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综合自动化(四)②

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。
 13   通信控制方式
各个站通过网络传达信息的基本关系是:发送站将信息传送到网络,接收站从网上读取信息。为快速而准确地实现这些对网络的存取访问过程,要有合理的通信控制方式。通信控制方式为广播式和存储转发式两种,各有特点,应用都较广泛。
13.1  广播式
广播式通信方式是指在同一时间内只有一个节点发送信息,其他都在收听。这种方式在环形和总线型网络中应用比较多。广播式协议根据发送信息的方式不同,又分为自由竞争式、通行标记式(令牌传递式)和时间分槽式三种。
(1)自由竞争式:自由竞争式是各站自由发送信息,遇有冲突时,各站都退回,经随机延时后重发信息。这种方式可靠性比较高,但软件比较复杂,且网络利用率不高,适用于轻载网络。
(2)通行标记式:通行标记式又称令牌式,接到“令牌”的节点方能发送信息,发送完毕须将“令牌”再附在信息包的后面,传送给下一节点。由于令方式不发生冲突,因此实时性好。此外,网络重载时能自动缓发优先级别较低的信息,使通信效率提高。但是令牌方式控制比较复杂,网络扩展时需要中心配置硬件传输,所以可靠性较差。
(3)时间分槽式:时间分槽式是把一个规定的时间性间隔分成若干时间槽,各在相应的时间槽内发送信息。每个节点可以占有一个以上的时间槽,但信息的传达严格限制在属于该点的时间槽内;一旦时间槽结束,节点必须停止发信,而让位于下一个节点。
13.2   存储转发式
存储转发式是首先把源节点进来的信息存储起来,等到本节点的信息发送完毕,再转发这个信息,依次传送,直至到达目的节点。这种网络允许同时有多个节点发送、接收信息,不需要通信指挥器。它的突出优点是信息的延时少、利用率高,常用于环形网络中。在环形网络中,存储转发式在每一个节点上发生,目标节点在收到所需的信息后,在信息上加一个确认码,然后把信息放回环路,继续传送。当源节点接到确认码后才取消信息;如果收到否认码,则源节点启动重发逻辑,信号重发。在星形网络中,存储转发式常采用询问形式,主站依次询问从站,由从站给主站发信息,信息响应较慢。
在DCS中,数据通信标准RS-232、RS-422、RS-485等被广泛采用。但是,现场传感器、执行器与控锄设备之间仍然是采用传统的模拟电压或电流信号进行通信。
14   DCS的现状及发展趋势
DCS发展很快,影响其发展的主要因素是微处理器及超大规模集成电路(VLSI)技术的应用。现在的32位微处理器已应用于现场控制站,功能更强,速度更快,存储器容量不断速增。人—机接口技术的交互图形、复合窗口及触摸屏幕的应用,使操作站更趋完善,操作更为便捷,彩色CRT分辨率更高。专用集成电路(ASIC)和表面安装技术(SMI)在硬件设计上的使用,使板级上的元件数量更少,硬件的可靠性大大提高。智能半导体器件进入到现场一级,成为现场仪表。包括直接数字传感器、光纤传感器和智能执行器。标准化的数据通信链路和通信网络技术的发展,影响网络体系结构的变化。各种公共网络体系的建立和通信网络投术的普及,使得网络环境下新的各类控制系统的开发成为可能。开放式结构和集成投术将对DCS产生深刻影响。
14.1  开放化
DCS的通信用实现开放系统互联(OSI)来满足工厂自动化要求。各种设备(计算机、DCS、单回路调节器、PLC等)之间通信能力的加强,可方便地构成一个大系统。DCS各制造商为适应这种发展,竟相将自己的专用网络改造成符合国际标准的网络,或将自已的专用网络与普通网络之间加人网关,使其与以太网、MAP网连接。
开放化的关键是技术标准的统一。通信标准化MAP/TOP已获成功,并为世界各国所接受。因此,新推出的集散型控制系统均采用开放系统的标准模型、通信协议或规程,以满足MAP/TOP的要求,提高数量高速通道的吞吐能力,发展宽带的光纤传输介质。新一代的集散控制系统的开放型结构,将方便地与指挥生产管理的上位计算机进行信息交换,实现计算机集成生产系统。
14.2  小型化
个人计算机的性能不断提高,价格不断降低,使得中小规模的DCS可广泛采用高档微机以及加固的工业PC来构成低价格的集散控制系统,以满足小型工厂和装置的应用。从规模来看,大量小型计算机和价廉的可编程序控制器已开始起着大型DCS的作用,可靠、价廉的DCS将深受用户们的欢迎。越来越多的小型系统的应用是十分有意义是事情。
