一种基于在线决策的控制系统组成及特点分析

刘莉

摘 要：文章主要介绍了一种基于在线决策的控制系统的思路，在线决策控制系统的组成及特点，在线决策控制系统的应用及前景展望。

关键词：控制；在线决策控制；AF2000；监控系统

中图分类号：F270 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）5-0059-02

用自动化技术对高能耗行业进行技术改造，提高自动化控制水平和管理水平、节能降耗、提高生产能力和质量，在高能耗行业推广应用，可使传统行业有效地降低能源消耗，调整能源结构，并且有效地促进资源的循环利用，控制废气物的排放，提高生产效率和经济效益，加强企业的可持续发展能力，改造传统产业的节能方式，有着良好的社会效益和经济效益。

在流程工业中，由于被控量与多个参数之间有复杂的关系，不能直接用线性关系表达出来，而这种复杂的关系如果采用传统的控制的单输入单输出已然不能满足控制要求，因此需要寻找新的控制方法来对流程工业中的控制点进行控制的想法迫在眉睫。

1 思路形成

传统的控制系统是单输入单输出的系统，而对于流程工业来说，传统的控制系统已经不能满足现场的控制要求，随着信息技术、计算机技术的快速发展及其他相关学科的发展和相互渗透，也推动了控制科学和工程研究的不断深入，继而提出一种新的思路，即在线决策控制，通过在线实时判断对象工况来采用不同的控制策略进行控制的思路，是解决流程工业中工况变化多，各变量相互关系复杂的一种有效的控制方法。

传统的控制方法是针对某个控制点设计固定的控制回路。在线决策控制对同一个控制点有多个控制回路对应，每个控制回路不仅可以单独工作，并且还能够达到较好的控制效果。它通过分析评价当前的工况、历史趋势，在线随机地调整控制算法，找出合适的控制策略，保证在不同工况下使用不同的动作方式。在线决策控制的作用就是在多种控制方式中选择最优的控制方式，因此，它是可以满足流程工业中工况变化复杂，系统难以采用单一信号进行控制的一种思路方法。

2 在线决策控制系统的原理

在线决策控制系统在融合

传统控制、智能控制、仿人控制、软测量计算等方法，以及在线仿真技术都是在线决策控制系统的基础，它正是在融合这些方法和技术的基础上，形成的不属于任何一种传统的控制系统。传统的控制方法难以解决被控对象动态特性较大的系统，在线决策控制系统不仅仅能够在线改变控制系统的的参数，而且还能够通过在线决策控制实时改变控制方案等，提高系统的强适应能力，从技术及方法上解决问题。

在线决策控制系统的原理框图如图1所示：

3 在线决策控制系统的组成

在线决策控制系统由通讯软件、支撑软件、监控软件、硬件系统组成。

其组成框图如图2所示：

其主要完成数据采集。一般情况下，有二种方式可以实现。一个是通过如带有RS-485通讯模块的仪表进行数据采取，另一个是通讯协议，目前OPC通讯协议已被广泛应用，OPC进行数据采集将是一种趋势。

3.2 支撑软件

在线决策控制系统是在AF2000的技术上开发的控制软件系统，AF2000是基于 [R][windows] NT平台的支撑软件，它不但继承了UNIX平台的很多种功能，而且还充分发挥了 [R][windows]NT平台得人机交互优势，使在AF2000下开发控制系统软件更方便和快捷，进一步提高运行效率。其数据库能支撑多达400多万点，管理措施很安全，AF2000采用可视化建模工具建模，有很强的实时能力，可精确到毫秒。

3.3 监控系统

监控系统是为控制系统开发创造良好的人机沟通的环境。它具有以下六种特色：第一，此系统基于 [R][windows] NT平台，在操作员站上提供了友好的监控人机界面。第二，此系统能够将现场数据直观地显示在流程图上，并提供关键的参数表，以及动态显示参数的报警状态。第三，此系统可动态显示所有参数的变化趋势，任意组合曲线组。第四，此系统存储数据时能够按照不同的模型进行准确的统计分析、基于灵活组态的历史趋势来进行查询，也可导出历史数据，在Excel中编辑和分析。第五，此系统提供了对IO模块的自诊断功能，可在线图形化显示各个模块的健康状态，图形化显示整体的健康水平，还可以提供模块的历史记录与查询功能。第六，此系统可以提供所有的日志记录、流程图界面、报表、趋势图均提供预览/打印服务，便于输出存档。

