基于FPC2000 DCS的發酵過程智能控制系統

1、 引言

發酵工業是技術密集型的產業，它涉及到微生物學、生物化學、化工、自動控制技術和計算機技術等。在發酵工業中，發酵罐的何種從幾立方米發民到幾十立方米，而今是幾百個立方米，甚至上千立方米。對于這樣大型的發酵罐系統，若操作控制不當，將會造成極大的經濟損失。對于具有高度非線性、時變性和復雜相關性的發酵過程，為了獲得高的產率和提高經濟效益，加強發酵過程，為了獲得高的產率和提高經濟效益，加強發酵過程的監督和控制是非常重要的。

集散控制系統（DCS）是70年代中期發展起來的自動控制系統裝備，它集計算機軟件和硬件技術、控制技術、通訊技術、圖形顯示技術、冗余技術、故障診斷技術和先進控制技術為一體。控制分散、危險分散，而操作集中、管理集中是DCS的基本設計思想。分層階梯的分布式結構，靈活、易變更、易擴展是DCS的特點。

針對我國發酵企業規模相對較小而控制要求較高的情況有必要開發適用于發酵過程優化控制的低成本、開放型、高性價比的集散控制系統。并將智能控制技術融入傳統的集散控制系統中，采用模糊控制、專家系統與常規控制相結合的技術，提高控制精度。

2、 FPC2000集散控制系統的硬件結構

從發酵過程管理和控制兩方面綜合考慮實現總體目標最優化出發，企業管理控制系統可分為3級，即管理級、監控級和直控級，構成管控一體化的綜合系統。

FPC2000DCS系統硬件主要由直控級控制站、監控經計算機系統、數據通信系統和管理計算機系統四部分組成，系統硬件結構如圖1所示。監控級計算機通過現場過程總線，最大可接128個直控級控制站。管理計算機通過局域網與監控級計算機相聯，具有將生產現場控制和生產管理集成的功能。

直控級控制站采集現場測量信號經運算后交結果送回現場執行器對生產過程進行控制，它是DCS的基礎，其它部分都是有賴于它才能發揮作用。控制站通常安裝在工業現場，通過現場總線與監控級計算機相連。常用的控制單元如下：單回路或雙回路智能表、可編程控制器（PLC）、多功能控制器、數據采集器、變頻器等。

監控級計算機系統主要履行工程師站、操作員站、實時通訊、實時數據庫管理及系統監視、優化運算等功能。管理級計算機系統主要履行管理（調度）決策職責。

要構成這樣的三經集散控制系統，其核心的問題是聯網功能，它包括監控經與管理經之間構成的局域網絡（目前采用廣泛使用的3+網或Novell網）、各控制單元與監控級之間構成的現場總線網絡（最簡單的辦法是用RS485串行通訊方式，對于上述各過程控制單元和監控計算機都有標準的串行通訊接口，實現起來較容易。這種通訊方式當控制單元較多時效率較低，所以適用于中小型系統）。

3、 FPC2000DCS 系統軟件及功能

3.1 組態軟件的層次結構

FPC2000DCS軟件是基于Windows98、WinNT平臺使用，為用戶提供一個友好、方便、宜學、實用的操作接口。采用Microsoft公司的Visual Basic6.0程序設計語言進行編程設計。

FPC2000DCS工控組態軟件的結構可分3個層次，如圖2所示，底層是與直控級控制站相連的輸入輸出接口數據處理層，它主要完成上層軟件與直控級控制站之間的數據信號的轉換和緩存。中間層是實時數據庫控制層，實現實時數據、歷史數據、設備數據等數據之間的關聯和控制，并對圖形顯示模塊、實時趨勢模塊和報警模塊進行控制。上層是關系型數據庫控制層，主要完成用戶對數據庫提出的各種操作查詢請求，根據要求定期對數據庫（包括實時數據記錄庫、登錄庫和其它的事件、操作、故障記錄庫）進行維護管理及備份，并通過它實現報表生成、歷史曲線的顯示等功能。