無(wú)線(xiàn)技術(shù)在流程控制中的應(yīng)用ppt課件

1、無(wú)線(xiàn)技術(shù)在流程控制中的運(yùn)用關(guān)于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)陳德基博士艾默生流程控制集團(tuán)無(wú)線(xiàn)運(yùn)用總體架構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備管理工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)SP100*無(wú)線(xiàn)規(guī)范:802.11802.16802.11802.16802.15.4Wireless HART*現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備跟蹤平安流開(kāi)任務(wù)人員自組織網(wǎng)絡(luò)ISA100 規(guī)范還在研發(fā)中7/18/2022報(bào)告主題針對(duì)無(wú)線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)總結(jié)我們的科研任務(wù)討論無(wú)線(xiàn)運(yùn)用的挑戰(zhàn)7/18/2022報(bào)告摘要無(wú)線(xiàn)流程控制的歷史無(wú)線(xiàn)流程控制的現(xiàn)狀無(wú)線(xiàn)流程控制的規(guī)范化實(shí)時(shí)流程控制實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)流程控制結(jié)語(yǔ) 7/18/2022報(bào)告摘要無(wú)線(xiàn)流程控制的歷史無(wú)線(xiàn)流程控制的現(xiàn)狀無(wú)線(xiàn)流程控制的規(guī)范化

2、實(shí)時(shí)流程控制實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)流程控制結(jié)語(yǔ) 7/18/2022信息技術(shù)對(duì)流程控制的浸透70年代: 分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng) -分布式流程控制系統(tǒng) 90年代: 個(gè)人電腦 - 基于任務(wù)站的流程控制系統(tǒng)90年代: 微軟的COM技術(shù) - OPC90年代: 英特網(wǎng) - 現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)化21世紀(jì): 無(wú)線(xiàn)技術(shù) - ?7/18/2022無(wú)線(xiàn)流程控制的歷史WINAZigBeeBluetooth (藍(lán)牙)ISA100WirelessHART (無(wú)線(xiàn)HART)7/18/2022報(bào)告摘要無(wú)線(xiàn)流程控制的歷史無(wú)線(xiàn)流程控制的現(xiàn)狀無(wú)線(xiàn)流程控制的規(guī)范化實(shí)時(shí)流程控制實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)流程控制結(jié)語(yǔ) 7/18/2022問(wèn)題已不是能否可行, 而是怎樣實(shí)現(xiàn)關(guān)于有線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)

3、的爭(zhēng)議曾經(jīng)終了無(wú)線(xiàn)的兩大作用: 替代有線(xiàn)全新運(yùn)用技術(shù)上曾經(jīng)成熟市場(chǎng)上曾經(jīng)有很多勝利實(shí)例7/18/2022技術(shù)上曾經(jīng)成熟平安和加密電池壽命可靠性和魯棒性自組織網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵是市場(chǎng), 而不是技術(shù)!7/18/2022勝利實(shí)例 (1/3): 英國(guó)石油工司 BP Wytch Farm“自從八月安裝好后這些無(wú)線(xiàn)設(shè)備沒(méi)有喪失一個(gè)數(shù)據(jù) . Chris Geen, BP Manager運(yùn)用工程: 鉆井頭圓環(huán)壓力監(jiān)測(cè)歐洲最大的陸地油井之一采用艾默生的智能無(wú)線(xiàn)技術(shù)方案, 包括40個(gè)壓力傳感器在密集的鉆管任務(wù)和過(guò)程堆積中實(shí)現(xiàn)了快速安裝2天內(nèi)安裝完一切設(shè)備30分鐘內(nèi)一切設(shè)備勝利在線(xiàn)7/18/2022運(yùn)用工程: 可挪動(dòng)平臺(tái)的數(shù)

4、據(jù)采樣防止對(duì)隨平臺(tái)挪動(dòng)的設(shè)備的繼續(xù)重新組態(tài)泵, 過(guò)濾, 壓磨, CIP/SIP 套等8小時(shí)內(nèi)完成一切設(shè)備的安裝和啟動(dòng)初用艾默生的智能無(wú)線(xiàn)方案到達(dá)了100% 的可靠度, 系統(tǒng)安裝在擁有12英吋加固水泥的五層建筑系統(tǒng)從未喪失挪動(dòng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)從另外一個(gè)貯藏建筑搬來(lái)的平臺(tái)自動(dòng)參與了網(wǎng)絡(luò), 不需求操作員介入.勝利實(shí)例 (2/3): 某王牌生命科學(xué)公司7/18/2022運(yùn)用工程: 碳化單元泵過(guò)濾器堵塞檢查對(duì)防止由吸力減弱呵斥的泵損壞非常重要現(xiàn)有的液壓傳動(dòng)儀器需求人工讀表來(lái)檢查吸力減弱,這很不準(zhǔn)確, 維護(hù)也復(fù)雜. 艾默生的智能無(wú)線(xiàn)技術(shù)提供了廉價(jià)的方案, 提高了丈量準(zhǔn)確度和維護(hù)效率傳統(tǒng)工藝難以實(shí)現(xiàn), 由于通訊和