3.4 硬件系统

硬件系统是用来存放通讯软件、支撑软件、监控软件的平台及将控制信号直接作用于执行机构的设备。硬件系统包括：中控室在线工作站（PC机作为在线工作站终端机）、现场在线决策控制站（在线决策控制柜，作为在线决策控制系统和DCS系统切换及在线决策控制系统对现场的控制）、I/O模块（作为数字信号和模拟信号的接收与发送）、光电转换器、电源等配件。

硬件系统在利用现有资源的同时，保证新系统的投入与现有DCS系统的无扰动切换，不会影响现场原有测控回路的正常运行。本系统所采用的技术和产品，是目前先进和成熟的，并有充足的备件和技术支持；对于产品的选型，在满足同样功能的前提下，尽量选用价格适中的品牌。保证新系统与原系统的通讯之间无缝对接。

4 在线决策控制系统的特点

4.1 算法的多样性

在线决策控制软件由多种控制算法组成，同时又包含了多种的学习算法。控制系统可在不同的工况下在线改变控制算法以及控制参数，保证使在不同的工况下都能达到满意的控制效果。

4.2 方案在线决策

传统的控制方法难以解决被控对象功态特性较大的系统，在线决策控制系统通过在线决策控制实时改变控制方案，从而实现系统较强的适应性和控制能力。

4.3 标准化流程

在线决策控制系统采用“至上而下”的设计思路，对不同的系统，可以根据系统的控制点相应的增加减少对应的控制程序，可操作性强。

4.4 高度模块化

在线决策控制软件是高度模块化的，各功能块间相互独立，这样更有利于算法库的扩充，可根据实际情况增加减少功能模块，同时又使控制功能更加多样化，控制算法灵活性增加，便于维护、改进。

4.5 安全可靠

在线决策控制系统采用多项措施来保证系统运行的安全：输入/输出信号均经隔离，抗干扰强；设有2级手/自动切换；系统设计为7层结构，有专门的安全层进行分析和控制系统的安全，结合最新的在线预测的理论与实践，以保证系统安全稳定可靠且处于最佳稳定工况运行来保证系统的安全。

4.6 系统运行经济

在线决策控制系统能按照规定的产品质量要求，制出合格的产品，以保证系统运行经济。

4.7 保证系统的稳定运行

在线决策控制系统将仿真和控制技术相结合，在具备核电站级安全性能的仿真与控制同平台的系统软件AF2000的支持下，实现在线决策控制，增强系统的预测能力。在线决策以达到适应各种工况变化的目的，同时控制对策的高级智能化的整合使系统可连续可靠运行，更能适应不同的运行工况，保证了控制系统长期稳定运行，成为“不倒翁”系统，使系统达到自动稳定运行。

4.8 减轻操作人员劳动强度

在实际运行中，如要通过手动操作取得经济、可靠、安全运行，则操作量非常大，通过在线决策控制系统可以实现自动控制可减轻操作人员劳动强度。

4.9 提高生产能力和产品质量

通过在线决策控制系统的自动投入可以使得系统长期在一个稳定的工况下运行，挖掘各设备的潜能，提高生产能力，同时通过适当的调整系统各设备，使得能保证生产出来的产品质量。

4.10 降低能耗

在线决策控制系统可根据本身的最佳稳定工况确定运行方式，通过稳定工况来减少能耗。

5 应用与前景展望

在线决策控制系统目前广泛的被应用到电厂及水泥厂的各系统设备中去，能实时控制流程工业中生产设备的运行参数，能够实现稳定运行、降低能耗的目的。通过在线决策控制系统的应用，对突破我国流程工业节能降耗技术，会有非常重要的作用。在未来的发展，在线决策控制系统将会迎来更快的发展与和更普遍的应用。

参考文献：

[1] 游景玉.论数字化钢球磨煤机制粉系统的实现[J].热工自动化信息，2003，（3）.

[2] 游景玉，成广，李开升.数字化钢球磨煤机控制系统商品化实施和效果[J].中国电力，2003，（12）.