[发明专利]一种基于云端虚拟化的烧结偏析布料先进控制实验系统

摘要

本发明提供了一种基于云端虚拟化的烧结偏析布料先进控制实验系统，属于先进制造领域。包括底层数据模拟层：相当于实际工业对象，通过数模转换机箱模拟现场的各种模拟信号，为PLC计算、上位机监控提供数据支持；基础自动化层：与现场基础自动化系统保持一致，由PLC设备组成，实现现场过程的基本控制；先进优化控制层：实现各种优化智能控制算法，作为上位机实现现场控制室的监控功能；客户浏览层：实现整个实验平台的Web发布功能，使客户可以在Internet上使用本系统。本发明为烧结偏析布料过程提供了可视化、网络化学习方法，并能对过程控制算法进行仿真研究与开发，用户可以随时通过网络浏览器访问本系统，了解钢铁烧结偏析布料工艺，学习烧结工业现场的基本控制过程，试验各种控制算法的仿真。

主权项

烧结偏析布料先进控制实验系统包括：一个完整的过程控制系统就是控制器‑>执行器‑>被控对象‑>检测元件组成的闭环控制过程，而具体到某一个工业对象，基本的控制过程需要一套基础自动化系统(主要由PLC设备组成)实现，同时现场操作工利用上位机对现场生产过程进行监控以及实现先进控制算法，针对这样一个基本流程，本发明提出了过程控制实验平台四层架构：网络‑监控‑计算‑数据模式，即底层数据模拟层、基础自动化层、先进优化控制层和客户浏览层。底层数据模拟层相当于实际的工业对象，通过建立该对象的模型继而模拟计算得出各种数字量，再通过数模转换机箱模拟现场的各种模拟信号，从而为PLC计算、上位机监控提供数据支持。基础自动化层与现场基础自动化系统保持一致，实现现场过程的基本控制。先进优化控制层实现各种优化智能控制算法，并且作为上位机实现现场控制室的监控功能。客户浏览层主要是实现整个实验平台的Web发布功能。实验平台四层架构的每一层都包含着各自的数据块，各数据块之间的通信是非常重要的问题，它主要分为三个部分：基础自动化层与先进优化控制层通信、底层数据模拟层与基础自动化层及先进优化控制层通信、web数据流。基础自动化层与先进优化控制层通信。PLC通过OPC协议和DDE协议与TCP/IP客户连接。其中，上位机与PLC之间先通过串口连接，采用OPC协议进行通信并调试，分配各自IP地址，从而完成本地、远程机架的通信连接。InTouch采用DDE协议配置监控软件的组态。底层数据模拟层与基础自动化层、先进优化控制层通信。底层模型数模拟层包含两个数据块。首先，底层数据模拟层中的生产对象模拟数据通过编写VC++数据驱动程序，再用电缆直接连接PLC与数模转换机箱即可完成数据的下发和接收。其次，底层数据模拟层中的数据库数据采用ADO技术开发VC++通信程序，该部分数据在本层、基础自动化层和先进优化控制中都要用到，分别作为生产对象建模数据、PLC计算程序数据以及上位机监控软件显示数据中的一部分。Web数据流。PLC产生的生产过程数据通过配置Wonderware自带的FSGateway为Information Server提供数据源，Information Server连接支持ADO/ODBC的数据库Historian，对Web数据进行储存与管理，从而为历史数据分析、报表功能提供数据支持底层对象产生各种生产过程数据并且接受各种控制输入，是整个实验平台数据交换的中心。针对复杂的工业对象，本发明基于机理分析建立起部分参数的数学模型，并针对机理关系复杂的参数，利用神经网络、支持向量机等智能建模方法建立起该部分参数模型，最后集 成两种模型完成对整个对象的建模。从工艺上来讲，偏析布料主要是使烧结混合料在台车上铺成一定厚度和形成一定偏析程度，厚度和偏析度之间几乎没有影响，因此本发明分别设计偏析布料的两个子模型：料层厚度模型和偏析度模型。