1 引言
工業(yè)現(xiàn)場中大部分的控制系統(tǒng)的控制器是PID控制器，其PID參數(shù)的整定需要一定的控制理論知識和豐富的經驗,。對于現(xiàn)場缺乏自動化技術人員的企業(yè),，其PID參數(shù)往往遠離最優(yōu)值,。PID參數(shù)的優(yōu)劣直接影響著生產質量。為了改變生產中的這種不利狀況,，開發(fā)一個遠程PID參數(shù)整定" title="PID參數(shù)整定">PID參數(shù)整定系統(tǒng),，顯得非常必要。在實驗室中并不具備靈活的可變的控制對象,，故本系統(tǒng)的開發(fā)選用了NI虛擬儀器LabVIEW軟件構建控制對象,。在實驗室中，以構建一個PID控制器的遠程監(jiān)控" title="遠程監(jiān)控">遠程監(jiān)控系統(tǒng)為例,，在LabVIEW上的實驗對象進行仿真實驗,，研究控制效果。
2 遠程監(jiān)控系統(tǒng)簡介
系統(tǒng)中PID控制器作為下位機,，并通過其自帶的串口通信功能連接到上位機,，即工控計算機的COM口上。PID控制器的輸出接到DAQ采集卡上,，把控制信號傳入工控計算機中,，作用于虛擬儀器LabVIEW中的虛擬對象。經過計算,，將虛擬對象的響應,，即反饋信號通過DAQ采集卡輸出到PID控制器中，如此在實驗室中形成簡單閉環(huán)控制系統(tǒng),。在圖1中,，具體表現(xiàn)為AI518PID控制器通過串口聯(lián)接到計算機上，控制器的輸出和輸入分別通過CompactDAQ進行采集和反饋提供,。遠程監(jiān)控實驗基于該控制平臺進行,。
工控計算機連接到互聯(lián)網，通過TCP／IP協(xié)議,，由WEB版組態(tài)王" title="組態(tài)王">組態(tài)王將控制界面發(fā)布到INTERNET上,。在客戶端可以通過互聯(lián)網，在瀏覽器中遠程訪問組態(tài)王控制工程(需下載并安裝相關JAVA插件),，觀測數(shù)據(jù)變化曲線,，并可根據(jù)控制狀態(tài)，實時修改PID參數(shù),。本系統(tǒng)同時提供報警功能,，及歷史控制相關曲線的查詢功能，力求遠程客戶端能夠方便,，直觀地掌握現(xiàn)場相關信息,。
3 遠程監(jiān)控系統(tǒng)構成
3．1 硬件平臺的搭建
系統(tǒng)采用廈門宇光公司出品的AI518智能溫度PID控制器作為下位機，其自帶有串口通信功能,，為了滿足工業(yè)現(xiàn)場遠距離傳輸需要,，使用RS485傳輸協(xié)議連接,，通過RS485／RS232的轉接器連接到上位機(工控計算機)。
DAQ采集卡采用NI公司CompactDAQ數(shù)據(jù)采集卡,。PID控制器的輸出為4mA～20mA的電流,，通過250歐電阻的轉換為1V~5V的電壓后輸入到DAO采集卡的其中一個輸入通道口中，而反饋信號從DAQ的一個輸出通道口引出,，連接到PID控制器的輸入口中,，形成閉環(huán)控制。
硬件平臺示意圖如圖l所示,，其中工控計算機中虛線框為連接對應的控制軟件,。
3．2 軟件設計
系統(tǒng)采用組態(tài)王6．5l作為組態(tài)開發(fā)軟件。以下簡述組態(tài)軟件開發(fā)關鍵過程,。
(1)在組態(tài)王中生成A1518系列PID控制器,。由于組態(tài)王配備對應的驅動，故無須另行開發(fā)驅動,，只需按照向導便可以在組態(tài)王的工程中生成該設備,。在組態(tài)王中，設備的參數(shù)應與控制器內部參數(shù)一致,。使用軟件中的設備測試功能,，讀取PID控制器的內部寄存器,，從而判斷組態(tài)王軟件是否已經與PID控制器正常通信,。
(2)在數(shù)據(jù)詞典中設置好各關鍵變量，開發(fā)相關控制畫面,，并建立設定值,、響應值，控制器輸出值的動畫連接,，以生成各種對應的變化曲線,。設定值、系統(tǒng)響應值和控制器輸出值設為歷史記錄變量,，從而生成歷史曲線,。
(3)設置基本網絡參數(shù)。在組態(tài)王網絡參數(shù)設置頁中將本機設置成聯(lián)網,，并定義節(jié)點名稱,。在節(jié)點類型設置頁中，“√”選“本機是IO服務器”,，“本機是登錄服務器”,，“進行歷史備份”，保證網絡及歷史記錄功能的正常工作,。
