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自动控制技术

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作者:admin 发布时间:2020-07-16 22:54

  主动统制身手进展趋向 目 录 主动化身手的进展 集散型统制体系特质和长处 DCS进展趋向 集散型体系的若干牢靠性特质及使用 楷模DCS先容 主动化身手的进展 主动化商酌的是什么? 主动化商酌的是若何通过种种身手器械和体系(席卷谋划机) 延迟人的音讯获取、打点和决定统制的性能,进步分娩才力、分娩水准和劳动分娩率,并络续进步人和机械交互用意的水准,把人从艰苦的、可轨范化的做事中解放出来以从事更具创造性的劳动。 主动化身手闭键有两个方面: 用主动化呆板庖代人工的动力方面的主动化;正在分娩进程和营业打点进程中,举行衡量、谋划、统制等,这是音讯打点方面的主动化。 主动统制身手普遍使用于工业进程统制、智能制造和家庭主动化。 进程主动统制是主动化身手的一个主要分支。 主动化商酌的是什么? 从广义上讲,可把工业进程统制解析为从原料的加入连续到制品产出的通盘分娩进程。 所谓进程主动化,即是操纵统制仪外、谋划机、通讯收集等身手器械,主动获取各进程变量值的音讯,并对影响进程景遇变量举行主动调动和或操作,以到达进步经济效益和劳动分娩率、节减能源、裁减污染和安闲分娩等方针。新2皇冠 工业进程主动化是通过主动化仪外、主动化身手与分娩工艺及摆设的有机纠合来完成的。 进程统制身手始末了一个由浅易到繁杂,从初级到高级,新2皇冠并日臻圆满的进程。进程统制所涉及到的范围对照普遍,对新身手的进展极为敏锐。对其影响最大的是谋划机身手、收集身手、主动化外面与身手、主动化仪外身手。 主动统制道理(1) 原始的统制门径 主动统制道理(2) 反应统制 主动统制道理(3) 一个繁杂的统制体系——原油蒸馏 进程统制的过去、现正在和畴昔 1960 -1985 单位统制 单回道PID 串级统制 前馈统制 匀称统制 批量统制 1985-1997 安装级最优化统制 ?自校正统制?解藕统制 ?笼统统制?跟踪统制 ?神经收集统制?最优统制 ?预测统制?自适合统制 ?鲁棒统制?软衡量身手 1997-工场归纳主动化 ?阔别递阶统制 ?静态与动态谐和统制 ?音讯集成及收集化 ?现场总线统制体系 邦外里对照 集散型统制体系特质及长处 集散统制体系(DCS)特质 ?? 集散型统制体系,是一种新型的进程统制体系.通盘安装经受了常范围仿仪外统制体系和谋划机集合统制体系的长处,而且战胜了单微机统制体系危急性高度集合以及向例仪外统制性能简单,人/陷阱联差的污点。 向例统制体系的弱点 ?? 向例统制即70年代工业统制中采用的模仿电动仪外统制体系或谋划机直接数字统制。 分娩进程范围络续推广,中控仪外越来越众,操作职员对进程的监控和操作的央浼也越来越众、高,模仿仪外难以胜任。 仪外身手进展很速,更新换代的周期越来越短,工业身手的进展央浼仪外统制体系能适合它们进展的需求。 向例统制体系的弱点 若何把因谋划机的窒碍形成的伤害裁减,使危急阔别,成为使用谋划机统制体系首要处分的题目 集合和归纳的操作和监视央浼对全厂、各车间和工段级的统制和操作有相应的数据通讯闭联,不单央浼有洪量的数据传送,并且央浼有高速的数据传输速度。 集散统制体系(DCS)长处 性能完满 ??? 集散体系可能结束从浅易的单回道统制到繁杂的众变量模子优化统制; 可能实施从向例的PID运算到SMITH预估, 三阶矩阵乘法等种种运算; 可能举行络续的反应统制,也可能举行间断的依序统制, 逻辑统制,可能完成监控,显示,打印,报警,史册数据存储等通常的十足操作央浼。 