1 导言
现场总线技能的开展使得操控体系在由关闭走向敞开的进程中迈进了一大步。以现场总线为根底的敞开式操控体系开端进入关闭的DCS体系，成为进程操控的开展方向。FF(基金会现场总线)现场总线是一种全数字、串行、双向通讯网络，一起也是一种专门针对进程主动化范畴的运用而规划的现场总线，所以其在规划之初就充分考虑了进程主动化范畴的一些特色，比方总线、供电、实质安全，以及较高的实时性要求等。我国在FF总线技能研讨以及契合FF协议的现场设备产品开发方面己经取得了长足的前进，如中科院沈阳主动化研讨所研发出了各种基金会现场总线产品，例如压力变送器、温度变送器，以及主机接口卡和通讯栈软件等。在DCS年代，先进操控已被证明可认为企业取得巨大的经济效益。先进操控与现场总线的结合是本文评论的主题。现场总线的选用供给了操控战略的更好的完结手法。
本文以在中科院沈阳主动化研讨所规划的根据FF现场总线的网络化测控试验渠道上，规划了双容水箱的液位反应操控回路，并结合具体被控目标提出了将PID操控算法运用到FF现场总线体系的可行性计划，既在OPC服务器MicroCyber.FFServer.1的根底上完结了根据OPC技能的PID操控算法。试验标明，该计划操控作用更好的发挥了现场总线与PID操控的技能优势，取得了预期的操控作用。
2 根据FF现场总线的网络化渠道
本体系包括两个部分：FF现场总线部分和现场操控模型部分，如图1。FF现场总线包括低速现场总线H1和高速现场总线HSE。低速现场总线H1的速率为31.25kbps，可用于温度、液位及流量等操控场合，信号类型为电压信号;高速现场总线HSE的速率为100Mbps，一般用于高档操控、长途输入/输出和高速工厂主动化等场合。现场操控模型能够运用试验室的原有设备，然后节省了出资。原有的模仿外表能够经过电流信号到现场总线信号变送器转接到现场总线。
图1 体系软件运转联络
以单回路液位操控为例，上位机中软件的运转状况：
(1)HSE Init接口软件, 挑选H1网段，HSE接口程序能够与以太网段内的HSE设备，以及LD设备下的H1网段设备进行交互，向组态等上层软件供给数据拜访接口;
(2)运转组态程序FF-Configurator组态软件，改写网段获取体系的现场设备列表和功能块列表，改写网段后，树立运用完结功能块组态，功能块间的连线表明经过现场总线通讯的信号衔接，如图2所示;
(3)FF H1和FF HSE OPC服务器, 每秒钟改写一次，完结设备的实时数据和前史数据同享以及报警等功能;
(4)规划SiaView监控软件，新建一个工程，在目标中挑选PID拖到视图中，与OPC衔接后经过修正可得到一个PID功能块操作面板。
从组态软件的工程窗口的设备中挑选IF-AI1功能块、IF-PID功能块和FI-AO1功能块拖拽到运用视图中衔接装备成一个PID操控回路，见图2。将功能块衔接,树立功能块之间的联络，使功能块之间能够进行参数值的传递并需下载组态信息到现场设备。要使液位操控回路正确运转需求修正功能块的参数值，双击IF-PID功能块，翻开块的参数窗口，将IF-PID中MODE_BLK项下的TARGET参数修正成AUTO形式，读取功能块参数，然后完结单回路的液位操控主动正常的运转。假如想要完结将先进操控算法运用到FF现场总线体系的计划，只需将IF-PID中MODE_BLK项下的TARGET参数修正成MAN形式，具体设置如图3所示，然后经过OPC技能完结进程变量和操控变量的通讯。
图2 运用窗口中装备的PID组态战略
图3 完结先进操控算法时的IF-PID功能块参数表
3 根据OPC的PID操控计划
完结根据FF现场总线的先进操控算法，要先以完结惯例PID操控为根底，包括先进操控算法的软件经过OPC接口来读写硬件设备的信息(作为OPC客户)，经过OPC服务器拜访进程数据，能够战胜异构网络结构和网络协议之间的差异。
3.1 OPC服务器
