一種集成外接優(yōu)化控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種集成外接優(yōu)化控制系統(tǒng)及方法，包括主控制器，冗余控制器，主交換機，冗余交換機，輸入輸出接口模塊和服務(wù)器；輸入輸出接口模塊從外部的分布式控制系統(tǒng)上采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，輸入輸出接口模塊將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器和冗余控制器；或者，所述輸入輸出接口模塊將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器將現(xiàn)場數(shù)據(jù)分別通過主交換機和冗余交換機發(fā)送給主控制器和冗余控制器；主控制器和冗余控制器對現(xiàn)場數(shù)據(jù)利用內(nèi)部的優(yōu)化控制算法進行處理，得到控制指令，主控制器和冗余控制器分別將控制指令通過輸入輸出接口模塊發(fā)送給外部的分布式控制系統(tǒng)以控制執(zhí)行機構(gòu)動作。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在生產(chǎn)現(xiàn)場進行復雜優(yōu)化控制，且具有高開放性、高可靠性。
【專利說明】一種集成外接優(yōu)化控制系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及火電廠生產(chǎn)過程控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種集成外接優(yōu)化控制系統(tǒng) 及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 火電廠生產(chǎn)過程普遍采用DCS和PLC系統(tǒng)進行過程控制，其設(shè)計的主要目的是保 證生產(chǎn)過程的實時性和安全性，并沒有過多考慮如何提高生產(chǎn)過程的經(jīng)濟性，比如盡可能 的提高控制回路的控制目標--減少穩(wěn)態(tài)誤差和提高動態(tài)性能。目前現(xiàn)場普遍采用PID控 制算法，該算法簡單易于掌握，魯棒性很強。但是對于一些復雜的控制對象，其控制算法并 不能夠獲得較好的控制效果，鑒于此，大量的研究人員開始研究如何將復雜先進控制算法 應用到現(xiàn)場中去，本發(fā)明提供這樣的一個應用平臺，目的是為復雜先進控制算法的現(xiàn)場實 現(xiàn)提供載體。
[0003] 現(xiàn)在應用較好的并且有一定口碑的外部優(yōu)化控制器是國外西門子公司的PR0FI 系統(tǒng)，但是僅僅在西門子的過程控制系統(tǒng)上，才能夠更大程度上發(fā)揮其優(yōu)化效果。
[0004] 目前國內(nèi)的廈大海通公司XD-APC軟件也有類似優(yōu)化控制，但是其應用領(lǐng)域僅限 于流化床鍋爐的局部控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種在生產(chǎn)現(xiàn)場進行復雜優(yōu)化控制的集成外 接優(yōu)化控制系統(tǒng)及方法。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種集成外接優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括主 控制器，冗余控制器，主交換機，冗余交換機，輸入輸出接口模塊和服務(wù)器；
[0007] 輸入輸出接口模塊從外部的分布式控制系統(tǒng)上采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，輸入輸出接口模塊 將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器和冗余控制器；
[0008] 或者，所述輸入輸出接口模塊將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器將接收 到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)分別發(fā)送給主交換機和冗余交換機，所述主交換機和冗余交換機分別將接收 到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器和冗余控制器；
[0009] 所述主控制器和冗余控制器對接收到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，利用內(nèi)部的優(yōu)化控制算法進行 處理，得到控制指令，主控制器和冗余控制器分別將控制指令通過輸入輸出接口模塊發(fā)送 給外部的分布式控制系統(tǒng)以控制執(zhí)行機構(gòu)動作。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在生產(chǎn)現(xiàn)場進行復雜優(yōu)化控制，且具有高 開放性、高可靠性。
[0011] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。
