专利名称：基于dcs平台的嵌入式dsp智能优化控制方法及装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种基于DCS平台的智能控制方法及其装置。
背景技术：
现有的大多数嵌入式控制系统有诸多缺点，不易于实现厂级的智能优化控制。综合说来，有如下原因一是由于通常这些嵌入式微控制器难以采集到足够多的测量点的数据，只能从局部取得数据，对某一子控制系统实施控制，难以实现系统级的优化智能算法。二是由于需要从现场设备直接采集数据，所以需要设计专门的数据采集板卡。由于具体工业现场设备的独特性，造成了在这种情况下设计控制平台面临着难于实现和不易移植的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种基于DCS平台的嵌入式DSP优化智能控制方法及装置，以克服现有技术存在的难以采集到足够多的测量数据、难以实现系统级的优化智能算法等不足。 本发明的方法采取以下技术方案把DCS控制柜作为连接现场设备和DSP嵌入式控制平台的桥梁，DSP应用板通过DCS控制柜与现场设备连接，利用DCS控制柜中现有的I/O端子上的数字信号，将其输入端子上的信号映射到输出端子上，输出端子再连接上调理电路，将输出信号调理到DSP开发板能接受的信号范围内。DSP应用板再通过高速数据采集端口，把需要采集的控制变量的值存储到DSP应用板的存储器中。由预先植入的智能控制算法对数据进行处理，处理完成的结果再经过调理电路输出，送回到DCS控制柜中的I/O端子上。DCS系统把这些处理结果作为控制信号输出，控制现场执行设备。同时这些数据可以在组态软件中实现显示，存储，历史查询等功能。该DSP控制平台可以取代操作员的操作或为操作员提供决策支持。 本发明的装置采取以下技术方案它包括DCS控制柜，其特征在于DCS控制柜连接DSP嵌入式控制平台、操作员站，并通过总线与工业现场的工业仪表、PLC单元和远程1/O信号单元连接。 在DCS控制柜与DSP嵌入式控制平台的连接线路中，DSP应用板通过调理电路与DCS控制柜中的I/O模块连接。利用DCS控制柜中的I/O端子，将DCS的输入信号映射为DSP嵌入式控制平台的输入信号；将DSP嵌入式控制平台的输出信号映射为DCS的输出信号。 在DSP应用板中，采用TI的DSP芯片TMS320F283350150MHz，具有x28x+FPU内核。x28x+FPU内核支持IEEE 32-位浮点计算，方便各种复杂控制算法。 在DSP应用板的辅助电路模块中设置无线通信模块，与DCS上的无线通信接口对应。通过无线通信，本硬件控制平台将有更高的自由度，可以方便的移植到类似的工业现场，并且实现远程控制。
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在DSP嵌入式控制系统的软件框架中，采用DMA控制数据的传输与存储。这样便于访问外扩存储器，降低CPU的负荷，易于实现复杂算法。 本发明基于DSP的高速数字信号处理的软件硬件资源，开发一种嵌入式数据采集和处理平台。该平台作为工业现场DCS的硬件外挂，可进行实时数据采集，数据存储与数据处理，并能够移植多种智能算法，包括专家系统，模糊控制，神经网络控制等，实现工业现场的智能优化控制。 此外，考虑到中小型企业对专业厂家生产的DCS系统的经济承受能力，本发明中的控制平台可以方便地外挂在以IPC为核心的中小型DCS系统上，解决其难于实现复杂算法的问题，从而实现厂级的智能优化控制；而且此硬件平台有较高的自由度，易于移植多种智能控制算法，能够提高企业自动化程度和经济效益。
图1为本发明的逻辑连接图。 图2为本发明的DCS控制柜与DSP嵌入式控制平台的连接线路示意图。 图3为本发明中的DSP嵌入式控制平台的功能结构连接图。 图4为本发明中的USB通信模块的硬件连接图。 图5为本发明中的DSP数据采集与处理流程图。 图6为本发明中的多变量预测控制算法流程图。
具体实施例方式
