CN110147070A - 一种生物处理系统核心工艺智能控制方法 - Google Patents

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毕义
唐立军
李秀婷
都兴川
郭月英
刘治栋
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LIDA ENVIRONMENT ENGINEERING Co Ltd DALIAN
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LIDA ENVIRONMENT ENGINEERING Co Ltd DALIAN
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/05—Programmable logic controllers, e.g. simulating logic interconnections of signals according to ladder diagrams or function charts

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Abstract

一种生物处理系统核心工艺智能控制方法，属于生物处理系统控制工艺领域。技术方案如下：采用标准接口与PLC或者智能设备通信；利用OPC软件在硬件接口物理连接的基础上，与各个PLC或智能设备建立数据部分的连接，采集PLC或智能设备的内部数据，将PLC或智能设备转换成数据采集器和动作执行器；利用数据库管理软件将采集上来的数据进行归档管理；采用逻辑运行控制软件将采集到的生物系统的工艺数据,采用高级语言进行编程，进行复杂的计算，生成并传递工艺运行参数来控制PLC或者智能设备。有益效果是:本发明有效地利用人机界面或工控机的强大的控制功能，替代现有方案中PLC的控制功能；采用高级语言编程，实现复杂的计算，达到智能控制的效果。

Description

一种生物处理系统核心工艺智能控制方法
技术领域
本发明属于生物处理系统控制工艺领域，尤其涉及一种生物处理系统核心工艺智能控制方法。
背景技术
如今，计算机技术的发展日新月异，各种计算机相关技术得到飞速发展和应用，计算机变得更加人性化，智能化。以计算机控制技术为核心，结合可编程控制技术、单片机技术、计算机网络技术，很轻松的就能实现生产技术的精密化、生产设备的信息化、生产过程的自动化及机电控制系统的最佳化。
目前绝大多数的生物处理系统的控制系统，基本上不外乎以下两种组合方式：
1、PLC加上普通的人机界面(触摸屏)；
2、PLC加上工控机(SCADA)。
生物处理系统的工艺运行由PLC内部的程序进行控制。而人机界面或工控机中的组态画面，只起到显示和设置参数的作用。
由于PLC应用不了高级语言，所以无法实现复杂的计算，只能通过人机界面或工控机中的组态画面，根据人工设置的参数进行工艺运行，没办法达到智能控制的效果。不能保证工艺稳定达标，减少设备的使用寿命，增加维护成本，运行能耗及成本高，需要较高的人力成本。
人机界面及工控机基本上都是使用windows系统，不管从硬件系统还是软件系统都能实现非常强大的控制功能。然而在现有的生物处理系统控制方案中，人机界面及工控机只起到显示和设置参数的作用，而其强大的控制功能却没有得到有效的利用。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种生物处理系统核心工艺智能控制方法，该方法有效地利用人机界面或工控机强大的控制功能，替代现有方案中PLC的控制功能，采用高级语言编程，实现复杂的计算，达到智能控制的效果。
技术方案如下：
一种生物处理系统核心工艺智能控制方法，包括以下步骤：
采用标准接口与PLC或者智能设备通信；
利用OPC软件在硬件接口物理连接的基础上，与各个PLC或智能设备建立数据部分的连接，采集PLC或智能设备的内部数据，将PLC或智能设备转换成数据采集器和动作执行器；
利用数据库管理软件将采集上来的数据进行归档管理；
采用逻辑运行控制软件将采集到的生物系统的工艺数据,采用高级语言进行编程，进行复杂的计算，生成并传递工艺运行参数来控制PLC或者智能设备。
进一步的，采用人机交互界面进行系统和用户之间的交互和信息交换。
进一步的，所述标准接口包括串口和以太网口。
进一步的，所述OPC软件采用KPX server Configuration软件。
