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【摘 要】本文介绍Visual Basic语言如何读写横河CENTUM CS3000数据库以及在PID参数整定中的运用。
【关键词】CS3000 PID CENTUMDataAccess 响应曲线法 时间参数 滞后时间 最小二乘法 克莱姆法则
在工业控制中，PID是经典的控制理论。工艺人员在调整PID参数时，基本都是凭经验一点一点的调整，这样需要花费很多时间才可以调整好。在工艺参数不允许长时间波动的情况下，就很难按此方法去调整参数了。本文着力去寻找一种方法，既可以减少工艺参数波动的时间，又可以快速地调整好PID参数。
一、CS3000数据库文件
CS3000数据库文件CENTUM data access library提供给用户在HIS上和OPC（OLE for Process Control）进行通讯的功能，可以读写过程数据。这库文件对微软的VB6.0或VB.NET来说是一种ActiveX控件，用户就可以通过它来编写VB程序。
一般来说，当用户用OPC服务器的时候要编写大量繁琐的OPC通讯协议代码，这是相当花费时间的。CENTUM data access library在库内处理了这项协议，这样用户就可以只编写一个读取数据的程序而不用去考虑这些协议了。
当CENTUM CS1000/3000安装后，在VB的控件中将会增加几个横河专用的控件，如“Centum Data Access Library”，“Centum OLE Control module”等控件，在编写程序时要将其按需引入。
控件CENTUMDataAccess提供了多种方法，如：
Get Tag Data：获取位号数据
Put Tag Data：输入位号数据
Get Station List：获取站列表
Get Station Information：获取站信息
Get Tag Information：获取位号信息
Get Historical Trend Data获取历史趋势数据。
（一）GetTagData方法
语法：vResults = object.GetTagData（sTagItems（）， lNum， vErrors）
Object：对象，默认为CENTUMDataAccess1.
GetTagData：方法，获取位号数据。
sTagItems：一维数组变量，在每个数组变量中，需要指定位号及其数据项，如“FC1001.PV”.
lNum：从1到256，指定有多少个数据需要返回。
vErrors：存储错误代码，为“variant”型变量。
Returns：返回的结果，如果指定是一维数组，则包含了当前值；如果是二维数组，则包含当前值和特征代码，类型为“variant”。
（二）PutTagData方法
语法：vResults = object.PutTagData（sTagItems（）， lNum， vData（）， vErrors）
功能如GetTagData。
vData，“Variant”型一维数组数据，数组大小必须和数组sTagItems大小一样。
二、PID参数的整定方法
PID参数的整定是过程控制的一项重要内容。和最佳过渡过程相对应的参数整定叫做最佳参数整定。由于各种具体生产过程的要求不同，“最佳”的标准是不一样的，因而产生许多不同的参数整定方法。一般较为通用的标准是，即要求在阶跃扰动作用下，被调量的波动具有衰减率为0.75左右，在这个前提下，尽量满足准确性和快速性要求。
常用的参数整定有以下几种方法：经验法，临界比例度法，衰减曲线法。响应曲线法。
（一）经验法.这种方法比较简单，特别是外界干扰作用比较频繁、记录曲线不规则的控制系统，采用此法最为合适。但这种方法主要是凭经验，有一定的主观性，整定过程较为费时，整定质量因人而异。
（二）临界比例度法.方法比较简单，易于掌握和判断，试用于一般的控制系统。但是不适用于临界比例度小的系统和不允许等幅震荡的系统，否则容易影响生产或造成事故。
（三）衰减曲线法.被调量偏离工作点不大，操作比较安全，容易掌握，能适用于各种类型的调节系统。对于时间常数很大的系统，由于过渡时间波动周期很长，而且要多次试验才能逼近1/4，整个实验过程很费时间。
（四）响应曲线法.这是一种根据广义对象的时间特性来整定参数的方法，应用廣泛。本文着重介绍这种方法在VB上的应用。