具体实施例方式本发明是这样实现的把DCS控制柜作为连接现场设备和DSP嵌入式控制平台的桥梁，DSP应用板通过DCS控制柜与现场设备连接，利用DCS控制柜中现
有的i/o端子上的数字信号，将其输入端子上的信号映射到输出端子上，输出端子再连接
上调理电路，将输出信号调理到DSP开发板能接受的信号范围内。DSP应用板再通过高速数据采集端口，把需要采集的控制变量的值存储到DSP应用板的存储空间中。由预先植入的智能控制算法对数据进行处理，处理完成的结果再经过调理电路输出，送回到DCS控制柜中的I/0端子上。DCS系统把这些处理结果作为控制信号输出，控制现场执行设备。同时这些数据可以在组态软件中实现显示，存储，历史查询等功能。该DSP控制平台可以取代操作员的操作或为操作员提供决策支持。 本发明的装置总体结构连接如附图1所示，在工厂原有的中小型DCS的基础上外挂DSP嵌入式控制平台。工业现场的各种仪表和PLC单元和远程1/0信号通过总线接入到DCS控制柜中。DCS控制系统通过设置输出点等于输入点的值，输入点等于输出点的值的方法，把现场设备的输入信号传给DSP外挂，把DSP外挂的输出信号回传给DCS系统。因此，可以把DCS控制柜作为一个桥梁，实现DSP嵌入式控制平台和现场设备的无缝连接。
如图2所示，本发明主要涉及到的硬件有DSP应用板，调理电路和DCS的I/O模块。DCS的I/O模块的端子上的信号是量化的离散信号，也就是通常所说的标准信号，4 20ma的电流信号，O 5v的电压信号。 为了转化为DSP应用板能接受的0 3v的电压信号，所以要经过调理电路的转化并加上过压保护装置。
图3给出了 DSP应用板的功能结构连接。本发明采用TI的DSP芯片 TMS320F283350150MHz，它具有x28x+FPU内核，支持IEEE 32-位浮点计算，方便各种复杂控 制算法。其片上有1个12-位A/D转换器，其前端为2个8选1多路切换器和2路同时采 样/保持器，构成16个模拟输入通道，模拟通道的切换由硬件自动控制，并将各模拟通道的 转换结果顺序存入16个结果寄存器中。 通过逻辑部分的DMA(即直接存储器存取，是一种快速传送数据的机制)。实现 在不占用CPU资源的情况下完成数据的实时传输与存储。TMS320F28335有六通道DMA。 可由ADC、 MCBSPs、外部中断、CPU定时器和软件触发并可配置为16bit或32bit工作方式 (MCBSPs限制为16bit)，吞吐量为4时钟/字。 F28335片上有34KX 16-位的SRAM，通过F28335的外部存储器接口 XINTF可以外 扩2Mxl6位的SARAM，可以连接片上DMA控制器。在数据采集时，把需要实时处理的数据通 过数组滚动的方式存储在片上SRAM中，同时通过DMA控制器将需要存储的数据传输到外扩 SARAM中去。这样可以保证CPU读取数据的速度又满足了大存储容量的需要。
辅助电路部分利用了 DSP的GPIO引脚，外扩键盘和显示模块。实现DSP控制参数 的在线调整和实时的数据显示与查询功能。在辅助电路部分加入无线通信模块，配合DCS 上的无线通信接口 。使得本硬件控制平台可以取得更高的自由度，实现移动式控制或远程 控制。 USB通信部分实现与上位机的通信，可以将需要的数据上传或下载到DSP嵌入式 控制器中。其硬件连接如图4。本发明采用Cypress公司的CY7C68001芯片实现USB 2. 0 接口。 CY7C68001上集成了USB2.0收发器(物理层)、USB 2. 0串行接口引擎SIE(链路层， 实现底层通信协议)。CY7C68001则作为F28335的外设，USB的应用层协议由F28335编程 实现。CY7C68001采用并行异步存储器接口与F28335相连接，主机可以唤醒F28335，亦可 以配置USB。 上位机通过JTAG 口与DSP连接，实现调试过程中的程序烧录，和RTDX实时仿真。
