基于FF總線實(shí)現(xiàn)水箱系統(tǒng)動(dòng)態(tài)矩陣控制

摘要：本文針對(duì)FF現(xiàn)場(chǎng)總線中監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)DMC算法的困難，提出利用Matlab7.0 OPC工具包實(shí)現(xiàn)與OPC服務(wù)器間通訊并實(shí)現(xiàn)DMC控制的方案，充分發(fā)揮了矩陣計(jì)算語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、高效的優(yōu)勢(shì)。仿真結(jié)果表明，該方案能在很大程度上縮短監(jiān)控程序的開發(fā)周期，并達(dá)到了預(yù)期的控制效果。

引言

FF現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，與現(xiàn)行控制系統(tǒng)相比，具有如下技術(shù)優(yōu)勢(shì):① 現(xiàn)場(chǎng)總線用數(shù)字信號(hào)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬信號(hào)，測(cè)量精度高,抗干擾能力強(qiáng)；② 基于總線的現(xiàn)場(chǎng)儀表可以對(duì)量程和零點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定，具有儀表工作狀態(tài)自診斷功能，能進(jìn)行多參數(shù)測(cè)量和對(duì)環(huán)境影響的自動(dòng)補(bǔ)償;③ 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備集檢測(cè)、轉(zhuǎn)換、運(yùn)算和控制功能于一體,既降低了成本，又增加了安全性和可靠性。④ 所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備直接通過(guò)一對(duì)傳輸線即現(xiàn)場(chǎng)總線連接，減少了連線的數(shù)量,易于安裝和維護(hù)，節(jié)省費(fèi)用、調(diào)試和維修成本。

本實(shí)驗(yàn)測(cè)控系統(tǒng)采用JBS2GK03 過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置,并采用中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所開發(fā)的FF H1 OPC服務(wù)器MicroCyber. FFServer.1作為OPC服務(wù)器。該服務(wù)器符合OPC組織制訂的OPC DA 2.0規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。OPC客戶端與服務(wù)器之間的通訊符合OPC的自動(dòng)化接口規(guī)范要求，利用Matlab 7.0支持OPC規(guī)范的新功能，實(shí)現(xiàn)了用戶端與服務(wù)器端的通訊。動(dòng)態(tài)矩陣控制算法在客戶端通過(guò)Matlab的M語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，充分發(fā)揮了矩陣計(jì)算語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、高效的優(yōu)勢(shì)。

圖1 r和p選擇的不同對(duì)預(yù)測(cè)向量的影響

控制原理

本實(shí)驗(yàn)測(cè)控系統(tǒng)采用的JBS2GK03 過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置,被控參數(shù)變量為液位、流量、溫度和壓力。該過(guò)程為自衡非振蕩, 具有相互影響的雙容過(guò)程，其數(shù)學(xué)模型可用如下傳遞函數(shù)描述:
          (1)
式中，K_p, T_p,<SPAN lang=EN-US style="FONT-SIZE: 10.5pt; FONT-FAMILY: