戶就可以只編寫一個(gè)讀取數(shù)據(jù)的程序而不用去考慮這些協(xié)議了。

當(dāng)CENTUM CS1000/3000安裝后，在VB的控件中將會(huì)增加幾個(gè)橫河專用的控件，如“Centum Data Access Library”，“Centum OLE Control module”等控件，在編寫程序時(shí)要將其按需引入。

控件CENTUMDataAccess提供了多種方法，如：

Get Tag Data：獲取位號(hào)數(shù)據(jù)

Put Tag Data：輸入位號(hào)數(shù)據(jù)

Get Station List：獲取站列表

Get Station Information：獲取站信息

Get Tag Information：獲取位號(hào)信息

Get Historical Trend Data獲取歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)。

（一）GetTagData方法

語法：vResults = object.GetTagData（sTagItems（）， lNum， vErrors）

Object：對(duì)象，默認(rèn)為CENTUMDataAccess1.

GetTagData：方法，獲取位號(hào)數(shù)據(jù)。

sTagItems：一維數(shù)組變量，在每個(gè)數(shù)組變量中，需要指定位號(hào)及其數(shù)據(jù)項(xiàng)，如“FC1001.PV”.

lNum：從1到256，指定有多少個(gè)數(shù)據(jù)需要返回。

vErrors：存儲(chǔ)錯(cuò)誤代碼，為“variant”型變量。

Returns：返回的結(jié)果，如果指定是一維數(shù)組，則包含了當(dāng)前值；如果是二維數(shù)組，則包含當(dāng)前值和特征代碼，類型為“variant”。

（二）PutTagData方法

語法：vResults = object.PutTagData（sTagItems（）， lNum， vData（）， vErrors）

功能如GetTagData。

vData，“Variant”型一維數(shù)組數(shù)據(jù)，數(shù)組大小必須和數(shù)組sTagItems大小一樣。

二、PID參數(shù)的整定方法

PID參數(shù)的整定是過程控制的一項(xiàng)重要內(nèi)容。和最佳過渡過程相對(duì)應(yīng)的參數(shù)整定叫做最佳參數(shù)整定。由于各種具體生產(chǎn)過程的要求不同，“最佳”的標(biāo)準(zhǔn)是不一樣的，因而產(chǎn)生許多不同的參數(shù)整定方法。一般較為通用的標(biāo)準(zhǔn)是，即要求在階躍擾動(dòng)作用下，被調(diào)量的波動(dòng)具有衰減率為0.75左右，在這個(gè)前提下，盡量滿足準(zhǔn)確性和快速性要求。

常用的參數(shù)整定有以下幾種方法：經(jīng)驗(yàn)法，臨界比例度法，衰減曲線法。響應(yīng)曲線法。

（一）經(jīng)驗(yàn)法.這種方法比較簡(jiǎn)單，特別是外界干擾作用比較頻繁、記錄曲線不規(guī)則的控制系統(tǒng)，采用此法最為合適。但這種方法主要是憑經(jīng)驗(yàn)，有一定的主觀性，整定過程較為費(fèi)時(shí)，整定質(zhì)量因人而異。

（二）臨界比例度法.方法比較簡(jiǎn)單，易于掌握和判斷，試用于一般的控制系統(tǒng)。但是不適用于臨界比例度小的系統(tǒng)和不允許等幅震蕩的系統(tǒng)，否則容易影響生產(chǎn)或造成事故。

（三）衰減曲線法.被調(diào)量偏離工作點(diǎn)不大，操作比較安全，容易掌握，能適用于各種類型的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。對(duì)于時(shí)間常數(shù)很大的系統(tǒng)，由于過渡時(shí)間波動(dòng)周期很長(zhǎng)，而且要多次試驗(yàn)才能逼近1/4，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程很費(fèi)時(shí)間。

（四）響應(yīng)曲線法.這是一種根據(jù)廣義對(duì)象的時(shí)間特性來整定參數(shù)的方法，應(yīng)用廣泛。本文著重介紹這種方法在VB上的應(yīng)用。

三、響應(yīng)曲線法

響應(yīng)曲線法是一種以被控對(duì)象控制通道的階躍響應(yīng)為依據(jù)，當(dāng)對(duì)象處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，在對(duì)象的輸入端施加一個(gè)幅值已知的階躍擾動(dòng)，然后測(cè)量和記錄輸出變量的數(shù)值，就可以畫出輸出變量隨時(shí)間變化的曲線；通過一些經(jīng)驗(yàn)公式求取調(diào)節(jié)器最佳參數(shù)整定值的開環(huán)整定方法。如下圖所示：

（一）參數(shù)整定流程：

1.在調(diào)節(jié)器和調(diào)節(jié)閥之間斷開，如上圖，在調(diào)節(jié)閥Wv（s）的輸入端加入一階躍信號(hào)。2.用VB編寫的程序，讀取Wm（s）的輸出響應(yīng)曲線。3.對(duì)程序獲取的離散點(diǎn)用最小二乘法進(jìn)行擬合成一曲線，求出曲線拐點(diǎn)處的切線。4.求出純滯后時(shí)間和時(shí)間常數(shù)，帶入公式求出PID的具體參數(shù)。

（二）具體步驟如下：

1.調(diào)節(jié)器打手動(dòng)，輸出一階躍信號(hào)，幅值視情況而定。這樣，響應(yīng)曲線Wm（s）就包含了調(diào)節(jié)閥、控制對(duì)象和變送器的所有信息，包含了滯后時(shí)間、時(shí)間常數(shù)和響應(yīng)速度等。2.用GetTagData（sTagItems（）， lNum， vErrors）方法讀取輸出響應(yīng)點(diǎn)，將所有響應(yīng)點(diǎn)存入數(shù)組PointX（），PointY（）3.對(duì)離散點(diǎn)PointX（），PointY（）求出其拐點(diǎn)。如上圖：

4.選取特定的離散點(diǎn)用最小二乘法進(jìn)行曲線擬合。

5.根據(jù)擬合后的曲線，求出拐點(diǎn)處的斜率和切線，進(jìn)而求出滯后時(shí)間τ和時(shí)間常數(shù)Т。如下圖：

6.代入經(jīng)驗(yàn)公式求出PID具體參數(shù)。

四、仿真應(yīng)用

以下兩圖為軟件獲取趨勢(shì)數(shù)據(jù)的過程，可以簡(jiǎn)單快速地求出PID參數(shù)。

五、程序段

六、結(jié)束語

響應(yīng)曲線法首先要獲取對(duì)象的響應(yīng)曲線，操作上簡(jiǎn)單易行。既不需要增加儀器設(shè)備，測(cè)試工作也不大。通過讀取響應(yīng)曲線數(shù)值，就可以更加準(zhǔn)確和快速地獲得滯后時(shí)間和時(shí)間常數(shù)，減少了生產(chǎn)上工藝參數(shù)的波動(dòng)和整定的時(shí)間，在實(shí)際應(yīng)用中可以廣泛推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]《CS3000 CENTUM Data Access Library》

[2] 靳其兵，《集散系統(tǒng)中PID參數(shù)整定與控制器優(yōu)化》

[3] 王驥程，祝和云.《化工過程控制工程》.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1991. 第2版.

[4] 王森，晁禹，艾紅.《儀表工試題集 控制儀表分冊(cè)》. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.第2版.

[5] 張井崗.《過程控制與自動(dòng)化儀表》. 北京：北京大學(xué)出版社，2007.