本发明利用合众达DSP开发板SEED-F28335，连接上相应的外围设备。植入了一套 多变量预测控制算法，成功应用于工业自动控制领域中，保证了水泥生产烧成系统的稳定 与优化运行。 DSP数据采集与处理流程如图5所示意。将AD模块的16通道模拟量输入配置成 连续自动排序模式，设置最大采样通道数，对下文中提到的变量进行数据采集。AD转换过程 中使用偏移校正寄存器动态校正ADC转换结果。再通过双地址映射的AD转换结果寄存器 采用DMA方式将结果传输到SRAM中。调用智能控制算法对数据进行分析处理，通过DA转 换输出控制信号。 算法流程如图6所示意，对于中小型水泥生产烧成系统来说，该预测控制方法为 多变量协同控制方法，所选取的变量分别是分解炉喂煤量、窑头喂煤量以及三次风阀门开 度构成的操作变量；生料喂料量作为干扰变量；顶级旋风筒出口氧含量、顶级旋风筒出口 一氧化碳含量、分解炉出口温度以及窑尾烟室温度构成的受控变量。 本发明所使用的TI的芯片和合众达的DSP开发板并不对本发明构成限制，凡是采 用类似的智能控制芯片所实现的外挂控制系统都落入本发明的保护范围。
权利要求
一种基于DCS平台的嵌入式DSP优化智能控制方法，其特征在于把DCS控制柜作为连接现场设备和DSP嵌入式控制平台的桥梁，DSP应用板通过DCS控制柜与现场设备连接，利用DCS控制柜中现有的I/O端子上的数字信号，将其输入端子上的信号映射到输出端子上，输出端子再连接上调理电路，将输出信号调理到DSP开发板能接受的信号范围内。DSP应用板再通过高速数据采集端口，把需要采集的控制变量的值存储到DSP应用板的存储器中。由预先植入的智能控制算法对数据进行处理，处理完成的结果再经过调理电路输出，送回到DCS控制柜中的I/O端子上。DCS系统把这些处理结果作为控制信号输出，控制现场执行设备。同时这些数据可以在组态软件中实现显示，存储，历史查询等功能。
2. 如权利要求1所述的一种基于DCS平台的嵌入式DSP优化智能控制方法的装置，它 包括DCS控制柜，其特征在于DCS控制柜连接DSP嵌入式控制平台、操作员站，并通过总线 与工业现场的工业仪表、PLC单元和远程I/O信号单元连接。
3. 根据权利要求2所述的基于DCS平台的嵌入式DSP优化智能控制方法的装置，其特 征在于在DCS控制柜与DSP嵌入式控制平台的连接线路中，DSP应用板通过调理电路与 DCS控制柜中的I/O模块连接。
4. 根据权利要求2所述的基于DCS平台的嵌入式DSP优化智能控制方法的装置，其特 征在于在DSP应用板中，采用TI的DSP芯片TMS320F283350150MHz，具有x28x+FPU内核。
5. 根据权利要求2所述的基于DCS平台的嵌入式DSP优化智能控制方法的装置，其特 征在于在DSP应用板的辅助电路模块中设置无线通信模块，与DCS上的无线通信接口对 应。
6. 根据权利要求2所述的基于DCS平台的嵌入式DSP优化智能控制方法的装置，其特 征在于在DSP嵌入式控制系统的软件框架中，采用DMA控制数据的传输与存储。
全文摘要
本发明公开了一种基于DCS平台的嵌入式DSP优化智能控制方法及装置。它把DCS控制柜作为连接现场设备和DSP嵌入式控制平台的桥梁，DSP应用板通过DCS控制柜与现场设备连接，利用DCS控制柜中现有的I/O端子上的数字信号，将其输入端子上的信号映射到输出端子上，输出端子再连接上调理电路，将输出信号调理到DSP开发板能接受的信号范围内。DSP应用板再通过高速数据采集端口，把需要采集的控制变量的值存储到DSP应用板的存储器中。由预先植入的智能控制算法对数据进行处理，处理完成的结果再经过调理电路输出，送回到DCS控制柜中的I/O端子上。DCS系统把这些处理结果作为控制信号输出，控制现场执行设备。同时这些数据可以在组态软件中实现显示，存储，历史查询等功能。该DSP控制平台可以取代操作员的操作或为操作员提供决策支持。
文档编号G05B19/418GK101739016SQ20091031142
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者孟濬, 张进峰, 李沛然, 王磊, 郑军, 颜文俊 申请人:浙江大学