【文章內(nèi)容簡介】 控制系統(tǒng)(FCS)的過渡。在一般的FCS系統(tǒng)中，遵循一定現(xiàn)場總線協(xié)議的現(xiàn)場儀表可以組成控制回路，使控制站的部分控制功能下移分散到各個現(xiàn)場儀表中。從而減輕了控制站負(fù)擔(dān)，使得控制站可以專職于執(zhí)行復(fù)雜的高層次的控制算法。對于簡單的控制應(yīng)用，甚至可以把控制站取消，在控制站的位置代之以起連接現(xiàn)場總線作用的網(wǎng)橋和集線器，操作站直接與現(xiàn)場儀表相連，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。由于結(jié)構(gòu)上的改變，它具有比DCS更好的性價比?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)具有開放性的通信協(xié)議系統(tǒng)，系統(tǒng)的開放性決定了它具有互操作性和互用性。它還具有設(shè)計簡單，易于重構(gòu)，較強的抗干擾能力等特點。當(dāng)前，各種形式的現(xiàn)場總線協(xié)議并存于控制領(lǐng)域。在樓宇自控領(lǐng)域，局部操作網(wǎng)絡(luò)Lon works(Local Operating Network)和控制局域網(wǎng)絡(luò)CAN(Controller Area Network)具有一定的優(yōu)勢。在過程自動化領(lǐng)域，主要有過渡型的HART協(xié)議、得到廣泛支持的基金會現(xiàn)場總線FF(Foundation Fieldbus)協(xié)議以及同樣較有競爭力的過程現(xiàn)場總線PROFIBUS(Process Field Bus)協(xié)議。FF是過程自動化領(lǐng)域中較有前途的一種現(xiàn)場總線，得到許多自動化儀表設(shè)備廠商的支持。在一段時期內(nèi)，會出現(xiàn)幾種現(xiàn)場總線共存、同一生產(chǎn)現(xiàn)場有幾種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連通訊的局面。但是，發(fā)展共同遵從的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，真正形成開放式互連系統(tǒng)，是大勢所趨?；饡F(xiàn)場總線FF是在過程自動化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的一種技術(shù)。它分為Hl和高速HZ兩種通信速率。，可支持總線供電和本質(zhì)安全防暴環(huán)境。，通信距離為750m和500m。物理傳輸介質(zhì)可為雙絞線、光纜和無線，其傳輸信號采用曼切斯特編碼?；饡F(xiàn)場總線以150/051開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加了用戶層。用戶層主要針對自動化測控應(yīng)用的需要，定義了信息存取的統(tǒng)一規(guī)則，采用設(shè)備描述語言規(guī)定了通用的功能塊集。FF總線包括FF通信協(xié)議、150模型中的27層通信協(xié)議的通棧、用于描述設(shè)備特性及操作接口的DDL設(shè)備描述語言、設(shè)備描述字典，用于實現(xiàn)測量、控制、工程量轉(zhuǎn)換的應(yīng)用功能塊，實現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)管理功能的系統(tǒng)軟件技術(shù)以及構(gòu)筑集成自動化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的系統(tǒng)集成技術(shù)。 CAN總線控制局域網(wǎng)(CANCONTROLLERAR五ANETWORK)總線最早是由德國Boshc公司推出，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。其總線規(guī)范己被150國際標(biāo)準(zhǔn)組織制定為國際標(biāo)準(zhǔn)，并且廣泛應(yīng)用于離散控制領(lǐng)域。它也是基于051模型，但進行了優(yōu)化，采用了其中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，提高了實時性。其節(jié)點有優(yōu)先級設(shè)定，支持點對點、一點對多點、廣播模式通信。各節(jié)點可隨時發(fā)送消息。傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率與總線長度有關(guān)。CAN總線采用短消息報文，每一幀有效字節(jié)數(shù)為8個，當(dāng)節(jié)點出錯時，可自動關(guān)閉，抗干擾能力強，可靠性高。 