当前位置: 首页 » 行业资讯 » 染整科技月刊 » 正文

综合自动化(四)①

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-08-14  作者:陈立秋  浏览次数:69
核心提示:陈立秋,中国纺织工程学会染整专业委员会特聘首席专家,获得中国染整行业终身荣誉奖。现从事染整工程的创新工作。
 5    控制功能
控制部分是集散系统的核心。带微型计算机的控制站按所具有回路数的多少,可分为单回路、双回路和多回路。多回路的控制一般为16、32或64个回路,最多达到400个回路。随着微机技术和控制理论的发展,控制算法已达1000种以上,运算功能越来越强。控制方式从早期只有连续控制功能的状况,已发展到普遍具有逻辑控制、顺序控制和批量控制的功能。
5.1  连续控制
严格来说,计算机控制全部是离散控制,但为区别于顺序控制和逻辑控制,还是称它为连续控制。连续就是调节器能随输入信号的不断变化面按一定规则输出,不间断地修正输出值的大小。
连续控制算法一般有常规PID、微分先行PID、积分分离、选择性控制、采样控制、自适应控制、非线性控制、smith预估控制和多变量解耦控制等常规及高级控制算法。此外,还有模糊控制和PID自整定算法等智能控制算法。
除了各种算法之外,连续控制还必须具有一些附加功能才可以完成实际的过程控制。这些附加功能如下:
(1)回路手动(LM,Loop Manual):对于一个控制回路进行手动操作。
(2)手动方式(MAN,Manual):由操作站(包括本地操作站)经由通信系统进行手动操作。
(3)自动方式(AUT,Auto):以本地设定值(LSP)为基准进行运算实现闭环控制方式。
(4)串级方式(CAS):以另一个控制回路的输出值作为本回路的设定值进行自动运算,实现串级控制方式。
(5)计算机方式(COMP):经由数据通道接受上位计算机的输出数据,作为本回路设定值进行自动运算的控制方式(SPC);亦可直接作为输出值的控制方式(DDC)。
(6)PV跟踪:PID算法必须具有PV跟踪功能,即手动状态时,使本回路的设定值不再保持原来的设定值,而跟踪PV值。PV跟踪时,从手动切换到自动偏差总是零。因此,即使比例带较小,PID输出值也不会产生扰动,实现平滑切换;切换到自动后,再逐步把设定值调整到所要求的数值。
(7)输出值跟踪:PID算法必须具有PV跟踪功能,还需要设置输出值跟踪功能,即在手动状态时,使内存中上次输出单元的数值跟踪手操输出值。这样,在切换到自动时,由于输出单元数值与手操输出值相等,因而可实现无扰动切换。
(8)预置:PID算法在偏差为零时,输出为一不定的常值。构成串级控制时,次级回路在处于串级断开状态时,把次级回路的设定值(LSP)送到主回路的输出单元(OP),称为预置。这样,若串级的主回路设置PV跟踪,次级回路设置预置和PV跟踪,则串级调节回路从任何非串级调节状态值切换到串级时,都是无扰动切换。
(9)反算:若串级调节主回路PID算法输出插有静态偏置,则算法必须具有反算功能,即算法块(比如是加法功能块)必须反算出(逆运算)一个平衡勿扰的输入值作为主回路的输出。
5.2  逻辑控制
根据输入变量的状态,按逻辑关系进行的控制称为逻辑控制。在集散系统中,由逻辑块实现逻辑控制功能。逻辑运算包括AND(与)、OR(或)、XOR(异或)、link(连接)、Offdelay(停止延时)、on delay(进行延时)、filp-flop(触发器)和PULSE(脉冲)等。逻辑块的输入变量包括数字输人/输出状态、逻辑块状态、计数器状态、局部故障状态、连续控制SLOT的操作方式和上位机的计数溢出状态。它可直接用于过程控制进行工艺连锁,也可作为顺序控制中的功能块,进行条件判断、状态变换等。
5.3  顺序控制
顺序控制是根据预定顺序或逻辑,逐步进行各阶信息处理的控制方法。在顺序控制中兼有连续控制、逻辑控制和输入/输出监控的助能。
5.4  批量控制
