無線技術(shù)在流程控制中的應(yīng)用

無線技術(shù)在流程控制中的應(yīng)用無線技術(shù)在流程控制中的應(yīng)用關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線應(yīng)用總體架構(gòu)運行設(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*無線標(biāo)準(zhǔn):802.11802.16802.11802.16802.15.4

WirelessHART*現(xiàn)場設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備跟蹤安全流動工作人員自組織網(wǎng)絡(luò)ISA100標(biāo)準(zhǔn)還在研發(fā)中2/3/2023報告主題針對無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)總結(jié)我們的科研工作討論無線應(yīng)用的挑戰(zhàn)2/3/2023報告摘要無線流程控制的歷史無線流程控制的現(xiàn)狀無線流程控制的標(biāo)準(zhǔn)化實時流程控制實時無線流程控制結(jié)語2/3/2023報告摘要無線流程控制的歷史無線流程控制的現(xiàn)狀無線流程控制的標(biāo)準(zhǔn)化實時流程控制實時無線流程控制結(jié)語2/3/2023信息技術(shù)對流程控制的滲透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->基于工作站的流程控制系統(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(jì):無線技術(shù)->?2/3/2023無線流程控制的歷史WINAZigBeeBluetooth(藍牙)ISA100WirelessHART(無線HART)2/3/2023報告摘要無線流程控制的歷史無線流程控制的現(xiàn)狀無線流程控制的標(biāo)準(zhǔn)化實時流程控制實時無線流程控制結(jié)語2/3/2023問題已不是是否可行,而是怎樣實現(xiàn)關(guān)于有線與無線的爭議已經(jīng)結(jié)束無線的兩大作用:替代有線全新應(yīng)用技術(shù)上已經(jīng)成熟市場上已經(jīng)有很多成功實例2/3/2023技術(shù)上已經(jīng)成熟安全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)!2/3/2023成功實例(1/3):

英國石油工司BPWytchFarm“自從八月安裝好后這些無線設(shè)備沒有丟失一個數(shù)據(jù)

.

…”

—ChrisGeen,BPManager應(yīng)用項目: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工作和過程堆積

中實現(xiàn)了快速安裝2天內(nèi)安裝完所有設(shè)備30分鐘內(nèi)所有設(shè)備成功在線2/3/2023應(yīng)用項目:可移動平臺的數(shù)據(jù)采樣避免對隨平臺移動的設(shè)備的持續(xù)重新組態(tài)泵,過濾,壓磨,CIP/SIP套等8小時內(nèi)完成所有設(shè)備的安裝和啟動初用艾默生的智能無線方案達到了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)從未丟失移動平臺的數(shù)據(jù)從另外一個儲藏建筑搬來的平

臺自動加入了網(wǎng)絡(luò),不需要操

作員介入.成功實例(2/3):

某王牌生命科學(xué)公司2/3/2023應(yīng)用項目:

碳化單元泵過濾器堵塞檢查對防止由吸力減弱造成的泵損壞非常

重要現(xiàn)有的液壓傳動儀器需要人工讀表來檢查吸力減弱,這很不準(zhǔn)確,維護也復(fù)雜.艾默生的智能無線技術(shù)提供了便宜的方案,提高了測量準(zhǔn)確度和維護效率傳統(tǒng)工藝難以實現(xiàn),因為通信和電源布線太貴增加了碳化操作的可運行率“預(yù)防性的無線過濾堵塞警報避免了一次生產(chǎn)中斷.操作員能夠在幾小時內(nèi)關(guān)掉泵,清理過濾器,然后重新啟動泵.如果沒有警報,過濾器泵會被損壞而被完全替換掉.”—ProjectManager,MajorRefiningCompany成功實例(3/3):

