无线技术在流程控制中的应用ppt课件

1、无线技术在流程控制中的运用关于无线传感器网络陈德基博士艾默生流程控制集团无线运用总体架构运转设备管理工厂网络控制网络工厂网络现场网络SP100*无线规范:802.11802.16802.11802.16802.15.4Wireless HART*现场设备控制网络设备跟踪平安流开任务人员自组织网络ISA100 规范还在研发中7/18/2022报告主题针对无线现场网络总结我们的科研任务讨论无线运用的挑战7/18/2022报告摘要无线流程控制的历史无线流程控制的现状无线流程控制的规范化实时流程控制实时无线流程控制结语 7/18/2022报告摘要无线流程控制的历史无线流程控制的现状无线流程控制的规范化

2、实时流程控制实时无线流程控制结语 7/18/2022信息技术对流程控制的浸透70年代: 分布式计算机系统 -分布式流程控制系统 90年代: 个人电脑 - 基于任务站的流程控制系统90年代: 微软的COM技术 - OPC90年代: 英特网 - 现场网络化21世纪: 无线技术 - ?7/18/2022无线流程控制的历史WINAZigBeeBluetooth (蓝牙)ISA100WirelessHART (无线HART)7/18/2022报告摘要无线流程控制的历史无线流程控制的现状无线流程控制的规范化实时流程控制实时无线流程控制结语 7/18/2022问题已不是能否可行, 而是怎样实现关于有线与无线

3、的争议曾经终了无线的两大作用: 替代有线全新运用技术上曾经成熟市场上曾经有很多胜利实例7/18/2022技术上曾经成熟平安和加密电池寿命可靠性和鲁棒性自组织网络关键是市场, 而不是技术!7/18/2022胜利实例 (1/3): 英国石油工司 BP Wytch Farm“自从八月安装好后这些无线设备没有丧失一个数据 . Chris Geen, BP Manager运用工程: 钻井头圆环压力监测欧洲最大的陆地油井之一采用艾默生的智能无线技术方案, 包括40个压力传感器在密集的钻管任务和过程堆积中实现了快速安装2天内安装完一切设备30分钟内一切设备胜利在线7/18/2022运用工程: 可挪动平台的数

4、据采样防止对随平台挪动的设备的继续重新组态泵, 过滤, 压磨, CIP/SIP 套等8小时内完成一切设备的安装和启动初用艾默生的智能无线方案到达了100% 的可靠度, 系统安装在拥有12英吋加固水泥的五层建筑系统从未丧失挪动平台的数据从另外一个贮藏建筑搬来的平台自动参与了网络, 不需求操作员介入.胜利实例 (2/3): 某王牌生命科学公司7/18/2022运用工程: 碳化单元泵过滤器堵塞检查对防止由吸力减弱呵斥的泵损坏非常重要现有的液压传动仪器需求人工读表来检查吸力减弱,这很不准确, 维护也复杂. 艾默生的智能无线技术提供了廉价的方案, 提高了丈量准确度和维护效率传统工艺难以实现, 由于通讯和

5、电源布线太贵添加了碳化操作的可运转率“预防性的无线过滤堵塞警报防止了一次消费中断. 操作员可以在几小时内关掉泵, 清理过滤器, 然后重新启动泵. 假设没有警报,过滤器泵会被损坏而被完全交换掉. Project Manager, Major Refining Company胜利实例 (3/3): 某王牌石油提练公司7/18/2022报告摘要无线流程控制的历史无线流程控制的现状无线流程控制的规范化实时流程控制实时无线流程控制结语 7/18/2022规范化的必要用户在张望担忧被锁定在独家非规范系统上市场规模是根本单价必需降下来7/18/2022ZigBee短少足够的实时支持不是针对流程控制制定的Zi

6、gBee Pro 面向工业控制的改良版7/18/2022WirelessHART 和 ISA100WirelessHART2007年9月正式公布与以往的HART协议兼容被现有HART工具完全支持由自动化工业的领袖成员开发, 包括ABB, E+H, Emerson, Honeywell, Siemens 和其它成员艾默生已开场接受首批Wireless HART的订单ISA100一系列的规范第一个完全的初稿估计于2021年底出来, 2021年中有产品出来7/18/2022WirelessHART (1/3)HART的历史 (Highway Addressable Remote Transducer