批量控制就是利用顺序程序,控制一个间断的生产过程,以得到规定的产品。例如为满足液流染色工艺过程的温度、时间、浴比等参数和状态进行编程,把工艺流程设置操作按顺序连接起来,定义每一步操作的具体条件和要求,直接控制多台现场设备,以得到满意的产品。批量控制是顺序控制的一种应用。
6   人一机接口功能
按照现场控制的连接方式,集散系统的人一机接口可分为现场简易接口和CRT操作站两种;前者直接与现场控制站相连,后者是经过通信网络与现场控制站相连。简易操作接口使现场工作人员能对系统迸行操作、监视和设定。CRT操作站不是为某个现场控制器所专用,而是几个控制站共享。CRT系统信息集中地反映在屏幕上,并自动地对信息进行分析、判断和综合。操作站的主要功能归纳起来有以下几个方面:
(1)对全部过程变量进行各种格式的显示,并允许操作人员对过程进行干预,如参数调整、状态切换和紧急处理等。
(2)对过程变量的历史数据迸行处理和存储。
(3)显示和打印过程报警。
(4)编制和调用各种用户显示画面。
(5)编制和打印各种报表。
(6)组态并装载监视、控制和管理软件。
(7)对通信总线上所连接的设备进行组态,并将组态结果装载到对应设备。
(8)完成系统的自诊断和故障维修。
7   通信功能
通信功能是集散系统的重要支柱,执行分散控制的各单元以及各级人—机接口要靠通信系统连成一体。它是一个高通信速率、低误码率和快速响应的网络,具有组织灵活、易于扩展和资源共享的特点。
8   自诊断功能
为了提高可靠性,集散系统的各装置具有较强的自诊断功能。系统投运前用离线诊断程序检查各部分工作状态;系统投运中各设备不断执行在线自诊断程序,一旦发现错误,即切换到备用设备。同时,经过通信网络在CRT上显示出故障代码,等待及时处理。通常故障代码可以定位到插件板,用户只需更换插卡。
9   冗余技术
自诊断可以及时检查出故障,但要使集散系统的运行不受故障的影响,主要靠冗余应用。冗余有两种方式:工作冗余和后备冗余,俗称“热备用”和“冷备用”。操作站常采用工作冗余的方式。对现场控制器。各冗余方式不同,有的采用N:1冗余,也有的采用N:1冗余,但均采用无中断自动切换方式。集散系统特别重视供电系统的可靠性,除了220v交流供电外,还要有备用电源、不间断电源UPS,以及各种掉电保护措施。集散系统中,大多数采用两套相同通信网络的冗余方式。但具体工作情况有所不同,工作冗余和后备冗余的情况都有。
除了硬件冗余外,集散系统还采用了信息冗余技术,就是在发送信息的末端增加信息位,以提高检错及纠错的能力。
10   DCS通信网络的特性
集散型控制系统的通信网络的作用是互联各种通信设备。它完成的是工业控制,因此,与一般的办公室用局部网络有所不同,应具有以下特点。
(1)具有快速的实时响应能力:一般办公室自动化计算机局部网络响应时闸为2-6s,而它要求0.01 -0.5s。
(2)具有极高的可靠性:必须连续、准确运行,数据传送误码率为10-11—10-8,系统利用率在99.999%以上。
(3)适应于恶劣环境下工作:能抗电源干扰、雷击干扰、电磁干扰和接地电位差干扰。
(4)分层结构:为适应集散系统的分层结构,其通信网络也必须具有分层结构,例如分为现场总线、车间级网络系统和工厂级网络系统等不同层次。集散系统中参加网络通信的最小单位称为节点。发送信号的源节点对信息进行编码,然后送到传输介质(通信电缆) ,最后被接收这一信息的目的节点接收。网络特性的三要素是:要保证在众多节点之间数据合理传送;必须将通信系统构成一定网络;遵循一定的网络结构的通信方式。
11  通信介质
通信介质又称传输介质或信道,是连接网上端或节点的物理信号通路。它主要有双绞线、同轴电缆和光缆三种。图3为部分通信介质的结构示意图。
11.1  双绞线
把两根平行导线接一定节距绞合在一起的信号线称为双绞线,如图3(a)所示。由磁场干扰引起的感应电流,在处于相邻绞线回路的同一根导线上方向相反,互相抵消,从而能较好地抑制电磁感应干扰。双绞线频带宽为15 kHz或更宽。通常把多股导线封装在屏蔽护套内构成一根电缆,见图3(b)。由于双绞线有较大的分布电容,故不宜传输高频信号。
 