[0012] 進一步，所述輸入輸出接口模塊包括用于采用ModBus方式與外部的分布式控制 系統(tǒng)通信的串口卡通信子模塊、采用0PC方式與外部的分布式控制系統(tǒng)通信的0PC通信子 模塊和采用硬接線方式與外部的分布式控制系統(tǒng)通信的硬接線通信子模塊。
[0013] 進一步，所述主控制器和冗余控制器的內(nèi)部分別包含一塊用于信息傳遞的CPCI 總線背板。
[0014] 進一步，所述集成外接優(yōu)化控制系統(tǒng)還包括兩個電源和一個冗余器，兩個電源分 別與冗余器連接，冗余器用于對兩個電源進行均流、放大和倒灌處理，經(jīng)過均流、放大和倒 灌處理后的兩個電源分別為主控制器和冗余控制器供電。
[0015] 進一步，所述集成外接優(yōu)化控制系統(tǒng)還包括繼電器模組輸入輸出模塊和干結(jié)點輸 入輸出模塊，所述繼電器模組輸入輸出模塊和干結(jié)點輸入輸出模塊用于與所述輸入輸出接 口模塊連接，主控制器或者冗余控制器通過驅(qū)動輸入輸出接口模塊進而控制繼電器模組輸 入輸出模塊和干結(jié)點輸入輸出模塊的連通與斷開。
[0016] 進一步，每個輸入輸出接口模塊的10接口均通過電纜連接至用于接線管理的端 子板。
[0017] 進一步，一種利用集成外接優(yōu)化控制系統(tǒng)進行優(yōu)化控制的方法，包括以下步驟：
[0018] 步驟1 :輸入輸出接口模塊從外部的分布式控制系統(tǒng)上采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)；
[0019] 步驟2 :輸入輸出接口模塊將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器和冗余控制器；
[0020] 或者，所述輸入輸出接口模塊將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器將接收 到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)分別發(fā)送給主交換機和冗余交換機，所述主交換機和冗余交換機分別將接收 到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器和冗余控制器；
[0021] 步驟3 :所述主控制器和冗余控制器對接收到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，利用內(nèi)部的優(yōu)化控制 算法進行處理，得到控制指令；
[0022] 步驟4 :主控制器和冗余控制器分別將控制指令通過輸入輸出接口模塊發(fā)送給外 部的分布式控制系統(tǒng)以控制執(zhí)行機構(gòu)動作。
[0023] 進一步，所述優(yōu)化控制算法包SMITH預估控制或者模糊控制算法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明方法步驟流程圖。
[0026] 附圖中，各標號所代表的部件列表如下：
[0027] 1、主控制器，2、冗余控制器，3、主交換機，4、冗余交換機，5、輸入輸出接口模塊， 5-1、串口卡通信子模塊，5-2、0PC通信子模塊，5-3、硬接線通信子模塊，6、服務(wù)器，7、分布式 控制系統(tǒng)。

【具體實施方式】
[0028] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0029] 如圖1所示，為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明方法步驟流程圖。
[0030] 實施例1
[0031] 一種集成外接優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括主控制器1，冗余控制器2,主交換機3,冗余交 換機4,輸入輸出接口模塊5和服務(wù)器6 ;
[0032] 輸入輸出接口模塊5從外部的分布式控制系統(tǒng)7上采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，輸入輸出接口 模塊5將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器1和冗余控制器2 ;
[0033] 或者，所述輸入輸出接口模塊5將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器6,服務(wù)器6將 接收到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)分別發(fā)送給主交換機3和冗余交換機4,所述主交換機3和冗余交換機分 別將接收到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器1和冗余控制器2 ;
[0034] 所述主控制器1和冗余控制器2對接收到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，利用內(nèi)部的優(yōu)化控制算法 進行處理，得到控制指令，主控制器1和冗余控制器2分別將控制指令通過輸入輸出接口模 塊5發(fā)送給外部的分布式控制系統(tǒng)7以控制執(zhí)行機構(gòu)動作。
[0035] 所述輸入輸出接口模塊5包括用于米用ModBus方式與外部的分布式控制系統(tǒng)7 通信的串口卡通信子模塊5-1、采用0PC方式與外部的分布式控制系統(tǒng)7通信的0PC通信子 模塊5-2和采用硬接線方式與外部的分布式控制系統(tǒng)7通信的硬接線通信子模塊5-3。
