CN102346474B - 一种开放式优化控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种开放式优化控制系统及方法，该系统具备通用性，能够跟DCS进行通信，对DCS进行实时监控及优化。该系统包括：上位机110和下位机120；所述上位机110安装有组态监控软件，所述上位机110通过网络与所述下位机120连接，所述下位机120安装有实时监控软件，所述上位机110和/或下位机120以可通信方式与DCS连接；该方法包括：从分散控制系统DCS获取实时生产数据；对所述实时生产数据进行分析运算得到运算结果；发送所述运算结果至所述DCS。
Description
技术领域
本发明涉及信息技术领域，具体涉及一种开放式优化控制系统及方法。
背景技术
目前，电站控制领域中最常用的实时控制方式均采用分散控制系统(DCS，Distributed Control System)。DCS主要由四部分组成：I/O板、控制器、操作站和通讯网络。具有两大特色：高可靠性和开放性。DCS采用了底层硬件负责控制实现、下位机控制器负责控制算法的计算和判断、上位机计算机负责人机交互和软件修改的分散方式。同时，DCS采用了开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地接入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响系统其它计算机的工作。
但是，DCS的开放性仅仅是针对其系统本身，是基于接口标准而言的，无法直接采用市售的成熟产品作为硬件来源。其次，由于受到组态规则的限制，和需要考虑控制的实现方式和控制能力，DCS一般只提供基本算法模块，导致一些新型控制与信息处理方法无法应用于电站控制领域，如模糊控制、神经网络、支持向量机、预测算法、内模糊控制等。再者，DCS为了保证其可靠性，对其运行期间的逻辑修改有着繁琐的操作流程要求，甚至有很多DCS不允许在线修改逻辑，从而无法及时根据系统的运行状态对控制策略进行调整。
发明内容
针对上述缺陷，本发明实施例提供了一种开放式优化控制系统及方法，该系统具备通用性，可跟DCS进行通信，对其进行实时监控及优化。
一种开放式优化控制系统，包括：上位机110和下位机120；
所述上位机110安装有组态监控软件，所述上位机110通过网络与所述下位机120连接，所述下位机120安装有实时监控软件，所述上位机110和/或下位机120以可通信方式与分散控制系统DCS连接；
所述组态监控软件，用于获取DCS的实时生产数据，并对所述实时生产 数据进行分析运算得到运算结果，以及发送所述运算结果至所述DCS，完成组态监控软件的共享内存数据与DCS数据之间的交互和实现人机交互；
所述实时监控软件，用于获取DCS的实时生产数据，并对所述实时生产数据进行分析运算得到运算结果，以及发送所述运算结果至所述DCS，完成实时监控软件的分布式共享内存数据与DCS数据之间的交互。
一个实施例中，所述下位机120包括控制器210、I/O卡230和串口卡220，所述控制器210安装有实时监控软件，所述控制器210与所述I/O卡230连接，所述控制器210与所述串口卡220连接，所述控制器210和/或所述I/O卡230以可通信方式与DCS连接。
一个实施例中，所述控制器210、I/O卡230和串口卡220采用冗余可插拔式设计。
一个实施例中，所述上位机110和/或下位机120以可通信方式与DCS连接包括：所述上位机110以OPC通信方式与DCS连接。
一个实施例中，所述控制器210和/或所述I/O卡230以可通信方式与DCS连接包括：
所述控制器210通过所述串口卡220串口与DCS连接；
和/或所述I/O卡230以I/O通信方式与DCS连接。
一种开放式优化控制方法，包括：
从分散控制系统DCS获取实时生产数据；
对所述实时生产数据进行分析运算得到运算结果；
发送所述运算结果至所述DCS。
