CN104932438B - 一种工业过程自动化控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种工业过程自动化控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

一种工业过程自动化控制系统及其控制方法，一种工业过程自动化控制系统，包括用于转发工业过程中的控制组件的控制增量的信号转发器、中央处理系统以及增量式PID控制器，所述的增量式PID控制器同控制组件数量一致且一一对应,每个增量PID控制器同其对应的控制组件相连接，信号转发器通过循环时间继电器的常开触点同计算机相连接,而中央处理系统包括计算机、比较器以及示波器构成，所述的计算机同示波器相连接，比较器同计算机的内部总线相连接。结合其控制方法这样就能避免反馈信号无法综合控制且自动化程度不高的缺陷。该系统使得可实时、平稳地检测控制组件的增量，避免了潜在的增量大幅波动所带来的风险。

Description

一种工业过程自动化控制系统及其控制方法
技术领域
本发明属于工业过程自动化技术领域，具体涉及一种工业过程自动化控制系统及其控制方法。
背景技术
目前在工业过程中，工业过程往往能够细化为若干控制组件，控制组件一般具有三类动作：
第一、同步动作，如果工业过程为两个控制组件构成，两个控制组件同步启动，彼此之间独立运作，另外两个控制组件均终止运作，工业过程就终止运作，如果其中一个控制组件没终止运作，另一个控制组件终止运作了，另一个控制组件能配合没终止运作的控制组件运作；
第二、顺序运行，如果工业过程为两个控制组件构成，但是其中一个功能组件只能在另一个控制组件终止运作时才能运作；
第三、配合运行，如果工业过程为两个控制组件构成，两个控制组件中一个控制组件启动时就代表工业过程开始运作，两个控制组件都终止运作就作为工业过程的终止。
在自动化控制下的工业过程中，在早于各个控制组件启动时必须进行预处理，预处理带有工业过程和其控制组件的设定启动和终止的周期、控制组件运作时占用的自动化控制系统的设备以及各种操作机构的配合，这样在自动化控制系统操作时，经由操纵工业过程和其控制组件的设定启动和终止的周期、控制组件运作时占用的自动化控制系统的设备的占用状态以及各种操作机构的配合，根据反馈的信号来进行相应的控制组件运作的整合，但是这种方式只能做到工业过程和其控制组件的设定启动和终止的周期、控制组件运作时占用的自动化控制系统的设备的占用状态以及各种操作机构的配合，并且彼此相互独立的操纵，这样无法实现协作，导致工作进展依然缓慢，反馈信号无法综合控制，自动化程度不高。
发明内容
本发明的目的提供一种工业过程自动化控制系统，包括用于转发工业过程中的控制组件的控制增量的信号转发器、中央处理系统以及增量式PID控制器，所述的增量式PID控制器同控制组件数量一致且一一对应,每个增量PID控制器同其对应的控制组件相连接，信号转发器通过循环时间继电器的常开触点同计算机相连接,而中央处理系统包括计算机、比较器以及示波器构成，所述的计算机同示波器相连接，比较器同计算机的内部总线相连接。结合其控制方法这样就能避免反馈信号无法综合控制且自动化程度不高的缺陷。
为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种工业过程自动化控制系统的解决方案，具体如下：
一种工业过程自动化控制系统，包括用于转发工业过程中的控制组件的控制增量的信号转发器1、中央处理系统以及增量式PID控制器3，所述的增量式PID控制器3同控制组件数量一致且一一对应,每个增量PID控制器3同其对应的控制组件相连接，信号转发器1通过循环时间继电器8的常开触点同计算机4相连接,而中央处理系统包括计算机4、比较器5以及示波器6构成，所述的计算机4同示波器6相连接，比较器5同计算机的内部总线相连接。
所述的信号转发器1和控制组件的数量一致且一一对应,所有的控制组件构成了控制组件群，所述的控制组件数量为n个，所述的控制组件群内的控制组件分为第一控制组件、第二控制组件、第三控制组件…第n控制组件，每个信号转发器1同其对应的第j控制组件相连接,j为小于等于n并大于等于1的整数，所述的计算机4中设置同控制组件数量一样且一一对应的通用寄存器10,所述的通用寄存器10通过内部总线同计算机4中的ALU11相连接， n为大于等于1的整数。
一种工业过程自动化控制系统的控制方法，其步骤为：
步骤1:首先通过计算机4操纵示波器6设置示波器时间轴的最大值为B，设定循环时间继电器8的时间间隔为Q,然后启动循环时间继电器8和所有的信号转发器1,这样循环时间继电器8的常开触点就能实现周期循环式的闭合, 由此信号转发器1就对各自对应的控制组件的控制增量信号进行转发，而在循环时间继电器8的常开触点的第i次闭合的期间内计算机4就能实时地接收到每个信号转发器1从同其相连接的第j控制组件转发来的控制增量信号序列Sij, 控制增量信号序列Sij由循环时间继电器8的常开触点的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第一个控制增量信号S1 ij、循环时间继电器8的常开触点的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第二控制增量信号S2 ij…以及循环时间继电器8的常开触点的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第m个控制增量信号Sm ij而构成，i为大于等于1的整数，j为小于等于n并大于等于1的整数，m为大于等于1的整数， Q的范围为1毫秒到2毫秒，另外循环时间继电器8的常开触点的第i次闭合的起始时间为ti，循环时间继电器8的常开触点的第i次闭合的终止时间为ti+Q，B大于等于5秒；
