無線技術(shù)在流程控制中的應(yīng)用ppt課件

1、無線技術(shù)在流程控制中的運用關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)陳德基博士艾默生流程控制集團無線運用總體架構(gòu)運轉(zhuǎn)設(shè)備管理工廠網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)工廠網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)SP100*無線規(guī)范:802.11802.16802.11802.16802.15.4Wireless HART*現(xiàn)場設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備跟蹤平安流開任務(wù)人員自組織網(wǎng)絡(luò)ISA100 規(guī)范還在研發(fā)中7/18/2022報告主題針對無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)總結(jié)我們的科研任務(wù)討論無線運用的挑戰(zhàn)7/18/2022報告摘要無線流程控制的歷史無線流程控制的現(xiàn)狀無線流程控制的規(guī)范化實時流程控制實時無線流程控制結(jié)語 7/18/2022報告摘要無線流程控制的歷史無線流程控制的現(xiàn)狀無線流程控制的規(guī)范化

2、實時流程控制實時無線流程控制結(jié)語 7/18/2022信息技術(shù)對流程控制的浸透70年代: 分布式計算機系統(tǒng) -分布式流程控制系統(tǒng) 90年代: 個人電腦 - 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)場網(wǎng)絡(luò)化21世紀: 無線技術(shù) - ?7/18/2022無線流程控制的歷史WINAZigBeeBluetooth (藍牙)ISA100WirelessHART (無線HART)7/18/2022報告摘要無線流程控制的歷史無線流程控制的現(xiàn)狀無線流程控制的規(guī)范化實時流程控制實時無線流程控制結(jié)語 7/18/2022問題已不是能否可行, 而是怎樣實現(xiàn)關(guān)于有線與無線

3、的爭議曾經(jīng)終了無線的兩大作用: 替代有線全新運用技術(shù)上曾經(jīng)成熟市場上曾經(jīng)有很多勝利實例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, 而不是技術(shù)!7/18/2022勝利實例 (1/3): 英國石油工司 BP Wytch Farm“自從八月安裝好后這些無線設(shè)備沒有喪失一個數(shù)據(jù) . Chris Geen, BP Manager運用工程: 鉆井頭圓環(huán)壓力監(jiān)測歐洲最大的陸地油井之一采用艾默生的智能無線技術(shù)方案, 包括40個壓力傳感器在密集的鉆管任務(wù)和過程堆積中實現(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7/18/2022運用工程: 可挪動平臺的數(shù)

4、據(jù)采樣防止對隨平臺挪動的設(shè)備的繼續(xù)重新組態(tài)泵, 過濾, 壓磨, CIP/SIP 套等8小時內(nèi)完成一切設(shè)備的安裝和啟動初用艾默生的智能無線方案到達了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)從未喪失挪動平臺的數(shù)據(jù)從另外一個貯藏建筑搬來的平臺自動參與了網(wǎng)絡(luò), 不需求操作員介入.勝利實例 (2/3): 某王牌生命科學(xué)公司7/18/2022運用工程: 碳化單元泵過濾器堵塞檢查對防止由吸力減弱呵斥的泵損壞非常重要現(xiàn)有的液壓傳動儀器需求人工讀表來檢查吸力減弱,這很不準確, 維護也復(fù)雜. 艾默生的智能無線技術(shù)提供了廉價的方案, 提高了丈量準確度和維護效率傳統(tǒng)工藝難以實現(xiàn), 由于通訊和

5、電源布線太貴添加了碳化操作的可運轉(zhuǎn)率“預(yù)防性的無線過濾堵塞警報防止了一次消費中斷. 操作員可以在幾小時內(nèi)關(guān)掉泵, 清理過濾器, 然后重新啟動泵. 假設(shè)沒有警報,過濾器泵會被損壞而被完全交換掉. Project Manager, Major Refining Company勝利實例 (3/3): 某王牌石油提練公司7/18/2022報告摘要無線流程控制的歷史無線流程控制的現(xiàn)狀無線流程控制的規(guī)范化實時流程控制實時無線流程控制結(jié)語 7/18/2022規(guī)范化的必要用戶在張望擔(dān)憂被鎖定在獨家非規(guī)范系統(tǒng)上市場規(guī)模是根本單價必需降下來7/18/2022ZigBee短少足夠的實時支持不是針對流程控制制定的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化工業(yè)的領(lǐng)袖成員開發(fā), 包括ABB, E+H, Emerson, Honeywell, Siemens 和其它成員艾默生已開場接受首批Wireless HART的訂單ISA100一系列的規(guī)范第一個完全的初稿估計于2021年底出來, 2021年中有產(chǎn)品出來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)點都是路由允許對運用和環(huán)境的調(diào)整不需求特別的設(shè)計或安裝可覆蓋大的地理范圍可靠網(wǎng)關(guān)和設(shè)備節(jié)點存在冗余途徑設(shè)備節(jié)點采用不同的數(shù)據(jù)途徑來保證冗余途徑的繼續(xù)性動態(tài)頻寬安排 設(shè)備節(jié)點懇求固定的流程和控制頻寬可懇求額外的頻寬(如傳送震動頻幅)當(dāng)維護設(shè)備節(jié)點時調(diào)高或調(diào)低頻寬自組織,自修復(fù)一切節(jié)點提供統(tǒng)計數(shù)據(jù)給網(wǎng)絡(luò)管理程序信號強度與鄰居節(jié)點的通訊可靠度發(fā)現(xiàn)新鄰居節(jié)點網(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可靠度添加鏈接以加強抵抗力平面化網(wǎng)絡(luò)以加強速度, 節(jié)省能耗設(shè)備節(jié)點越多越可靠7/18/2

