基于FPC2000 DCS的發(fā)酵過(guò)程智能控制系統

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)和計算機技術(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，若操作控制不當，將會(huì )造成極大的經(jīng)濟損失。對于具有高度非線(xiàn)性、時(shí)變性和復雜相關(guān)性的發(fā)酵過(guò)程，為了獲得高的產(chǎn)率和提高經(jīng)濟效益，加強發(fā)酵過(guò)程，為了獲得高的產(chǎn)率和提高經(jīng)濟效益，加強發(fā)酵過(guò)程的監督和控制是非常重要的。

集散控制系統（DCS）是70年代中期發(fā)展起來(lái)的自動(dòng)控制系統裝備，它集計算機軟件和硬件技術(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?？刂品稚?、危險分散，而操作集中、管理集中是DCS的基本設計思想。分層階梯的分布式結構，靈活、易變更、易擴展是DCS的特點(diǎn)。

針對我國發(fā)酵企業(yè)規模相對較小而控制要求較高的情況有必要開(kāi)發(fā)適用于發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化控制的低成本、開(kāi)放型、高性?xún)r(jià)比的集散控制系統。并將智能控制技術(shù)融入傳統的集散控制系統中，采用模糊控制、專(zhuān)家系統與常規控制相結合的技術(shù)，提高控制精度。

2、 FPC2000集散控制系統的硬件結構

從發(fā)酵過(guò)程管理和控制兩方面綜合考慮實(shí)現總體目標最優(yōu)化出發(fā)，企業(yè)管理控制系統可分為3級，即管理級、監控級和直控級，構成管控一體化的綜合系統。

FPC2000DCS系統硬件主要由直控級控制站、監控經(jīng)計算機系統、數據通信系統和管理計算機系統四部分組成，系統硬件結構如圖1所示。監控級計算機通過(guò)現場(chǎng)過(guò)程總線(xiàn)，最大可接128個(gè)直控級控制站。管理計算機通過(guò)局域網(wǎng)與監控級計算機相聯(lián)，具有將生產(chǎn)現場(chǎng)控制和生產(chǎn)管理集成的功能。

直控級控制站采集現場(chǎng)測量信號經(jīng)運算后交結果送回現場(chǎng)執行器對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，它是DCS的基礎，其它部分都是有賴(lài)于它才能發(fā)揮作用?？刂普就ǔ０惭b在工業(yè)現場(chǎng)，通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)與監控級計算機相連。常用的控制單元如下：?jiǎn)位芈坊螂p回路智能表、可編程控制器（PLC）、多功能控制器、數據采集器、變頻器等。

監控級計算機系統主要履行工程師站、操作員站、實(shí)時(shí)通訊、實(shí)時(shí)數據庫管理及系統監視、優(yōu)化運算等功能。管理級計算機系統主要履行管理（調度）決策職責。

要構成這樣的三經(jīng)集散控制系統，其核心的問(wèn)題是聯(lián)網(wǎng)功能，它包括監控經(jīng)與管理經(jīng)之間構成的局域網(wǎng)絡(luò )（目前采用廣泛使用的3+網(wǎng)或Novell網(wǎng)）、各控制單元與監控級之間構成的現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )（最簡(jiǎn)單的辦法是用RS485串行通訊方式，對于上述各過(guò)程控制單元和監控計算機都有標準的串行通訊接口，實(shí)現起來(lái)較容易。這種通訊方式當控制單元較多時(shí)效率較低，所以適用于中小型系統）。

3、 FPC2000DCS 系統軟件及功能

3.1 組態(tài)軟件的層次結構

FPC2000DCS軟件是基于Windows98、WinNT平臺使用，為用戶(hù)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程序設計語(yǔ)言進(jìn)行編程設計。

FPC2000DCS工控組態(tài)軟件的結構可分3個(gè)層次，如圖2所示，底層是與直控級控制站相連的輸入輸出接口數據處理層，它主要完成上層軟件與直控級控制站之間的數據信號的轉換和緩存。中間層是實(shí)時(shí)數據庫控制層，實(shí)現實(shí)時(shí)數據、歷史數據、設備數據等數據之間的關(guān)聯(lián)和控制，并對圖形顯示模塊、實(shí)時(shí)趨勢模塊和報警模塊進(jìn)行控制。上層是關(guān)系型數據庫控制層，主要完成用戶(hù)對數據庫提出的各種操作查詢(xún)請求，根據要求定期對數據庫（包括實(shí)時(shí)數據記錄庫、登錄庫和其它的事件、操作、故障記錄庫）進(jìn)行維護管理及備份，并通過(guò)它實(shí)現報表生成、歷史曲線(xiàn)的顯示等功能。