基于嵌入式系统的软仪表及其应用

　　0　引言

　　软测量技术在近十年得到了广泛的研究,它无论是在理论研究还是工业应用方面都取得了很大的进展。国际上很多著名的自动化及过程控制公司都推出了自己的软测量产品,如Aspen公司推出了推断估计软件包Aspen IQTM,该软件包提供PLS、模糊PLS、ANN等模型;Honeywell公司推出了Profit Sensor,它提供ANN模型、PLS-ANN模型等;比利时的IPCOS公司推出了PRESTO软件包,提供ANN、PLS及FL模型。Fisher-Rosemount、Emerson等公司也都有自己的软测量产品。

　　我国软测量技术的研究已经有了一定的深度和广度,也取得了许多成果,张湜等针对丁二烯精馏塔塔底控制回路提出了基于软测量的推断控制方案,选用较为简单的回归模型构成了软测量仪表[1]。袁平等采用支持向量机(SVM)建立软测量模型[2]。刘瑞兰等针对PX氧化过程中的4-CBA浓度的估计问题,提出了基于支持向量机和粒子群算法来估计机理模型参数[3]。但总体上,国内软测量在理论和应用之间还有较大的差距,没有形成成熟的、商业化的产品。本文介绍了基于嵌入式系统的软仪表的设计、开发及其在催化裂化装置上的应用。

　　1　嵌入式系统

　　嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,软件硬件可裁减的,适应应用系统对功能性、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。它是一种典型的软硬件混合系统,自下而上可分为硬件环境、嵌入式操作系统和应用程序三个组成部分[4]。

　　2　基于嵌入式系统的软仪表

　　为了将软仪表硬件化,使操作者能够像操作硬仪表一样方便地操作软仪表,使之成为外观为仪器仪表一样的软仪表产品,需要选择合适的硬件作为载体。基于模块化设计方法[5]的嵌入式工业PC及相应的嵌入式系统具有集成度高、体积小、反应速度快、智能化程度高、稳定性好及可靠性强等特点,适合实现软仪表。

　　2.1　软仪表环境选配

　　本文硬件环境选用台湾研华公司最新推出的UNO2050嵌入式计算机,操作系统为Windows CE.Ne,t采用EmbeddedVC++4.0作为软件开发环境。

　　2.2　软仪表体系结构及功能

　　软件包的设计采用了面向对象技术、多线程并行处理技术、动态链接技术,最终形成了通用的、开放的软仪表产品,整个体系结构如图1所示。该软件包主要有:系统调度、数据处理、系统组态、通信等功能模块。

　　①系统调度模块,基于多线程技术实现各个模块的实时调度;

　　②数据预处理模块,包括数据转换、数据滤波等功能;

　　③系统组态模块,为软件包提供有效的参数数据管理服务,使软件包具有通用性和方便性;