[0036] 所述主控制器1和冗余控制器2的內(nèi)部分別包含一塊用于信息傳遞的CPCI總線 背板。
[0037] 所述集成外接優(yōu)化控制系統(tǒng)還包括兩個電源和一個冗余器，兩個電源分別與冗余 器連接，冗余器用于對兩個電源進行均流、放大和倒灌處理，經(jīng)過均流、放大和倒灌處理后 的兩個電源分別為主控制器1和冗余控制器2供電。
[0038] 所述集成外接優(yōu)化控制系統(tǒng)還包括繼電器模組輸入輸出模塊和干結(jié)點輸入輸出 模塊，所述繼電器模組輸入輸出模塊和干結(jié)點輸入輸出模塊用于與所述輸入輸出接口模塊 連接，主控制器或者冗余控制器通過驅(qū)動輸入輸出接口模塊進而控制繼電器模組輸入輸出 模塊和干結(jié)點輸入輸出模塊的連通與斷開。
[0039] 每個輸入輸出接口模塊5的10接口均通過電纜連接至用于接線管理的端子板。
[0040] 一種利用集成外接優(yōu)化控制系統(tǒng)進行優(yōu)化控制的方法，包括以下步驟：
[0041] 步驟1 :輸入輸出接口模塊5從外部的分布式控制系統(tǒng)7上采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)；
[0042] 步驟2 :輸入輸出接口模塊5將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器1和冗余控制 器2 ;
[0043] 或者，所述輸入輸出接口模塊5將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器7,服務(wù)器6將 接收到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)分別發(fā)送給主交換機3和冗余交換機4,所述主交換機3和冗余交換機分 別將接收到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器1和冗余控制器2 ;
[0044] 步驟3 :所述主控制器1和冗余控制器2對接收到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，利用內(nèi)部的優(yōu)化控 制算法進行處理，得到控制指令；
[0045] 步驟4 :主控制器1和冗余控制器2分別將控制指令通過輸入輸出接口模塊5發(fā) 送給外部的分布式控制系統(tǒng)7以控制執(zhí)行機構(gòu)動作。
[0046] 所述優(yōu)化控制算法包SMITH預估控制或者模糊控制算法。
[0047] 在具體實施中，利用外界優(yōu)化控制系統(tǒng)實現(xiàn)復雜回路控制具體分為以下步驟：
[0048] (1)運行人員根據(jù)現(xiàn)場實際情況，將控制回路權(quán)限切換到外界優(yōu)化控制器。
[0049] (2)外界優(yōu)化控制系統(tǒng)通過OPC、ModBus或者硬接線三種方式通過原有分布式控 制系統(tǒng)的采集通道采集回路用于控制的測量數(shù)據(jù)。
[0050] (3)外界優(yōu)化控制系統(tǒng)根據(jù)采集的測量數(shù)據(jù)以及回路設(shè)定目標值，利用先進控制 算法獲得比傳統(tǒng)PID控制效果更好的輸出指令。
[0051] (4)該指令通過0PC、M〇dBus或者硬接線三種方式返回給原有分布式控制系統(tǒng)，借 助于原有分布式控制的輸出通道加載指令到執(zhí)行機構(gòu)上。
[0052] (5)通過前面的4個步驟，原有的PID控制被旁路掉，優(yōu)化系統(tǒng)的輸出結(jié)果通過輸 出通道控制現(xiàn)場設(shè)備運行。
[0053] (6)如果優(yōu)化控制效果不理想，運行人員通過切換輸出指令，切換回原來控制系 統(tǒng)。
[0054] (7)真?zhèn)€控制過程中，設(shè)計報警和自動切除、自動跟蹤，提高系統(tǒng)的安全性。
[0055] 目的：提高控制回路的控制精準度，適應被控對象的變化。
[0056] 目前火電現(xiàn)場不管對象的特點千差萬別，均使用PID作為回路的控制算法，當對 象多變或者慣性遲延較大時，該算法很難獲得較好的控制效果，而復雜的控制算法對于普 通的控制器而言要求較高的運算能力，這樣在原有控制系統(tǒng)上很難改變PID算法一統(tǒng)天下 的局面。
[0057] 設(shè)計外接優(yōu)化控制系統(tǒng)，僅用于復雜回路的優(yōu)化控制，提高回路的控制精度，適應 被控對象的變化。
[0058] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種集成外接優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于：包括主控制器（1)，冗余控制器（2)，主交 換機（3)，冗余交換機（4)，輸入輸出接口模塊（5)和服務(wù)器（6); 輸入輸出接口模塊（5)從外部的分布式控制系統(tǒng)（7)上采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，輸入輸出接口 模塊（5)將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器（1)和冗余控制器（2); 或者，所述輸入輸出接口模塊（5)將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器￠)，服務(wù)器（6) 