一种集成外接优化控制系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种集成外接优化控制系统及方法，包括主控制器，冗余控制器，主交换机，冗余交换机，输入输出接口模块和服务器；输入输出接口模块从外部的分布式控制系统上采集现场数据，输入输出接口模块将采集到的现场数据发送给主控制器和冗余控制器；或者，所述输入输出接口模块将采集到的现场数据发送给服务器，服务器将现场数据分别通过主交换机和冗余交换机发送给主控制器和冗余控制器；主控制器和冗余控制器对现场数据利用内部的优化控制算法进行处理，得到控制指令，主控制器和冗余控制器分别将控制指令通过输入输出接口模块发送给外部的分布式控制系统以控制执行机构动作。本发明能够实现在生产现场进行复杂优化控制，且具有高开放性、高可靠性。
【专利说明】一种集成外接优化控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及火电厂生产过程控制【技术领域】，特别涉及一种集成外接优化控制系统 及方法。
【背景技术】
[0002] 火电厂生产过程普遍采用DCS和PLC系统进行过程控制，其设计的主要目的是保 证生产过程的实时性和安全性，并没有过多考虑如何提高生产过程的经济性，比如尽可能 的提高控制回路的控制目标--减少稳态误差和提高动态性能。目前现场普遍采用PID控 制算法，该算法简单易于掌握，鲁棒性很强。但是对于一些复杂的控制对象，其控制算法并 不能够获得较好的控制效果，鉴于此，大量的研究人员开始研究如何将复杂先进控制算法 应用到现场中去，本发明提供这样的一个应用平台，目的是为复杂先进控制算法的现场实 现提供载体。
[0003] 现在应用较好的并且有一定口碑的外部优化控制器是国外西门子公司的PR0FI 系统，但是仅仅在西门子的过程控制系统上，才能够更大程度上发挥其优化效果。
[0004] 目前国内的厦大海通公司XD-APC软件也有类似优化控制，但是其应用领域仅限 于流化床锅炉的局部控制。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种在生产现场进行复杂优化控制的集成外 接优化控制系统及方法。
[0006] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种集成外接优化控制系统，包括主 控制器，冗余控制器，主交换机，冗余交换机，输入输出接口模块和服务器；
[0007] 输入输出接口模块从外部的分布式控制系统上采集现场数据，输入输出接口模块 将采集到的现场数据发送给主控制器和冗余控制器；
[0008] 或者，所述输入输出接口模块将采集到的现场数据发送给服务器，服务器将接收 到的现场数据分别发送给主交换机和冗余交换机，所述主交换机和冗余交换机分别将接收 到的现场数据发送给主控制器和冗余控制器；
[0009] 所述主控制器和冗余控制器对接收到的现场数据，利用内部的优化控制算法进行 处理，得到控制指令，主控制器和冗余控制器分别将控制指令通过输入输出接口模块发送 给外部的分布式控制系统以控制执行机构动作。
[0010] 本发明的有益效果是：本发明能够实现在生产现场进行复杂优化控制，且具有高 开放性、高可靠性。
[0011] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0012] 进一步，所述输入输出接口模块包括用于采用ModBus方式与外部的分布式控制 系统通信的串口卡通信子模块、采用0PC方式与外部的分布式控制系统通信的0PC通信子 模块和采用硬接线方式与外部的分布式控制系统通信的硬接线通信子模块。
[0013] 进一步，所述主控制器和冗余控制器的内部分别包含一块用于信息传递的CPCI 总线背板。
[0014] 进一步，所述集成外接优化控制系统还包括两个电源和一个冗余器，两个电源分 别与冗余器连接，冗余器用于对两个电源进行均流、放大和倒灌处理，经过均流、放大和倒 灌处理后的两个电源分别为主控制器和冗余控制器供电。
[0015] 进一步，所述集成外接优化控制系统还包括继电器模组输入输出模块和干结点输 入输出模块，所述继电器模组输入输出模块和干结点输入输出模块用于与所述输入输出接 口模块连接，主控制器或者冗余控制器通过驱动输入输出接口模块进而控制继电器模组输 入输出模块和干结点输入输出模块的连通与断开。
[0016] 进一步，每个输入输出接口模块的10接口均通过电缆连接至用于接线管理的端 子板。
[0017] 进一步，一种利用集成外接优化控制系统进行优化控制的方法，包括以下步骤：
[0018] 步骤1 :输入输出接口模块从外部的分布式控制系统上采集现场数据；
[0019] 步骤2 :输入输出接口模块将采集到的现场数据发送给主控制器和冗余控制器；