步骤2：计算机4将从每个信号转发器1中接收来的控制增量信号序列Sij发送到缓存中，ALU11将每个控制增量信号序列Sij 中的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第一个控制增量信号S1 ij、第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第二控制增量信号S2 ij…以及第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第m个控制增量信号Sm ij 依次累加求和得到循环时间继电器8的常开触点的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的控制增量信号和Hij，ALU11再对控制增量信号和Hi除以m得到循环时间继电器8的常开触点的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的控制增量信号平均值K ij，其中从t1到ti时间范围内得到的所有从第j控制组件内转发来的控制增量信号平均值K ij就构成了从t1到ti时间范围内的第j控制组件的控制增量信号平均值组K j，然后ALU11进行ti减去t1的操作而得到（ti-t1），通过计算机4经过内部总线操纵比较器对（ti-t1）和B进行比较，如果（ti-t1）小于等于B，计算机4就操纵示波器将从t1到ti时间范围内转发来的所有控制增量信号序列Sij中的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第一个控制增量信号S1 ij、第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第二控制增量信号S2 ij…以及第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第m个控制增量信号Sm ij按照示波器时间轴的时间点来纵向分布显示；如果（ti-t1）大于B，计算机4就操纵示波器将从B到ti时间范围内转发来的所有控制增量信号序列Sij中的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第一个控制增量信号S1 ij、第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第二控制增量信号S2 ij…以及第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第m个控制增量信号Sm ij按照示波器时间轴的时间点来纵向分布显示；
步骤3：ALU11再按照a的取值从1依次到n的次序，对从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值组K a内的所有从t1到ti时间范围内得到的所有从第a控制组件内转发来的控制增量信号平均值K ia进行相乘而得到 从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值的乘积ba，随后ALU11继续按照a的取值从1依次到n的次序，对从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值的乘积b a求n次方根而得到从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值的乘积ba的n次方根，并把从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值的乘积ba的n次方根传送到同第a控制组件相对应的通用寄存器10中，计算机4随后将通用寄存器10中的从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值的乘积ba的n次方根传送到显示器中进行显示，最后就能根据显示的从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值的乘积ba的n次方根来通过增量PID控制器3对控制组件进行调节，a为大于等于1且小于等于n的整数。
通过本发明的集中将控制组件通过信号转发器来进行集中的用协调的控制方式进行，这样通过示波器和显示器的显示就能更好地通过增量PID控制器3来进行调节，这样能够提高控制精度20%以上, 该系统使得可实时、平稳地检测控制组件的增量，避免了潜在的增量大幅波动所带来的风险。
附图说明
图1为本发明的工业过程自动化控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对发明内容作进一步说明：
参照图1所示，工业过程自动化控制系统，包括用于转发工业过程中的控制组件的控制增量的信号转发器1、中央处理系统以及增量式PID控制器3，所述的增量式PID控制器3同控制组件数量一致且一一对应,每个增量PID控制器3同其对应的控制组件相连接，信号转发器1通过循环时间继电器8的常开触点同计算机4相连接,而中央处理系统包括计算机4、比较器5以及示波器6构成，所述的计算机4同示波器6相连接，比较器5同计算机的内部总线相连接。所述的信号转发器1和控制组件的数量一致且一一对应,所有的控制组件构成了控制组件群，所述的控制组件数量为n个，所述的控制组件群内的控制组件分为第一控制组件、第二控制组件、第三控制组件…第n控制组件，每个信号转发器1同其对应的第j控制组件相连接,j为小于等于n并大于等于1的整数，所述的计算机4中设置同控制组件数量一样且一一对应的通用寄存器10,所述的通用寄存器10通过内部总线同计算机4中的ALU11相连接， n为大于等于1的整数,该系统使得可实时、平稳地检测控制组件的增量，避免了潜在的增量大幅波动所带来的风险。
一种工业过程自动化控制系统的控制方法，其步骤为：
