基于FPC2000 DCS的發(fā)酵過程智能控制系統(tǒng)

1、 引言

發(fā)酵工業(yè)是技術(shù)密集型的產(chǎn)業(yè)，它涉及到微生物學(xué)、生物化學(xué)、化工、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等。在發(fā)酵工業(yè)中，發(fā)酵罐的何種從幾立方米發(fā)民到幾十立方米，而今是幾百個(gè)立方米，甚至上千立方米。對于這樣大型的發(fā)酵罐系統(tǒng)，若操作控制不當(dāng)，將會(huì)造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。對于具有高度非線性、時(shí)變性和復(fù)雜相關(guān)性的發(fā)酵過程，為了獲得高的產(chǎn)率和提高經(jīng)濟(jì)效益，加強(qiáng)發(fā)酵過程，為了獲得高的產(chǎn)率和提高經(jīng)濟(jì)效益，加強(qiáng)發(fā)酵過程的監(jiān)督和控制是非常重要的。

集散控制系統(tǒng)（DCS）是70年代中期發(fā)展起來的自動(dòng)控制系統(tǒng)裝備，它集計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)、圖形顯示技術(shù)、冗余技術(shù)、故障診斷技術(shù)和先進(jìn)控制技術(shù)為一體。控制分散、危險(xiǎn)分散，而操作集中、管理集中是DCS的基本設(shè)計(jì)思想。分層階梯的分布式結(jié)構(gòu)，靈活、易變更、易擴(kuò)展是DCS的特點(diǎn)。

針對我國發(fā)酵企業(yè)規(guī)模相對較小而控制要求較高的情況有必要開發(fā)適用于發(fā)酵過程優(yōu)化控制的低成本、開放型、高性價(jià)比的集散控制系統(tǒng)。并將智能控制技術(shù)融入傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)中，采用模糊控制、專家系統(tǒng)與常規(guī)控制相結(jié)合的技術(shù)，提高控制精度。

2、 FPC2000集散控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

從發(fā)酵過程管理和控制兩方面綜合考慮實(shí)現(xiàn)總體目標(biāo)最優(yōu)化出發(fā)，企業(yè)管理控制系統(tǒng)可分為3級(jí)，即管理級(jí)、監(jiān)控級(jí)和直控級(jí)，構(gòu)成管控一體化的綜合系統(tǒng)。

FPC2000DCS系統(tǒng)硬件主要由直控級(jí)控制站、監(jiān)控經(jīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)四部分組成，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。監(jiān)控級(jí)計(jì)算機(jī)通過現(xiàn)場過程總線，最大可接128個(gè)直控級(jí)控制站。管理計(jì)算機(jī)通過局域網(wǎng)與監(jiān)控級(jí)計(jì)算機(jī)相聯(lián)，具有將生產(chǎn)現(xiàn)場控制和生產(chǎn)管理集成的功能。

直控級(jí)控制站采集現(xiàn)場測量信號(hào)經(jīng)運(yùn)算后交結(jié)果送回現(xiàn)場執(zhí)行器對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，它是DCS的基礎(chǔ)，其它部分都是有賴于它才能發(fā)揮作用?？刂普就ǔ０惭b在工業(yè)現(xiàn)場，通過現(xiàn)場總線與監(jiān)控級(jí)計(jì)算機(jī)相連。常用的控制單元如下：單回路或雙回路智能表、可編程控制器（PLC）、多功能控制器、數(shù)據(jù)采集器、變頻器等。

監(jiān)控級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要履行工程師站、操作員站、實(shí)時(shí)通訊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理及系統(tǒng)監(jiān)視、優(yōu)化運(yùn)算等功能。管理級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要履行管理（調(diào)度）決策職責(zé)。

要構(gòu)成這樣的三經(jīng)集散控制系統(tǒng)，其核心的問題是聯(lián)網(wǎng)功能，它包括監(jiān)控經(jīng)與管理經(jīng)之間構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)（目前采用廣泛使用的3+網(wǎng)或Novell網(wǎng)）、各控制單元與監(jiān)控級(jí)之間構(gòu)成的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)（最簡單的辦法是用RS485串行通訊方式，對于上述各過程控制單元和監(jiān)控計(jì)算機(jī)都有標(biāo)準(zhǔn)的串行通訊接口，實(shí)現(xiàn)起來較容易。這種通訊方式當(dāng)控制單元較多時(shí)效率較低，所以適用于中小型系統(tǒng)）。

3、 FPC2000DCS 系統(tǒng)軟件及功能

3.1 組態(tài)軟件的層次結(jié)構(gòu)

FPC2000DCS軟件是基于Windows98、WinNT平臺(tái)使用，為用戶提供一個(gè)友好、方便、宜學(xué)、實(shí)用的操作接口。采用Microsoft公司的Visual Basic6.0程序設(shè)計(jì)語言進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。

FPC2000DCS工控組態(tài)軟件的結(jié)構(gòu)可分3個(gè)層次，如圖2所示，底層是與直控級(jí)控制站相連的輸入輸出接口數(shù)據(jù)處理層，它主要完成上層軟件與直控級(jí)控制站之間的數(shù)據(jù)信號(hào)的轉(zhuǎn)換和緩存。中間層是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫控制層，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)和控制，并對圖形顯示模塊、實(shí)時(shí)趨勢模塊和報(bào)警模塊進(jìn)行控制。上層是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫控制層，主要完成用戶對數(shù)據(jù)庫提出的各種操作查詢請求，根據(jù)要求定期對數(shù)據(jù)庫（包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄庫、登錄庫和其它的事件、操作、故障記錄庫）進(jìn)行維護(hù)管理及備份，并通過它實(shí)現(xiàn)報(bào)表生成、歷史曲線的顯示等功能。