[0020] 或者，所述输入输出接口模块将采集到的现场数据发送给服务器，服务器将接收 到的现场数据分别发送给主交换机和冗余交换机，所述主交换机和冗余交换机分别将接收 到的现场数据发送给主控制器和冗余控制器；
[0021] 步骤3 :所述主控制器和冗余控制器对接收到的现场数据，利用内部的优化控制 算法进行处理，得到控制指令；
[0022] 步骤4 :主控制器和冗余控制器分别将控制指令通过输入输出接口模块发送给外 部的分布式控制系统以控制执行机构动作。
[0023] 进一步，所述优化控制算法包SMITH预估控制或者模糊控制算法。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1为本发明装置结构图；
[0025] 图2为本发明方法步骤流程图。
[0026] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0027] 1、主控制器，2、冗余控制器，3、主交换机，4、冗余交换机，5、输入输出接口模块， 5-1、串口卡通信子模块，5-2、0PC通信子模块，5-3、硬接线通信子模块，6、服务器，7、分布式 控制系统。
【具体实施方式】
[0028] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。
[0029] 如图1所示，为本发明装置结构图；图2为本发明方法步骤流程图。
[0030] 实施例1
[0031] 一种集成外接优化控制系统，包括主控制器1，冗余控制器2,主交换机3,冗余交 换机4,输入输出接口模块5和服务器6 ;
[0032] 输入输出接口模块5从外部的分布式控制系统7上采集现场数据，输入输出接口 模块5将采集到的现场数据发送给主控制器1和冗余控制器2 ;
[0033] 或者，所述输入输出接口模块5将采集到的现场数据发送给服务器6,服务器6将 接收到的现场数据分别发送给主交换机3和冗余交换机4,所述主交换机3和冗余交换机分 别将接收到的现场数据发送给主控制器1和冗余控制器2 ;
[0034] 所述主控制器1和冗余控制器2对接收到的现场数据，利用内部的优化控制算法 进行处理，得到控制指令，主控制器1和冗余控制器2分别将控制指令通过输入输出接口模 块5发送给外部的分布式控制系统7以控制执行机构动作。
[0035] 所述输入输出接口模块5包括用于米用ModBus方式与外部的分布式控制系统7 通信的串口卡通信子模块5-1、采用0PC方式与外部的分布式控制系统7通信的0PC通信子 模块5-2和采用硬接线方式与外部的分布式控制系统7通信的硬接线通信子模块5-3。
[0036] 所述主控制器1和冗余控制器2的内部分别包含一块用于信息传递的CPCI总线 背板。
[0037] 所述集成外接优化控制系统还包括两个电源和一个冗余器，两个电源分别与冗余 器连接，冗余器用于对两个电源进行均流、放大和倒灌处理，经过均流、放大和倒灌处理后 的两个电源分别为主控制器1和冗余控制器2供电。
[0038] 所述集成外接优化控制系统还包括继电器模组输入输出模块和干结点输入输出 模块，所述继电器模组输入输出模块和干结点输入输出模块用于与所述输入输出接口模块 连接，主控制器或者冗余控制器通过驱动输入输出接口模块进而控制继电器模组输入输出 模块和干结点输入输出模块的连通与断开。
[0039] 每个输入输出接口模块5的10接口均通过电缆连接至用于接线管理的端子板。
[0040] 一种利用集成外接优化控制系统进行优化控制的方法，包括以下步骤：
[0041] 步骤1 :输入输出接口模块5从外部的分布式控制系统7上采集现场数据；
[0042] 步骤2 :输入输出接口模块5将采集到的现场数据发送给主控制器1和冗余控制 器2 ;
[0043] 或者，所述输入输出接口模块5将采集到的现场数据发送给服务器7,服务器6将 接收到的现场数据分别发送给主交换机3和冗余交换机4,所述主交换机3和冗余交换机分 别将接收到的现场数据发送给主控制器1和冗余控制器2 ;
[0044] 步骤3 :所述主控制器1和冗余控制器2对接收到的现场数据，利用内部的优化控 制算法进行处理，得到控制指令；
[0045] 步骤4 :主控制器1和冗余控制器2分别将控制指令通过输入输出接口模块5发 送给外部的分布式控制系统7以控制执行机构动作。
[0046] 所述优化控制算法包SMITH预估控制或者模糊控制算法。
[0047] 在具体实施中，利用外界优化控制系统实现复杂回路控制具体分为以下步骤：
[0048] (1)运行人员根据现场实际情况，将控制回路权限切换到外界优化控制器。
[0049] (2)外界优化控制系统通过OPC、ModBus或者硬接线三种方式通过原有分布式控 制系统的采集通道采集回路用于控制的测量数据。
[0050] (3)外界优化控制系统根据采集的测量数据以及回路设定目标值，利用先进控制 算法获得比传统PID控制效果更好的输出指令。
