基于WinCC的广义预测控制器的设计与实现

摘要

在化工生产中，间歇式反应釜是非常重要的生产设备，随着工业生产技术的发展和人们对生产产品的品质要求越来越高，其在工业生产中得到了广泛的重视和应用。间歇式反应釜具有反应机理复杂，系统有较强的时滞性、较大的惯性，以及其非线性较强等特点。在实际的工业生产操作中，釜温是影响产品品质，设备安全及生产效益的一个重要指标。因此，如何实现间歇式反应釜釜温控制的快速、精确，已经成为对这一类复杂对象的控制的重要目标以及难点。
　　Clarke等人在1980年代提出来了一种新型计算机控制算法，即广义预测控制(GPC，Generalized Predictive Control)。由于其在自适应控制基础上发展起来，自适应控制中的在线辨识，最小方差控制等控制特点均有保留，同时模型算法控制以及动态矩阵控制中的滚动优化的思想也被其借鉴使用。并且其具有基于参数模型，但并不需要严格准确的数学模型的特点。因此，该控制算法以其具有较好的控制性能和较强鲁棒性的特性已成为预测控制算法中应用最广泛，研究最活跃的控制算法之一，吸引了越来越多的学者。由于其良好的控制效果以及鲁棒性，实际的工业生产中已有不少的成功实际应用案例，尤其在石油化工领域。
　　本文以辽宁省工业装备先进控制系统重点实验室的间歇式反应釜为研究对象，基于广义预测控制技术方法，根据工艺流程和控制要求，提出并设计了一套由上位机PC、PLC等硬件构成的控制系统，其中通讯协议为Ethernet中的TCP/IP。该控制系统中，利用上位机组态软件WinCC中的ANSI-C、VBS脚本程序完成广义预测控制算法的编程，以S7-300 PLC作为数据采集以及执行机构。实现了间歇式反应釜釜温的广义预测控制。