8、022WirelessHART (3/3)自組織技術(shù)幾乎無限的數(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)場射頻調(diào)研的局限無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)無線工廠網(wǎng)絡(luò)7/18/2022報告摘要無線流程控制的歷史無線流程控制的現(xiàn)狀無線流程控制的規(guī)范化實時流程控制實時無線流程控制結(jié)語 7/18/2022什么是實時系統(tǒng)?帶時間要求的計算機系統(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題保證性(滿足截止期要求)更重要例子: 航空流程控制嵌入式系統(tǒng)7/18/2022實時系統(tǒng)的失敗能夠是致命的在災(zāi)難發(fā)生前挑戰(zhàn)者號航天飛機上的計算機系統(tǒng)來不及檢測到其構(gòu)造上動態(tài)壓力的異常.洛衫磯時報新聞: “兩個獨立的人為錯誤在2

9、004年9月下午大約4:30呵斥無線通訊的癱瘓. 它繼續(xù)了3小時, 呵斥南加州幾個主要機場幾乎完全停頓. 在通訊癱瘓的頭15分鐘內(nèi)起碼有五次飛機幾乎相撞.7/18/2022實時系統(tǒng)研討的成就截止期最早優(yōu)先調(diào)度算法針對周期性進程的最優(yōu)算法頻率單調(diào)優(yōu)先級附值最優(yōu)進程固定優(yōu)先級算法7/18/2022實時流程控制一個瀑布式控制模塊對應(yīng)在現(xiàn)場總線上的實時調(diào)度7/18/2022報告摘要無線流程控制的歷史無線流程控制的現(xiàn)狀無線流程控制的規(guī)范化實時流程控制實時無線流程控制結(jié)語 7/18/2022實時無線流程控制WirelessHART 和 ISA 100.11a在無線流程控制領(lǐng)域只是剛剛開場.早期運用包括設(shè)備

10、監(jiān)測和診斷.但在無線網(wǎng)絡(luò)上實現(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, 一個根本原那么是反響算法的執(zhí)行必需是4到10倍快于過程回應(yīng)時間加過程時間常量加遲滯時間.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)的過度采樣和傳送.更進一步, 我們可以經(jīng)過只傳送變化的數(shù)據(jù)來節(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)積分成份線性增長當(dāng)通訊恢復(fù)時差分成份產(chǎn)生尖刺喪

11、失輸出數(shù)據(jù)驅(qū)動器得到突變7/18/2022針對無線的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)時才計算7/18/2022差分成份 只需在收到新的采樣數(shù)據(jù)時才計算7/18/2022實驗設(shè)置7/18/2022實驗情形喪失輸入數(shù)據(jù)改動設(shè)定值流程擾動喪失輸出數(shù)據(jù)改動設(shè)定值流程擾動7/18/2022喪失輸入通訊數(shù)據(jù) 在改動設(shè)定值時7/18/2022喪失輸入通訊數(shù)據(jù) 在流程擾動時7/18/2022喪失輸出通訊數(shù)據(jù) 在改動設(shè)定值時Communication LossModified PID OUTPV & SPSPTraditional PID 7/18/2022喪失輸

12、出通訊數(shù)據(jù) 在流程擾動時Communication LossTraditional PID Modified PID OUTPV & SPSP7/18/2022誤差結(jié)果丟失輸入通訊數(shù)據(jù) 在改變設(shè)定值時丟失輸入通訊數(shù)據(jù) 在流程擾動時丟失輸出通訊數(shù)據(jù) 在改變設(shè)定值時丟失輸出通訊數(shù)據(jù) 在流程擾動時PID372366196388PIDPLUS169333190267絕對誤差和PIDs情形7/18/2022結(jié)語無線流程控制的歷史無線流程控制的現(xiàn)狀無線流程控制的規(guī)范化實時流程控制實時無線流程控制規(guī)范 PID 在無線環(huán)境里不太理想PIDPLUS 在有線環(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機是真實的根底設(shè)備運用 排壓閥/煙囪 腐蝕轉(zhuǎn)動設(shè)備的震動平安淋浴運用火, 氣, 煙 操作員巡視水質(zhì)量/污水儀表診斷