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一类基于OPC的工业控制系统的研究
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摘要
随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展,生产过程的底层自动化监视和控制系统逐渐得到了完善,形成了基于集散控制系统(DCS)、可编程控制器(PLC)、现场总线控制系统(FCS)等的各种工业控制系统,但是上述系统往往缺乏统一的接口标准,难以实现各厂家的系统或仪表的直接互连、互操作及与上层应用软件的信息交互。OPC技术为工业控制领域提供了一种标准的数据访问机制,可用于解决不同控制系统网络之间的系统集成,实现系统之间的无缝连接和通信。
     首先,本文分析比较了目前控制系统集成的各种方法。针对工业控制系统各个厂商的设备相互不能通信、应用受到限制等问题,提出将OPC作为DCS和FCS的中间件,实现异构网络的接口级同构。
     其次,分析了以COM/DCOM为基础的OPC DA规范和Client/Server体系结构中信息的交互过程。在实验室FCS和DCS控制装置基础上构建了基于OPC的工业控制系统。其中,每个控制系统各自拥有OPC服务器。完成了OPC定制接口的OPC客户端的开发工作,实现了OPC客户端和两个OPC服务器的数据通信,并且实现了对采集的数据的实时曲线显示、保存和历史数据的调用等功能。最后,针对实验室水箱液位对象死区和时滞特性,提出了一种非线性预测控制算法,并在OPC客户端得到了实现,取得了良好的控制效果。
     本文研究工作表明,构建基于OPC的工业控制系统可实现不同控制系统网络间的互连与信息共享,OPC客户端方便了先进控制算法的实施,减轻了下位机的工作负荷,为复杂控制算法的实现提供了一种工作思路。
With the development of the computer, communication and control technology, the process SCADA and loop control technology has gradually becoming mature. Various industrial control systems have been execulated with the use of distributed control system (DCS), programmable logic controller (PLC), fieldbus control system (FCS) and so on. But it is difficult to interconnect the systems and instruments directly due to the different interface standards. OPC technology provides a standard data access mechanism for industrial process control, making system integration and seamless connectivity among different control system networks possible.
     This thesis focuses on a sort of OPC-based industrial control systems. Firstly, the integration methods of control systems are surveyed. With the problems in communication and limited application between products different manufacturers, OPC is offered as an effective middleware of DCS and FCS, the isomorphism of heterogeneous networks has been realizied on the interface layer.
     Secondly, OPC DA specification based on COM/DCOM and the interactive process of information under the architecture of Client/Server has been analyzed. OPC-based industrial control system has been constructed with the use of FCS and DCS in the laboratory. Each control system has OPC server. The OPC client has been developed. The communication between OPC client and two servers has been realized. And the functions of data collection and saving, curve displays are realized.
     Finally, a kind of non-linear predictive control algorithm for dead-zone and time-delay processes has been proposed, and applied in the OPC-based pilot tank level control system, with satisfying control results obtained.
     This study shows that the proposed OPC-based industrial control systems can achieve interconnection and information sharing among different control system networks. The implementation of advanced control algorithms in OPC client is conveniently, the work burden of lower level control equipment is reduced. Meanwhile the OPC client provides a feasible way to realize the complex control algorithms.
引文
[1][美]伯克斯等 著,余蒲澜译.Effective COM中文版[M].北京:中国电力出版社,2003.
    [2][美]艾华德,覃剑锋.事务性COM+编程-创建可伸缩应用系统[M].北京:中国电力出版社,2003.
    [3]张新薇,陈旭东.集散系统及系统开放[M].北京:中国经济出版社,2005.
    [4]王常力,罗安.分布式控制系统(DCS)设计与应用实例[M].北京:机械工业出版社,2005.
    [5]刘翠玲,黄建兵.集散控制系统[M].北京:中国林业出版社,2006.
    [6]冯丽辉.DCS、FCS、CIPS的集成与应用[J].工业仪表与自动化装置,2002,1(2):5-7.
    [7]陈跃宣.WebField ECS-100在醋酸乙烯-乙烯共聚乳液装置中的应用[J].计算机应用,2004(3):46-48.
    [8]JonasBerge.Fieldbuses for Process Control:Engineering[M].Operation and Maintenance.Carolina:ISA.2002.
    [9]廖常初.S7-300/400 PLC 应用技术[M].北京:机械工业出版社,2005.
    [10]Graham Loose.Fieldbus and its impact on the automation user[J].Computing&Control Engineering Journal,1995,6(6):263-269.
    [11]王稳章,李应红.现场总线技术简介[J].现代电子技术,2002,138(7):3-4.
    [12]徐玉娟.基金会现场总线在石油化工行业中的应用与展望[J].石油化工自动化,2005(6):53-56.
    [13]吴国良.上海赛科90万吨/年乙烯联合装置全集成自动化系统和FF总线技术的应用[J].世界仪表与自动化,2006,10(9):22-26.