5、電源布線(xiàn)太貴添加了碳化操作的可運(yùn)轉(zhuǎn)率“預(yù)防性的無(wú)線(xiàn)過(guò)濾堵塞警報(bào)防止了一次消費(fèi)中斷. 操作員可以在幾小時(shí)內(nèi)關(guān)掉泵, 清理過(guò)濾器, 然后重新啟動(dòng)泵. 假設(shè)沒(méi)有警報(bào),過(guò)濾器泵會(huì)被損壞而被完全交換掉. Project Manager, Major Refining Company勝利實(shí)例 (3/3): 某王牌石油提練公司7/18/2022報(bào)告摘要無(wú)線(xiàn)流程控制的歷史無(wú)線(xiàn)流程控制的現(xiàn)狀無(wú)線(xiàn)流程控制的規(guī)范化實(shí)時(shí)流程控制實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)流程控制結(jié)語(yǔ) 7/18/2022規(guī)范化的必要用戶(hù)在張望擔(dān)憂(yōu)被鎖定在獨(dú)家非規(guī)范系統(tǒng)上市場(chǎng)規(guī)模是根本單價(jià)必需降下來(lái)7/18/2022ZigBee短少足夠的實(shí)時(shí)支持不是針對(duì)流程控制制定的Zi

6、gBee Pro 面向工業(yè)控制的改良版7/18/2022WirelessHART 和 ISA100WirelessHART2007年9月正式公布與以往的HART協(xié)議兼容被現(xiàn)有HART工具完全支持由自動(dòng)化工業(yè)的領(lǐng)袖成員開(kāi)發(fā), 包括ABB, E+H, Emerson, Honeywell, Siemens 和其它成員艾默生已開(kāi)場(chǎng)接受首批Wireless HART的訂單ISA100一系列的規(guī)范第一個(gè)完全的初稿估計(jì)于2021年底出來(lái), 2021年中有產(chǎn)品出來(lái)7/18/2022WirelessHART (1/3)HART的歷史 (Highway Addressable Remote Transducer

7、)7/18/2022WirelessHART (2/3)Mesh 網(wǎng)絡(luò)拓卜構(gòu)造方便,自組織Mesh網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造一切節(jié)點(diǎn)都是路由允許對(duì)運(yùn)用和環(huán)境的調(diào)整不需求特別的設(shè)計(jì)或安裝可覆蓋大的地理范圍可靠網(wǎng)關(guān)和設(shè)備節(jié)點(diǎn)存在冗余途徑設(shè)備節(jié)點(diǎn)采用不同的數(shù)據(jù)途徑來(lái)保證冗余途徑的繼續(xù)性動(dòng)態(tài)頻寬安排 設(shè)備節(jié)點(diǎn)懇求固定的流程和控制頻寬可懇求額外的頻寬(如傳送震動(dòng)頻幅)當(dāng)維護(hù)設(shè)備節(jié)點(diǎn)時(shí)調(diào)高或調(diào)低頻寬自組織,自修復(fù)一切節(jié)點(diǎn)提供統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)給網(wǎng)絡(luò)管理程序信號(hào)強(qiáng)度與鄰居節(jié)點(diǎn)的通訊可靠度發(fā)現(xiàn)新鄰居節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)管理程序挑選鏈接和路由 調(diào)整鏈接和路由以加強(qiáng)可靠度添加鏈接以加強(qiáng)抵抗力平面化網(wǎng)絡(luò)以加強(qiáng)速度, 節(jié)省能耗設(shè)備節(jié)點(diǎn)越多越可靠7/18/2

8、022WirelessHART (3/3)自組織技術(shù)幾乎無(wú)限的數(shù)據(jù)傳輸途徑網(wǎng)絡(luò)不斷地自我平衡和優(yōu)化超出現(xiàn)場(chǎng)射頻調(diào)研的局限無(wú)線(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線(xiàn)工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò)7/18/2022報(bào)告摘要無(wú)線(xiàn)流程控制的歷史無(wú)線(xiàn)流程控制的現(xiàn)狀無(wú)線(xiàn)流程控制的規(guī)范化實(shí)時(shí)流程控制實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)流程控制結(jié)語(yǔ) 7/18/2022什么是實(shí)時(shí)系統(tǒng)?帶時(shí)間要求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不一定非?？? 但要有確定性快速是好的但快速不能處理一切問(wèn)題保證性(滿(mǎn)足截止期要求)更重要例子: 航空流程控制嵌入式系統(tǒng)7/18/2022實(shí)時(shí)系統(tǒng)的失敗能夠是致命的在災(zāi)難發(fā)生前挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)不及檢測(cè)到其構(gòu)造上動(dòng)態(tài)壓力的異常.洛衫磯時(shí)報(bào)新聞: “兩個(gè)獨(dú)立的人為錯(cuò)誤在2

