關注自動化儀器儀表智能化技術的狀況與進展(編輯修改稿)
2025-08-25 18:02 本頁面
【文章內容簡介】 靈活性，可為企業(yè)提供一個從現(xiàn)場控制到企業(yè)管理全方位一體化的自動化解決方案。FCS是在DCS基礎上發(fā)展起來的，它將傳統(tǒng)的儀表單元微機化，以現(xiàn)場總線網絡方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)點對點連接方式，使控制系統(tǒng)結構發(fā)生根本變化，不僅簡化了接線，而且實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的靈活組態(tài)。圖3是傳統(tǒng)DCS和現(xiàn)場總線結合控制系統(tǒng)圖。在FCS系統(tǒng)中，對現(xiàn)場儀表有了更高的要求。跟隨控制系統(tǒng)技術的發(fā)展，現(xiàn)場總線智能儀表應運而生。這里，所謂的現(xiàn)場總線智能儀表是個特定的概念，即把遵循國際現(xiàn)場總線協(xié)議設計制造的智能儀表稱為現(xiàn)場總線智能儀表。它是跟隨現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)而產生的。因為在傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)中應用的模擬現(xiàn)場儀表已不能滿足現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的要求，必須以遵循國際現(xiàn)場總線協(xié)議設計制造的智能儀表來取而代之。必須說明，這里的“智能”，主要是指現(xiàn)場變送器除了具有信號變換、參數(shù)補償?shù)裙δ芡?，還具有控制功能，如PID等運算控制功能。而執(zhí)行器則除了具有調節(jié)和驅動功能外，還具有特性補償、自診斷功能。這說明在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)下，現(xiàn)場儀表設備具有功能自治能力，它把傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場儀表中完成。必須指出的是，除了上述的功能下放之外，數(shù)字式、網絡化成為現(xiàn)場總線智能儀表的核心技術。但是由于目前現(xiàn)場總線多標準并存，現(xiàn)場總線智能儀表的通信協(xié)議很難統(tǒng)一，各個儀表廠商均在開發(fā)符合一種或幾種現(xiàn)場總線智能儀表。圖3 傳統(tǒng)DCS與FCS結合的控制系統(tǒng)圖(3) 儀器儀表網絡化是跟隨網絡控制系統(tǒng)發(fā)展的產物 自動控制系統(tǒng)技術從20世紀50年代的儀表控制(Instrumentation)、70年代的中央監(jiān)控(Central Control)、80年代的分散控制(Distributed Control)、到90年代的現(xiàn)場總線控制(Fieldbus Control)，自動控制系統(tǒng)各個時期的主要特點可用過程控制系統(tǒng)PCS(Process Control System)來描述。網絡技術的發(fā)展對控制系統(tǒng)產生了深刻的影響，網絡創(chuàng)造新世紀。踏入21世紀，世界進入了知識經濟時代，在自動控制領域，迎來了網絡控制(Web Control)的新時代，產生了新一代的控制系統(tǒng)，這就是過程知識系統(tǒng)PKS(Process Knowledge System)。它把控制系統(tǒng)建立在企業(yè)的網絡平臺上，以知識管理為中心，技術核心是它的監(jiān)控軟件，提供一體化數(shù)據庫、互聯(lián)網技術、一體化網絡支持、開放式系統(tǒng)體系等等為企業(yè)構建了一個知識協(xié)同平臺。在網絡控制系統(tǒng)中的儀器儀表裝置必須是網絡化的產品。因而儀器儀表技術又有了新的進展，這就是儀器儀表的網絡化。即實現(xiàn)了檢測、變送、顯示、控制和執(zhí)行單元的網絡化?？刂菩畔⒌碾姎庑盘杺鬏?，不再通過直接點到點連接方式，而通過現(xiàn)場級網絡以數(shù)字量方式進行，即儀表間的信息完全依靠網絡進行傳輸。這就是現(xiàn)場級網絡技術在工業(yè)控制系統(tǒng)中的出現(xiàn)，帶來現(xiàn)場設備和儀表單元的網絡化。自動化儀器儀表技術進入了網絡化的新時期。圖4示出網絡化的單回路控制系統(tǒng)示意圖。圖4 網絡化的單回路控制系統(tǒng)示意圖(4) 綜合自化系統(tǒng)下，儀器儀表概念向計算機及其軟件系統(tǒng)方向突破 綜合運用信息技術、自動化技術，通過網絡及其支持軟件構成的綜合控制系統(tǒng)，對生產過程的物質流、管理過程的信息流、決策過程的決策流進行有效的控制和協(xié)調。從而構成企業(yè)的綜合自動化系統(tǒng)模式。如圖5所示為近年來提出的ERP/MES/PCS(企業(yè)資源計劃/生產過程制造執(zhí)行系統(tǒng)/過程控制系統(tǒng))三層結構體系，就是綜合自動化系統(tǒng)的實際體現(xiàn)。在這種三層結構體系情況下，必然要突破原有的儀器儀表概念，因為原有的儀表系統(tǒng)已上升為計算機及軟件系統(tǒng)。ERP/MES/PCS三層結構中的每一層都有自己的作用與功能:ERP層是管理是它的中心，通過計算機及其軟件平臺進行企業(yè)生產經營優(yōu)化決策，即對企業(yè)的生產管理、經營決策進行優(yōu)化管理。主要包括企業(yè)的供應鏈、客戶關系、產品質量數(shù)據、設備資源等的優(yōu)化管理。MES層是生產過程的運行優(yōu)化層。它在整個系統(tǒng)中，具有承上啟下的作用，實現(xiàn)生產調度、物料跟蹤、資源配置、流程模擬、模型計算及過程優(yōu)化等功能。PCS層是基礎自動化層。包括我們熟知的軟測量技術、實時數(shù)據庫技術、可靠性技術、數(shù)據融合與數(shù)據處理技術、傳感器、執(zhí)行器等現(xiàn)場控制設備、DCS系統(tǒng)、FCS系統(tǒng)等，實現(xiàn)對生產的工藝過程有效的控制。一個完整的、能使企業(yè)長期保持利益、有價值的綜合自化系統(tǒng)應該是三者的有效整合。圖5 ERP/MES/PCS三層結構體系圖5中:ESPSimPro生產過程流程模擬ESPPlanning計劃排產 ESPOilMove油品移動與罐區(qū)管理ESPQmonitor質量監(jiān)控 ESPEMM設備管理與維護ESPCmonitor成本管理 ESPSD優(yōu)化調度ESPSafety故障診斷與安全管理 ESPRTO實時優(yōu)化ApcDataPro物流數(shù)據校正 ApcBlend油品調合ApcWatch計量監(jiān)測與管理5 智能儀器儀表的研究開發(fā)與實用化的進展 智能儀器儀表發(fā)展很
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