    [14]张莹,李茜,颉刚,王孟效等.制浆造纸工业基于PROFIBUS现场总线的CIPS实施方案[J].湖南造纸,2007(2):44-46.
    [15]徐宁,陆源,葛锁良等.基于PROFIBUS-DP和MPI的PLC腈纶生产控制系统[J].工程设计学报,2007,14(3):235-238.
    [16]魏余芳,曾蓉.现场总线技术及应用[J].兵工自动化,2002,21(4):13-17.
    [17]居理,宋冠群.上海市轨道交通5号线信号系统控制网络的研究与探讨[J].地下工程与隧道,2005(1):45-48.
    [18]张建会.OPC在工厂DCS控制系统中的应用[J].电工技术,2006(1):35-36.
    [19]蒋华.春晓气田工业控制网络及OPC技术的应用[J].数字石油和化工,2006(1):39-43.
    [20]陈显枝,陈冲,林蔚等.基于OPC技术的DCS信息集成系统[J].福州大学学报(自然科学版),2006,34(5):679-682.
    [21]戴国梁,李太福.DDE技术在控制与信息网络集成中的应用[J].计算机工程与设计,2005,26(7):1770-1771.
    [22]傅培华.异构控制系统信息集成研究[J].科技通报,2005,21(4):437-439.
    [23]邓全亮,邹益仁.基于OPC技术的系统集成[J].计算机应用研究,2005,22(1):160-161.
    [24]吕勇,王天然,于海斌等.OPC技术在现场总线互操作中的应用[J].仪表技术与传感器,2004(3):39-40.
    [25]乔加新.基于多现场总线的OPC服务器的应用研究[J].工业控制计算机,2006,19(4):38-39.
    [26]卢珞先,杨瑾,刘汉峰.基于OPC技术的多现场总线控制系统[J].工业控制计算机,2006,19(6):7-9.
    [27]付华,华明.关于多现场总线集成的研究[J].微电子学与计算机,2007,24(1):197-199.
    [28]李光宇,李延新,袁爱进.基于C/S模型的OPC客户端实现远程监控[J].控制管理,2007,23(4-3):25-26.
    [29]付永红,周鲜成,李桂梅.基于B/S的能源管控系统的设计与实现[J].控制管理,2007,23(4-3):23-24.
    [30]邬大伟.现场总线控制网络与网络集成.[EB/OL].http://www.cnzdh.com/Article/bus/200607/188.html.2006,7,7
    [31]OPC Foundation.[EB/OL].http://www.opcfoundation.org/Downloads.aspx?CM=1&CN =KEY&CI=283.2002,06,28.
    [32]Vassilis Kapsalis,Stavros Koubias,George Papadopoulos.OPC-SMS:a wireless gateway t0 OPC-based data sources[J].Computer Standards & Interfaces,2002(24):437-451.
    [33]Xu Hong,Wang Jianhua.Using standard components in automation industry:A study on OPC Specification[J].Computer Standards & Interfaces,2006(28):386-395.
    [34]Pankaj Bhatt,Roger P.Baldevia Jr.Integrate IEDS with OPC Technology[A].Power Systems Conference:Advanced Metering,Protection,Control,Communication,and Distributed Resources[C].Clemson SC:IEEE Computer Press,2006,3.
    [35]Valentim Realinho,Filipe Fidalgo,Pedro Silva.Low Cost Distributed Architecture For Supervising Systems[J].Current Developments in Technology-Assisted Education,2006:922-925.
    [36]Matthew W.Rohrer.Maximizing simulation ROI with AutoMod:maximizing simulation ROI with AutoMod[A].Proceedings of the 2003 Winter Simulation Conference[C].Salt Lake City:IEEE.2003,9.
    [37]Raul Alves Santosa,Julio E.Normey-Rico.OPC based distributed real time simulation of complex continuous processes[J].Simulation Modelling Practice and Theory,2005,13(7):525-549.
    [38]郑誉煌,梁志坤,黄天健.罗克韦尔网络数据库设计[J].计算技术与自动化,2004,23(4):84-86.
    [39]何杨欢.OPC技术在DCS数据采集系统中的应用[J].化工进展,2006,25(12):1496-1498.
    [40]日本OPC协会著,郑立译.OPC应用程序入门[M].中国:OPC基金会,2001.
    [41]潘爱民.COM原理与应用[M].北京:清华大学出版社,1999.
    [42]潘爱民.COM本质论[M].北京:中国电力出版社,1997.
    [43]周江建,周运森.中间件OPC技术在工业控制系统中的应用计算机工程,2004,30(23):165-167.
    [44]胡志坤.Visual C++通信编程工程实例精解[M].北京:机械工业出版社,2007.
    [45]张宇晴,郑小建.OPC技术在分布异构环境下的数据通信[J].计算机技术与发展,2006,16(8):198-199.
    [46]杨瑾.OPC在现场总线控制系统中的应用研究[D].武汉:武汉理工大学硕士论文,2006.