某王牌石油提練公司2/3/2023報告摘要無線流程控制的歷史無線流程控制的現(xiàn)狀無線流程控制的標(biāo)準(zhǔn)化實時流程控制實時無線流程控制結(jié)語2/3/2023標(biāo)準(zhǔn)化的必要用戶在觀望擔(dān)心被鎖定在獨家非標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)上市場規(guī)模是根本單價必須降下來2/3/2023ZigBee缺少足夠的實時支持不是針對流程控制制定的ZigBeePro面向工業(yè)控制的改進版2/3/2023WirelessHART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始接受首批WirelessHART的訂單ISA100一系列的標(biāo)準(zhǔn)第一個完全的初稿預(yù)計于2008年底出來,2009年中有產(chǎn)品出來2/3/2023WirelessHART(1/3)HART的歷史(HighwayAddressableRemoteTransducer)2/3/2023WirelessHART(2/3)Mesh網(wǎng)絡(luò)拓卜結(jié)構(gòu)方便,自組織Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所有節(jié)點都是路由允許對應(yīng)用和環(huán)境的調(diào)整不需要特別的設(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)點存在冗余路徑設(shè)備節(jié)點采用不同的數(shù)據(jù)路徑來保證冗余路徑的持續(xù)性動態(tài)頻寬安排設(shè)備節(jié)點申請固定的流程和控制頻寬可申請額外的頻寬(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)所有節(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)點的通信可靠度發(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)整鏈接和路由以增強可靠度增加鏈接以增強抵抗力平面化網(wǎng)絡(luò)以增強速度,節(jié)省能耗設(shè)備節(jié)點越多越可靠2/3/2023WirelessHART(3/3)自組織技術(shù)幾乎無限的數(shù)據(jù)傳輸路徑網(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)2/3/2023報告摘要無線流程控制的歷史無線流程控制的現(xiàn)狀無線流程控制的標(biāo)準(zhǔn)化實時流程控制實時無線流程控制結(jié)語2/3/2023什么是實時系統(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解決所有問題保證性(滿足截止期要求)更重要例子:航空流程控制嵌入式系統(tǒng)…2/3/2023實時系統(tǒng)的失敗可能是致命的在災(zāi)難發(fā)生前挑戰(zhàn)者號航天飛機上的計算機系統(tǒng)來不及檢測到其結(jié)構(gòu)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2004年9月下午大約4:30造成無線通訊的癱瘓.它持續(xù)了3小時,造成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.”2/3/2023實時系統(tǒng)研究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2/3/2023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2/3/2023報告摘要無線流程控制的歷史無線流程控制的現(xiàn)狀無線流程控制的標(biāo)準(zhǔn)化實時流程控制實時無線流程控制結(jié)語2/3/2023實時無線流程控制WirelessHART和ISA100.11a在無線流程控制領(lǐng)域只是剛剛開始.早期應(yīng)用包括設(shè)備監(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進PID算法以應(yīng)付不穩(wěn)定通訊2/3/2023控制數(shù)據(jù)采樣頻率為減少控制變化,一個基本原則是反饋算法的執(zhí)行必須是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.如果數(shù)據(jù)采樣與控制算法能夠同步,我們可以減少數(shù)據(jù)的過度采樣和傳送.更進一步,我們可以通過只傳送變化的數(shù)據(jù)來節(jié)省能源.2/3/2023控制數(shù)據(jù)采樣頻率2/3/2023在不穩(wěn)定通訊下的標(biāo)準(zhǔn)PID算法丟失輸入數(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)生尖刺丟失輸出數(shù)據(jù)驅(qū)動器得到突變2/3/2023針對無線的PID改進算法—PIDPLUS2/3/2023積分成份–只有在收到新的采樣數(shù)據(jù)時才計算2/3/2023差分成份–只有在收到新的采樣數(shù)據(jù)時才計算2/3/2023實驗設(shè)置2/3/2023實驗情形丟失輸入數(shù)據(jù)改變設(shè)定值流程擾動丟失輸出數(shù)據(jù)改變設(shè)定值流程擾動2/3/2023丟失輸入通訊數(shù)據(jù)–在改變設(shè)定值時2/3/2023丟失輸入通訊數(shù)據(jù)–在流程擾動時2/3/2023丟失輸出通訊數(shù)據(jù)–在改變設(shè)定值時CommunicationLossModifiedPIDOUTPV&SPSPTraditionalPID2/3/2023丟失輸出通訊數(shù)據(jù)–在流程擾動時CommunicationLossTraditionalPIDModifiedPIDOUTPV&SPSP2/3/2023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2/3/2023結(jié)語無線流程控制的歷史無線流程控制的現(xiàn)狀無線流程控制的標(biāo)準(zhǔn)化實時流程控制實時無線流程控制標(biāo)準(zhǔn)PID在無線環(huán)境里不太理想PIDPLUS在有線環(huán)境里與標(biāo)準(zhǔn)PID相當(dāng)PIDPLUS應(yīng)付不穩(wěn)定通訊環(huán)境相當(dāng)理想2/3/202343SeamlessIntegrationLegacy我們可以看到更多…機會是真實的基礎(chǔ)設(shè)施使用

排壓閥/煙囪

腐蝕轉(zhuǎn)動設(shè)備的震動安全淋浴使用火,氣,煙

操作員巡視水質(zhì)量/污