一種基于在線決策的控制系統組成及特點分析

劉莉

摘 要：文章主要介紹了一種基于在線決策的控制系統的思路，在線決策控制系統的組成及特點，在線決策控制系統的應用及前景展望。

關鍵詞：控制；在線決策控制；AF2000；監控系統

中圖分類號：F270 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）5-0059-02

用自動化技術對高能耗行業進行技術改造，提高自動化控制水平和管理水平、節能降耗、提高生產能力和質量，在高能耗行業推廣應用，可使傳統行業有效地降低能源消耗，調整能源結構，并且有效地促進資源的循環利用，控制廢氣物的排放，提高生產效率和經濟效益，加強企業的可持續發展能力，改造傳統產業的節能方式，有著良好的社會效益和經濟效益。

在流程工業中，由于被控量與多個參數之間有復雜的關系，不能直接用線性關系表達出來，而這種復雜的關系如果采用傳統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流程工業中的控制點進行控制的想法迫在眉睫。

1 思路形成

傳統的控制系統是單輸入單輸出的系統，而對于流程工業來說，傳統的控制系統已經不能滿足現場的控制要求，隨著信息技術、計算機技術的快速發展及其他相關學科的發展和相互滲透，也推動了控制科學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，通過在線實時判斷對象工況來采用不同的控制策略進行控制的思路，是解決流程工業中工況變化多，各變量相互關系復雜的一種有效的控制方法。

傳統的控制方法是針對某個控制點設計固定的控制回路。在線決策控制對同一個控制點有多個控制回路對應，每個控制回路不僅可以單獨工作，并且還能夠達到較好的控制效果。它通過分析評價當前的工況、歷史趨勢，在線隨機地調整控制算法，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的控制方式，因此，它是可以滿足流程工業中工況變化復雜，系統難以采用單一信號進行控制的一種思路方法。

2 在線決策控制系統的原理

在線決策控制系統在融合

傳統控制、智能控制、仿人控制、軟測量計算等方法，以及在線仿真技術都是在線決策控制系統的基礎，它正是在融合這些方法和技術的基礎上，形成的不屬于任何一種傳統的控制系統。傳統的控制方法難以解決被控對象動態特性較大的系統，在線決策控制系統不僅僅能夠在線改變控制系統的的參數，而且還能夠通過在線決策控制實時改變控制方案等，提高系統的強適應能力，從技術及方法上解決問題。

在線決策控制系統的原理框圖如圖1所示：

3 在線決策控制系統的組成

在線決策控制系統由通訊軟件、支撐軟件、監控軟件、硬件系統組成。

其組成框圖如圖2所示：

其主要完成數據采集。一般情況下，有二種方式可以實現。一個是通過如帶有RS-485通訊模塊的儀表進行數據采取，另一個是通訊協議，目前OPC通訊協議已被廣泛應用，OPC進行數據采集將是一種趨勢。

3.2 支撐軟件

在線決策控制系統是在AF2000的技術上開發的控制軟件系統，AF2000是基于 [R][windows] NT平臺的支撐軟件，它不但繼承了UNIX平臺的很多種功能，而且還充分發揮了 [R][windows]NT平臺得人機交互優勢，使在AF2000下開發控制系統軟件更方便和快捷，進一步提高運行效率。其數據庫能支撐多達400多萬點，管理措施很安全，AF2000采用可視化建模工具建模，有很強的實時能力，可精確到毫秒。

3.3 監控系統

監控系統是為控制系統開發創造良好的人機溝通的環境。它具有以下六種特色：第一，此系統基于 [R][windows] NT平臺，在操作員站上提供了友好的監控人機界面。第二，此系統能夠將現場數據直觀地顯示在流程圖上，并提供關鍵的參數表，以及動態顯示參數的報警狀態。第三，此系統可動態顯示所有參數的變化趨勢，任意組合曲線組。第四，此系統存儲數據時能夠按照不同的模型進行準確的統計分析、基于靈活組態的歷史趨勢來進行查詢，也可導出歷史數據，在Excel中編輯和分析。第五，此系統提供了對IO模塊的自診斷功能，可在線圖形化顯示各個模塊的健康狀態，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，此系統可以提供所有的日志記錄、流程圖界面、報表、趨勢圖均提供預覽/打印服務，便于輸出存檔。