本发明实施例中，提供了一种开放式优化控制系统及方法。该系统具备通用性，包括上位机和下位机，该上位机安装有组态监控软件，用于获取DCS的实时生产数据，并对所述实时生产数据进行分析运算得到运算结果，以及发送所述运算结果至所述DCS，完成组态监控软件的共享内存数据与DCS数据之间的交互；上位机与下位机通过网络连接，而下位机安装有实时监控软件，用于获取DCS的实时生产数据，并对所述实时生产数据进行分析运算得到运算结果，以及发送所述运算结果至所述DCS，完成实时监控软件的分布式共享内存数据与DCS数据之间的交互；该上位机和/或下位机以可通信方式 与DCS连接；该系统可实时对DCS进行监控，并从DCS获取实时生产数据，之后对该实时生产数据进行分析运算，将运算得到的运算结果发送至DCS，从而对DCS进行实时优化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明开放式优化控制系统一实施例系统结构图；
图2为本发明开放式优化控制系统另一实施例系统结构图；
图3为本发明开放式优化控制方法中第一实施例流程图；
图4为本发明开放式优化控制方法中第二实施例流程图；
图5为本发明开放式优化控制方法中第三实施例流程图；
图6为本发明开放式优化控制方法中第四实施例流程图；
图7为本发明开放式优化控制系统与DCS通信工作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种开放式优化控制系统及方法，该系统具备通用性，可与DCS通信，对其进行实时监控及优化。
请参阅图1、图2和图7，图1为本发明开放式优化控制系统一实施例系统结构图；图2为本发明开放式优化控制系统另一实施例系统结构图，图7为本发明开放式优化控制系统与DCS通信工作流程图。如图1、图2和图7所示，一种开放式优化控制系统，包括：上位机110和下位机120；
所述上位机110安装有组态监控软件，所述上位机110通过网络与所述下位机120连接，所述下位机120安装有实时监控软件，所述上位机110和/或下位机120以可通信方式与分散控制系统DCS连接；
所述组态监控软件，用于获取DCS的实时生产数据，并对所述实时生产数据进行分析运算得到运算结果，以及发送所述运算结果至所述DCS，完成组态监控软件的共享内存数据与DCS数据之间的交互；
所述实时监控软件，用于获取DCS的实时生产数据，并对所述实时生产数据进行分析运算得到运算结果，以及发送所述运算结果至所述DCS，完成实时监控软件的分布式共享内存数据与DCS数据之间的交互。
其中，在本发明实施例中，一种开放式优化控制系统包括上位机110和下位机120，该上位机110和/或下位机120以可通信方式与DCS连接，具有通用性，在上位机110中安装组态监控软件和在下位机120中安装实时监控软件，其中，所述组态监控软件，用于获取DCS的实时生产数据，并对所述实时生产数据进行分析运算得到运算结果，以及发送所述运算结果至所述DCS，完成组态监控软件的共享内存数据与DCS数据之间的交互和实现人机交互；所述实时监控软件，用于获取DCS的实时生产数据，并对所述实时生产数据进行分析运算得到运算结果，以及发送所述运算结果至所述DCS，完成实时监控软件的分布式共享内存数据与DCS数据之间的交互；该系统对DCS进行实时监控，并能对DCS进行实时优化。
一个实施例中，所述下位机120包括控制器210、I/O卡230和串口卡220，所述控制器210安装有实时监控软件，所述控制器210与所述I/O卡230连接，所述控制器210与所述串口卡220连接，所述控制器210和/或所述I/O卡230以可通信方式与DCS连接。
其中，优选地，下位机可以包括控制器210、I/O卡230和串口卡220，该控制器210中安装有实时监控系统软件，控制器210可通过串口卡220，应用Modbus协议跟DCS进行通信，进行与DCS数据之间的交互。当然地，还可通过I/O通信方式与DCS进行通信。
一个实施例中，所述控制器210、I/O卡230和串口卡220采用冗余可插拔式设计。
其中，为了满足系统的通用性，及方便后续的升级更新，控制器210、I/O卡230和串口卡220均可采用冗余可插拔式设计。显然地，该系统下位机120中所使用到的电源也可以采用冗余可插拔式设计。
一个实施例中，所述上位机110和/或下位机120以可通信方式与DCS连接包括：所述上位机110以OPC通信方式与DCS连接。
