通過SCADA -PLC - OPC和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)基于PID的串級控制系統(tǒng)的實驗驗證

1、通過SCADA-PLC-OPC和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)基于PID的串級控制系統(tǒng)的實驗驗證摘要：本文提出了一種簡單的串級控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，通過許多結(jié)構(gòu)來驗證這個過程，例如SCADA， PLC， OPC和因特網(wǎng)。個別架構(gòu)的性能和有效性進行評估是根據(jù)數(shù)據(jù)速率、上升時間，峰值時間和穩(wěn)定時間的基礎(chǔ)上。在這項研究中，PID被Micrologix1200 PLC上實現(xiàn)和的RSView-32 SCADA系統(tǒng)已被用于與RSLinx通訊軟件。在PLC-SCADA控制回路與功能，如實時數(shù)據(jù)分析，設(shè)定點的修改，自動報表生成和集成與MS-Excel和MS-Access數(shù)據(jù)的實現(xiàn)。項目數(shù)據(jù)分析的增強是通過PLC與Labview的

2、整合有效地完成。工藝參數(shù)的遠程監(jiān)測和控制是使用NET-ENI 。所獲得的結(jié)果證明了常規(guī)基于SCADA控制系統(tǒng)可以進一步顯著的增強多用PLC以及NI-OPC服務器。關(guān)鍵詞：串級控制系統(tǒng)，PID，監(jiān)控，PLC，因特網(wǎng)1、簡介最近的幾十年，可編程邏輯控制器（PLC ）已被廣泛接受的各種工藝行業(yè)，是一種固態(tài)裝置設(shè)計用于執(zhí)行邏輯功能。PLC有幾個已知的特點包括，靈活性，可靠性，低功耗和易于擴展的。該軟件抽象層改變了擴展和優(yōu)化控制過程，而不是僅僅要求內(nèi)部重新布線。甚至從長遠來看SCADA代表的監(jiān)督，控制和數(shù)據(jù)采集，提供工藝參數(shù)的圖形可視化表示形式。它創(chuàng)建控制和監(jiān)視工藝參數(shù)可通過GUI界面的可能性。PLC可

3、以通過信息標簽SCADA系統(tǒng)通信。在文獻中，許多報告發(fā)現(xiàn)相關(guān)的PLC的成功整合和SCADA的應用程序。在如今控制行業(yè)的發(fā)展情形下，越來越多的精密的儀器被發(fā)明，它支持更高的數(shù)據(jù)速率。在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化提出新的并且已經(jīng)強化的已通過OPC服務器實現(xiàn)的功能。OPC是指開放式過程控制，它提供了開放式的連接，用于工業(yè)自動化，規(guī)范被定義為一組對象，接口和方法，以促進互操作性。許多研究報告中發(fā)現(xiàn)與文學相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)介導自動化過程。同樣，研究人員和教育團體一直致力于遠程監(jiān)控，適用于課堂教學控制的實施。所有領(lǐng)先的PLC廠商包括西門子，艾倫-布拉德利都已經(jīng)開始為了提高生產(chǎn)率而研發(fā)適應網(wǎng)絡(luò)功能的自動化。在這項研究中，常

4、規(guī)的級聯(lián)控制工作站的性能得到增強PLC與NI-OPC服務器接口。串級控制系統(tǒng)的水平（主要過程）和流量（二級）過程的結(jié)合。該SCADA系統(tǒng)開發(fā)與PID控制器。控制系統(tǒng)的特點也在進行了研究，并得到了參數(shù)整定。串級控制系統(tǒng)已通過性能指標，如高峰時間，上升時間和穩(wěn)定時間進行了分析。還有算錯誤值，如，積分方誤差（ ISE）和積分絕對誤差（ IAE ）。在PLC通過MODBUS通訊實現(xiàn)了實驗研究之前，假設(shè)被制成，顯著增強，可實現(xiàn)在傳統(tǒng)系統(tǒng)采用PLC和NI-OPC服務器的假設(shè)是由所獲得的結(jié)果事后證明。2、介紹有關(guān)級聯(lián)過程控制系統(tǒng)該實驗是用其示于圖1級聯(lián)控制系統(tǒng)進行。串級控制過程是通過采用Modbus通信的串

5、行雙回路PID控制器（ ADAM-4022T ，M /研華，德國） ，它們分別具有模擬和數(shù)字輸入和輸出。所述控制單元是由一差壓變送器，液位變送器和壓力的電流（I / P）轉(zhuǎn)換器支持。氣動調(diào)節(jié)閥控制進料口和相應的流量使用羅塔計測定。液位變送器被用作初級測量設(shè)備和流量變送器充當二次測量裝置。連同必要的管道與潛水泵的單元被安裝為桌面系統(tǒng)。該操作是將液位變送器測量水箱中的電平并將其提供給所述控制器基于所述誤差值。該控制器產(chǎn)生控制器輸出中的4-20毫安和相同的范圍是考慮到其產(chǎn)生的壓力相當于在3-15磅的范圍內(nèi)的I / P轉(zhuǎn)換器。壓力致動而打開或關(guān)閉，并最終誤差值被帶到零的氣動控制閥。該模型是通過USB接

