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(diǎn)，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(hào)：F270 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）5-0059-02

用自動(dòng)化技術(shù)對(duì)高能耗行業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造，提高自動(dòng)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(jìn)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(jì)效益，加強(qiáng)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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

在流程工業(yè)中，由于被控量與多個(gè)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(duì)流程工業(yè)中的控制點(diǎn)進(jìn)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(duì)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(chǎng)的控制要求，隨著信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(dòng)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(shí)時(shí)判斷對(duì)象工況來采用不同的控制策略進(jìn)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(duì)某個(gè)控制點(diǎn)設(shè)計(jì)固定的控制回路。在線決策控制對(duì)同一個(gè)控制點(diǎn)有多個(gè)控制回路對(duì)應(yīng)，每個(gè)控制回路不僅可以單獨(dú)工作，并且還能夠達(dá)到較好的控制效果。它通過分析評(píng)價(jià)當(dāng)前的工況、歷史趨勢(shì)，在線隨機(jī)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(dòng)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(hào)進(jìn)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(cè)量計(jì)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(duì)象動(dòng)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(shí)時(shí)改變控制方案等，提高系統(tǒng)的強(qiáng)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(shí)現(xiàn)。一個(gè)是通過如帶有RS-485通訊模塊的儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)采取，另一個(gè)是通訊協(xié)議，目前OPC通訊協(xié)議已被廣泛應(yīng)用，OPC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集將是一種趨勢(shì)。

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(tái)的支撐軟件，它不但繼承了UNIX平臺(tái)的很多種功能，而且還充分發(fā)揮了 [R][windows]NT平臺(tái)得人機(jī)交互優(yōu)勢(shì)，使在AF2000下開發(fā)控制系統(tǒng)軟件更方便和快捷，進(jìn)一步提高運(yùn)行效率。其數(shù)據(jù)庫能支撐多達(dá)400多萬點(diǎn)，管理措施很安全，AF2000采用可視化建模工具建模，有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)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(jī)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(tái)，在操作員站上提供了友好的監(jiān)控人機(jī)界面。第二，此系統(tǒng)能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)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(dòng)態(tài)顯示參數(shù)的報(bào)警狀態(tài)。第三，此系統(tǒng)可動(dòng)態(tài)顯示所有參數(shù)的變化趨勢(shì)，任意組合曲線組。第四，此系統(tǒng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)能夠按照不同的模型進(jìn)行準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)分析、基于靈活組態(tài)的歷史趨勢(shì)來進(jìn)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(duì)IO模塊的自診斷功能，可在線圖形化顯示各個(gè)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(bào)表、趨勢(shì)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(tái)及將控制信號(hào)直接作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)備。硬件系統(tǒng)包括：中控室在線工作站（PC機(jī)作為在線工作站終端機(jī)）、現(xiàn)場(chǎng)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制）、I/O模塊（作為數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)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(shí)，保證新系統(tǒng)的投入與現(xiàn)有DCS系統(tǒng)的無擾動(dòng)切換，不會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)原有測(cè)控回路的正常運(yùn)行。本系統(tǒng)所采用的技術(shù)和產(chǎn)品，是目前先進(jìn)和成熟的，并有充足的備件和技術(shù)支持；對(duì)于產(chǎn)品的選型，在滿足同樣功能的前提下，盡量選用價(jià)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(duì)接。

4 在線決策控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

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(shí)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(duì)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(shí)時(shí)改變控制方案，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)較強(qiáng)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(jì)思路，對(duì)不同的系統(tǒng)，可以根據(jù)系統(tǒng)的控制點(diǎn)相應(yīng)的增加減少對(duì)應(yīng)的控制程序，可操作性強(qiáng)。

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(dú)立，這樣更有利于算法庫的擴(kuò)充，可根據(jù)實(shí)際情況增加減少功能模塊，同時(shí)又使控制功能更加多樣化，控制算法靈活性增加，便于維護(hù)、改進(jìn)。

4.5 安全可靠

在線決策控制系統(tǒng)采用多項(xiàng)措施來保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全：輸入/輸出信號(hào)均經(jīng)隔離，抗干擾強(qiáng)；設(shè)有2級(jí)手/自動(dòng)切換；系統(tǒng)設(shè)計(jì)為7層結(jié)構(gòu)，有專門的安全層進(jìn)行分析和控制系統(tǒng)的安全，結(jié)合最新的在線預(yù)測(cè)的理論與實(shí)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(yùn)行來保證系統(tǒng)的安全。

4.6 系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)

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(yùn)行經(jīng)濟(jì)。

4.7 保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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(jí)安全性能的仿真與控制同平臺(tái)的系統(tǒng)軟件AF2000的支持下，實(shí)現(xiàn)在線決策控制，增強(qiáng)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)能力。在線決策以達(dá)到適應(yīng)各種工況變化的目的，同時(shí)控制對(duì)策的高級(jí)智能化的整合使系統(tǒng)可連續(xù)可靠運(yùn)行，更能適應(yīng)不同的運(yùn)行工況，保證了控制系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，成為“不倒翁”系統(tǒng)，使系統(tǒng)達(dá)到自動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行。

4.8 減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度

在實(shí)際運(yùn)行中，如要通過手動(dòng)操作取得經(jīng)濟(jì)、可靠、安全運(yùn)行，則操作量非常大，通過在線決策控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制可減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)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(dòng)投入可以使得系統(tǒng)長(zhǎng)期在一個(gè)穩(wěn)定的工況下運(yùn)行，挖掘各設(shè)備的潛能，提高生產(chǎn)能力，同時(shí)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(yùn)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(shí)時(shí)控制流程工業(yè)中生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行、降低能耗的目的。通過在線決策控制系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)突破我國流程工業(yè)節(jié)能降耗技術(shù)，會(huì)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(huì)迎來更快的發(fā)展與和更普遍的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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