通过SCADA -PLC - OPC和网络体系结构基于PID的串级控制系统的实验验证

1、通过SCADA-PLC-OPC和网络体系结构基于PID的串级控制系统的实验验证摘要：本文提出了一种简单的串级控制系统的体系结构，通过许多结构来验证这个过程，例如SCADA， PLC， OPC和因特网。个别架构的性能和有效性进行评估是根据数据速率、上升时间，峰值时间和稳定时间的基础上。在这项研究中，PID被Micrologix1200 PLC上实现和的RSView-32 SCADA系统已被用于与RSLinx通讯软件。在PLC-SCADA控制回路与功能，如实时数据分析，设定点的修改，自动报表生成和集成与MS-Excel和MS-Access数据的实现。项目数据分析的增强是通过PLC与Labview的

2、整合有效地完成。工艺参数的远程监测和控制是使用NET-ENI 。所获得的结果证明了常规基于SCADA控制系统可以进一步显著的增强多用PLC以及NI-OPC服务器。关键词：串级控制系统，PID，监控，PLC，因特网1、简介最近的几十年，可编程逻辑控制器（PLC ）已被广泛接受的各种工艺行业，是一种固态装置设计用于执行逻辑功能。PLC有几个已知的特点包括，灵活性，可靠性，低功耗和易于扩展的。该软件抽象层改变了扩展和优化控制过程，而不是仅仅要求内部重新布线。甚至从长远来看SCADA代表的监督，控制和数据采集，提供工艺参数的图形可视化表示形式。它创建控制和监视工艺参数可通过GUI界面的可能性。PLC可

3、以通过信息标签SCADA系统通信。在文献中，许多报告发现相关的PLC的成功整合和SCADA的应用程序。在如今控制行业的发展情形下，越来越多的精密的仪器被发明，它支持更高的数据速率。在工业生产过程自动化提出新的并且已经强化的已通过OPC服务器实现的功能。OPC是指开放式过程控制，它提供了开放式的连接，用于工业自动化，规范被定义为一组对象，接口和方法，以促进互操作性。许多研究报告中发现与文学相关的网络介导自动化过程。同样，研究人员和教育团体一直致力于远程监控，适用于课堂教学控制的实施。所有领先的PLC厂商包括西门子，艾伦-布拉德利都已经开始为了提高生产率而研发适应网络功能的自动化。在这项研究中，常

4、规的级联控制工作站的性能得到增强PLC与NI-OPC服务器接口。串级控制系统的水平（主要过程）和流量（二级）过程的结合。该SCADA系统开发与PID控制器。控制系统的特点也在进行了研究，并得到了参数整定。串级控制系统已通过性能指标，如高峰时间，上升时间和稳定时间进行了分析。还有算错误值，如，积分方误差（ ISE）和积分绝对误差（ IAE ）。在PLC通过MODBUS通讯实现了实验研究之前，假设被制成，显著增强，可实现在传统系统采用PLC和NI-OPC服务器的假设是由所获得的结果事后证明。2、介绍有关级联过程控制系统该实验是用其示于图1级联控制系统进行。串级控制过程是通过采用Modbus通信的串

5、行双回路PID控制器（ ADAM-4022T ，M /研华，德国） ，它们分别具有模拟和数字输入和输出。所述控制单元是由一差压变送器，液位变送器和压力的电流（I / P）转换器支持。气动调节阀控制进料口和相应的流量使用罗塔计测定。液位变送器被用作初级测量设备和流量变送器充当二次测量装置。连同必要的管道与潜水泵的单元被安装为桌面系统。该操作是将液位变送器测量水箱中的电平并将其提供给所述控制器基于所述误差值。该控制器产生控制器输出中的4-20毫安和相同的范围是考虑到其产生的压力相当于在3-15磅的范围内的I / P转换器。压力致动而打开或关闭，并最终误差值被带到零的气动控制阀。该模型是通过USB接

6、口连接到个人计算机。过程自动化是通过SCADA的编程和同样是在这两个运行时和开发的模式进行操作。一般而言，实验的运行时间模式和可视化和修改在开发模式中进行。串级联控制互连的PLC和最终的过程变量是由在通过互联网架构，它被示于图2的远程站可用。2.1串级控制系统的数学表达主控制器是美联储设定值和实际的过程变量。根据误差值之间的差额，控制器产生的输出反过来作为设置点的二次回路。该比较器产生输出，是设定点和实际二次回路的过程值之间的差额。误差值是给它产生的输出会导致最终控制元件的驱动辅助控制器。级联过程被认为是主回路（级进程）和二次回路（流动过程）的传递函数的乘积。他传递函数为级联控制系统是使用两个

7、时间常数法得到的传递函数是由于在公式（1 ）从实验数据获得的。3、SCADA-PLC相关概述本的RSView-32基于SCADA创建显示过程变量的6数字动态显示，设定点，控制器的输出，比例增益，积分增益和其示于图3微分增益。图、1串级控制系统的示意图标记数据库中包含的数据需要在RSView-32显示屏中显示。数据库中的每个条目被称为标签，例如，一个标签可以在可编程控制器代表一个过程变量。标签的动态更新前是可能的，当它是必需的，并最终存储在计算机存储器作为。通信信道建立在设备节点的配置之前。图二 、实验装置的功能框图综上所述SCADA支持图形显示称为RSTrendx和模型示于图4。它绘制变量的值

