基于PCS7的多级液位控制系统设计与实现(2)
附录B 模糊免疫PID算法的SCL程序 56
附录C 单神经元PID算法的SCL程序 58
1 引言
1．1 课题背景与意义
过程控制在工业自动化中占有极其重要的地位，它覆盖了许多工业部门，如石油、电力、化工、冶金等部门，与国民经济的发展以及人民生活息息相关。实现工业过程的自动化控制，对实现最优化控制，保证生产效率与产品质量，节约能源，提高经济效益，保证生产安全和保护环境减少污染等都有十分重要的意义。
现代化工业生产过程中，许多被控对象往往具有非线性、时变不确定性等特性，难以建立精确的数学模型，应用常规的PID控制算法或许难以达到理想的控制效果。此外常规PID控制器需要整定的参数多、整定方法繁杂，在工业现场中，常规PID控制器会出现整定不良、性能欠佳的情况，且控制器的参数一旦确定便被固定下来，对运行工况的变动适应性较差[1]。因此对于复杂的工业过程，在确定了控制策略的基础上，现场调试仍需耗费很大的时间与精力。
因此，运用先进的智能控制算法，对减少现场的调试复杂度，并使得控制器具有自适应能力来应对工况的突变，提高工业生产力，具有重要的意义。
1．2 现状与发展趋势
1．3 课题任务
在过程控制中，控制算法与控制策略是自动控制系统的灵魂，控制算法的优劣对控制性能的好坏起着决定性的作用。因此本文将重点涉及智能控制算法的学习与仿真。本课题主要包含的先进智能算法有模糊PID算法、模糊免疫PID算法、单神经元PID算法以及BP神经网络PID算法。
在对算法进行Matlab仿真的基础上，本课题要求以PCS7 BOX的硬件环境以及MPCE-1000的过程控制实验系统构成一个简单的分布式控制系统，利用SIMATIC Manager进行软硬件组态，编写智能算法的SCL语言程序，通过连续功能图CFC编写控制回路，并在MPCE-1000实验系统上进行算法的运行调试，完成各种算法的工程实现。
本课题还要求以WinCC监控技术对过程控制系统进行监控。人机界面包括过程界面、参数设置界面、操作和监视界面等，其中监视界面还包含了趋势图表和报警记录等。
2 被控对象分析与描述
2．1 被控对象分析
2.1.1 MPCE-1000实验台简介
MPCE-1000实验系统由小型流程设备盘台、数字式软仪表与接口硬件、系统监控软件及过程模型软件四部分组成。四部分通过小型实时数据库、实时数字通信协调运行，完成各种复杂的半实物模拟实验，例如液位控制、气体压缩、热交换、连续反应以及间歇反应等工业过程的模拟实验。MPCE-1000实验系统可以通过直流4~20mA国际标准A/D、D/A信号与集散控制系统DCS、可编程序控制器PLC、基于PC的控制系统等连接，还可以网络互联，外接微机的控制程序通过以太网控制本实验系统[3]。该实验系统包含丰富的动态数学仿真模型能够模拟出真实的工艺流程，且在精度、信号标准等方面达到了一定的工业要求，是实验技术的一个重大突破，在2004年被确定为全国自动化系统工程师资格认证 (ASEA) 过程控制技能测试专用设备。
2.1.2 三级液位系统的分析
本课题针对实验台的三级液位子系统进行液位控制。三级液位子系统包含第一级卧式储罐、第二级高位计量罐以及第三级釜式反应器，三个储罐都通大气。对象组成见图2.1：
图2.1 三级液位系统组成图
对于该三级液位系统，将其检测变量和执行机构分别归纳为表1和表2：
表1 检测变量
位号 检测点说明 单位