进一步的，所述数据库管理软件采用DLP SQLBuild软件。
进一步的，所述逻辑运行控制软件采用DMVsCAT SYS软件，所述DMVsCAT SYS软件包括开发系统和运行系统，所述开发系统用于编程、调试和编译；所述运行系统用于数据输入处理、程序执行、输出处理。
进一步的，所述开发系统包括：
控制模块：通过若干控制算法对所述生物处理系统进行控制；
控制算法接口模块：用于支持用户嵌入自己的控制算法；
仿真运行模块：用于实时在线监控，在线修改程序和编译；
网络功能模块：通过网络实现远程监控和远程程序修改；
进一步的，所述运行系统包括：
通信接口控制模块：通过调用OPC软件使运行系统与IO系统按照对应协议进行交互式通信；
变量归档调用模块：通过SQL软件按照相应条件归档IO变量，从IO映像中读写变量；
系统管理器模块：处理不同任务和协调程序的执行；
错误管理器模块：检测和处理程序执行期间发生的错误；
逻辑调试内核模块：提供调试函数，包括重写、强制变量、设置断点、设置变量和地址状态；
编译器模块：开发系统将编写的源程序编译为中间代码，编译器模块将中间代码翻译为与硬件平台的可执行代码。
进一步的，所述控制算法包括若干PID算法和动态控制算法，所述PID算法包括：常规PID控制算法、自适应PID控制算法、模糊PID控制算法、智能PID控制算法。
本发明的有益效果是：
本发明所述的生物处理系统核心工艺智能控制方法有效地利用人机界面或工控机的强大的控制功能，替代现有方案中PLC的控制功能。采用高级语言编程，实现复杂的计算，达到智能控制的效果。通过高级语言编成后，主动生成并传递最佳的工艺运行参数来控制执行系统，实现无人值守，智能优化，稳定达标，节能降耗，让整套工艺始终运行在最佳状态；使得生物处理系统能够达标或提标排放，提高工艺可控性及稳定性，预警系统和工艺恢复帮助，降低基建及运行费用，延长设备使用周期，节能降耗，减少人力成本。并且智能控制器的开放式架构，可以满足不同生物处理系统需求。
附图说明
图1为本发明逻辑控制框图；
图2为本发明网络拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图1-2对生物处理系统核心工艺智能控制方法做进一步说明。
一种生物处理系统核心工艺智能控制方法，选用带触摸屏的嵌入式工控机作为控制器硬件，控制器内部分为5个层面。
第一个层面通信层面
第二个层面数据采集层面
第三个层面数据管理层面
第四个层面逻辑运行控制层面
第五个层面UI操作界面
第一层面通信层面
本层面包含有硬件和软件驱动两部分。硬件部分包含串口，以太网口等各种通用的标准接口，用来与PLC、智能设备等通信。软件部分则为各种硬件接口的驱动，能驱动硬件接口在物理层面与各种PLC、智能设备等通信。
第二个层面数据采集层面
本层面利用OPC软件KPX server Configuration，在硬件接口物理连接的基础上，与各个PLC或智能设备，建立数据部分的链接。能够实现PLC或智能设备内部数据的采集，将PLC或智能设备转换成数据采集器和动作执行器。
第三个层面数据管理层面
本层面利用数据库管理软件DLP SQLBuild，将采集上来的数据，按照类别，格式，日期，功能等分门别类的归档管理。当逻辑程序调用此中的数据时能快速准确地找出并提供数据。
第四个层面逻辑运行控制层面
本层面是5个层面中最核心的部分，采用DMVsCAT SYS软件，此软件为定制版本，包含了C++及IEC61131等开发语言。对于普通的控制，采用IEC61131语言，对于特殊的计算和复杂的控制，就采用C++等高级语言。
利用嵌入式工控机强大的CPU以及C++及IEC61131等开发语言。将采集到的生物系统的工艺数据,进行复杂的计算，达到智能控制的效果。主动生成并传递最佳的工艺运行参数来控制执行系统，让整套生物处理系统始终在最佳状态运行。
嵌入式PC机上安装专用程序DMVsCAT SYS软件，使PC机作为可编程控制器。(PC机上的操作系统是WindowsNT或或WindowsCE)
DMVsCAT SYS软件包含开发系统和运行系统两个应用程序。
开发系统
带有调试和编译功能，此部分具备如下功能：
①编程语言标准化，遵循IEC61131-3标准，支持高级语言编程包括VB，VC，C++等；
②多种控制模块，支持多种PID算法，比如常规PID控制算法、自适应PID控制算法、模糊PID控制算法、智能PID控制算法等等，还包括更高级别的动态控制算法等。
③开放的控制算法接口，支持用户嵌入自己的控制算法模块；