8、相对于时间的。RSTrendx持有本以及过去的值因而它的数据记录的过程。在RSTrendx ，该页面包含两个命令按钮即HISTDATA和RETURN 。该HISDATA是用来收集关于时间的过程变量。当HISTDATA选择它定位到数据的样本被导出到数据库的Microsoft Access的新一页。为了实现这一RSLogviewer工具被使用。这里使用的PLC是AB MicroLogix 1200控制器控制器，它有14个数字输入和10路数字量输出。该控制器具有各种独特的功能，如人机界面，降低了系统成本，它需要很少的配置过程。该控制器的扫描时间估计约2.6毫秒。模拟DIP开关可以配置为电流和电压。P

9、LC的使用梯形逻辑的RS Logix的500编程。图3、截屏的RSView 32的前面板级联过程完成PLC与SCADA系统的互连使用的RSLinx ，在RSLinx中可以配置为多种应用，如的RSView 32 ，使用微软Office ，网页及/或Visual Basic用户可配置的数据采集。它集成了先进的数据优化技术，其中也包含了一套诊断工具。PLC可以为了建立与NI-OPC服务器19通信配置新DDE / OPC 。这项工作导致增加一个用户可配置的访问路径的服务器。该路径创建访问PLC中的所有可用的寄存器从任何OPC客户端软件的可能性。该路径创建访问PLC中的所有可用的寄存器从任何OPC客户端

10、软件的可能性。在LabVIEW环境中，六应建立使用的DataSocket连接来连接OPC服务器。接着，在建立连接的RSLinx与OPC服务器。服务器名称设置为的RSLinx OPC服务器和项目名称的形式为访问路径项目。净-ENI作为一个以太网转换器，通过它从PLC中的数据传输到ENI-W实用的网页。这个TCP / IP协议的通信创建访问PLC和工艺设备从任何地方通过调用与ENI-W效用主页相关联的IP地址的可能性。净-ENI使用全双工协议，并允许与最多六个装置或应用程序同时通信。PLC的数据在广域网（WAN ）通过NET-ENI架构提供。图4、屏幕截图RSTrendx显示3.1 基于PLC的P

11、ID控制器的实现通过发送一个输出信号给控制阀21，控制流量的PID指令是在AB微LOGIX 1200 PLC实现。PID控制器调谐，以满足典型的目标，如最低稳态误差，不敏感负载扰动和可接受的瞬态响应，设置点的变化和干扰。在实践中，比例带（PB）的选择，积分时间（ KI）和微分时间（KD）是设定点的跟踪和干扰之间的折衷。从PID的输出信号是高的，当它发现设定点和过程变量输入之间的误差较大。交替地，对于较小的误差，将其送至小的输出信号。一个额外的值（前馈或偏置）已经被添加到控制输出作为偏移。将PID结果（控制变量）驱动朝向设定点的过程变量。PID指令的使用RSLogix 500编程软件实现梯级上。

12、在图5软件设置屏幕提供了访问指南并说明PID指令配置参数 。4、结果与讨论对实验结果进行个别处理，例如流量和水平及对级联控制处理系统获得的。串级控制系统的行为是有和无的PLC通过分析估算的性能指标，如建立时间，上升时间和如图6高峰时间。 从结果中可以观察到，当它具有PLC的互连一起的SCADA系统的性能得到了提高。此接口将创建的设定点修改精确跟踪的可能性。该系统的整体性能显著改善，并最终变得更稳定。在所有获得的结果，该系统具有PLC-SCADA接口显示较快的稳定时间和时相比，该过程与单独的SCADA接口，它被示于表1中的上升时间。结果证明，在PLC-SCADA界面帮助系统仿真这是用matlab

13、做是为了获得而且类似的行为。图5、 PID参数设定画面图6、串级控制系统的性能特点应该指出， PLC的数据速率为2.6毫秒，所以当PID在PLC中的实现，算法显然得到更多的数每秒采样。因此，亲duces多个输出的数字采样控制阀，导致更好的解决系统，对各种设定点值。表1、串级控制系统的性能分析该实验也趋于接口基于PLC的过程中使用NI-OPC服务器和显著成效，得到这显示inFig7 。LabVIEW的工具允许编程和接口，用于在各种应用中的外部设备的用户。成功的演习都是为了通过的RSLinx的OPC服务器连接，PLC与Labview的。它使用户能够监视来自PLC在Labview的窗口的数据。它使用

14、户能够监视来自PLC在Labview的窗口的数据。感测到的与该接口机制的主要优点是不断变化的数据速率是可取的，即使在微秒术语的赋能，而PLC的数据速率不能被修改过广泛。因此，提高了通信系统的性能，因为它支持的设备在更高的数据速率进行操作。服务器-客户端架构是通过NET-ENI里面有标准的TCP / IP通信协议栈建立。通过调用PLC的IP地址，从过程中的数据进行监控和使用ENI-W实用的网页控制。前面板被创建来显示最多有职称17网络链接。第一七通与，四个数据视图页面，一个活动页面，诊断页和参考页关联。下面的屏幕截图配置的Web主页如图8 。图7、基于PLC的串级控制系统的NI-OPC服务器接口图8、基于PLC的串级控制系统的网站主页通信是较为简单的，匹配数据速率类似于以太网连接。在互联网宽带的作用，对通信过程中的观察不是很明显。换句话说，没有显著的互联网时间延迟和它的影响，对系统的性能起到非常大的作用。进一步的实验分析，需要对所得到的结果数据为在工业应用中的PLC-SCADA-OPC服务器接口的有效使用。智能控制器需要进行调整，以便控制系统成为非常理想的运营商。安全系统也需要得到加强，并最终操作人员的安全也应该得到保障。5、结论通过系统结构分析串级控制系统的性能，如通过SCADA ， PLC，