3.4 硬件系統

硬件系統是用來存放通訊軟件、支撐軟件、監控軟件的平臺及將控制信號直接作用于執行機構的設備。硬件系統包括：中控室在線工作站（PC機作為在線工作站終端機）、現場在線決策控制站（在線決策控制柜，作為在線決策控制系統和DCS系統切換及在線決策控制系統對現場的控制）、I/O模塊（作為數字信號和模擬信號的接收與發送）、光電轉換器、電源等配件。

硬件系統在利用現有資源的同時，保證新系統的投入與現有DCS系統的無擾動切換，不會影響現場原有測控回路的正常運行。本系統所采用的技術和產品，是目前先進和成熟的，并有充足的備件和技術支持；對于產品的選型，在滿足同樣功能的前提下，盡量選用價格適中的品牌。保證新系統與原系統的通訊之間無縫對接。

4 在線決策控制系統的特點

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，同時又包含了多種的學習算法。控制系統可在不同的工況下在線改變控制算法以及控制參數，保證使在不同的工況下都能達到滿意的控制效果。

4.2 方案在線決策

傳統的控制方法難以解決被控對象功態特性較大的系統，在線決策控制系統通過在線決策控制實時改變控制方案，從而實現系統較強的適應性和控制能力。

4.3 標準化流程

在線決策控制系統采用“至上而下”的設計思路，對不同的系統，可以根據系統的控制點相應的增加減少對應的控制程序，可操作性強。

4.4 高度模塊化

在線決策控制軟件是高度模塊化的，各功能塊間相互獨立，這樣更有利于算法庫的擴充，可根據實際情況增加減少功能模塊，同時又使控制功能更加多樣化，控制算法靈活性增加，便于維護、改進。

4.5 安全可靠

在線決策控制系統采用多項措施來保證系統運行的安全：輸入/輸出信號均經隔離，抗干擾強；設有2級手/自動切換；系統設計為7層結構，有專門的安全層進行分析和控制系統的安全，結合最新的在線預測的理論與實踐，以保證系統安全穩定可靠且處于最佳穩定工況運行來保證系統的安全。

4.6 系統運行經濟

在線決策控制系統能按照規定的產品質量要求，制出合格的產品，以保證系統運行經濟。

4.7 保證系統的穩定運行

在線決策控制系統將仿真和控制技術相結合，在具備核電站級安全性能的仿真與控制同平臺的系統軟件AF2000的支持下，實現在線決策控制，增強系統的預測能力。在線決策以達到適應各種工況變化的目的，同時控制對策的高級智能化的整合使系統可連續可靠運行，更能適應不同的運行工況，保證了控制系統長期穩定運行，成為“不倒翁”系統，使系統達到自動穩定運行。

4.8 減輕操作人員勞動強度

在實際運行中，如要通過手動操作取得經濟、可靠、安全運行，則操作量非常大，通過在線決策控制系統可以實現自動控制可減輕操作人員勞動強度。

4.9 提高生產能力和產品質量

通過在線決策控制系統的自動投入可以使得系統長期在一個穩定的工況下運行，挖掘各設備的潛能，提高生產能力，同時通過適當的調整系統各設備，使得能保證生產出來的產品質量。

4.10 降低能耗

在線決策控制系統可根據本身的最佳穩定工況確定運行方式，通過穩定工況來減少能耗。

5 應用與前景展望

在線決策控制系統目前廣泛的被應用到電廠及水泥廠的各系統設備中去，能實時控制流程工業中生產設備的運行參數，能夠實現穩定運行、降低能耗的目的。通過在線決策控制系統的應用，對突破我國流程工業節能降耗技術，會有非常重要的作用。在未來的發展，在線決策控制系統將會迎來更快的發展與和更普遍的應用。

參考文獻：

[1] 游景玉.論數字化鋼球磨煤機制粉系統的實現[J].熱工自動化信息，2003，（3）.

[2] 游景玉，成廣，李開升.數字化鋼球磨煤機控制系統商品化實施和效果[J].中國電力，2003，（12）.