11.2  同轴电缆
同轴电缆结构如图3(c)所示,由中心导体、固定中心导体的电介质绝缘层、外屏蔽导体和外绝缘层构成。它又分基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种。它们的传输速率可分别达到10Mbit/s和50 Mbit/s。传输距离为几千米。同轴电缆的抗干扰性能比双绞线好,可以传输中频和高频信号。同轴电缆申心导线数少,安装时必须特别小心。若外层圆筒形导体弯曲或变形,则电缆阻抗容易改变,致使信号衰减。因此,在使用中对于不同尺寸的同轴电缆,都应按它规定的最小弯曲半径和最大长度迸行连接;连接时都需要用专用接头,以实现阻抗匹配。
11.3 光缆
网络信息也可经光电转换器变成光信号,在光缆中进行传输。光信号在光纤中的传输速度大约是电信号在铜导线中传输速度的2/3,因此光缆传输的延迟就大些。但光导纤维不受电磁场的影响,适用于特别恶劣的环境;此外,它重量轻,体积小,安装较为简单。由于光纤造价昂贵,故目前尚未被广泛采用。
12   网络结构
网络结构又称网络拓扑,是指网络节点的互联方式。通常有星形、环形、总线型、树形及组合型等五种网络结构。
12.1  星形网络
星形网络结构如图4所示,星形的中心为主节点,其他为从节点。这种拓扑结构体现了一种集中式通信控制策略,主节点负责全部信息的协调和传输,一旦发生故障,殃及整个网络。为提高可靠性,主节点采用冗余结构,系统投资较大。
12.2  环形网络
环形网络结构如图5所示,网上所有节点都通过点对点链路连接,首尾相连,构成环形。工作站通过节点接口与环相连,数据沿环单向或双向传输。双向传输时有路径问题。
4-5
 
 
环形结构的突出优点是结构及控制逻辑简单,挂接或摘除节点也比较容易,系统的初始开发成本及修改费用较低。环形结构的主要问题是可靠性较差,当节点处理或数据通道出现故障时,会给整个系统带来影响。这一缺陷虽可通过增设旁路通道或采用双向环形数据通道等措施加以克服,但增加了系统的复杂性。这是目前较广泛采用的网络结构。
12.3  总线型网络
总线型网络结构如图6(a)所示,网卡所有节点都在总线上。为了控制通信,有的设有控制器,采取集中控制方式:有的把通信控制功能分设在各通信接口中。称为发散控制方式。总线型通信网络的性能主要取决于总线的带宽、挂线设备的数目以及总线访问规程。总线型网络结构简单,系统可大可小,扩展方便,易设置备用部件,安装费用低。当某设备发生故障时,不会威胁整个网络系统,而是降级使用,继续工作。它也是目前广泛采用的一种网络结构。
12.4  树形网络结构
树形网络结构如图6(b)所示。

12.5  组合网络结构
在比较大的集散系统中,为提高其适用性,常把几种网络结构合理地运用于一个系统中,发挥各自的优点。图7(a)是环形和总线型相结合的网络结构,图7(b)是总线型和星形相结合的网络结构。
 

 
 
 
 
 
[ 行业资讯搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 关闭窗口 ]

 
0条 [查看全部]  相关评论

 
推荐图文
推荐行业资讯
点击排行