其中，该开放式优化控制系统具有通用性，也体现在与DCS灵活的通信方式上，该系统的上位机110能够通过设置OPC程序接口与DCS连接。在对数据刷新精度和可靠性要求不高时，且其传输数据较大量时可采用OPC通信方式，完成上位机110组态监控软件的共享内存数据与DCS数据之间的交互，并将数据存入组态监控软件的共享内存里。
一个实施例中，所述控制器210和/或所述I/O卡230以可通信方式与DCS连接包括：
所述控制器210通过所述串口卡220串口与DCS连接；
和/或所述I/O卡230以I/O通信方式与DCS连接。
其中，在对数据刷新精度和可靠性要求较高时，可由控制器210通过串口卡220，应用Modbus与DCS直接通信，从DCS获取实时生产数据，并将该数据存入控制器210中的实时监控软件的分布式共享内存里。若对数据刷新精度和可靠性要求极高时，则由I/O通信方式从DCS获取实时生产数据，进行数据交互，从DCS获取到的实时生产数据也会先存入控制器210中的实时监控软件的分布式共享内存。
本发明是根据现有电站控制领域DCS系统的缺陷如通用性较低、在应用过程中无法实时修改控制逻辑等开发的一种开放式优化控制系统，及提供了一种开放式优化控制方法，但是，本领域的普通技术人员可以理解，本发明的应用领域不仅仅局限于此，其可以直接应用在电力、化工、石油等复杂工业现场及其他场所，还能对DCS之外的其他监控系统进行实时监控及优化。
本发明实施例中，该开放式优化控制系统包括上位机110和下位机120；上位机110安装组态监控软件，上位机110可通过OPC通讯方式，直接与DCS通信，完成组态监控软件的共享内存数据与DCS数据之间的交互，而下位机120安装实时监控软件，下位机120中的控制器210也可经过串口卡220串口与DCS连接，能够传输大量数据，可靠性也高，或者以I/O通信方式与DCS进行数据交互，速度快，可靠性高，同时，为了提高该开放式优化控制系统的通用性，下位机120中的设备，如控制器210、I/O卡230和串口卡220均 采用冗余可插拔式设计，从而使得该开放式优化控制系统不仅具备通用性，跟DCS进行通信，还实时对DCS进行监控及优化。
请参阅图3，图3为本发明开放式优化控制方法第一实施例流程图。如图3所示，本发明还提供了一种开放式优化控制方法，包括：
310、从分散控制系统DCS获取实时生产数据；
其中，开放式优化控制系统与DCS连接进行通信时，就开始对DCS进行实时监控，并开始实时从该DCS获取实时生产数据，开始执行对DCS优化的工作。
320、对所述实时生产数据进行分析运算得到运算结果；
其中，在开放式优化控制系统从DCS获取到实时生产数据之后，会对实时生产数据进行一系列的分析、建模和运算，得到运算结果。
330、发送所述运算结果至所述DCS。
其中，为了完成开放式优化控制系统对DCS的优化，在开放式优化控制系统完成分析运算后，不但在系统上保存该运算结果及通知上位机中控制器实时监控软件的分布式共享内存，更重要的是要将该运算结果反馈给DCS，以便DCS触发其底层设备，对其自身进行优化。
在本发明实施例中，该开放式优化控制系统与DCS通信，开始监控，同时从DCS获取到实时生产数据，并对该实时生产数据进行分析运算得到运算结果，再将该运算结果反馈给DCS，从而满足在对DCS进行实时监控的同时，实时地对DCS进行优化处理。
请参阅图4，图4为本发明开放式优化控制方法中第二实施例流程图。如图4所示，一种开放式优化控制方法，包括：
410、上位机通过OPC通信方式获取实时生产数据；
其中，在该开放式优化控制系统中，其与DCS的通信方式是灵活多样的，包括该系统中的上位机可以通过设置OPC程序，以OPC通信方式与DCS连接，进行上位机组态监控软件的共享内存数据与DCS数据之间的交互。
420、所述上位机将所述实时生产数据存入组态监控软件的共享内存；
其中，上位机以OPC通信方式与DCS通信，获取到的实时生产数据存入组态监控软件的共享内存，以便后续的操作，同时，保证实时更新共享内存 中的数据。
430、对所述实时生产数据进行分析运算得到运算结果；
其中，该开放式优化控制系统会从组态监控软件的共享内存读取实时生产数据，对实时生产数据进行分析运算。
440、发送所述运算结果至所述DCS。
其中，在分析运算得到运算结果之后，会将运算结果送回DCS，以便实现对DCS的优化。