集散统制体系(DCS)长处 人/陷阱联好,完成了集合监控和处置 ??? 操作职员通过CRT和操作键盘, 可能监控十足分娩安装以及通盘工场的分娩处境,按预订的统制战略构成种种差异的统制回道,并调治回道的任一常数,并且还可能对机电摆设举行种种统制,从而完成了真正的集合操作和监控处置。 集散统制体系(DCS)长处 体系扩展活络 ??? 集散体系采用模块式构造,用户可依照需求简单地推广或缩小体系的范围,或转化体系的统制级别。集散体系采用组态门径组成种种统制回道,很容易对计划举行修正。 集散统制体系(DCS)长处 安闲牢靠性高 ??? 因为采用了众微打点机的阔别统制构造,危急性阔别,体系中的闭头摆设采用双重或众重冗余,还设有无停止主动统制体系和圆满的自诊断性能,使体系的均匀无窒碍岁月MTBF到达105天,均匀修复岁月MTTR为 10-2天,通盘体系的操纵率到达99.999%。 集散统制体系(DCS)长处 安置调试浅易 ??? 集散体系的各模件都安置正在法式机架内,模件之间采用众芯电缆,法式化接插件邻接,与进程的邻接采用规格化端子板,到中控室操作站只需敷设同轴电缆举行数据转达,是以布线量大大裁减,安置做事量仅为 向例仪外的1/2-1/3。体系调试采用专用的调试软件,使调试岁月仅为向例仪外的1/2。 集散统制体系(DCS)长处 具有杰出的本能价值比 ??? 正在本能上集散体系身手进步,性能完满,牢靠性高. 楷模外洋集散统制体系(DCS) ? 因为集散体系具有稠密的优秀性,从1975年美邦霍尼韦尔公司楬橥“TDC2000”体系后,外洋各家公司分娩的集散体系有几十种,下外列出了外洋集散体系的大概。 楷模外洋集散统制体系(DCS) 集散统制体系分类 三代DCS: 1、75-80年,第一代。 8位、cisc身手、向例仪外性能。 2、80年代中-90年代前期,第二代。 16位、risc身手、及时操作和轨范编译已对照完美。 3、90年代中到21世纪,第三代。 16/32位、众CPU用于统制运算、冗余切换、通讯等。 邦内集散统制体系 ??? 我邦操纵集散体系正在七十年代末八十年代初,85年进入扩展使用阶段。目前邦内已显露浙大中控、和利时、浙大中自、上海新华等邦内着名品牌。集散体系的使用,把我邦进程统制推向一个新的水准,博得较为明显的经济效益,其进展前景是相当广博的。 DCS使进步统制成为或许 操纵DCS不行仅仅浅易代替向例仪外的性能。 DCS操纵应尽或许到达最优的本能价值比 DCS是完成优化、进步统制的底子,是归纳主动化,TIA的底子。 进步统制身手的闭键实质 1)进程变量的收集与打点 2)众变量动态进程模子辨识身手 3)软衡量身手,工艺谋划模子 4)进步统制战略(预测统制) 5)窒碍检测、预告、诊断和打点 6)工程化软件及项目开辟任事 流程工业——进步统制性能构造 原油蒸馏组份统制 进步统制的后果 进步统制的效益 归纳主动化的闭头身手 众变量预测统制 预测函数统制(PFC) 笼统统制 软衡量 其它繁杂统制 专用统制软件 DCS进展趋向 DCS的进展 分散式统制体系(Distributed Control System ———DCS) 是使用谋划机身手对分娩进程举行集合监测、处置和阔别统制的归纳性收集体系。 自1975 年美邦HONEYWELL 公司推出第一套分散式统制体系( TDC - 2000) 今后,DCS 曾经正在工业进程统制范围中获得了普遍的使用。纵观其近三十年的进展进程,谋划机(Computer) 身手、统制(Control) 身手、通讯(Communication) 身手以及显示身手(CRT) 的络续先进与DCS 的更新换代息息闭连。比方,局域收集身手(LAN) 的使用符号着第二代DCS 的发生;怒放体系(OS) 则发生了第三代DCS。