作者：無錫輕工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院（２１４０３６） 徐 玲 潘 豐 劉 飛 須文波 來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

發(fā)酵過程低成本集散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要：基于國產(chǎn)工業(yè)ｐｃ機(jī)和ｉ／ｏ模板設(shè)計(jì)了發(fā)酵過程集散控制系統(tǒng)，介紹了該系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)構(gòu)與功能，以及發(fā)酵過程參數(shù)的優(yōu)化控制方法。 關(guān)鍵詞：發(fā)酵過程�。洌悖蟆〗M態(tài)軟件　優(yōu)化控制 自美國ｈｏｎｅｙ ｗｅｌｌ公司于１９７５年成功地推出世界上第一套集散控制系統(tǒng)ｄｃｓ以來，它經(jīng)歷了二十多年的發(fā)展，第三代產(chǎn)品已走向成熟，并以其高可靠性、高性能、分散控制、集中監(jiān)視、擴(kuò)展靈活、組態(tài)方便等特點(diǎn)成為當(dāng)前大型工業(yè)測控系統(tǒng)的主要潮流［１］。

　　目前國內(nèi)外已推出各種型號(hào)的ｄｃｓ約１００余種，但通常投資較大，許多中小型企業(yè)難以承受，因此研制低成本的ｄｃｓ是符合國情的。作者等人研制開發(fā)的低成本ｄｃｓ，已應(yīng)用于無錫中亞化學(xué)有限公司年產(chǎn)２萬噸檸檬酸發(fā)酵車間的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，運(yùn)行實(shí)踐證明，系統(tǒng)控制方法先進(jìn)，可靠性高，提高了產(chǎn)品得率，節(jié)能降耗，取得了相當(dāng)好的經(jīng)濟(jì)效益。

１ 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)發(fā)酵車間規(guī)模及其對(duì)ｄｃｓ的要求，整個(gè)系統(tǒng)由工程師站（含操作員站）和現(xiàn)場控制站二級(jí)微機(jī)組成，對(duì)全車間的６只２００噸發(fā)酵罐、３只２５噸種子罐以及公共單元進(jìn)行全自動(dòng)控制。其中工程師站采用ｉｐｃ－６１０ ４８６ｄｘ／６６計(jì)算機(jī)，并配有窗霸卡多屏顯示、聲霸卡語音報(bào)警等多媒體技術(shù)；現(xiàn)場控制站由４臺(tái)ｉｐｃ ４８６ｄｘ／６６工控機(jī)加上ａ／ｄ、ｄ／ａ、ｉ／ｏ板構(gòu)成， 采取以一控三的方式，３臺(tái)工業(yè)ｐｃ機(jī)分別控制兩個(gè)２００噸發(fā)酵罐及一個(gè)２５噸種子罐，另用一臺(tái)工業(yè)ｐｃ機(jī)負(fù)責(zé)公共單元數(shù)據(jù)的采集及控制，并留有擴(kuò)充接口。每個(gè)罐可測控?cái)?shù)據(jù)為溫度、罐壓、流量、ｐｈ、溶氧、攪拌電流、尾氣ｏ２及ｃｏ２等。

ｄｃｓ采用雙ｒｓ－４２２構(gòu)成主從式上、下位機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)操作員站對(duì)控制站控制參數(shù)的設(shè)定修改以及數(shù)據(jù)的采集、顯示及打��；并通過ｎｅ２０００網(wǎng)卡與公司ｍｉｓ系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，通過通信接口與ⅰ期檸檬酸發(fā)酵ｄｃｓ相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。系統(tǒng)總體框圖如圖１所示。

２ 組態(tài)軟件設(shè)計(jì)

為提高ｄｃｓ的通用性、靈活性，縮短開發(fā)周期，便于維護(hù)和擴(kuò)展，作者面向康拓、研華等公司生產(chǎn)的ｐｃ機(jī)、ｓｔｄ總線工控機(jī)及其系列接口板設(shè)計(jì)了ｄｃｓ組態(tài)軟件。軟件采用ｖｉｓｕａｌ ｃ＋＋ ５．０編程，由系統(tǒng)組態(tài)、工況圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)處理分析組態(tài)、通信組態(tài)四大模塊組成，具有系統(tǒng)生成、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫生成、歷史數(shù)據(jù)庫生成、圖形生成、控制回路生成、報(bào)表生成、事件追憶庫生成、數(shù)據(jù)庫下裝等功能。組態(tài)軟件支持各種信號(hào)或執(zhí)行器類型、各種輸出模式，提供了作者在生化過程控制實(shí)踐中摸索得到的多種實(shí)用控制和濾波算法供用戶選擇，并設(shè)計(jì)了用戶自定義接口，利用這些工具可生成各種適合于發(fā)酵過程的控制策略。

軟件提供的控制算法如下：①基本ｐｉｄ控制；②帶死區(qū)ｐｉｄ控制；③串級(jí)ｐｉｄ控制；④ｑｕｉｃｋ＿ｐｉｄ控制；⑤模糊ｐｉｄ控制；⑥ ｂａｎｇ＿ｂａｎｇ控制⑦自調(diào)整控制；⑧跟蹤控制；⑨時(shí)間比例輸出控制；⑩前饋控制； 多變量解耦控制； 模糊控制； 專家控制； 離線優(yōu)化控制；用戶定義控制。

軟件提供的濾波方式如下：①最大平均濾波；②防脈沖干擾