在本发明实施例中，主要是由该系统的上位机通过OPC通信方式与DCS进行数据交互，获取实时生产数据，再进行分析运算，将运算结果发回DCS，在对DCS监控的同时，也能对其进行优化。
请参阅图5，图5为本发明开放式优化控制方法中第三实施例流程图。如图5所示，一种开放式优化控制方法，包括：
510、所述下位机的控制器通过所述串口卡串口获取实时生产数据，和/或所述下位机的I/O卡通过I/O通信方式获取实时生产数据；
其中，该下位机中的控制器可以通过串口卡串口与DCS连接，应用Modbus协议进行通信，同时，也可以通过I/O通信方式与DCS通信，不管是哪种通信方式获取到的实时生产数据，都会暂存在控制器的实时监控软件的分布式共享内存里。
520、所述控制器将所述实时生产数据存入实时监控软件的分布式共享内存；
其中，下位机与DCS通信获取到的实时生产数据，先暂存在实时监控软控的分布式共享内存里。
530、所述控制器从所述分布式共享内存读取所述实时生产数据并进行控制逻辑运算；
另外的，主要由开放式优化控制系统中的下位机参与重要运算和控制，其中，控制器则有着重要的作用，其自身具有监控和进行控制逻辑运算的功能，会对获取到的实时生产数据也进行控制逻辑运算，完成对DCS在线控制逻辑的修改，即完成其实时优化。
540、所述控制器将所述实时生产数据发送至上位机中的组态监控软件的 共享内存；
其中，下位机中的控制器与上位机通过网络连接进行通信，不但分析运算后的运算结果通知到上位机的组态监控软件，其获取到的实时生产数据也会实时通知到上位机的组态监控软件，这些数据都将存储在组态监控软件的共享内存里，后续的显示及其他操作都将从共享内存读取相关数据。
550、对所述实时生产数据进行分析运算得到运算结果；
其中，该系统中下位机中的控制器的实时监控软件会对实时生产数据进行控制逻辑及其他运算，然后将运算结果通知上位机中的组态监控软件，一些高级算法及处理则由上位机的组态监控软件进行处理，最后得到运算结果。
560、发送所述运算结果至所述DCS。
其中，在得到运算结果之后，会将运算结果发送回DCS，以便实现对DCS的优化。
在本发明实施例中，主要由下位机中的控制器和/或I/O卡去获取实时生产数据，再进行相关的分析运算，完成开放式优化控制系统对DCS的监控及优化。
请参阅图6，图6为本发明开放式优化控制方法中第四实施例流程图。如图6所示，一种开放式优化控制方法，包括：
610、所述下位机的控制器通过所述串口卡串口获取实时生产数据，和/或所述下位机的I/O卡通过I/O通信方式获取实时生产数据；
其中，该下位机中的控制器可以通过串口卡串口与DCS连接，通过Modbus协议进行通信，同时，也可以通过I/O通信方式与DCS通信，不管是哪种通信方式获取到的实时生产数据，都会暂存控制器的实时监控软件的分布式共享内存里。
620、所述控制器将所述实时生产数据存入实时监控软件的分布式共享内存；
其中，下位机与DCS通信获取到的实时生产数据，先暂存在实时监控软控的分布式共享内存里。
630、所述控制器从所述分布式共享内存读取所述实时生产数据并进行控制逻辑运算；
另外的，主要由开放式优化控制系统中的下位机参与重要运算和控制，其中，控制器则有着重要的作用，其自身具有监控和进行控制逻辑运算的功能，会对获取到的实时生产数据也进行控制逻辑运算，完成对DCS在线控制逻辑的修改，即完成其实时优化。
640、所述控制器将所述实时生产数据发送至上位机中的组态监控软件的共享内存；
其中，下位机中的控制器与上位机通过网络连接进行通信，不但分析运算后的运算结果通知到上位机的组态监控软件，其获取到的实时生产数据也会实时通知到上位机的组态监控软件，这些数据都将存储在组态监控软件的共享内存里，后续的显示及其他操作都将从共享内存读取相关数据。
650、对所述实时生产数据进行分析运算得到运算结果；
其中，该系统中下位机中的控制器的实时监控软件会对实时生产数据进行控制逻辑及其他运算，然后将运算结果通知上位机中的组态监控软件，一些高级算法及处理则由上位机的组态监控软件进行处理，最后得到运算结果。
660、将所述运算结果发送至上位机中的实时监控软件的分布式共享内存；
其中，运算结果也发送给上位机并存入实时监控软件的分布式共享内存，以便更新分布式共享内存里的数据及后续显示。