將接收到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)分別發(fā)送給主交換機（3)和冗余交換機（4)，所述主交換機（3)和冗余 交換機分別將接收到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器（1)和冗余控制器（2); 所述主控制器（1)和冗余控制器（2)對接收到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，利用內(nèi)部的優(yōu)化控制算法 進行處理，得到控制指令，主控制器（1)和冗余控制器（2)分別將控制指令通過輸入輸出接 口模塊（5)發(fā)送給外部的分布式控制系統(tǒng)（7)以控制執(zhí)行機構(gòu)動作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成外接優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于：所述輸入輸出接口模 塊（5)包括用于采用ModBus方式與外部的分布式控制系統(tǒng)（7)通信的串口卡通信子模塊 (5-1)、采用0PC方式與外部的分布式控制系統(tǒng)（7)通信的0PC通信子模塊（5-2)和采用硬 接線方式與外部的分布式控制系統(tǒng)（7)通信的硬接線通信子模塊（5-3)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成外接優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于：所述主控制器（1)和 冗余控制器（2)的內(nèi)部分別包含一塊用于信息傳遞的CPCI總線背板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成外接優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于：所述集成外接優(yōu)化控 制系統(tǒng)還包括兩個電源和一個冗余器，兩個電源分別與冗余器連接，冗余器用于對兩個電 源進行均流、放大和倒灌處理，經(jīng)過均流、放大和倒灌處理后的兩個電源分別為主控制器 ⑴和冗余控制器⑵供電。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成外接優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于：所述集成外接優(yōu)化控 制系統(tǒng)還包括繼電器模組輸入輸出模塊和干結(jié)點輸入輸出模塊，所述繼電器模組輸入輸出 模塊和干結(jié)點輸入輸出模塊用于與所述輸入輸出接口模塊連接，主控制器或者冗余控制器 通過驅(qū)動輸入輸出接口模塊進而控制繼電器模組輸入輸出模塊和干結(jié)點輸入輸出模塊的 連通與斷開。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成外接優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于：每個輸入輸出接口模 塊（5)的10接口均通過電纜連接至用于接線管理的端子板。
7. -種利用集成外接優(yōu)化控制系統(tǒng)進行優(yōu)化控制的方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟1 :輸入輸出接口模塊（5)從外部的分布式控制系統(tǒng)（7)上采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)； 步驟2 :輸入輸出接口模塊（5)將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器（1)和冗余控制 器⑵； 或者，所述輸入輸出接口模塊（5)將采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器（7)，服務(wù)器（6) 將接收到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)分別發(fā)送給主交換機（3)和冗余交換機（4)，所述主交換機（3)和冗余 交換機分別將接收到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器（1)和冗余控制器（2); 步驟3 :所述主控制器（1)和冗余控制器（2)對接收到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，利用內(nèi)部的優(yōu)化控 制算法進行處理，得到控制指令； 步驟4 :主控制器（1)和冗余控制器（2)分別將控制指令通過輸入輸出接口模塊（5)發(fā) 送給外部的分布式控制系統(tǒng)（7)以控制執(zhí)行機構(gòu)動作。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于：所述優(yōu)化控制算法包SMITH預估控制或 者模糊控制算法。
【文檔編號】G05B19/418GK104122869SQ201410359000
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】張悅, 韓璞, 董澤, 高揚 申請人:華北電力大學（保定）