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1、基于FF总线实现水箱系统动态矩阵控制jiangf导语：FF现场总线技术与传统DCS相比,系统布线投资明显减少,而网络功能那么大大加强。FF现场总线系统是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支构造的通讯网络，与现行控制系统相比，具有如下技术上风:现场总线用数字信号代替传统的模拟信号，测量精度高,抗干扰才能强；基于总线的现场仪表可以对量程和零点进展远程设定，具有仪表工作状态自诊断功能，能进展多参数测量和对环境影响的自动补偿;现场设备集检测、转换、运算和控制功能于一体,既降低了本钱，又增加了平安性和可靠性。所有现场设备直接通过一对传输线即现场总线连接，减少了连线的数目,易于安装和维护
2、，节省费用、调试和维修本钱。本实验测控系统采用JBS2GK03经过控制实验装置,并采用中科院沈阳自动化研究所开发的FFH1OPC效劳器MicroCyber.FFServer.1作为OPC效劳器。该效劳器符合OPC组织制订的OPCDA2.0标准标准。OPC客户端与效劳器之间的通讯符合OPC的自动化接口标准要求，利用Matlab7.0支持OPC标准的新功能，实现了用户端与效劳器端的通讯。动态矩阵控制算法在客户端通过Matlab的M语言实现，充分发挥了矩阵计算语言简洁、高效的上风。本实验测控系统采用的JBS2GK03经过控制实验装置,被控参数变量为液位、流量、温度和压力。该经过为自衡非振荡,具有互相
3、影响的双容经过，其数学模型可用如下传递函数描绘:式中，Kp,Tp,分别为经过的增益、时间常数和时滞。由上位机的OPC效劳器实时获取FF现场总线收集现场设备数据并动态显示。OPC效劳器MicroCyber.FFServer.1每秒钟刷新一次,实现设备的实时数据和历史数据分享以及报警等功能。OPC客户端与效劳器之间的通讯符合OPC的自动化接口标准要求，利用matlab7.0支持OPC标准的新功能，实现用户端与效劳器的通讯。动态矩阵控制算法通过Matlab的M语言在监控端实现，利用其强大的计算与动态显示才能对水箱系统进展动态矩阵控制。并将OPC效劳器的历史数据保存在Matlab的数组中，以实现对历史
4、数据曲线的实时绘制。本文采用的受控对象为Device1.Flow，组名为Device1。通过Matlab编写的客户端与SQl2000效劳器的ODBC连接，实时与数据库交互。从OPC效劳器读取选项的值，并可以实时将选项的值插入到数据库效劳器中保存为历史数据。需要时，可以通过选项随时将历史数据进展回调，进展查询、更新、删除等操纵，或用于算法控制和绘制历史曲线图。进而可以实现OPC效劳器和历史数据效劳器的分布式治理。本设计中采用的NCS-IF105设备可以接收四个通道020mA模拟信号，并转换成FF现场总线信号。而NCS-LD105现场总线网关那么可用于各种采用FFH1现场总线设备的控制系统当中，不
5、仅可将FFH1总线设备无缝集成到以太网网络中，还可扩展FFH1应用。客户端与OPC效劳器通讯首先，Matlab客户端应先生成OPC效劳器支持的OPC对象。OPC数据访问对象由分层构造构成，即一个OPC效劳器对象具有一个作为子对象的OPC组集合对象OPCGroups。在这个OPC组集合对象里可以添加多个OPC组对象。各个OPC组对象都具有一个作为子对象的OPC标签集合对象,在这个标签集合对象里可以添加多个OPC标签对象。用MatlabM文件编写OPC客户端程序包含以下步骤：1添加效劳器的引用，创立OPC效劳器对象，并将客户程序与效劳器相连；2连接创立的OPC效劳器对象；3通过阅读整个效劳器中所有
6、的项，添加组对象；4添加OPC项，选择需要的项，将其添加到规定的组中，并显示其值和状态；5启动OPC效劳器。程序和注释如下：hostInfo=opcserverinfo远程/本地效劳器名；%连接远程/本地效劳器allServers=hostInfo.ServerID；da=opcda效劳器名,OPC效劳器名；connectda；sawtoothItems=serveritemsda,受控设备名；itmIDs=控设备名；grp=addgroupda,DemGroup；%增加组itm=additemgrp,itmIDs；%增加工程startgrp；%启动OPC效劳器客户端与SQL数据库效劳器通讯首
7、先，在SQL数据库中建立一个指定名字的数据库，并建立一个名为history的表。表中的字段包括选项的值value、品质quality、时间戳timestamp、效劳器名servername以及设备名device。设置ODBC数据源，建立一个和前面数据库名字一样的数据源，该数据源指向SQL数据库中的同名数据库。测试连接成功后，即可在Matlab中通过编写M文件实现与数据库的连接，并建立一个工作空间数组存储来自数据库的数据，通过执行命令的方式实现选择、插入数据等操纵。关键程序及注释如下所示：首先，实现建立连接对象，实现与数据库效劳器的连接。conn=database数据源名、用户名、用户密码;%连
8、接数据库pingconn；%检查连接状态curs=execconn,selectcountryfrom表名%翻开游标执行SQL语句setdbprefsDataReturnFormat,cellarray%讲明检索数据的格式curs=fetchcurs、10%将数据导入到Matalbcolumnnamescurs%获取列名A=curs.Data%显示游标对象里的所有数据元素，data:,3为获取某一字段的元素值insertconn、表名、字段名、数组名；%将数组的值插入到表的某一字段中closecurs%关闭游标closeconn%关闭连接对象改良的DMC控制程序仿真受控系统数学模型如公式1所示
9、。将阶跃信号作为控制信号作用于受控系统，通过FF现场总线，实时获取一段时间内系统某一受控对象流量的阶跃响应输出，通过Matlab程序读取对应时刻的阶跃响应值，并将时间和对应值存在一个数组中。通过建立受控对象的数学模型，可辨识受控系统的参数，并得到辨识后系统的输出。使用Matlab7.0的OPC工具包，实现客户端程序与OPC效劳器的通讯，使用getitm,value函数来获取效劳器中流量的实时值其中itm=Device1.Flow，然后进展动态矩阵控制。得到控制量后，通过使用writeitm,setvalue函数将控制量写入OPC效劳器，进而控制受控系统。设置模型的时域长度为N=10，优化时域长度为P=3，误差校正向量为h，其长度为N，控制向量为d，其长度为P，预测向量存储在数组y1中。不同的模型时域长度和优化长度对系统性能的影响是不同的，仿真曲线如图1所示。r过大时，预测向量会明显偏离真实的系统响应，对预测不利。当r=20，P=3时，预测与实际响应值一致。可见，在DMC控制算法中，应该公道选择模型时域长度和优化长度才能到达理想的控制效果。FF现场总线技术与传统DCS相比,系统布线投资明显减少,而网络功能那么大大加强。而且该系统可以充分利用各种软件的上风，大大进步软件编程的效率和灵敏性,实际运行结果说明,基于Matlab和OPC技术的FF现场总线的测控系统运行稳定,控制效果良好。