可能说,DCS 是4C 身手进展的肯定产品;同时,DCS 的进展也推进了闭连身手的使用与进展,如可编轨范统制器( PLC) 身手、现场总线(Fieldbus) 身手、智能统制( Intelligent Cont rol )身手与进程统制软件等。这些高新身手将为DCS迈向大型化的谋划机集成筑制体系(CIMS) 供给有力的扶助和保险。 DCS特质 DCS 是分级递阶的统制体系,集合处置和阔别统制是它的闭键特质。采用分级递阶的体例构造,闭键是从体系工程的角度起程,通过性能分层、危急阔别来进步体系的牢靠性和使用的活络性。最浅易的DCS 起码正在笔直偏向上分为两级,即操作处置级和进程统制级。 正在水准偏向上各个进程统制级之间是彼此谐和的分级,正在结束现场数据上传和采纳操作处置级指令的同时,各水准级间也可举行数据互换。这种分工合作的相干可以使通盘体系正在优化的操作要求下运转。DCS 中的阔别是正在彼此谐和底子下的自治。 阔别的寄义不单是阔别统制,还包括有职员阔别、区域阔别、性能阔别、危急阔别、摆设阔别以及操作阔别等寄义。阔别的最终方针是为了有用进步摆设的可操纵率。基于上述特质,正在局域通讯收集(LAN) 的扶助下,一套完美的DCS 大凡由监控处置级、进程统制级和现场级构成。 DCS构造 古板阔别统制体系构造概述 阔别统制体系DCS指的是统制与危急阔别、区域安置阔别,处置和显示集合。 20世纪70年代中期以结束模仿量统制的DCS推向商场,庖代从来以完成PID性能为主的模仿仪外统制。开始提出DCS这种思念的是原筑制仪外的厂商,当时闭键使用于化工行业,后又有谋划机行业从事DCS的开辟。 阔别题目的提出 70年代微机身手还不可熟,谋划机身手还不足蓬勃。操作站、统制器、I/O卡和收集接口卡等都是DCS分娩厂家自行开辟的,也即是统统部件都是专用的。 70年代初,有人用如DEC公司PDP11/24如许的小型机庖代原集合安置的模仿仪外统制。安置正在核心统制室的PDP11/24,用电缆把现场仪外的信号传到核心统制室。小型机既行动统制器、同时把邻接小型机的CRT又行动显示摆设(即人机界面)。一台小型机需领受几千台变送器或另外传感器来的信号,结束几百个回道的运算。 很昭着其危急有点集合。一朝小型机坏了,统制和显示都没有了。当时数字统制没有到达预期的方针。 阔别体系的构成 后有人提出把统制和显示隔离。一类谋划机结束统制工作,另一类谋划机结束显示工作。其它,一个工场的工艺进程可能分为几个相对独立的一面,行动被控对象或许需求显示和统制的点许众,统制一面也可分为几个一面。个中有极少还需求闭环统制或逻辑运算,再把正在谋划机统制体系中独立工序上需显示和统制的输入、输出点分拨到数台谋划机中去,设立进程统制站,正在收集上称为一个节点。把从来由一台小型机结束的运算工作由几台或几十台谋划机(统制器和人机界面)去结束,个中一台机械坏了不影响整体。 所谓“群狼庖代老虎”的兵书,到达危急阔别;并正在区域上,统制器按工艺进程隔离安置,以裁减邻接电缆,并到达地舆阔别的方针。 这即是另一层阔别的乐趣,把显示、操作、打印等处置性能集合正在一同,用收集把上述结束统制和显示的两一面连成一个别系。这种收集是专用的。从以上阐述,阔别体系分成3一面:进程统制器、人机界面和通讯收集。 通讯收集进入工业统制体系 以通讯收集行动纽带,收集构造可分为总线式、环型式和星型式 从横原来看,连正在收集上的进程统制站和人机界面通称为收集节点。节点是插足收集通讯的最小单元。操作站中的软件、硬件都是专用的。连正在收集上的节点有操作站、现场统制单位和谋划机接口单位。除星型构造外,环型和总线式构造逻辑相通。