9、004年9月下午大約4:30呵斥無(wú)線(xiàn)通訊的癱瘓. 它繼續(xù)了3小時(shí), 呵斥南加州幾個(gè)主要機(jī)場(chǎng)幾乎完全停頓. 在通訊癱瘓的頭15分鐘內(nèi)起碼有五次飛機(jī)幾乎相撞.7/18/2022實(shí)時(shí)系統(tǒng)研討的成就截止期最早優(yōu)先調(diào)度算法針對(duì)周期性進(jìn)程的最優(yōu)算法頻率單調(diào)優(yōu)先級(jí)附值最優(yōu)進(jìn)程固定優(yōu)先級(jí)算法7/18/2022實(shí)時(shí)流程控制一個(gè)瀑布式控制模塊對(duì)應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)上的實(shí)時(shí)調(diào)度7/18/2022報(bào)告摘要無(wú)線(xiàn)流程控制的歷史無(wú)線(xiàn)流程控制的現(xiàn)狀無(wú)線(xiàn)流程控制的規(guī)范化實(shí)時(shí)流程控制實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)流程控制結(jié)語(yǔ) 7/18/2022實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)流程控制WirelessHART 和 ISA 100.11a在無(wú)線(xiàn)流程控制領(lǐng)域只是剛剛開(kāi)場(chǎng).早期運(yùn)用包括設(shè)備

10、監(jiān)測(cè)和診斷.但在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)真正意義上的流程控制還存在很大的挑戰(zhàn).以下13頁(yè)是我們的早期科研成果改良 PID 算法以應(yīng)付不穩(wěn)定通訊7/18/2022控制數(shù)據(jù)采樣頻率為減少控制變化, 一個(gè)根本原那么是反響算法的執(zhí)行必需是4到10倍快于過(guò)程回應(yīng)時(shí)間加過(guò)程時(shí)間常量加遲滯時(shí)間.由于數(shù)據(jù)采樣與控制算法執(zhí)行不同步, 采樣頻率比控制算法快很多. 假設(shè)數(shù)據(jù)采樣與控制算法可以同步, 我們可以減少數(shù)據(jù)的過(guò)度采樣和傳送.更進(jìn)一步, 我們可以經(jīng)過(guò)只傳送變化的數(shù)據(jù)來(lái)節(jié)省能源. 7/18/2022控制數(shù)據(jù)采樣頻率7/18/2022在不穩(wěn)定通訊下的規(guī)范PID算法 喪失輸入數(shù)據(jù)積分成份線(xiàn)性增長(zhǎng)當(dāng)通訊恢復(fù)時(shí)差分成份產(chǎn)生尖刺喪

11、失輸出數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器得到突變7/18/2022針對(duì)無(wú)線(xiàn)的PID改良算法 PIDPLUS7/18/2022積分成份 只需在收到新的采樣數(shù)據(jù)時(shí)才計(jì)算7/18/2022差分成份 只需在收到新的采樣數(shù)據(jù)時(shí)才計(jì)算7/18/2022實(shí)驗(yàn)設(shè)置7/18/2022實(shí)驗(yàn)情形喪失輸入數(shù)據(jù)改動(dòng)設(shè)定值流程擾動(dòng)喪失輸出數(shù)據(jù)改動(dòng)設(shè)定值流程擾動(dòng)7/18/2022喪失輸入通訊數(shù)據(jù) 在改動(dòng)設(shè)定值時(shí)7/18/2022喪失輸入通訊數(shù)據(jù) 在流程擾動(dòng)時(shí)7/18/2022喪失輸出通訊數(shù)據(jù) 在改動(dòng)設(shè)定值時(shí)Communication LossModified PID OUTPV & SPSPTraditional PID 7/18/2022喪失輸

12、出通訊數(shù)據(jù) 在流程擾動(dòng)時(shí)Communication LossTraditional PID Modified PID OUTPV & SPSP7/18/2022誤差結(jié)果丟失輸入通訊數(shù)據(jù) 在改變?cè)O(shè)定值時(shí)丟失輸入通訊數(shù)據(jù) 在流程擾動(dòng)時(shí)丟失輸出通訊數(shù)據(jù) 在改變?cè)O(shè)定值時(shí)丟失輸出通訊數(shù)據(jù) 在流程擾動(dòng)時(shí)PID372366196388PIDPLUS169333190267絕對(duì)誤差和PIDs情形7/18/2022結(jié)語(yǔ)無(wú)線(xiàn)流程控制的歷史無(wú)線(xiàn)流程控制的現(xiàn)狀無(wú)線(xiàn)流程控制的規(guī)范化實(shí)時(shí)流程控制實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)流程控制規(guī)范 PID 在無(wú)線(xiàn)環(huán)境里不太理想PIDPLUS 在有線(xiàn)環(huán)境里與規(guī)范 PID 相當(dāng)PIDPLUS 應(yīng)付不穩(wěn)定通訊環(huán)境相當(dāng)理想7/18/202242Seamless IntegrationLegacy我們可以看到更多時(shí)機(jī)是真實(shí)的根底設(shè)備運(yùn)用 排壓閥/煙囪 腐蝕轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的震動(dòng)平安淋浴運(yùn)用火, 氣, 煙 操作員巡視水質(zhì)量/污水儀表診斷