7、)7/18/2022WirelessHART (2/3)Mesh 网络拓卜构造方便,自组织Mesh网络构造一切节点都是路由允许对运用和环境的调整不需求特别的设计或安装可覆盖大的地理范围可靠网关和设备节点存在冗余途径设备节点采用不同的数据途径来保证冗余途径的继续性动态频宽安排 设备节点恳求固定的流程和控制频宽可恳求额外的频宽(如传送震动频幅)当维护设备节点时调高或调低频宽自组织,自修复一切节点提供统计数据给网络管理程序信号强度与邻居节点的通讯可靠度发现新邻居节点网络管理程序挑选链接和路由 调整链接和路由以加强可靠度添加链接以加强抵抗力平面化网络以加强速度, 节省能耗设备节点越多越可靠7/18/2

8、022WirelessHART (3/3)自组织技术几乎无限的数据传输途径网络不断地自我平衡和优化超出现场射频调研的局限无线现场网络无线工厂网络7/18/2022报告摘要无线流程控制的历史无线流程控制的现状无线流程控制的规范化实时流程控制实时无线流程控制结语 7/18/2022什么是实时系统?带时间要求的计算机系统不一定非常快, 但要有确定性快速是好的但快速不能处理一切问题保证性(满足截止期要求)更重要例子: 航空流程控制嵌入式系统7/18/2022实时系统的失败能够是致命的在灾难发生前挑战者号航天飞机上的计算机系统来不及检测到其构造上动态压力的异常.洛衫矶时报新闻: “两个独立的人为错误在2

9、004年9月下午大约4:30呵斥无线通讯的瘫痪. 它继续了3小时, 呵斥南加州几个主要机场几乎完全停顿. 在通讯瘫痪的头15分钟内起码有五次飞机几乎相撞.7/18/2022实时系统研讨的成就截止期最早优先调度算法针对周期性进程的最优算法频率单调优先级附值最优进程固定优先级算法7/18/2022实时流程控制一个瀑布式控制模块对应在现场总线上的实时调度7/18/2022报告摘要无线流程控制的历史无线流程控制的现状无线流程控制的规范化实时流程控制实时无线流程控制结语 7/18/2022实时无线流程控制WirelessHART 和 ISA 100.11a在无线流程控制领域只是刚刚开场.早期运用包括设备

10、监测和诊断.但在无线网络上实现真正意义上的流程控制还存在很大的挑战.以下13页是我们的早期科研成果改良 PID 算法以应付不稳定通讯7/18/2022控制数据采样频率为减少控制变化, 一个根本原那么是反响算法的执行必需是4到10倍快于过程回应时间加过程时间常量加迟滞时间.由于数据采样与控制算法执行不同步, 采样频率比控制算法快很多. 假设数据采样与控制算法可以同步, 我们可以减少数据的过度采样和传送.更进一步, 我们可以经过只传送变化的数据来节省能源. 7/18/2022控制数据采样频率7/18/2022在不稳定通讯下的规范PID算法 丧失输入数据积分成份线性增长当通讯恢复时差分成份产生尖刺丧

11、失输出数据驱动器得到突变7/18/2022针对无线的PID改良算法 PIDPLUS7/18/2022积分成份 只需在收到新的采样数据时才计算7/18/2022差分成份 只需在收到新的采样数据时才计算7/18/2022实验设置7/18/2022实验情形丧失输入数据改动设定值流程扰动丧失输出数据改动设定值流程扰动7/18/2022丧失输入通讯数据 在改动设定值时7/18/2022丧失输入通讯数据 在流程扰动时7/18/2022丧失输出通讯数据 在改动设定值时Communication LossModified PID OUTPV & SPSPTraditional PID 7/18/2022丧失输

12、出通讯数据 在流程扰动时Communication LossTraditional PID Modified PID OUTPV & SPSP7/18/2022误差结果丢失输入通讯数据 在改变设定值时丢失输入通讯数据 在流程扰动时丢失输出通讯数据 在改变设定值时丢失输出通讯数据 在流程扰动时PID372366196388PIDPLUS169333190267绝对误差和PIDs情形7/18/2022结语无线流程控制的历史无线流程控制的现状无线流程控制的规范化实时流程控制实时无线流程控制规范 PID 在无线环境里不太理想PIDPLUS 在有线环境里与规范 PID 相当PIDPLUS 应付不稳定通讯环境相当理想7/18/202242Seamless IntegrationLegacy我们可以看到更多时机是真实的根底设备运用 排压阀/烟囱 腐蚀转动设备的震动平安淋浴运用火, 气, 烟 操作员巡视水质量/污水仪表诊断