1 引言

    工業現場中大部分的控制系統的控制器是PID控制器，其PID參數的整定需要一定的控制理論知識和豐富的經驗。對于現場缺乏自動化技術人員的企業，其PID參數往往遠離最優值。PID參數的優劣直接影響著生產質量。為了改變生產中的這種不利狀況，開發一個遠程PID參數整定" title="PID參數整定">PID參數整定系統，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，故本系統的開發選用了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控制器的遠程監控" title="遠程監控">遠程監控系統為例，在LabVIEW上的實驗對象進行仿真實驗，研究控制效果。

2 遠程監控系統簡介

    系統中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控制系統。在圖1中，具體表現為AI518PID控制器通過串口聯接到計算機上，控制器的輸出和輸入分別通過CompactDAQ進行采集和反饋提供。遠程監控實驗基于該控制平臺進行。

    工控計算機連接到互聯網，通過TCP／IP協議，由WEB版組態王" title="組態王">組態王將控制界面發布到INTERNET上。在客戶端可以通過互聯網，在瀏覽器中遠程訪問組態王控制工程(需下載并安裝相關JAVA插件)，觀測數據變化曲線，并可根據控制狀態，實時修改PID參數。本系統同時提供報警功能，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，直觀地掌握現場相關信息。

3 遠程監控系統構成

3．1 硬件平臺的搭建

    系統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，為了滿足工業現場遠距離傳輸需要，使用RS485傳輸協議連接，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數據采集卡。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

    系統采用組態王6．5l作為組態開發軟件。以下簡述組態軟件開發關鍵過程。

    (1)在組態王中生成A1518系列PID控制器。由于組態王配備對應的驅動，故無須另行開發驅動，只需按照向導便可以在組態王的工程中生成該設備。在組態王中，設備的參數應與控制器內部參數一致。使用軟件中的設備測試功能，讀取PID控制器的內部寄存器，從而判斷組態王軟件是否已經與PID控制器正常通信。

    (2)在數據詞典中設置好各關鍵變量，開發相關控制畫面，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。在組態王網絡參數設置頁中將本機設置成聯網，并定義節點名稱。在節點類型設置頁中，“√”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)網絡發布設置。新建實時工程“Remotecontrol"和歷史曲線“History”兩個發布組。實時工程“Remotecontrol”發布組用于在客戶端上對PID參數進行實時控制。畫面包括實時設定值、系統響應值和控制器輸出值的實時數據及其變化曲線，以及控制器作用于控制對象的PID參數，同時提供設定值和控制器PID參數的實時修改功能。具體畫面如圖2所示。歷史曲線“Histoiy”發布組提供設定值、系統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。由于系統中存在兩個發布組一分別為實時工程和歷史曲線，故在“WEB”選項卡中，“√”選“顯示發布組列表”。當從客戶端訪問時，根據實際需要在發布組列表中選擇。

    完善其他相關軟件開發細節后，該工程便可順利發布到網絡上。需要注意，單機版的組態王加密狗并不支持遠程發布功能。

4 遠程監控實驗

4．1 遠程監控系統的登錄

    組態王使用B／S模式進行遠程發布，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。通過對對象的開環響應曲線的研究，可發現大多數工業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。基于這一點，最小模型假設上業對象模型的傳遞函數為：

   
    實驗時，被控對象的放大倍數K取0．5，T(時間常數)取20s；τ(時滯)=5s。即對象為：

   
    在LabVIEW的仿真程序中和組態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，故本系統提取LabVIEW記錄的lvm文件中的數據，使用Matlab軟件繪制輸出曲線和對象響應曲線。

    (2)監控實驗

    客戶端登錄遠程監控系統后，遠程修改PID參數，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，發現在正常網速下，作用基本同步，證明可以達到遠程修改PID參數進行控制的需要。

    為了仔細驗證該系統的遠程參數整定性能，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，并提取服務器數據記錄，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參數是完全可行的。

5 結語

    在工業生產中，各種PID控制器PID參數的整定十分重要，往往需要專業人員對生產過程進行深入了解后才能整定出合理的參數。對于一些缺乏自動化技術人員的企業，其許多PID控制器往往沒有運行在最佳狀態，從而影響了控制質量。本文通過開發一種遠程PID參數整定系統，實現了專業技術人員在異地能方便地訪問生產現場的PID控制器，了解控制系統的運行狀況，改變PID參數值，使其運行在最佳狀態。該遠程監控系統使得專業人員資源能夠得到最大化的利用，可以減少大量現場整定PID參數的時間，大大提高效率，節省企業成本，是一種值得提倡的PID參數整定模式。