6、口連接到個人計算機。過程自動化是通過SCADA的編程和同樣是在這兩個運行時和開發(fā)的模式進行操作。一般而言，實驗的運行時間模式和可視化和修改在開發(fā)模式中進行。串級聯(lián)控制互連的PLC和最終的過程變量是由在通過互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，它被示于圖2的遠程站可用。2.1串級控制系統(tǒng)的數(shù)學表達主控制器是美聯(lián)儲設(shè)定值和實際的過程變量。根據(jù)誤差值之間的差額，控制器產(chǎn)生的輸出反過來作為設(shè)置點的二次回路。該比較器產(chǎn)生輸出，是設(shè)定點和實際二次回路的過程值之間的差額。誤差值是給它產(chǎn)生的輸出會導致最終控制元件的驅(qū)動輔助控制器。級聯(lián)過程被認為是主回路（級進程）和二次回路（流動過程）的傳遞函數(shù)的乘積。他傳遞函數(shù)為級聯(lián)控制系統(tǒng)是使用兩個

7、時間常數(shù)法得到的傳遞函數(shù)是由于在公式（1 ）從實驗數(shù)據(jù)獲得的。3、SCADA-PLC相關(guān)概述本的RSView-32基于SCADA創(chuàng)建顯示過程變量的6數(shù)字動態(tài)顯示，設(shè)定點，控制器的輸出，比例增益，積分增益和其示于圖3微分增益。圖、1串級控制系統(tǒng)的示意圖標記數(shù)據(jù)庫中包含的數(shù)據(jù)需要在RSView-32顯示屏中顯示。數(shù)據(jù)庫中的每個條目被稱為標簽，例如，一個標簽可以在可編程控制器代表一個過程變量。標簽的動態(tài)更新前是可能的，當它是必需的，并最終存儲在計算機存儲器作為。通信信道建立在設(shè)備節(jié)點的配置之前。圖二 、實驗裝置的功能框圖綜上所述SCADA支持圖形顯示稱為RSTrendx和模型示于圖4。它繪制變量的值

8、相對于時間的。RSTrendx持有本以及過去的值因而它的數(shù)據(jù)記錄的過程。在RSTrendx ，該頁面包含兩個命令按鈕即HISTDATA和RETURN 。該HISDATA是用來收集關(guān)于時間的過程變量。當HISTDATA選擇它定位到數(shù)據(jù)的樣本被導出到數(shù)據(jù)庫的Microsoft Access的新一頁。為了實現(xiàn)這一RSLogviewer工具被使用。這里使用的PLC是AB MicroLogix 1200控制器控制器，它有14個數(shù)字輸入和10路數(shù)字量輸出。該控制器具有各種獨特的功能，如人機界面，降低了系統(tǒng)成本，它需要很少的配置過程。該控制器的掃描時間估計約2.6毫秒。模擬DIP開關(guān)可以配置為電流和電壓。P

9、LC的使用梯形邏輯的RS Logix的500編程。圖3、截屏的RSView 32的前面板級聯(lián)過程完成PLC與SCADA系統(tǒng)的互連使用的RSLinx ，在RSLinx中可以配置為多種應用，如的RSView 32 ，使用微軟Office ，網(wǎng)頁及/或Visual Basic用戶可配置的數(shù)據(jù)采集。它集成了先進的數(shù)據(jù)優(yōu)化技術(shù)，其中也包含了一套診斷工具。PLC可以為了建立與NI-OPC服務器19通信配置新DDE / OPC 。這項工作導致增加一個用戶可配置的訪問路徑的服務器。該路徑創(chuàng)建訪問PLC中的所有可用的寄存器從任何OPC客戶端軟件的可能性。該路徑創(chuàng)建訪問PLC中的所有可用的寄存器從任何OPC客戶端

10、軟件的可能性。在LabVIEW環(huán)境中，六應建立使用的DataSocket連接來連接OPC服務器。接著，在建立連接的RSLinx與OPC服務器。服務器名稱設(shè)置為的RSLinx OPC服務器和項目名稱的形式為訪問路徑項目。凈-ENI作為一個以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，通過它從PLC中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紼NI-W實用的網(wǎng)頁。這個TCP / IP協(xié)議的通信創(chuàng)建訪問PLC和工藝設(shè)備從任何地方通過調(diào)用與ENI-W效用主頁相關(guān)聯(lián)的IP地址的可能性。凈-ENI使用全雙工協(xié)議，并允許與最多六個裝置或應用程序同時通信。PLC的數(shù)據(jù)在廣域網(wǎng)（WAN ）通過NET-ENI架構(gòu)提供。圖4、屏幕截圖RSTrendx顯示3.1 基于PLC的P