④仿真运行，实时在线监控，在线修改程序和编译；
⑤强大的网络功能。支持基于TCPIP网络，通过网络实现远程监控，远程程序修改。
运行系统
具有完成输入处理、程序执行、输出处理等功能，由通信接口控制，变量归档调用、系统管理器、错误管理器、逻辑调试内核、编译器等组成：
①通信接口控制，通过调用OPC软件使运行系统可以与任何IO系统按照各种协议进行交互式通信，包括本地IO系统，远程IO系统。远程IO主要通过现场总线实现；
②变量归档调用，通过SQL软件按照相应条件归档IO变量，而且可以从IO映像中读写变量；
③系统管理器，处理不同任务和协调程序的执行；
④错误管理器，检测和处理程序执行期间发生的各种错误；
⑤逻辑调试内核，提供多个调试函数，如重写、强制变量、设置断点、设置变量和地址状态等；
⑥编译器，开发系统将编写的源程序编译为中间代码，然后运行系统的编译器将中间代码翻译为与硬件平台相关的机器可执行代码(即目标码)。
第五个层面UI操作界面
根据相应的工艺，利用工控机强大的图形处理能力和UI界面开发系统，开发出人机交互界面。在这个界面中可以实现系统和用户之间进行交互和信息交换，比如：
图形接口控制——操作者能够透过图形接口直接控制机台等装置；
警报的产生与记录——使用者可以定义一些警报产生的条件；
实时的资料趋势显示——把撷取的资料立即显示在屏幕上；
历史资料趋势显示——把数据库中的资料作可视化的呈现；
自动记录资料——自动将资料储存至数据库中，以便日后查看；
报表的产生与打印——能把资料转换成报表的格式，并能够打印出来。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种生物处理系统核心工艺智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用标准接口与PLC或者智能设备通信；
利用OPC软件在硬件接口物理连接的基础上，与各个PLC或智能设备建立数据部分的连接，采集PLC或智能设备的内部数据，将PLC或智能设备转换成数据采集器和动作执行器；
利用数据库管理软件将采集上来的数据进行归档管理；
采用逻辑运行控制软件将采集到的生物系统的工艺数据,采用高级语言进行编程，进行复杂的计算，生成并传递工艺运行参数来控制PLC或者智能设备。
2.如权利要求1所述的生物处理系统核心工艺智能控制方法，其特征在于，采用人机交互界面进行系统和用户之间的交互和信息交换。
3.如权利要求1所述的生物处理系统核心工艺智能控制方法，其特征在于，所述标准接口包括串口和以太网口。
4.如权利要求1所述的生物处理系统核心工艺智能控制方法，其特征在于，所述OPC软件采用KPX server Configuration软件。
5.如权利要求1所述的生物处理系统核心工艺智能控制方法，其特征在于，所述数据库管理软件采用DLP SQL Build软件。
6.如权利要求1所述的生物处理系统核心工艺智能控制方法，其特征在于，所述逻辑运行控制软件采用DMVsCAT SYS软件，所述DMVsCAT SYS软件包括开发系统和运行系统，所述开发系统用于编程、调试和编译；所述运行系统用于数据输入处理、程序执行、输出处理。
7.如权利要求6所述的生物处理系统核心工艺智能控制方法，其特征在于，所述开发系统包括：
控制模块：通过若干控制算法对所述生物处理系统进行控制；
控制算法接口模块：用于支持用户嵌入自己的控制算法；
仿真运行模块：用于实时在线监控，在线修改程序和编译；
网络功能模块：通过网络实现远程监控和远程程序修改。
8.如权利要求6所述的生物处理系统核心工艺智能控制方法，其特征在于，所述运行系统包括：
通信接口控制模块：通过调用OPC软件使运行系统与IO系统按照对应协议进行交互式通信；
变量归档调用模块：通过SQL软件按照相应条件归档IO变量，从IO映像中读写变量；
系统管理器模块：处理不同任务和协调程序的执行；
错误管理器模块：检测和处理程序执行期间发生的错误；
逻辑调试内核模块：提供调试函数，包括重写、强制变量、设置断点、设置变量和地址状态；
编译器模块：开发系统将编写的源程序编译为中间代码，编译器模块将中间代码翻译为与硬件平台的可执行代码。
9.如权利要求7所述的生物处理系统核心工艺智能控制方法，其特征在于，所述控制算法包括若干PID算法和动态控制算法，所述PID算法包括：常规PID控制算法、自适应PID控制算法、模糊PID控制算法、智能PID控制算法。
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