Lonworks總線Lon Works技術(shù)是美國ECHELON公司開發(fā)，并與Motorola和東芝公司共同倡導(dǎo)的現(xiàn)場總線技術(shù)。它采用了051參考模型全部的七層協(xié)議結(jié)構(gòu)。Lon Works技術(shù)的核心是具備通信和控制功能的Neuron芯片。Neuron芯片實現(xiàn)完整的Lon works的Lon Talk通信協(xié)議。其上集成有三個8位CPU。個CPU完成051模型第一和第二層的功能，稱為介質(zhì)訪問處理器。一個CPU是應(yīng)用處理器，運行操作系統(tǒng)與用戶代碼。還有一個CPU為網(wǎng)絡(luò)處理器，作為前兩者的中介，它進行網(wǎng)絡(luò)變量尋址、更新、路徑選擇、網(wǎng)絡(luò)通信管理等。由神經(jīng)芯片構(gòu)成的節(jié)點之間可以進行對等通信。Lon works支持多種物理介質(zhì)并支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，組網(wǎng)方式靈活，其IS一78本安物理通道使得它可以應(yīng)用于危險區(qū)域。LnoW6rkS應(yīng)用范圍主要包括樓宇自動化、工業(yè)控制等，在組建分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方面有較優(yōu)越的性能。 PROFIBUS總線POFIBUS是符合德國國家標(biāo)準(zhǔn)D則19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50179的現(xiàn)場總線，包括PROFIBUS一DP、PROFIBUS一FMS、PROFIBUS一AP三部分。它也只采用了051模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層。PROFIBUS支持主從方式、純主方式、多主多從通信方式。主站對總線具有控制權(quán)，主站間通過傳遞令牌來傳遞對總線的控制權(quán)。取得控制權(quán)的主站，可向從站發(fā)送、獲取信息。PROFIBUSDP用于分散外設(shè)間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適合于加工自動化領(lǐng)域。FMS型適用于紡織、樓宇自動化可編程控制器、低壓開關(guān)等。而PA型則是用于過程自動化的總線類型。 選用CAN總線的理由在獨立的光伏發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成小型發(fā)電站，需要對各個子系統(tǒng)的控制器進行集中控制時，控制數(shù)據(jù)需要用現(xiàn)場總線進行集中處理，或利用現(xiàn)場總線對子系統(tǒng)狀態(tài)進行監(jiān)控。這些都需要有一個強健的，分布式的，實時的現(xiàn)場總線支持。CAN網(wǎng)具有很多適合于分布式實時控制系統(tǒng)應(yīng)用的特點:(1)真正的多主從工作系統(tǒng)，任何一個節(jié)點在任何時刻都可主動向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息，而不分主從，通訊方式靈活。使突變量信息和保護信息能夠及時上送。利用這一特點也可方便地構(gòu)成多機備分系統(tǒng)。(2)CANBUS網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點實際可達(dá)110個，對于中小型發(fā)電站己經(jīng)足夠了。理論上可達(dá)2000個?？煞殖刹煌瑑?yōu)先級，可以滿足不同的實時要求。(3)采用CRC循環(huán)冗余碼校驗和其他校驗措施，保證數(shù)據(jù)出錯率極低。(4)傳輸過程中采用短幀結(jié)構(gòu)，減少了受干擾的幾率，比較適合發(fā)電站中的強電磁干擾環(huán)境。(5)傳輸速度快，最高達(dá)1Mb/s(通信距離為40m)，傳輸距離長，最長達(dá)10km。傳輸介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜、光纖。(6)采用非破壞性仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，大大節(jié)省了總線沖突裁決時間。即使網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷很重也不會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。(7)CAN節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其他操作不受影響。