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关于网络仪表的思考

关于网络仪表的思考

2003/11/25 17:32:00
1.自动化仪表发展趋势   现场总线是当前自动化控制仪表领域技术发展的第一热点,是一种用于各种智能现场设备与基于计算机的控制系统之间进行数据通信的计算机网络。按照国际电工委员会IEC/SC65C的定义,安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行点通信的数据总线成为现场总线。现场总线装置包括变送器、流量、压力、温度或其它过程量的转换器、转角变送器和ON-OFF开关各类工业产品,包括控制阀、执行器和带电子驱动的马达(包括机械手的步进电机等),另外安装在现场的简单PLC和远方单回路调节器也属于现场装置。   现场总线给控制系统带来的显著变化之一是它的双向通信能力,使操作员能在控制室访问现场总线上的所有智能设备,进行标定和预防性检查,现场总线上的各个智能设备也可以向总线发布信息,为控制提供测量值和现场设备的状态信息,保证控制的高质量。另一个显著变化是现场总线技术使得在整个系统中把基本控制任务下移到智能现场设备,由智能现场设备完成诸如PID等算法和逻辑控制,以实现测量、控制一体化,从而提高系统固有可靠性。   现场总线的最大特点是将过去传统集中在中央控制系统的控制功能分散下放到现场设备中,从而实现现场控制。今后十年,传统的4~20mA模拟信号信号制将逐步被双向数字通信现场总线信号制所取代,将使系统硬件、安装和工程设计投资由原先的100%下降到57%。在Interkama‘99展览会上,包括ABB、FOXBORO等各大公司的控制系统在其原有的控制结构中加入了用于连接现场总线仪表的现场总线控制器。由此可见,现场总线控制系统取代传统的控制系统是一种必然的趋势。   智能监控仪表的研究,就目前的发展水平而言,要建立适用于所有操作工况的监控仪表是相当困难的,在许多工业控制场合,存在着一大类这样的变量:它们由于技术或经济的原因,目前尚难以通过传感器进行检测,但同时又是需要加以严格控制的、与产品质量密切相关的重要过程参数,有希望的途径是在检测技术中融合人类的知识,可根据某种最优准则,选择一组既与主导变量有密切联系又容易测量的变量,称为辅助变量,通过构造某种数学关系,用计算机软件实现对主导变量的估计。例如使用模糊控制、专家系统的思路把已获取的知识融合进相关参数的测量中。Interkama展览会上,Gensys公司推出的G2发酵专家系统软件,就是利用神经元网络方法对一些难以测量的参数进行检测,用模糊逻辑及其它自动推理判断方法进行判断,在整个发酵过程中通过获取操作专家的知识和方法,作出“最佳”操作决策。这种测量技术作为未来过程研究中的一个重要发展方向,将会得到很大的发展。 2、网络智能监控仪表的构想   根据工业自动化仪表的发展趋势以及自动控制的发展现状,就有了对网络智能监控仪表进行开发的一些想法: 2.1针对我国现有自动控制系统存在的检测与控制的疑难问题,也是  目前工业自动控制中普遍存在的难点,针对性地开发一系列智能监控仪表。 2.2开发一系列符合各种流行现场总线协议,如Profibus、FF基金会和工业以太网协议的现场总线智能监控仪表。   现场总线一个很重要的功能是装置的互操作性,允许用户将不同厂家提供的现场装置连接在同一根现场总线上,因而现场总线的推广与使用,需要解决多家公司产品和系统在一个网络上相互兼容的问题,必须有符合统一协议的现场仪表。 3、网络智能监控仪表工作原理   网络智能监控仪表主要包括微处理器芯片、网络接口、存储器、I/O芯片、输入输出设备等。
4.网络智能监控仪表功能与特点 4.1具有常规的PID、自校正、自诊断控制技术和模糊控制技术 4.2实现自动调零、线性化、自动补偿工艺及现场环境因素的变化 4.3配置液晶控制技术图形显示直观地表达测量结果 4.4和Profibus现场总线接口及工业以太网接口,以方便系统升级、扩展与互联 4.5具备互操作性,方便各种现场设备的接入 4.6配置较好的人机操作接口,初步定为小键盘 网络智能监控仪表功能框图如2
5.主要技术难点:   根据当前实际情况,以济钢为例,结合其技术状况,可以拟订如下需开发、攻克的技术难点: 5.1以西门子公司的Profibus网的网络接口作为攻关重点,联合通讯协议芯片生产商完成协议处理工作。 5.2以3 COM公司的工业以太网的网络接口作为攻关对象,与通讯协议芯片制造商合作、与针对工业以太网已完成局部工作的软件公司合作或内联外引独立自主的完成研发任务。 6. 建议投资计划: 6.1自建生产线: 预计一期投资 150万元人民币,二期投资200万元人民币,三期投资 80 万元人民币。 6.2合作建生产线: 预计一期投资 30 万元人民币,二期投资40 万元人民币,三期投资 20 万元人民币。 7. 效益分析 7.1经济效益分析
预计每台利润:800元/台 则2004-2005年可收入800(元/台)×3000(台)=240万元 2005-2006年可收入800(元/台)×12000(台)=960万元 可实现收回投资并盈利500万元的目标。 7.2 社会效益分析   融合了先进自动控制理论和现场总线技术的网络智能监控仪表,将填补我国自动检测与控制领域的空白,赶超世界先进水平,进一步推动工业自动化仪表水平的提高,创造巨大的社会效益。
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