三、响应曲线法
响应曲线法是一种以被控对象控制通道的阶跃响应为依据，当对象处于稳定状态时，在对象的输入端施加一个幅值已知的阶跃扰动，然后测量和记录输出变量的数值，就可以画出输出变量随时间变化的曲线；通过一些经验公式求取调节器最佳参数整定值的开环整定方法。如下图所示：
（一）参数整定流程：
1.在调节器和调节阀之间断开，如上图，在调节阀Wv（s）的输入端加入一阶跃信号。2.用VB编写的程序，读取Wm（s）的输出响应曲线。3.对程序获取的离散点用最小二乘法进行拟合成一曲线，求出曲线拐点处的切线。4.求出纯滞后时间和时间常数，带入公式求出PID的具体参数。
（二）具体步骤如下：
1.调节器打手动，输出一阶跃信号，幅值视情况而定。这样，响应曲线Wm（s）就包含了调节阀、控制对象和变送器的所有信息，包含了滞后时间、时间常数和响应速度等。2.用GetTagData（sTagItems（）， lNum， vErrors）方法读取输出响应点，将所有响应点存入数组PointX（），PointY（）3.对离散点PointX（），PointY（）求出其拐点。如上图：
4.选取特定的离散点用最小二乘法进行曲线拟合。
5.根据拟合后的曲线，求出拐点处的斜率和切线，进而求出滞后时间τ和时间常数Т。如下图：
6.代入经验公式求出PID具体参数。
四、仿真应用
以下两图为软件获取趋势数据的过程，可以简单快速地求出PID参数。
五、程序段
六、结束语
响应曲线法首先要获取对象的响应曲线，操作上简单易行。既不需要增加仪器设备，测试工作也不大。通过读取响应曲线数值，就可以更加准确和快速地获得滞后时间和时间常数，减少了生产上工艺参数的波动和整定的时间，在实际应用中可以广泛推广。
参考文献：
[1]《CS3000 CENTUM Data Access Library》
[2] 靳其兵，《集散系统中PID参数整定与控制器优化》
[3] 王骥程，祝和云.《化工过程控制工程》.北京：化学工业出版社，1991. 第2版.
[4] 王森，晁禹，艾红.《仪表工试题集 控制仪表分册》. 北京：化学工业出版社，2003.第2版.
[5] 张井岗.《过程控制与自动化仪表》. 北京：北京大学出版社，2007.
【关键词】CS3000 PID CENTUMDataAccess 响应曲线法 时间参数 滞后时间 最小二乘法 克莱姆法则
在工业控制中，PID是经典的控制理论。工艺人员在调整PID参数时，基本都是凭经验一点一点的调整，这样需要花费很多时间才可以调整好。在工艺参数不允许长时间波动的情况下，就很难按此方法去调整参数了。本文着力去寻找一种方法，既可以减少工艺参数波动的时间，又可以快速地调整好PID参数。
一、CS3000数据库文件
CS3000数据库文件CENTUM data access library提供给用户在HIS上和OPC（OLE for Process Control）进行通讯的功能，可以读写过程数据。这库文件对微软的VB6.0或VB.NET来说是一种ActiveX控件，用户就可以通过它来编写VB程序。
一般来说，当用户用OPC服务器的时候要编写大量繁琐的OPC通讯协议代码，这是相当花费时间的。CENTUM data access library在库内处理了这项协议，这样用户就可以只编写一个读取数据的程序而不用去考虑这些协议了。
当CENTUM CS1000/3000安装后，在VB的控件中将会增加几个横河专用的控件，如“Centum Data Access Library”，“Centum OLE Control module”等控件，在编写程序时要将其按需引入。
控件CENTUMDataAccess提供了多种方法，如：
Get Tag Data：获取位号数据
Put Tag Data：输入位号数据
Get Station List：获取站列表
Get Station Information：获取站信息
Get Tag Information：获取位号信息
Get Historical Trend Data获取历史趋势数据。
（一）GetTagData方法
语法：vResults = object.GetTagData（sTagItems（）， lNum， vErrors）
Object：对象，默认为CENTUMDataAccess1.