(8)CAN總線接口卡上的收發(fā)器與主機采用光電隔離電路，以提高抗干擾能力及系統(tǒng)的可靠性。(9)CAN總線自問世以來，由于具有眾多獨特的優(yōu)點，得到廣泛的應(yīng)用，而且受到眾多的半導(dǎo)體廠商的支持。基于CAN總線的電力控制系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)如圖7所示。由圖可以看出，其布線簡單，結(jié)構(gòu)清晰，能在電力系統(tǒng)中能實現(xiàn)真正的分散控制。圖7 CAN總線的電力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖模糊邏輯控制(Fuzzy Logic Control)簡稱模糊控制(Fuzzy control)，是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計算機數(shù)字控制技術(shù)。1965年。1973年他給出了模糊邏輯控制的定義和相關(guān)的定理。1974年，并把它應(yīng)用于鍋爐和蒸汽機的控制，在實驗室獲得成功。這一開拓性的工作標(biāo)志著模糊控制論的誕生。模糊控制是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊推理為基礎(chǔ)的一類計算機數(shù)字控制方法。通常它以被控對象輸出變量的偏差e及偏差變化率作為它的輸入變量，而把被控量定為模糊控制器的輸出變量，反映輸入輸出語言變量與語言控制規(guī)則的模糊定量關(guān)系及其算法結(jié)構(gòu)。在實現(xiàn)過程中，計算機先把采集到的控制信息經(jīng)語言控制規(guī)則進行模糊推理和模糊決策，求得控制量的模糊集，再經(jīng)模糊判決得出輸出控制的精確量，作用于被控對象，使被控過程達(dá)到預(yù)期的控制效果。控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制及其它領(lǐng)域，是現(xiàn)代高新技術(shù)的重要手段之一。近幾十年來，控制技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了經(jīng)典控制與現(xiàn)代控制技術(shù)階段。在經(jīng)典控制中，應(yīng)用最成功的莫過于比例積分微分(PID)控制。采用這種控制方式的最大優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可不需要被控對象的模型參數(shù)，直接根據(jù)偏差進行調(diào)節(jié)，但當(dāng)對象比較復(fù)雜時，便難以取得滿意的控制效果。現(xiàn)代控制理論為控制復(fù)雜系統(tǒng)，提供了新的思路。采用該理論進行控制時，需要提供準(zhǔn)確的模型結(jié)構(gòu)。而這些模型方程中有眾多的參數(shù)需要估計，而求解這些參數(shù)時又往往缺少足夠的信息特征和信息量，這又限制了現(xiàn)代控制理論的有效應(yīng)用。模糊控制基于隸屬度函數(shù)和模糊合成法則等思想上，巧妙地綜合了人們的直覺經(jīng)驗，實現(xiàn)了在經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論不太奏效場合的自動化控制，模糊控制實現(xiàn)的是對系統(tǒng)的定性描述。它在本質(zhì)上是非線性的，可以實現(xiàn)靜態(tài)非線性傳遞函數(shù)，即對無法建立數(shù)學(xué)模型的對象或是干擾十分嚴(yán)重的系統(tǒng)進行控制。由于模糊控制技術(shù)具有不依賴被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，設(shè)計簡單，便于應(yīng)用，抗干擾能力強，響應(yīng)速度快，易于控制，對系統(tǒng)參數(shù)的變化有較強的魯棒性等特點，多應(yīng)用于對不確定性系統(tǒng)進行控制。但也存在著精度不高與適應(yīng)能力有限及易產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象等問題。相信隨著高性能模糊控制器的發(fā)展，它所存在的不足將會得到彌補，達(dá)到所期望的效果。一個模糊控制的過程包括以下三個步驟:一、將輸入量模糊化(fuzzfication)，即在不確切了解控制對象的數(shù)學(xué)模型條件下，通過模糊子集中的隸屬度函數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)隸屬度的過程，相當(dāng)于將輸入量轉(zhuǎn)變成控制器所能識別的模糊語言。二、進行模糊推理(rule evalution)，所謂模糊理論就是通過模糊條件語句(類似于BASIC語言中的FITHEN語