11、ID控制器的實現(xiàn)通過發(fā)送一個輸出信號給控制閥21，控制流量的PID指令是在AB微LOGIX 1200 PLC實現(xiàn)。PID控制器調(diào)諧，以滿足典型的目標，如最低穩(wěn)態(tài)誤差，不敏感負載擾動和可接受的瞬態(tài)響應，設(shè)置點的變化和干擾。在實踐中，比例帶（PB）的選擇，積分時間（ KI）和微分時間（KD）是設(shè)定點的跟蹤和干擾之間的折衷。從PID的輸出信號是高的，當它發(fā)現(xiàn)設(shè)定點和過程變量輸入之間的誤差較大。交替地，對于較小的誤差，將其送至小的輸出信號。一個額外的值（前饋或偏置）已經(jīng)被添加到控制輸出作為偏移。將PID結(jié)果（控制變量）驅(qū)動朝向設(shè)定點的過程變量。PID指令的使用RSLogix 500編程軟件實現(xiàn)梯級上。

12、在圖5軟件設(shè)置屏幕提供了訪問指南并說明PID指令配置參數(shù) 。4、結(jié)果與討論對實驗結(jié)果進行個別處理，例如流量和水平及對級聯(lián)控制處理系統(tǒng)獲得的。串級控制系統(tǒng)的行為是有和無的PLC通過分析估算的性能指標，如建立時間，上升時間和如圖6高峰時間。 從結(jié)果中可以觀察到，當它具有PLC的互連一起的SCADA系統(tǒng)的性能得到了提高。此接口將創(chuàng)建的設(shè)定點修改精確跟蹤的可能性。該系統(tǒng)的整體性能顯著改善，并最終變得更穩(wěn)定。在所有獲得的結(jié)果，該系統(tǒng)具有PLC-SCADA接口顯示較快的穩(wěn)定時間和時相比，該過程與單獨的SCADA接口，它被示于表1中的上升時間。結(jié)果證明，在PLC-SCADA界面幫助系統(tǒng)仿真這是用matlab

13、做是為了獲得而且類似的行為。圖5、 PID參數(shù)設(shè)定畫面圖6、串級控制系統(tǒng)的性能特點應該指出， PLC的數(shù)據(jù)速率為2.6毫秒，所以當PID在PLC中的實現(xiàn)，算法顯然得到更多的數(shù)每秒采樣。因此，親duces多個輸出的數(shù)字采樣控制閥，導致更好的解決系統(tǒng)，對各種設(shè)定點值。表1、串級控制系統(tǒng)的性能分析該實驗也趨于接口基于PLC的過程中使用NI-OPC服務器和顯著成效，得到這顯示inFig7 。LabVIEW的工具允許編程和接口，用于在各種應用中的外部設(shè)備的用戶。成功的演習都是為了通過的RSLinx的OPC服務器連接，PLC與Labview的。它使用戶能夠監(jiān)視來自PLC在Labview的窗口的數(shù)據(jù)。它使用

14、戶能夠監(jiān)視來自PLC在Labview的窗口的數(shù)據(jù)。感測到的與該接口機制的主要優(yōu)點是不斷變化的數(shù)據(jù)速率是可取的，即使在微秒術(shù)語的賦能，而PLC的數(shù)據(jù)速率不能被修改過廣泛。因此，提高了通信系統(tǒng)的性能，因為它支持的設(shè)備在更高的數(shù)據(jù)速率進行操作。服務器-客戶端架構(gòu)是通過NET-ENI里面有標準的TCP / IP通信協(xié)議棧建立。通過調(diào)用PLC的IP地址，從過程中的數(shù)據(jù)進行監(jiān)控和使用ENI-W實用的網(wǎng)頁控制。前面板被創(chuàng)建來顯示最多有職稱17網(wǎng)絡(luò)鏈接。第一七通與，四個數(shù)據(jù)視圖頁面，一個活動頁面，診斷頁和參考頁關(guān)聯(lián)。下面的屏幕截圖配置的Web主頁如圖8 。圖7、基于PLC的串級控制系統(tǒng)的NI-OPC服務器接口圖8、基于PLC的串級控制系統(tǒng)的網(wǎng)站主頁通信是較為簡單的，匹配數(shù)據(jù)速率類似于以太網(wǎng)連接。在互聯(lián)網(wǎng)寬帶的作用，對通信過程中的觀察不是很明顯。換句話說，沒有顯著的互聯(lián)網(wǎng)時間延遲和它的影響，對系統(tǒng)的性能起到非常大的作用。進一步的實驗分析，需要對所得到的結(jié)果數(shù)據(jù)為在工業(yè)應用中的PLC-SCADA-OPC服務器接口的有效使用。智能控制器需要進行調(diào)整，以便控制系統(tǒng)成為非常理想的運營商。安全系統(tǒng)也需要得到加強，并最終操作人員的安全也應該得到保障。5、結(jié)論通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析串級控制系統(tǒng)的性能，如通過SCADA ， PLC，