    [47]钟祎勍,钟录生,李克鹏.基于B/S模式的工业异构网络的同构化研究[J].工矿自动化,2005(2):16-18.
    [48]傅磊,戴冠中.基于以太网的异构网络化控制系统设计[J].计算机测量与控制,2005,13(11):1253-1255.
    [49]潘必超,张瑾.基于OPC规范异构设备通用网络集成的驱动开发技术[J].大众科技,2006(1):44-45.
    [50]姚晓伟,陈在平,尹迅雷.基于OPC技术的现场总线系统集成研究[J].天津理工大学学报,2005,21(4):12-14.
    [51]张云生,祝晓红,王静.网络控制系统[M].重庆:重庆大学出版社,2003.
    [52]吴桂云.现场总线与DCS在DeltaV系统中的集成[J].活力,2004(7):202-203.
    [53]杨瑾.OPC在现场总线控制系统中的应用研究[D].武汉:武汉理工大学,2006.
    [54]陈丹丹,钱美,夏立等.OPC服务器开发的几种方法[J].微计算机信息,2006,22(1):28-29.
    [55]苏妹.OPC规范的分析与应用[D].北京:北京科技大学,2005.
    [56]汪金良,卢宏.OPC技术及其在冶炼厂实时数据采集中的应用[J].江西有色金属,2006,20(3):40-43.
    [57]李正,徐皑冬,石刚.OPC技术及组态软件在远程监控和维护中的应用[J].仪表技术与传感器,2006(5):24-26.
    [58]何海江.COM编排OPC数据存取规范3.0定制接口的研究[J].计算机应用与软件,2006,23(8):74-76.
    [59]李京.OPC技术及其在工业控制系统中的应用[D].上海:华东理工大学硕士论文,2002.
    [60]周以琳,张文霞,袁健.Matlab环境下基于OPC技术实现动态矩阵控制[J].青岛科技大学学报,2006,27(4):343-346.
    [61][美]Cay Horstmann著,华等译.C++核心思想(第三版)[M].北京:电子工业出版社,2004.
    [62]韩存兵.Visual C++数据库编成实战[M].北京:机械工业出版社,2003.
    [63]袁鹏飞.SQL Server 7.0数据库系统管理与应用开发[M].北京:人民邮电出版社,1999.
    [64]向剑伟.一种新的时滞神经网络非线性时间序列预测方法[J].现代电子技术,2007(243):118-119.
    [65]Jose de Jesus Rubio,Wen Yu.Nonlinear system identification with recurrent neural networks and dead-zone Kalman filter algorithm[J].Neurocomputing,2007(70):2460-2466.
    [66]Bu F,Yao B.Nonlinear adaptive robust control of hydraulic actuators regulated by proportional directional control valves with dead band and nonlinear flow gains[A].Proceedings of the American Control Conference[C].Chicago,American Aurora Control Council,2000:4129-4133.
    [67]王印松,田瑞丽.死区非线性系统特性分析及补偿控制[J].工业控制与应用,2006,25(4):64-66.
    [68]韩璞,张蜻,王东风等.一种基于神经网络的执行器死区补偿方法[J].仪器仪表学报,2006,27(6):1993-1994.
    [69]赵伟志,吴舒辞.神经网络在时滞时变系统中的应用[J].科技信息,2007(3):205-253.
    [70]王俊,雷勇,戢方.模糊预测控制在时滞系统中的应用[J].控制理论与应用,2007,26(3):4-6.
    [71]于建江,姜海波.一类死区非线性输入系统的自适应模糊控制[J].模糊系统与数学,2006,20(6):77-81.
    [72]Kuo-Kai Shyu,Kou-Cheng HSU,Wen-Jeng Liu.Variable Structure Control of Uncertain Nonlinear System with a Dead-zone Input[A].Proceedings of the 2004 IEEE.International Conference on Networking,Sensing &Control[C],Taipei,Taiwan,2004:21-23.
    [73]Storn R,Price K.Differential evolution-a simple and efficient heuristic for global optimization over continuous spaces[J].J Global Optim,1997,11(3):41-59.
    [74]Wei-Der Chang.Parameter identification of Rossler's chaotic system by an evolutionary algorithm[J].Science,2006(29):1047-1053.
    [75]翟捷,王春峰,李光泉.基于差分进化方法的投资组合管理模型[J].天津大学学报,2002,35(3):304-308.
    [76]冯琦,周德云.基于微分进化算法的时间最优路径规划[J].计算机工程与应用,2005(12):74-76.
    [77]杜文莉,钱锋.一种自适应差分进化算法及其在精对苯二甲酸结晶生产过程优化中的应用[J].现代化工,2004,24(2):197-200.
    [78]Rainer Storn.On the usage of differential evolution for function optimization[A].Fuzzy Information Processing Society[C].Berkeley:NAFIPS,1996:519-523.

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