14.3  智能化
人工智能特别是知识库系统(KBS)和专家系统(ES)在过程中的应用包括:自整定和自适应控制器、实时数据采集、故障诊断、生产计划和调度、过程优化、控制系统的计算机辅助设计、仿真培训和在线维修等。可以说人工智能将会在DCS的各级(从控制到工厂管理)实现。  
随着微电子技术的发展,结合现代控制理论,应用人工智能投术,以微处理器为基础的智能设备将相继出现,如智能变送器、可编程调节器、智能PID自整定控制、智能人一机接口和智能集散控制系统等。
14.4  基于现场总线的PLC
PLC以其结构紧凑、功能简单、速度快、可靠性高和价格低等优点,迅速获得广泛应用,已成为与DCS并驾齐驱的主流工业控制系统。日前以PLC为基础的DCS发展很快,PLC与DCS相互渗透、相互融合、相互竞争,已成为当前工业控制系统的发展趋势。
随着PLC计算机与DCS和其他控制回路之问接口的迅速发展, 已可以将连续控制回路、逻辑功能、批量控制功能、信息处理能力、速度及组态软件等汇入在统一的高性能系统中,从而将PLC和DCS融合在一起,满足了协调的需耍,以适应离散类和批量工业自动化的要求。
PLC将与IPC、DCS集成,逐渐成为占自动化装置及过程控制系统最大市场份额的产品。现场总线技术将用于各种现场自劫化设备及其控制系统的网络通信;用于各种现场仪表(包括变送器、执行器、记录仪,单回路调节器、可编程序控制器和流程分析器等)及计算机控制、系统之间进行的数据通信。有人预测,基于现场总线的FCS(Field bus Control System)将取代DCS成为控制系统的主角,Internet和Internet技术也将进入控制领域,计算机自动化控制系统将渗透到企业的生产、管理、经营等方面。
14.5  新一代智能变送器
高度集成的智能器件正在向现场延伸。国外公司已开发生产出各类数字式智能变送器,包括温度、差压、流量、液位、密度和压力变送器等。多个品种。美国Honey Well公司的ST系列产品,就具有以下特点:
(1)测量精度高,误差仅为0.1%。
(2)能在控制室设定或变更各种变送器参数,包括测量范围、输出线性或平方根选择、阻尼时间常数、正反作用以及输出电流。
(3)能对温度或静压变化引起的零点和量程漂移进行校正,具有良好的温度、静压特性。
(4)量程比大(400:1),使用规格减小,减少采购量和库存。
(5)能在控制室检查变送器特性,及时处理问题,减少排除故障的时间和费用。
14.6   管控一体综合集成系统CIMS
20世纪90年代以来,计算机控制系统在功能上朝着制造业自动化、过程控制自动化、办公室自动化和经营管理自动化相结合的方向发展,即构成计算机集成制造系统CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)或计算机集成过程系统CIPS(Computer Integrated Process System)。 DCS系统向CIMSS、CIPS方向发展是必然趋势。
CIMS由决策管理、规划调度、监控和控制四个功能层次的子系统构成,实现管理控制的一体化模式。具体地说,决策层根据生产过程的实时信息和管理信息,发出多目标决策指令;规划调度层则按指令制定相应的生产计划,进行调度;通过监控层对控制层的监控,使生产、结构和操作条件在最短时闸内得到调整,跟踪并满足上层指令。同时,生产结构和操作条件调整后的信息反馈到决策层,与决策目标进行比较评估;如有偏差,则修改决策,使整个系统处于最优的运行状况。
CIMS代表着工业控制系统的未来,CIMS的研究开发不是以某个区域或某项活动为对象,而是以企业的全部活动为对象。从市场预测、接受订货、原料供应、生产计划、作业排序、过程控制、产品销售,到用户反馈、新产品开发、经营管理,整个形成一个动态反馈系统,具有自判断、自组织、自学习的能力。由此可见,CIMS不仅是生产技术的变革,也是生产组织和生产方式的变革,因而它不是单纯地对现行生产模式进行计算机化及自动化,而是必须按照新的生产组织原理,对现行生产模式进行全面改造。
在新的管理模式与工艺指导下,综合运用信息技术、自动化技术,并通过软件支持,CIMS把孤立的工厂自动子系统构成一个完整的系统,对生产过程的物质流、管理过程的信息流及决策过程的决策流进行有效的控制和协调,以适应新的竟争模式下市场对生产和管理过程提出的高质量、高速度、高灵活性和低成本的要求。
 
 
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