早期DCS的操作站和收集的接口都是厂家本人开辟的,操作站与收集邻接时,有一个专用接口,后原因于操作站主机也采用一面微机或小型机,是以操作站和谋划机的接口相通。 对待中小型体系,体系都是由用户或工程公司集成,采用星型构造对照众。一台人机界面与众台统制器相连,统制器之间没有直接闭联。人机界面起着音讯互换的用意。如需补充人机界面,补充辅站。如人机界面有窒碍,则影响通盘收集的通讯,辅站也不行做事。大中型体系由阔别型体系筑制厂商供给,采用总线或环型构造。 从现场使用处境看,除古板DCS和PLC外,尚有现场总线体系,如基金会总线体系FF,其特质是变送器、统制阀都数字化,如PID极少算法存正在变送器、统制阀中,数据挪用通过收集举行。把古板统制器去掉,人机界面直接连正在收集上。其它一种体系仍保存统制器,通过现场总线把I/O信号送到统制器,现场总线只是处分现场信号的长途传输题目。 体系集成将来10~15年的进展偏向和闭键潮水 固然新体系络续呈现,古板DCS和PLC不会嘎然放弃,还会延续很长岁月,现场总线也会和DCS、PLC笼络操纵,正在相当长岁月内,现场总线和DCS、PLC不是彼此取代,而是彼此交融和集成,此后现场总线更众将以身手仪外而非体系仪外显露正在现实使用中。如Modbus答应,已成为DCS、PLC和现场仪外邻接的纽带,以太网所有进入工业统制范围,不单处置层行使以太网,底层也可采用以太网,促使DCS身手自身获得很大进展。 小型体系也可采用回道统制器和谋划机数字直接统制,前者是把现场信号直接连到回道统制器端子上,后者是把现场信号通过I/O卡连到谋划机,算法正在谋划机内,谋划完后再送到现场实施机构。谋划机既作统制,又要结束人机界面的工作。 DCS进展偏向 古板阔别体系的污点 古板阔别体系统制器和人机界面的软硬件都是专用的,不怒放,各家DCS开辟商都创造了一种谋划机“方言”,譬喻INFI90、TDC3000、CS1000、CS3000、Teleperm等方言,相互无法互操作,也不行与第三方通讯。如PI公司的优化统制软件,iFIX,InTouch等监控软件与这些DCS通讯都必需开辟专用驱动软件。这些驱动软件的开辟都是很腾贵的,设立工场MIS体系加入很大,需开辟邻接软件。 DCS的取代操作站 处分古板DCS紧闭的缺陷,最有用的要领即是采用取代操作站或体系移植(Migrate)。Emerson公司正在这方面做了很大勉力,取代操作站是采用FIX和InTouch监控软件,他们开辟了很众DCS的驱动软件及OPC任事器。但目前OPC任事器开辟最得胜的是美邦ICON公司的GENESIS,GENESIS扶助VBA,现正在美邦商场出卖势头很旺。取代操作站正在很众体系上的改制和移植都很得胜。 软DCS和软PLC 目前使用较众的是软DCS和软PLC,采用嵌入式PC,及时操作体系,法式编程软件如ISAGRAF,合适IEC 61131-3邦际法式,可用6种说话编程、如梯形图、性能块、依序性能图、指令外、构造化文本、流程图。人机界面和统制器通过以太网邻接,统制器有以太网、现场总线、Modbus接口。人机界面用OPC任事器,可与第三方摆设连接。 目前除日本的DCS与邦际法式IEC 61131相差较远外,欧美DCS不单合适该法式,并且开辟了很众现场总线接口,使用界限更为普遍。 目前工业主动化范围,存正在几种处境: (1)古板DCS、PLC陆续占主流位置; (2)一面范围采用现场总线,CAN和Profibus总线以其价值上风,和回道统制器相似占领一席之地; (3)体系怒放闭键有3种途径:动态数据互换(DDE)、嵌入式进程统制(OPC)和ArchestrA音讯身手; (4)以太网所有进入工业统制范围。 体系集成是工业统制的进展偏向,是差异厂家产物、身手的优化组合,由一两家产物唱独角戏的时期曾经罢了了。 