670、所述上位机显示所述运算结果；
其中，上位机会将所述运算结果显示出来。
680、发送所述运算结果至所述DCS。
其中，在得到运算结果之后，会将运算结果发送回DCS，以便实现对DCS的优化。
在本发明实施例中，由下位机中的控制器和/或I/O卡完成与DCS的交互，同时，在开放式优化控制系统对实时生产数据分析运算得到运算结果之后，也会将运算结果通知上位机中的组态监控软件的共享内存和暂存入下位机控制器的实时监控软件的分布式共享内存，上位机显示运算结果和更新组态监控软件的共享内存里的数据，之后，系统将运算结果发送至DCS。
本发明实施例提供了一种开放式优化控制系统及方法，该开放式优化控 制系统包括上位机110和下位机120，该上位机110安装有组态监控软件，用于获取DCS的实时生产数据，并对所述实时生产数据进行分析运算得到运算结果，以及发送所述运算结果至所述DCS，完成组态监控软件的共享内存数据与DCS数据之间的交互和实现人机交互；该下位机120安装有实时监控系统软件，用于获取DCS的实时生产数据，并对所述实时生产数据进行分析运算得到运算结果，以及发送所述运算结果至所述DCS，完成实时监控软件的分布式共享内存数据与DCS数据之间的交互；该上位机110通过网络与该下位机120连接，该上位机110和/或下位机120以可通信方式与DCS连接，具有通用性，可对DCS进行实时监控及优化；该开放式优化控制系统与DCS通信，获取DCS的实时生产数据，并对该实时生产数据进行分析运算得到运算结果，然后再将该运算结果反馈给DCS，从而实现其对DCS的优化。
另外的，在本发明实施例中，该开放式优化控制系统上位机110可以OPC通信方式与DCS连接，完成组态监控软件的共享内存数据与DCS数据的交互；而下位机120可包括控制器210、I/O卡230和串口卡220，三者均可采用冗余可插拔式设计，设计合理，通用性较强；同时，控制器210分别与I/O卡230和串口卡220连接，控制器210可通过串口卡220串口与DCS直接连接，应用Modbus协议进行通信，也可以是I/O卡230以I/O通信方式与DCS连接，完成与DCS的通信，实现实时监控及优化功能。
以上对本发明所提供的一种开放式优化控制系统及方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (4)
1.一种开放式优化控制方法，其特征在于，基于开放式优化控制系统，所述开放式优化控制系统包括：上位机和下位机，所述上位机通过网络与所述下位机连接，所述上位机和下位机以可通信方式与分散控制系统DCS连接，所述上位机安装有组态监控软件，所述下位机安装有实时监控软件，该方法包括：
所述上位机的组态监控软件和所述下位机的实时监控软件分别从分散控制系统DCS获取实时生产数据；
所述上位机的组态监控软件和所述下位机的实时监控软件分别对所述实时生产数据进行分析运算得到运算结果；
所述上位机的组态监控软件和所述下位机的实时监控软件分别发送所述运算结果至所述DCS。
2.根据权利要求1所述的开放式优化控制方法，其特征在于，所述获取实时生产数据为上位机通过OPC通信方式获取实时生产数据，则所述方法还包括步骤：
所述上位机将所述实时生产数据存入组态监控软件的共享内存。
3.根据权利要求1所述的开放式优化控制方法，其特征在于，所述获取实时生产数据为下位机的控制器通过串口卡串口获取实时生产数据，和/或所述下位机的I/O卡通过I/O通信方式获取实时生产数据，则所述方法还包括步骤：
所述控制器将所述实时生产数据存入实时监控软件的分布式共享内存；
所述控制器从所述分布式共享内存读取所述实时生产数据并进行控制逻辑运算；
所述控制器将所述实时生产数据发送至上位机中的组态监控软件的共享内存。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的开放式优化控制方法，其特征在于，所述对所述实时生产数据进行分析运算得到运算结果之后进一步包括步骤：
将所述运算结果发送至上位机中的实时监控软件的分布式共享内存；
所述上位机显示所述运算结果。
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