[0051] (4)该指令通过0PC、M〇dBus或者硬接线三种方式返回给原有分布式控制系统，借 助于原有分布式控制的输出通道加载指令到执行机构上。
[0052] (5)通过前面的4个步骤，原有的PID控制被旁路掉，优化系统的输出结果通过输 出通道控制现场设备运行。
[0053] (6)如果优化控制效果不理想，运行人员通过切换输出指令，切换回原来控制系 统。
[0054] (7)真个控制过程中，设计报警和自动切除、自动跟踪，提高系统的安全性。
[0055] 目的：提高控制回路的控制精准度，适应被控对象的变化。
[0056] 目前火电现场不管对象的特点千差万别，均使用PID作为回路的控制算法，当对 象多变或者惯性迟延较大时，该算法很难获得较好的控制效果，而复杂的控制算法对于普 通的控制器而言要求较高的运算能力，这样在原有控制系统上很难改变PID算法一统天下 的局面。
[0057] 设计外接优化控制系统，仅用于复杂回路的优化控制，提高回路的控制精度，适应 被控对象的变化。
[0058] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种集成外接优化控制系统，其特征在于：包括主控制器（1)，冗余控制器（2)，主交 换机（3)，冗余交换机（4)，输入输出接口模块（5)和服务器（6); 输入输出接口模块（5)从外部的分布式控制系统（7)上采集现场数据，输入输出接口 模块（5)将采集到的现场数据发送给主控制器（1)和冗余控制器（2); 或者，所述输入输出接口模块（5)将采集到的现场数据发送给服务器￠)，服务器（6) 将接收到的现场数据分别发送给主交换机（3)和冗余交换机（4)，所述主交换机（3)和冗余 交换机分别将接收到的现场数据发送给主控制器（1)和冗余控制器（2); 所述主控制器（1)和冗余控制器（2)对接收到的现场数据，利用内部的优化控制算法 进行处理，得到控制指令，主控制器（1)和冗余控制器（2)分别将控制指令通过输入输出接 口模块（5)发送给外部的分布式控制系统（7)以控制执行机构动作。
2. 根据权利要求1所述的集成外接优化控制系统，其特征在于：所述输入输出接口模 块（5)包括用于采用ModBus方式与外部的分布式控制系统（7)通信的串口卡通信子模块 (5-1)、采用0PC方式与外部的分布式控制系统（7)通信的0PC通信子模块（5-2)和采用硬 接线方式与外部的分布式控制系统（7)通信的硬接线通信子模块（5-3)。
3. 根据权利要求1所述的集成外接优化控制系统，其特征在于：所述主控制器（1)和 冗余控制器（2)的内部分别包含一块用于信息传递的CPCI总线背板。
4. 根据权利要求1所述的集成外接优化控制系统，其特征在于：所述集成外接优化控 制系统还包括两个电源和一个冗余器，两个电源分别与冗余器连接，冗余器用于对两个电 源进行均流、放大和倒灌处理，经过均流、放大和倒灌处理后的两个电源分别为主控制器 ⑴和冗余控制器⑵供电。
5. 根据权利要求1所述的集成外接优化控制系统，其特征在于：所述集成外接优化控 制系统还包括继电器模组输入输出模块和干结点输入输出模块，所述继电器模组输入输出 模块和干结点输入输出模块用于与所述输入输出接口模块连接，主控制器或者冗余控制器 通过驱动输入输出接口模块进而控制继电器模组输入输出模块和干结点输入输出模块的 连通与断开。
6. 根据权利要求1所述的集成外接优化控制系统，其特征在于：每个输入输出接口模 块（5)的10接口均通过电缆连接至用于接线管理的端子板。
7. -种利用集成外接优化控制系统进行优化控制的方法，其特征在于，包括以下步 骤： 步骤1 :输入输出接口模块（5)从外部的分布式控制系统（7)上采集现场数据； 步骤2 :输入输出接口模块（5)将采集到的现场数据发送给主控制器（1)和冗余控制 器⑵； 或者，所述输入输出接口模块（5)将采集到的现场数据发送给服务器（7)，服务器（6) 将接收到的现场数据分别发送给主交换机（3)和冗余交换机（4)，所述主交换机（3)和冗余 交换机分别将接收到的现场数据发送给主控制器（1)和冗余控制器（2); 步骤3 :所述主控制器（1)和冗余控制器（2)对接收到的现场数据，利用内部的优化控 制算法进行处理，得到控制指令； 步骤4 :主控制器（1)和冗余控制器（2)分别将控制指令通过输入输出接口模块（5)发 送给外部的分布式控制系统（7)以控制执行机构动作。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述优化控制算法包SMITH预估控制或 者模糊控制算法。
【文档编号】G05B19/418GK104122869SQ201410359000
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】张悦, 韩璞, 董泽, 高扬 申请人:华北电力大学（保定）