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(yùn)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(chǎng)網(wǎng)絡(luò)SP100*無線標(biāo)準(zhǔn):802.11802.16802.11802.16802.15.4

WirelessHART*現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備跟蹤安全流動(dòng)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(bào)告主題針對(duì)無線現(xiàn)場(chǎng)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(bào)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(shí)時(shí)流程控制實(shí)時(shí)無線流程控制結(jié)語2/3/2023報(bào)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(shí)時(shí)流程控制實(shí)時(shí)無線流程控制結(jié)語2/3/2023信息技術(shù)對(duì)流程控制的滲透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(chǎng)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(lán)牙)ISA100WirelessHART(無線HART)2/3/2023報(bào)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(shí)時(shí)流程控制實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)關(guān)于有線與無線的爭(zhēng)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(chǎng)上已經(jīng)有很多成功實(shí)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(chǎng),而不是技術(shù)!2/3/2023成功實(shí)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(gè)數(shù)據(jù)

.

…”

—ChrisGeen,BPManager應(yīng)用項(xiàng)目: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線技術(shù)方案,包括40個(gè)壓力傳感器在密集的鉆管工作和過程堆積

中實(shí)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(xiàng)目:可移動(dòng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)采樣避免對(duì)隨平臺(tái)移動(dòng)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(shí)內(nèi)完成所有設(shè)備的安裝和啟動(dòng)初用艾默生的智能無線方案達(dá)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(dòng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)從另外一個(gè)儲(chǔ)藏建筑搬來的平

臺(tái)自動(dòng)加入了網(wǎng)絡(luò),不需要操

作員介入.成功實(shí)例(2/3):

某王牌生命科學(xué)公司2/3/2023應(yīng)用項(xiàng)目:

碳化單元泵過濾器堵塞檢查對(duì)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(dòng)儀器需要人工讀表來檢查吸力減弱,這很不準(zhǔn)確,維護(hù)也復(fù)雜.艾默生的智能無線技術(shù)提供了便宜的方案,提高了測(cè)量準(zhǔn)確度和維護(hù)效率傳統(tǒng)工藝難以實(shí)現(xiàn),因?yàn)橥ㄐ藕碗娫床季€太貴增加了碳化操作的可運(yùn)行率“預(yù)防性的無線過濾堵塞警報(bào)避免了一次生產(chǎn)中斷.操作員能夠在幾小時(shí)內(nèi)關(guān)掉泵,清理過濾器,然后重新啟動(dòng)泵.如果沒有警報(bào),過濾器泵會(huì)被損壞而被完全替換掉.”—ProjectManager,MajorRefiningCompany成功實(shí)例(3/3):

某王牌石油提練公司2/3/2023報(bào)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(shí)時(shí)流程控制實(shí)時(shí)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(dú)家非標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)上市場(chǎng)規(guī)模是根本單價(jià)必須降下來2/3/2023ZigBee缺少足夠的實(shí)時(shí)支持不是針對(duì)流程控制制定的ZigBeePro面向工業(yè)控制的改進(jìn)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(dòng)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(gè)完全的初稿預(yù)計(jì)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(diǎn)都是路由允許對(duì)應(yīng)用和環(huán)境的調(diào)整不需要特別的設(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)存在冗余路徑設(shè)備節(jié)點(diǎn)采用不同的數(shù)據(jù)路徑來保證冗余路徑的持續(xù)性動(dòng)態(tài)頻寬安排設(shè)備節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)固定的流程和控制頻寬可申請(qǐng)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)所有節(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)的通信可靠度發(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)整鏈接和路由以增強(qiáng)可靠度增加鏈接以增強(qiáng)抵抗力平面化網(wǎng)絡(luò)以增強(qiáng)速度,節(jié)省能耗設(shè)備節(jié)點(diǎn)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(chǎng)射頻調(diào)研的局限無線現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)無線工廠網(wǎng)絡(luò)2/3/2023報(bào)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(shí)時(shí)流程控制實(shí)時(shí)無線流程控制結(jié)語2/3/2023什么是實(shí)時(shí)系統(tǒng)?帶時(shí)間要求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不一定非常快,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(shí)時(shí)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(hào)航天飛機(jī)上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來不及檢測(cè)到其結(jié)構(gòu)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(shí),造成南加州幾個(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.”2/3/2023實(shí)時(shí)系統(tǒng)研究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2/3/2023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)總線上的實(shí)時(shí)調(diào)度2/3/2023報(bào)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(shí)時(shí)流程控制實(shí)時(shí)無線流程控制結(jié)語2/3/2023實(shí)時(shí)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(cè)和診斷.但在無線網(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頁是我們的早期科研成果改進(jìn)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(gè)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(shí)間加過程時(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.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(jìn)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(shí)差分成份產(chǎn)生尖刺丟失輸出數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器得到突變2/3/2023針對(duì)無線的PID改進(jìn)算法—PIDPLUS2/3/2023積分成份–只有在收到新的采樣數(shù)據(jù)時(shí)才計(jì)算2/3/2023差分成份–只有在收到新的采樣數(shù)據(jù)時(shí)才計(jì)算2/3/2023實(shí)驗(yàn)設(shè)置2/3/2023實(shí)驗(yàn)情形丟失輸入數(shù)據(jù)改變?cè)O(shè)定值流程擾動(dòng)丟失輸出數(shù)據(jù)改變?cè)O(shè)定值流程擾動(dòng)2/3/2023丟失輸入通訊數(shù)據(jù)–在改變?cè)O(shè)定值時(shí)2/3/2023丟失輸入通訊數(shù)據(jù)–在流程擾動(dòng)時(shí)2/3/2023丟失輸出通訊數(shù)據(jù)–在改變?cè)O(shè)定值時(shí)CommunicationLossModifiedPIDOUTPV&SPSPTraditionalPID2/3/2023丟失輸出通訊數(shù)據(jù)–在流程擾動(dòng)時(shí)CommunicationLossTraditionalPIDModifiedPIDOUTPV&SPSP2/3/2023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(shí)時(shí)流程控制實(shí)時(shí)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(jī)會(huì)是真實(shí)的基礎(chǔ)設(shè)施使用

排壓閥/煙囪

腐蝕轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的震動(dòng)安全淋浴使用火,氣,煙

操作員巡視水質(zhì)量/污