无线技术在流程控制中的应用

无线技术在流程控制中的应用无线技术在流程控制中的应用关于无线传感器网络无线应用总体架构运行设备管理工厂网络控制网络工厂网络现场网络SP100*无线标准:802.11802.16802.11802.16802.15.4

WirelessHART*现场设备控制网络设备跟踪安全流动工作人员自组织网络ISA100标准还在研发中2/3/2023报告主题针对无线现场网络总结我们的科研工作讨论无线应用的挑战2/3/2023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标准化实时流程控制实时无线流程控制结语2/3/2023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标准化实时流程控制实时无线流程控制结语2/3/2023信息技术对流程控制的渗透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->基于工作站的流程控制系统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->?2/3/2023无线流程控制的历史WINAZigBeeBluetooth(蓝牙)ISA100WirelessHART(无线HART)2/3/2023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标准化实时流程控制实时无线流程控制结语2/3/2023问题已不是是否可行,而是怎样实现关于有线与无线的争议已经结束无线的两大作用:替代有线全新应用技术上已经成熟市场上已经有很多成功实例2/3/2023技术上已经成熟安全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!2/3/2023成功实例(1/3):

英国石油工司BPWytchFarm“自从八月安装好后这些无线设备没有丢失一个数据

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…”

—ChrisGeen,BPManager应用项目: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工作和过程堆积

中实现了快速安装2天内安装完所有设备30分钟内所有设备成功在线2/3/2023应用项目:可移动平台的数据采样避免对随平台移动的设备的持续重新组态泵,过滤,压磨,CIP/SIP套等8小时内完成所有设备的安装和启动初用艾默生的智能无线方案达到了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丢失移动平台的数据从另外一个储藏建筑搬来的平

台自动加入了网络,不需要操

作员介入.成功实例(2/3):

某王牌生命科学公司2/3/2023应用项目:

碳化单元泵过滤器堵塞检查对防止由吸力减弱造成的泵损坏非常

重要现有的液压传动仪器需要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便宜的方案,提高了测量准确度和维护效率传统工艺难以实现,因为通信和电源布线太贵增加了碳化操作的可运行率“预防性的无线过滤堵塞警报避免了一次生产中断.操作员能够在几小时内关掉泵,清理过滤器,然后重新启动泵.如果没有警报,过滤器泵会被损坏而被完全替换掉.”—ProjectManager,MajorRefiningCompany成功实例(3/3):

某王牌石油提练公司2/3/2023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标准化实时流程控制实时无线流程控制结语2/3/2023标准化的必要用户在观望担心被锁定在独家非标准系统上市场规模是根本单价必须降下来2/3/2023ZigBee缺少足够的实时支持不是针对流程控制制定的ZigBeePro面向工业控制的改进版2/3/2023WirelessHART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始接受首批WirelessHART的订单ISA100一系列的标准第一个完全的初稿预计于2008年底出来,2009年中有产品出来2/3/2023WirelessHART(1/3)HART的历史(HighwayAddressableRemoteTransducer)2/3/2023WirelessHART(2/3)Mesh网络拓卜结构方便,自组织Mesh网络结构所有节点都是路由允许对应用和环境的调整不需要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路径设备节点采用不同的数据路径来保证冗余路径的持续性动态频宽安排设备节点申请固定的流程和控制频宽可申请额外的频宽(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,自修复所有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信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增强可靠度增加链接以增强抵抗力平面化网络以增强速度,节省能耗设备节点越多越可靠2/3/2023WirelessHART(3/3)自组织技术几乎无限的数据传输路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2/3/2023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标准化实时流程控制实时无线流程控制结语2/3/2023什么是实时系统?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解决所有问题保证性(满足截止期要求)更重要例子:航空流程控制嵌入式系统…2/3/2023实时系统的失败可能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结构上动态压力的异常.洛衫矶时报新闻:“两个独立的人为错误在2004年9月下午大约4:30造成无线通讯的瘫痪.它持续了3小时,造成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.”2/3/2023实时系统研究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2/3/2023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2/3/2023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标准化实时流程控制实时无线流程控制结语2/3/2023实时无线流程控制WirelessHART和ISA100.11a在无线流程控制领域只是刚刚开始.早期应用包括设备监测和诊断.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进PID算法以应付不稳定通讯2/3/2023控制数据采样频率为减少控制变化,一个基本原则是反馈算法的执行必须是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.如果数据采样与控制算法能够同步,我们可以减少数据的过度采样和传送.更进一步,我们可以通过只传送变化的数据来节省能源.2/3/2023控制数据采样频率2/3/2023在不稳定通讯下的标准PID算法丢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丢失输出数据驱动器得到突变2/3/2023针对无线的PID改进算法—PIDPLUS2/3/2023积分成份–只有在收到新的采样数据时才计算2/3/2023差分成份–只有在收到新的采样数据时才计算2/3/2023实验设置2/3/2023实验情形丢失输入数据改变设定值流程扰动丢失输出数据改变设定值流程扰动2/3/2023丢失输入通讯数据–在改变设定值时2/3/2023丢失输入通讯数据–在流程扰动时2/3/2023丢失输出通讯数据–在改变设定值时CommunicationLossModifiedPIDOUTPV&SPSPTraditionalPID2/3/2023丢失输出通讯数据–在流程扰动时CommunicationLossTraditionalPIDModifiedPIDOUTPV&SPSP2/3/2023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2/3/2023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标准化实时流程控制实时无线流程控制标准PID在无线环境里不太理想PIDPLUS在有线环境里与标准PID相当PIDPLUS应付不稳定通讯环境相当理想2/3/202343SeamlessIntegrationLegacy我们可以看到更多…机会是真实的基础设施使用

排压阀/烟囱

腐蚀转动设备的震动安全淋浴使用火,气,烟

操作员巡视水质量/污