網(wǎng)絡(luò)化控制模型的設(shè)計(jì)

摘要：文章首先介紹了網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)模型裝置的設(shè)計(jì)，分別闡述了控制實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼w設(shè)計(jì)和以太網(wǎng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。上層監(jiān)控軟件采甩LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)。然后針對參數(shù)整定過程中出現(xiàn)的困難，提出了將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID自整定技術(shù)應(yīng)用到該系統(tǒng)中的方案。該模型裝置包含了工程應(yīng)用中許多控制參數(shù)，可以滿足不同程度的仿真實(shí)驗(yàn)和研究需要。
關(guān)鍵詞：過程控制；網(wǎng)絡(luò)控制；以太網(wǎng)；LabVIEW；比例-積分-微分控制器

0 引言
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，Internet正在把全世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)逐漸集成起來，形成信息高速公路，形成公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)的工業(yè)控制領(lǐng)域也正經(jīng)歷一場前所未有的變革，從傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)向以網(wǎng)絡(luò)化為特征的控制方向發(fā)展，形成了新的控制網(wǎng)絡(luò)。
控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)從最初的計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)(CCS)，到第二代的集散控制系統(tǒng)(DCS)，發(fā)展到現(xiàn)在流行的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)。而以太網(wǎng)又逐漸與現(xiàn)場總線結(jié)合并進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域。
網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展使自動化系統(tǒng)與工業(yè)控制系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)、控制方法、人機(jī)協(xié)作方法等都發(fā)生了重大變化，一方面，自動化與工業(yè)控制需要更深層次地滲透通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。另一方面，通信網(wǎng)絡(luò)的管理與控制也要求更多地采用控制理論與策略。同時也帶來了新韻課題，其中之一就是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的控制方法與算法需要創(chuàng)新。
因此，本文針對網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)進(jìn)行了模型的設(shè)計(jì)研究，本模型具有很好的開放性和可靠性，不但能夠模擬工業(yè)現(xiàn)場的某些常見被控對象，進(jìn)行具體控制回路設(shè)計(jì)，而且可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境下控制算法應(yīng)用與改進(jìn)的具體研究。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
此網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)模型的硬件系統(tǒng)主要分兩個部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別是：現(xiàn)場控制模型裝置的設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建設(shè)。
1．1 現(xiàn)場控制模型裝置的設(shè)計(jì)
系統(tǒng)現(xiàn)場模型裝置是基于工業(yè)過程物理模擬對象，用于模擬工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)際被控對象的多功能實(shí)驗(yàn)裝置。系統(tǒng)參數(shù)全面，涵蓋了工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場中液位、流量、壓力、溫度等典型熱工參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識、單回路控制、串級控制、前饋控制、比值控制等多種控制形式。
現(xiàn)場控制模型裝置主要由加熱爐、上位水箱、中位水箱、下位水箱和儲水箱以及電磁閥、水泵、溫度、壓力、流量等現(xiàn)場儀表組成。現(xiàn)場控制模型裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1．2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的建設(shè)
以太網(wǎng)具有傳輸速度高、低耗、易于安裝和兼容性好等方面的優(yōu)勢，由于它支持幾乎所有流行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，所以在商業(yè)系統(tǒng)中被廣泛采用。近些年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，由于交換技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)帶寬的大大增加，以太網(wǎng)開始與現(xiàn)場總線技術(shù)結(jié)合進(jìn)入控制領(lǐng)域，形成了新型的以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。本平臺網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采用以太網(wǎng)控制系統(tǒng)。
用NI公司生產(chǎn)的具有以太網(wǎng)接口的FieldPoint網(wǎng)絡(luò)模塊，配合合適的I／O模塊和模擬儀表，可以對現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ脱b置的溫度、液位等參數(shù)進(jìn)行以太網(wǎng)控制。以太網(wǎng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。