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  • 產品名稱: 控制系統研究與驗證

概述

一般我們所講的控制系統,特指工業控制系統。工業控制,又稱作工業自動控制,或工業自動化控制,是指在沒有人直接參與的情況下,利用外加的設備或裝置(稱為控制裝置或控制器),使機器、設備或生產過程(統稱為控制對象)的工作狀態或參數(即被控量)自動地按照預定的規律運行。

現代工業系統必然都會有控制系統,從控制的角度而言,工業系統由控制對象和控制系統兩大部分組成。隨著控制技術的發展,特別是計算機技術在控制中的應用,控制系統的自動化程度越來越高,隨之而來的是控制系統也越來越復雜。大型、復雜的流程工業,比如發電廠、化工廠等,現在都采用集散型控制系統(Distributed Control System),簡稱DCS,它是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統,綜合了計算機(Computer)技術、控制(Control)技術、通信(Communication)技術及圖形顯示(CRT)技術 ,即4C技術,其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態方便。

在進行控制系統研究與驗證時,離不開被控對象,離開了被控對象,控制系統就成了空中樓閣,變得毫無意義。然而,我們在研究一個新的控制方法、策略時,以及對一套新設計出的控制系統進行測試驗證時,要想將控制系統與實際被控對象連接起來往往是不現實的。比如,在研究新的控制算法時,需要設計建造出一個被控對象系統,如此則需要花費很高的成本;再比如,對新設計出來的控制系統進行驗證時,被控對象系統可能尚在建設中,而即使已經建設完畢,將尚未經過測試驗證的控制系統直接與實際被控系統相連接,則難免會對系統設備造成損壞,甚至造成人身傷亡的嚴重事故。

利用被控對象系統的數字仿真模型進行控制系統的研究和驗證,可以很好地解決上述問題。利用控制對象系統的仿真模型進行控制系統的研究和驗證,有全數字仿真系統和半實物仿真系統兩種形式。

 

全數字仿真控制研究及驗證系統方案

1所示為全數字仿真控制研究及驗證系統的組成結構。

1 全數字仿真控制研究及驗證系統的組成

利用SimuWorks組建包含控制系統與被控對象系統在內的整個系統的仿真模型,在SimuEngine的支撐下運行,觀察、分析在控制系統作用下的被控對象系統的參數變化情況,從而達到研究、分析、驗證控制系統的目的。

DCS的控制邏輯和控制算法經組態、編譯后,最終下裝、運行在若干個專用的控制器處理單元(DPU)中,在DPU中運行的是嵌入式操作系統。絕大多數DCS廠家都有虛擬DPU軟件,該軟件運行在PC機上,模擬控制邏輯在DPU中的運行。圖1中的“控制邏輯、控制算法”部分,可以由裝載了控制邏輯的虛擬DPU軟件來代替,同時,“控制I/O仿真模型”則由虛擬DPU軟件與SimuEngine之間的數據通信軟件代替。數據通信可以采用通用的工業通信協議,如OPC協議、Modbus協議等。

 

半實物仿真控制研究及驗證系統方案

2所示為半實物仿真控制研究及驗證系統的組成結構。

2 半實物仿真控制研究及驗證系統的組成

控制器及控制器I/O采用實物,而被控對象系統、控制執行機構及數據采集系統采用數字仿真模型,SimuEngine直接與實際控制器進行數據通信。根據實際情況,控制執行機構和/或數據采集系統也可以采用實物。