GetTagData：方法，获取位号数据。
sTagItems：一维数组变量，在每个数组变量中，需要指定位号及其数据项，如“FC1001.PV”.
lNum：从1到256，指定有多少个数据需要返回。
vErrors：存储错误代码，为“variant”型变量。
Returns：返回的结果，如果指定是一维数组，则包含了当前值；如果是二维数组，则包含当前值和特征代码，类型为“variant”。
（二）PutTagData方法
语法：vResults = object.PutTagData（sTagItems（）， lNum， vData（）， vErrors）
功能如GetTagData。
vData，“Variant”型一维数组数据，数组大小必须和数组sTagItems大小一样。
二、PID参数的整定方法
PID参数的整定是过程控制的一项重要内容。和最佳过渡过程相对应的参数整定叫做最佳参数整定。由于各种具体生产过程的要求不同，“最佳”的标准是不一样的，因而产生许多不同的参数整定方法。一般较为通用的标准是，即要求在阶跃扰动作用下，被调量的波动具有衰减率为0.75左右，在这个前提下，尽量满足准确性和快速性要求。
常用的参数整定有以下几种方法：经验法，临界比例度法，衰减曲线法。响应曲线法。
（一）经验法.这种方法比较简单，特别是外界干扰作用比较频繁、记录曲线不规则的控制系统，采用此法最为合适。但这种方法主要是凭经验，有一定的主观性，整定过程较为费时，整定质量因人而异。
（二）临界比例度法.方法比较简单，易于掌握和判断，试用于一般的控制系统。但是不适用于临界比例度小的系统和不允许等幅震荡的系统，否则容易影响生产或造成事故。
（三）衰减曲线法.被调量偏离工作点不大，操作比较安全，容易掌握，能适用于各种类型的调节系统。对于时间常数很大的系统，由于过渡时间波动周期很长，而且要多次试验才能逼近1/4，整个实验过程很费时间。
（四）响应曲线法.这是一种根据广义对象的时间特性来整定参数的方法，应用廣泛。本文着重介绍这种方法在VB上的应用。
三、响应曲线法
响应曲线法是一种以被控对象控制通道的阶跃响应为依据，当对象处于稳定状态时，在对象的输入端施加一个幅值已知的阶跃扰动，然后测量和记录输出变量的数值，就可以画出输出变量随时间变化的曲线；通过一些经验公式求取调节器最佳参数整定值的开环整定方法。如下图所示：
（一）参数整定流程：
1.在调节器和调节阀之间断开，如上图，在调节阀Wv（s）的输入端加入一阶跃信号。2.用VB编写的程序，读取Wm（s）的输出响应曲线。3.对程序获取的离散点用最小二乘法进行拟合成一曲线，求出曲线拐点处的切线。4.求出纯滞后时间和时间常数，带入公式求出PID的具体参数。
（二）具体步骤如下：
1.调节器打手动，输出一阶跃信号，幅值视情况而定。这样，响应曲线Wm（s）就包含了调节阀、控制对象和变送器的所有信息，包含了滞后时间、时间常数和响应速度等。2.用GetTagData（sTagItems（）， lNum， vErrors）方法读取输出响应点，将所有响应点存入数组PointX（），PointY（）3.对离散点PointX（），PointY（）求出其拐点。如上图：
4.选取特定的离散点用最小二乘法进行曲线拟合。
5.根据拟合后的曲线，求出拐点处的斜率和切线，进而求出滞后时间τ和时间常数Т。如下图：
6.代入经验公式求出PID具体参数。
四、仿真应用
以下两图为软件获取趋势数据的过程，可以简单快速地求出PID参数。
五、程序段
六、结束语
响应曲线法首先要获取对象的响应曲线，操作上简单易行。既不需要增加仪器设备，测试工作也不大。通过读取响应曲线数值，就可以更加准确和快速地获得滞后时间和时间常数，减少了生产上工艺参数的波动和整定的时间，在实际应用中可以广泛推广。
参考文献：
[1]《CS3000 CENTUM Data Access Library》
[2] 靳其兵，《集散系统中PID参数整定与控制器优化》
[3] 王骥程，祝和云.《化工过程控制工程》.北京：化学工业出版社，1991. 第2版.
[4] 王森，晁禹，艾红.《仪表工试题集 控制仪表分册》. 北京：化学工业出版社，2003.第2版.
[5] 张井岗.《过程控制与自动化仪表》. 北京：北京大学出版社，2007.