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  • 产品名称: 控制系统研究与验证

概述

一般我们所讲的控制系统,特指工业控制系统。工业控制,又称作工业自动控制,或工业自动化控制,是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置(称为控制装置或控制器),使机器、设备或生产过程(统称为控制对象)的工作状态或参数(即被控量)自动地按照预定的规律运行。

现代工业系统必然都会有控制系统,从控制的角度而言,工业系统由控制对象和控制系统两大部分组成。随着控制技术的发展,特别是计算机技术在控制中的应用,控制系统的自动化程度越来越高,随之而来的是控制系统也越来越复杂。大型、复杂的流程工业,比如发电厂、化工厂等,现在都采用集散型控制系统(Distributed Control System),简称DCS,它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统,综合了计算机(Computer)技术、控制(Control)技术、通信(Communication)技术及图形显示(CRT)技术 ,即4C技术,其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。

在进行控制系统研究与验证时,离不开被控对象,离开了被控对象,控制系统就成了空中楼阁,变得毫无意义。然而,我们在研究一个新的控制方法、策略时,以及对一套新设计出的控制系统进行测试验证时,要想将控制系统与实际被控对象连接起来往往是不现实的。比如,在研究新的控制算法时,需要设计建造出一个被控对象系统,如此则需要花费很高的成本;再比如,对新设计出来的控制系统进行验证时,被控对象系统可能尚在建设中,而即使已经建设完毕,将尚未经过测试验证的控制系统直接与实际被控系统相连接,则难免会对系统设备造成损坏,甚至造成人身伤亡的严重事故。

利用被控对象系统的数字仿真模型进行控制系统的研究和验证,可以很好地解决上述问题。利用控制对象系统的仿真模型进行控制系统的研究和验证,有全数字仿真系统和半实物仿真系统两种形式。

 

全数字仿真控制研究及验证系统方案

1所示为全数字仿真控制研究及验证系统的组成结构。

1 全数字仿真控制研究及验证系统的组成

利用SimuWorks组建包含控制系统与被控对象系统在内的整个系统的仿真模型,在SimuEngine的支撑下运行,观察、分析在控制系统作用下的被控对象系统的参数变化情况,从而达到研究、分析、验证控制系统的目的。

DCS的控制逻辑和控制算法经组态、编译后,最终下装、运行在若干个专用的控制器处理单元(DPU)中,在DPU中运行的是嵌入式操作系统。绝大多数DCS厂家都有虚拟DPU软件,该软件运行在PC机上,模拟控制逻辑在DPU中的运行。图1中的“控制逻辑、控制算法”部分,可以由装载了控制逻辑的虚拟DPU软件来代替,同时,“控制I/O仿真模型”则由虚拟DPU软件与SimuEngine之间的数据通信软件代替。数据通信可以采用通用的工业通信协议,如OPC协议、Modbus协议等。

 

半实物仿真控制研究及验证系统方案

2所示为半实物仿真控制研究及验证系统的组成结构。

2 半实物仿真控制研究及验证系统的组成

控制器及控制器I/O采用实物,而被控对象系统、控制执行机构及数据采集系统采用数字仿真模型,SimuEngine直接与实际控制器进行数据通信。根据实际情况,控制执行机构和/或数据采集系统也可以采用实物。