網絡化控制模型的設計

摘要：文章首先介紹了網絡化控制技術模型裝置的設計，分別闡述了控制實驗模型的整體設計和以太網控制系統的設計。上層監控軟件采甩LabVIEW圖形化開發環境設計。然后針對參數整定過程中出現的困難，提出了將神經網絡模糊PID自整定技術應用到該系統中的方案。該模型裝置包含了工程應用中許多控制參數，可以滿足不同程度的仿真實驗和研究需要。
關鍵詞：過程控制；網絡控制；以太網；LabVIEW；比例-積分-微分控制器

0 引言
隨著網絡技術的發展，Internet正在把全世界的計算機系統、通信系統逐漸集成起來，形成信息高速公路，形成公用數據網絡。在此基礎上，傳統的工業控制領域也正經歷一場前所未有的變革，從傳統的控制系統向以網絡化為特征的控制方向發展，形成了新的控制網絡。
控制系統的結構從最初的計算機集中控制系統(CCS)，到第二代的集散控制系統(DCS)，發展到現在流行的現場總線控制系統(FCS)。而以太網又逐漸與現場總線結合并進入工業控制領域。
網絡的發展使自動化系統與工業控制系統在體系結構、控制方法、人機協作方法等都發生了重大變化，一方面，自動化與工業控制需要更深層次地滲透通信與網絡技術。另一方面，通信網絡的管理與控制也要求更多地采用控制理論與策略。同時也帶來了新韻課題，其中之一就是網絡環境下的控制方法與算法需要創新。
因此，本文針對網絡化控制技術進行了模型的設計研究，本模型具有很好的開放性和可靠性，不但能夠模擬工業現場的某些常見被控對象，進行具體控制回路設計，而且可以進行網絡化環境下控制算法應用與改進的具體研究。

1 硬件系統設計
此網絡化控制技術模型的硬件系統主要分兩個部分進行設計，分別是：現場控制模型裝置的設計和網絡控制系統的建設。
1．1 現場控制模型裝置的設計
系統現場模型裝置是基于工業過程物理模擬對象，用于模擬工業生產現場的實際被控對象的多功能實驗裝置。系統參數全面，涵蓋了工業生產現場中液位、流量、壓力、溫度等典型熱工參數，可實現系統參數辨識、單回路控制、串級控制、前饋控制、比值控制等多種控制形式。
現場控制模型裝置主要由加熱爐、上位水箱、中位水箱、下位水箱和儲水箱以及電磁閥、水泵、溫度、壓力、流量等現場儀表組成。現場控制模型裝置結構如圖1所示。

1．2 網絡控制系統的建設
以太網具有傳輸速度高、低耗、易于安裝和兼容性好等方面的優勢，由于它支持幾乎所有流行的網絡協議，所以在商業系統中被廣泛采用。近些年來，隨著網絡技術的飛速發展，由于交換技術以及網絡帶寬的大大增加，以太網開始與現場總線技術結合進入控制領域，形成了新型的以太網控制網絡技術。本平臺網絡控制系統采用以太網控制系統。
用NI公司生產的具有以太網接口的FieldPoint網絡模塊，配合合適的I／O模塊和模擬儀表，可以對現場實驗模型裝置的溫度、液位等參數進行以太網控制。以太網控制系統結構如圖2所示。