选用中科院沈阳主动化研讨所供给了OPC服务器MicroCyber.FFServer.1，服务器的地址空间由服务器可读写的一切数据项组成，能够根据需求得到数据项的全称对其进行相关操作。图4为OPC服务器的地址空间图。运用OPC技能完结用VB6.0编写的客户端程序与OPC服务器的通讯，服务器中液位的实时值IF-PID-PV.VALUE，以及自定义变量如液位设定值IF-PID-SP.VALUE，然后进行算法操控，得到操控量，将操控量写入OPC服务器的项FI-PID-OUT.VALUE，然后操控受控体系。
图4 OPC服务器的地址空间图
3.2 OPC主动化接口规范
(1)主动化接口
OPC基金会为便使用户在各种环境下软件开发，为数据拜访规范供给两类接口：主动化接口和定制接口。根据定制接口的开发，需求用到较深的COM/DCOM常识，比较不流畅难明，而运用主动化接口则有以下长处：客户程序能够很容易地运用接口，而无需了解接口的具体内部机理;能够运用事情触发机制;能够生成一个通用的动态链接库(DLL)或控件供一切客户端运用程序运用。
(2)主动化接口的通讯机制
OPC客户程序经过封装的OPC主动化接口动态链接库拜访OPC服务器，如图5所示。该动态衔接库将OPC服务器的定制接口翻译成OPC客户程序期望的主动化接口，以供客户程序调用。OPC客户程序和动态链接库是进程内的通讯，而动态链接库和OPC服务器的通讯则根据COM/DCOM，既能够是进程内或本地的衔接，又能够是长途衔接。封装的动态链接库处理了定制接口的解说和二者的通讯，然后大大简化了OPC客户程序的开发。
图5 OPC客户程序与服务器的通迅
(3)主动化目标模型
OPC客户程序的开发关键在于搞清该动态链接库的封装结构，也即主动化接口规范。该规范能够用图6所示的主动化目标模型表明。它主要由六类目标组成：
OPCServer：OPC服务器的一个实例。只要创立了OPCServer目标今后才干取得OPC服务器的信息，它包括OPCGroups的查找以及OPCBrowser目标的创立;
OPCGroups：能够主动收集到OPCServer范围内客户端创立的一切的OPCGroup目标;
OPCGroup：OPCGroup目标的一个实例。它包括一切的状况信息，并且为OPCGroup中所触及的OPC- Items供给必要的服务;
OPCItems：能够主动收集到OPCServer范围内客户端创立的对应相应的OPCGroup中的一切的OPCItem目标;
图7 完结PID操控的OPC客户程序
该单回路操控进程为自衡非振动，具有相互影响的双容进程。其数学模型可用如下传递函数描绘：
G( s) =
式中, Kp, Tp，τ为进程的增益、时间常数和时滞。式中的各参数可根据阶跃呼应曲线用图解法求得。下面给出确认传递函数的参数的办法：设图7中的操控量为q，测量值为y(∞),新的稳态值为设定值,增益K可由输入输出的稳态值直接算出，而Tp，τ则能够用作图法确认。为了能够随时调用在OPC服务器上收集的测量值y并制作出相应的阶跃呼应曲线，这儿把挑选的数据存放在指定的数据库中(选用SQL2000数据库)。一起也是为了在进行算法的仿真的时分，既能够从前史数据库中取数据，也可随着数据的收集，能够不断改写数据，进行算法的优化，如图8所示。
图8 SQL server 数据库中存取OPC服务器数据
经过FF现场总线的进程操控试验体系的规划进程，论说OPC技能，意图是期望经过VB去开发OPC主动化接口的客户运用程序，完结PID操控算法到OPC 客户运用程序的运用编程，便使用户的运用和体系的保护和晋级，一起研讨SQL Server 2000的数据库体系，用于前史数据的存取以及算法的仿真。怎么完结愈加杂乱的先进操控算法，能够运用OLE主动化技能来完结VB与Matlab混合编程，即用VB编写OPC客户端程序来完结数据通讯，而运用Matlab进行先进操控算法的编写，然后对现场数据进行剖析，是下一步研讨的要点。