(4)網絡發(fā)布設置,。新建實時工程“Remotecontrol"和歷史曲線“History”兩個發(fā)布組,。實時工程“Remotecontrol”發(fā)布組用于在客戶端上對PID參數(shù)進行實時控制。畫面包括實時設定值,、系統(tǒng)響應值和控制器輸出值的實時數(shù)據(jù)及其變化曲線,，以及控制器作用于控制對象的PID參數(shù)，同時提供設定值和控制器PID參數(shù)的實時修改功能,。具體畫面如圖2所示,。歷史曲線“Histoiy”發(fā)布組提供設定值、系統(tǒng)響應值和控制器輸出值的歷史曲線,，通過對大時間跨度的曲線觀察有利于控制對象特性的掌握,。由于系統(tǒng)中存在兩個發(fā)布組一分別為實時工程和歷史曲線，故在“WEB”選項卡中,，“√”選“顯示發(fā)布組列表”,。當從客戶端訪問時，根據(jù)實際需要在發(fā)布組列表中選擇,。
完善其他相關軟件開發(fā)細節(jié)后,，該工程便可順利發(fā)布到網絡上。需要注意,，單機版的組態(tài)王加密狗并不支持遠程發(fā)布功能,。
4 遠程監(jiān)控實驗
4．1 遠程監(jiān)控系統(tǒng)的登錄
組態(tài)王使用B／S模式進行遠程發(fā)布，無須另行安裝專用軟件,，在客戶端計算機中安裝相關的JRE(JAVA runtime environment)plugging程序,，便可在客戶端瀏覽器上遠程訪問工程并進行調節(jié)控制。在客戶端計算機的瀏覽器中,，輸入以下地址“Http：／／202．38．214．9：2000／Remotecontrol”訪問工程,。其中“Http：／／”不能省略，與其他網址直接輸入IP地址即可訪問不同,。
4．2 遠程監(jiān)控實驗
(1)實驗對象
在實驗室中不具備靈活可變的實物控制對象,，故系統(tǒng)設計的時候采用了虛擬儀器軟件的仿真對象，選用的具體軟件是NI公司的LabVIEW虛擬儀器軟件,。通過對對象的開環(huán)響應曲線的研究,，可發(fā)現(xiàn)大多數(shù)工業(yè)過程都能用一階慣性加純滯后(First OrderPlusDelay Time)模型來近似描述，簡記為FOPDT模型,?；谶@一點，最小模型假設上業(yè)對象模型的傳遞函數(shù)為：
實驗時,，被控對象的放大倍數(shù)K取0．5,，T(時間常數(shù))取20s；τ(時滯)=5s,。即對象為：
在LabVIEW的仿真程序中和組態(tài)王的工程中均可獲得實時曲線,，但并不能符合具體的實驗要求,，故本系統(tǒng)提取LabVIEW記錄的lvm文件中的數(shù)據(jù)，使用Matlab軟件繪制輸出曲線和對象響應曲線,。
(2)監(jiān)控實驗
客戶端登錄遠程監(jiān)控系統(tǒng)后,，遠程修改PID參數(shù)，并完成一個完整的響應過程,。結果顯示：控制效果良好,，整體顯示效果良好。
多次觀察在客戶端進行修改,，在服務器上觀察反應時間,，發(fā)現(xiàn)在正常網速下，作用基本同步,，證明可以達到遠程修改PID參數(shù)進行控制的需要,。
為了仔細驗證該系統(tǒng)的遠程參數(shù)整定性能，進行了以下有關實驗,。圖3為非周期過程響應曲線,。選取三個典型的響應曲線作為實驗內容，并提取服務器數(shù)據(jù)記錄,，用Matlab將響應曲線繪制出來,。
(1)非周期過程響應曲線(見圖3)
PID參數(shù)具體情況如下：P=2；I=25,；D=0,。
(2)等幅振蕩響應曲線(見圖4)
PID參數(shù)具體情況如下：P=1000；I=200,；D=O,。
由上述曲線可以看出,，遠程實時修改PID參數(shù)是完全可行的,。
5 結語
在工業(yè)生產中，各種PID控制器PID參數(shù)的整定十分重要,，往往需要專業(yè)人員對生產過程進行深入了解后才能整定出合理的參數(shù),。對于一些缺乏自動化技術人員的企業(yè)，其許多PID控制器往往沒有運行在最佳狀態(tài),，從而影響了控制質量,。本文通過開發(fā)一種遠程PID參數(shù)整定系統(tǒng)，實現(xiàn)了專業(yè)技術人員在異地能方便地訪問生產現(xiàn)場的PID控制器,，了解控制系統(tǒng)的運行狀況,，改變PID參數(shù)值，使其運行在最佳狀態(tài),。該遠程監(jiān)控系統(tǒng)使得專業(yè)人員資源能夠得到最大化的利用,，可以減少大量現(xiàn)場整定PID參數(shù)的時間,，大大提高效率，節(jié)省企業(yè)成本,，是一種值得提倡的PID參數(shù)整定模式,。