步骤1:首先通过计算机4操纵示波器6设置示波器时间轴的最大值为B，设定循环时间继电器8的时间间隔为Q,然后启动循环时间继电器8和所有的信号转发器1,这样循环时间继电器8的常开触点就能实现周期循环式的闭合, 由此信号转发器1就对各自对应的控制组件的控制增量信号进行转发，而在循环时间继电器8的常开触点的第i次闭合的期间内计算机4就能实时地接收到每个信号转发器1从同其相连接的第j控制组件转发来的控制增量信号序列Sij, 控制增量信号序列Sij由循环时间继电器8的常开触点的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第一个控制增量信号S1 ij、循环时间继电器8的常开触点的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第二控制增量信号S2 ij…以及循环时间继电器8的常开触点的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第m个控制增量信号Sm ij而构成，i为大于等于1的整数，j为小于等于n并大于等于1的整数，m为大于等于1的整数， Q的范围为1毫秒到2毫秒，另外循环时间继电器8的常开触点的第i次闭合的起始时间为ti，循环时间继电器8的常开触点的第i次闭合的终止时间为ti+Q，B大于等于5秒；
步骤2：计算机4将从每个信号转发器1中接收来的控制增量信号序列Sij发送到缓存中，ALU11将每个控制增量信号序列Sij 中的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第一个控制增量信号S1 ij、第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第二控制增量信号S2 ij…以及第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第m个控制增量信号Sm ij 依次累加求和得到循环时间继电器8的常开触点的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的控制增量信号和Hij，ALU11再对控制增量信号和Hi除以m得到循环时间继电器8的常开触点的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的控制增量信号平均值K ij，其中从t1到ti时间范围内得到的所有从第j控制组件内转发来的控制增量信号平均值K ij就构成了从t1到ti时间范围内的第j控制组件的控制增量信号平均值组K j，然后ALU11进行ti减去t1的操作而得到（ti-t1），通过计算机4经过内部总线操纵比较器对（ti-t1）和B进行比较，如果（ti-t1）小于等于B，计算机4就操纵示波器将从t1到ti时间范围内转发来的所有控制增量信号序列Sij中的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第一个控制增量信号S1 ij、第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第二控制增量信号S2 ij…以及第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第m个控制增量信号Sm ij按照示波器时间轴的时间点来纵向分布显示；如果（ti-t1）大于B，计算机4就操纵示波器将从B到ti时间范围内转发来的所有控制增量信号序列Sij中的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第一个控制增量信号S1 ij、第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第二控制增量信号S2 ij…以及第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第m个控制增量信号Sm ij按照示波器时间轴的时间点来纵向分布显示；
步骤3：ALU11再按照a的取值从1依次到n的次序，对从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值组K a内的所有从t1到ti时间范围内得到的所有从第a控制组件内转发来的控制增量信号平均值K ia进行相乘而得到 从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值的乘积b a，随后ALU11继续按照a的取值从1依次到n的次序，对从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值的乘积b a求n次方根而得到从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值的乘积b a的n次方根，并把从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值的乘积b a的n次方根传送到同第a控制组件相对应的通用寄存器10中，计算机4随后将通用寄存器10中的从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值的乘积b a的n次方根传送到显示器中进行显示，最后就能根据显示的从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值的乘积b a的n次方根来通过增量PID控制器3对控制组件进行调节，a为大于等于1且小于等于n的整数。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种工业过程自动化控制系统，其特征在于包括用于转发工业过程中的控制组件的控制增量的信号转发器（1）、中央处理系统以及增量式PID控制器（3），所述的增量式PID控制器（3）同控制组件数量一致且一一对应,每个增量PID控制器（3）同其对应的控制组件相连接，信号转发器（1）通过循环时间继电器（8）的常开触点同计算机（4）相连接,而中央处理系统包括计算机（4）、比较器（5）以及示波器（6）构成，所述的计算机（4）同示波器（6）相连接，比较器（5）同计算机的内部总线相连接。
2.根据权利要求1所述的工业过程自动化控制系统，其特征在于所述的信号转发器（1）和控制组件的数量一致且一一对应,所有的控制组件构成了控制组件群，所述的控制组件数量为n个，所述的控制组件群内的控制组件分为第一控制组件、第二控制组件、第三控制组件…第n控制组件，每个信号转发器（1）同其对应的第j控制组件相连接,j为小于等于n并大于等于1的整数，所述的计算机（4）中设置同控制组件数量一样且一一对应的通用寄存器（10）,所述的通用寄存器（10）通过内部总线同计算机（4）中的ALU(11)相连接， n为大于等于1的整数。