OPC任事器和ArchiestrA OPC(OLE for Process Control)任事器是设立正在微软COM/DCOM上,COM是对二进制代码举行封装的一种身手,DCOM是对收集上的二进制代码举行封装。OPC是一套基于Windows操作平台接口法式,正在工业使用轨范之间供给高效的音讯集成和交互性能。一朝堕落,处分起来很障碍。 ArchiestrA是修建正在Microsoft. Net框架之上,并基于真正面向对象的身手,它经受了Wonderware古板的高本能和易用性。 OPC与ArchiestrA两者都是供给差异类型谋划机间互联身手的,COM/DCOM身手正在90年代中期盛行于世,21世纪初开头盛行。ArchiestrA不采用客户机任事器构造,而是操纵高级说话直接对函数库举行挪用函数,是以从道理上比OPC思念更进一步。 暂息岁月 Have a rest 进步统制身手的进展 向例(经典)统制身手: 闭键是PID统制身手 目前的统制体系中仍约有90%采用的是向例PID统制身手(席卷极少刷新型PID统制身手) PID统制具有如下闭键长处: 1. 不需求对象的模子。 2. 分解、计划和完成浅易,易于被现场工程师所采纳。 3. 具有较强的鲁棒性。 向例PID统制的污点 1. PID统制器参数的整定较贫困,需求充足的经历本领到达较好的统制后果,到目前为止还没有一体系化的参数整定门径。 2. 简直没有操纵对象的有效音讯, 如:闭键的I/O音讯,极少可测的闭连参数等 3. 只实用于单输入/单输出体系,最众亦就参加前馈或串级体系无法打点众输入/众输出繁杂工业体系的统制题目,加倍是统制央浼中包括有束缚范围。 4. 鲁棒本能有限,做事点漂移时无法保障本能,跟踪与抗扰乱抵触。 进步统制 与向例单回道统制差异 具有比向例PID更好统制后果的统制战略 大时滞、强耦合、不确定性、 非线性、繁杂束缚、等等 基于模子和(或)学问的统制 足够谋划才力的扶助 决定层 处置层 调动层 谋划决定体系 监控层 统制层 相干数据库 及时数据库 处置音讯体系 分娩调动体系 进程监控体系 DCS体系 分娩进程 产物战略 分娩筹划 调动指令 优化设定 统制音讯 向例蒸馏 众产火油 众产汽油 汽油 火油 柴油 重油 汽油 火油 柴油 重油 汽油 火油 柴油 重油 均匀值 目标 均匀 大凡统制 进步统制 效益 本钱弧线 质料 及格 范围 效益 向例统制 进步统制 进步进程统制软件(APC) 主动化孤岛 1 + 1 = 2 ? “主动化孤岛”连正在一同 “主动化孤岛”集成正在一同 * * 主讲:黄福彦 TEL:0571 E-mail:huangfuyan2003@ 传感器 (衡量温度) 实施机构 (调动燃料) 统制器 设定值 (统制宗旨) 原油 汽油 火油 柴油 重油 蒸馏塔 统制外面、谋划机身手、收集通讯身手等相交融使用于现实工程中,酿成了“工业IT” 管控一体化 以前: 进程统制 操作看守 体系维持 现正在: 音讯处置 项目处置 摆设处置 谋划机统制身手 谋划机统制体系:DCS,PLC,FCS 收集身手 数据库身手:相干数据库、及时数据库 众媒体身手 DCS DCS DCS 发酵体系 动力体系 废水打点 … … 谋划机与收集体系 数据库体系 闭 系 数据库 实 时 数据库 集成 体系 集成 音讯 离散音讯 及时音讯 主动化身手 分娩进程主动统制 计划、分解、整定 传感器与实施器身手 信号衡量、主动实施机构 安闲分娩体系 报警、安闲爱惜 进程优化与模子 电动单 元仪外 集散控 制体系 现场总线年代初 90年代中后期 邦内 10+ 年 *


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