流程工业综合自动化仿真控制系统

一、仿真系统简介

        本流程工业综合自动化仿真系统基于Siemens PCS7分散控制系统设计，由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时又可以集中获取数据、集中管理和集中控制，各回路之间和上下级之间通过高速数据通道交换信息，该系统具有数据获取、直接数字控制、人机交互以及监控和管理等功能。仿真控制系统完全模拟工业现场，工程师站进行控制系统与工业过程模型的组态，操作员站进行系统实时监控。本仿真系统包括干燥器、蒸馏塔和反应釜三个仿真控制系统对象。

二、仿真系统结构图

        本仿真系统硬件结构由PCS7工程师站、操作员站、S7-400 PLC和WinAC控制器共同构成，上位机与PLC直接采用以太网，PLC与WinAC之间采用Profibus总线通讯，S7-400 PLC运行数据采集和控制算法模块，WinAC控制器中运行生产过程的数学模型。

三、仿真系统的特点及优势

        ◇采用PCS 7仿真环境，完全模拟工业现场的控制系统结构；
        ◇典型、丰富的仿真模型库，包括非线性、多变量、大时间滞后的对象模型；
        ◇包含典型的过程控制策略：比值、串级、分程、超驰，设定值优化等；
        ◇涵盖了所有过程控制被控对象类型：温度、压力、流量、物料、液位、pH值等等；
        ◇提供了系统运行的相关KPI参数，包括能耗、产能、关键参数等，为MES和管理层决策提供了底层的数据资源；
        ◇可实现单回路PID控制、自整定PID控制、前馈补偿控制、串级控制和模型预测控制等等先进控制算法并提供控制系统的性能评估；
        ◇具有系统辨识功能，可建立对象的数学模型；
        ◇提供二次开发和理论研究接口，可以利用matlab、C++等高级语言将控制算法集成到CFC块中。

四、仿真控制系统构成

         1、干燥器仿真系统
        干燥器仿真系统的WinCC监控界面如图2所示，针对干燥器系统的温度、湿度等控制设计了图3所示的控制结构，设计了目标优化环节和多变量模型预测控制方案。

        仿真系统目标优化环节需要在线求解下面的线性规划问题：