3.根据权利要求1所述的工业过程自动化控制系统的控制方法，其特征在于，其步骤为：
步骤1:首先通过计算机（4）操纵示波器（6）设置示波器时间轴的最大值为B，设定循环时间继电器（8）的时间间隔为Q,然后启动循环时间继电器（8）和所有的信号转发器（1）,这样循环时间继电器（8）的常开触点就能实现周期循环式的闭合,由此信号转发器（1）就对各自对应的控制组件的控制增量信号进行转发，而在循环时间继电器（8）的常开触点的第i次闭合的期间内计算机（4）就能实时地接收到每个信号转发器（1）从同其相连接的第j控制组件转发来的控制增量信号序列Sij, 控制增量信号序列Sij由循环时间继电器（8）的常开触点的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第一个控制增量信号S1 ij、循环时间继电器（8）的常开触点的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第二控制增量信号S2 ij…以及循环时间继电器（8）的常开触点的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第m个控制增量信号Sm ij而构成，i为大于等于1的整数，j为小于等于n并大于等于1的整数，m为大于等于1的整数，Q的范围为1毫秒到2毫秒，另外循环时间继电器8的常开触点的第i次闭合的起始时间为t i，循环时间继电器8的常开触点的第i次闭合的终止时间为ti+Q，B大于等于5秒；
步骤2：计算机（4）将从每个信号转发器（1）中接收来的控制增量信号序列Sij发送到缓存中，ALU（11）将每个控制增量信号序列Sij 中的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第一个控制增量信号S1 ij、第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第二控制增量信号S2 ij…以及第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第m个控制增量信号Sm ij 依次累加求和得到循环时间继电器（8）的常开触点的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的控制增量信号和Hij，ALU（11）再对控制增量信号和Hi除以m得到循环时间继电器（8）的常开触点的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的控制增量信号平均值Kij，其中从t1到ti时间范围内得到的所有从第j控制组件内转发来的控制增量信号平均值Kij就构成了从t1到ti时间范围内的第j控制组件的控制增量信号平均值组K j，然后ALU(11)进行ti减去t1的操作而得到（ti-t1），通过计算机4经过内部总线操纵比较器对（ti-t1）和B进行比较，如果（ti-t1）小于等于B，计算机（4）就操纵示波器将从t1到ti时间范围内转发来的所有控制增量信号序列Sij中的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第一个控制增量信号S1 ij、第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第二控制增量信号S2 ij…以及第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第m个控制增量信号Sm ij按照示波器时间轴的时间点来纵向分布显示；如果（ti-t1）大于B，计算机4就操纵示波器将从B到ti时间范围内转发来的所有控制增量信号序列Sij中的第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第一个控制增量信号S1 ij、第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第二控制增量信号S2 ij…以及第i次闭合的期间内的从第j控制组件内转发来的第m个控制增量信号Sm ij按照示波器时间轴的时间点来纵向分布显示；
步骤3：ALU（11）再按照a的取值从1依次到n的次序，对从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值组Ka内的所有从t1到ti时间范围内得到的所有从第a控制组件内转发来的控制增量信号平均值Kia进行相乘而得到 从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值的乘积ba，随后ALU（11）继续按照a的取值从1依次到n的次序，对从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值的乘积ba求n次方根而得到从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值的乘积ba的n次方根，并把从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值的乘积ba的n次方根传送到同第a控制组件相对应的通用寄存器（10）中，计算机（4）随后将通用寄存器（10）中的从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值的乘积ba的n次方根传送到显示器中进行显示，最后就能根据显示的从t1到ti时间范围内的第a控制组件的控制增量信号平均值的乘积ba的n次方根来通过增量PID控制器（3）对第a控制组件进行调节，a为大于等于1且小于等于n的整数。
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