仪表现状与存在的问题

温度控制仪表普遍存在的问题111被控温度点的滞后性由于温度场是一个梯度场,温度的上升或下降随时间缓慢变化,而在现有市场上和工业控制中使用的温度控制仪表系统中,为防止污染、腐蚀、保护一次仪表的使用寿命,用作温控的温度传感器,一般为铠装的热电偶或热电阻,当它的温度上升到设定点温度时,必然有一个时间的滞后性,使被控温场冲过温控点,而过冲幅度与热功率的大小成正比,与温场的大、小成反比。为了较好地控制温场的过冲幅度,我们需要在现场实际操作中,不断地,反复地进行控制摸索,测试和校正,从而找到实际使用中的温控点的PID调整参数的对应点,达到进行超前控制的目的。以下我们称它为调控点。112加热系统与PID调控系统设计不匹配在现有的工业工艺中或实验室内使用的温度控制仪表的配置加热系统中,大多数加热器件,只配置有一组加热元件,当温场达到调控点时,便使用切断该组元件的电源进行保温的目的。随着时间的推移、温场发生变化,当温场降到一定值时又启动该组件元件的电源供电进行加热,从此周而复始,动作频繁。分布式控制系统(DISTRIBUTEDCONTROLSYSTEM)简称DCS，亦称集散控制系统，是当今工业过程控制的发展方向和主流。DCS的广泛应用实现了生产过程的自动化，提高了生产技术水平，也为企业带来了可观的效益。但是也有不少国内企业由于对DCS了解不够，选型缺乏科学依据和规划，从而带来系统配置合理性差，控制功能实现程度不高，与外围仪表配套不良，难以连网运行，以及资源不能共享等问题，影响系统效益的发挥[1]。针对上述问题，综合论述了DCS的内涵和未来发展，并对其国产化途径进行了探讨。DCS是20世纪70年代末发展起来的以微处理器为基础的新型控制系统。它紧密依赖于最新发展的计算机技术、过程控制技术、网络通信技术和图形显示技术，是四者相结合的完美产物，是完成过程控制、过程管理的现代化设备[2]。它既不同于分散的仪表控制系统，又不同于集中式计算机控制系统，而是吸收了两者的优点：硬件在地理上趋于分散、软件在逻辑上趋于集中；其功能是分布式的，是通过资源分散配置来实现的，把处理功能、存储功能、传输功能分散到各个系统，软件的资源也分散到各个系统上，通过通信网络和软件把它们连成一个整体，真正实现多指令多数据流，并行地执行程序。DCS的实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视，操作，管理和分散控制的一种新型控制技术。DCS的主要组成部件有：现场控制器，由它完成模拟量控制，顺序逻辑控制和数据采集，即分散控制监测部分。人—机接口装置，由它完成工程师、操作员和机器的接口任务，即集中管理部分。包括工程师站、操作站和上位管理计算机，分别用于组态和维护，监视和操作以及全系统的信息管理和优化控制。通信网络，它连接DCS的各个部分，完成数据、指令及其它信息的传递[3]。DCS的主要特点是通用性强、组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好、安装简单规范、调试方便和运行安全可靠等。3DCS的发展方向随着微电子技术的新进展，分布式控制系统发展迅速，在过程控制领域已经占有越来越重要的地位，目前发展方向：（1）从技术发展而言，DCS有向着结构复杂和功能完善方向发展的趋势，但另一方面随着微电子技术的进步，也正在出现增加集成度、缩小体积的新潮流，两者相结合，推出了新一代微型化的分布系统，称之为MICRO-DCS。（2）DCS将向着标准化方向迈进。计算机网络技术的迅速发展，推动着DCS通讯系统的标准化，现今国际标准化组织已推荐了一种标准化体系结构，分为3级：即在高层操作管理级，采用MAP或SO8802.4宽带通信网，实现中央控制室与上位管理计算机的连接，使工厂自动化与办公室自动化融为一体；在过程控制级采用MAP或PROWAY-C中速通信网，完成中央控制室各装置之间的连接，进行数据交换和完成过程与显示操作：而在低层控制现场级则采用现场总线来沟通现场仪表与中央控制室各装置之间的相互连接，是采用双绞线或同轴电缆传输的数字式串行通信链路[4]。4中国DCS的发展途径4.1以小型分布系统为发展和应用重点根据系统规模和控制回路数目而言，DCS有大中小之分。其中，小型DCS系统，特别是正在推出的MICRO-DCS系统，不仅性能／价格比优，而且组合方便灵活，既可以独立应用，也可作为大型分布系统的过程控制级使用[6]。如日本横河公司的µXL系统，能够适应从几个回路的小规模系统到200个回路左右的中规模系统，极具有代表性。可见，小型分布系统更适应中国中小企业量大面广、整体控制水平不高的现状。4.2发展以工业PC机为主体的分布系统随着PC机的大量普及，为了充分利用PC机上丰富的软件资源，在小型DCS中，出现了以工业PC机构成小型DCS的潮流，CPU采用INTEL公司芯片以及开放式总线标准，同时推出了以填菜单、填表格方式进行功能组态的控制组态软件，如ONSPEC、LAB-TECH、INTOUCH等。其过程站级设备有以直接用工业级PC机和单片机构成的装置两大类，前者多采用诸如以太网、ARCNET等局部网络进行互连，后者大部分采用BITBUS，也有一部分通过RS-232、RS-422/485线联网。就国内中小型企业目前应用而言，图2、图3是近期值得推荐的两种小型DCS结构模式。4.3消化吸收，重点跟踪国外高新技术国外著名的DCS厂商及其产品，通过生产技术转移和合资等多种途径，已落户中国，且应用日趋增多，这为了解国外技术提供了一定的便利。在高可靠性保障措施、过程控制级硬件设计、高速通信网络技术等方面应积极进行重点技术跟踪，在消化吸收的基础上有所创新。同时，大力推进先进控制策略的应用，实现优化控制，提高DCS系统的使用效益。引言计算机技术、自动化技术和通信技术是现代信息科学技术的重要组成部分，是现代科学技术中的核心先导技术。计算机控制是计算机技术与自动控制理论、自动化技术紧密结合并应用于实际的结果，它的应用领域非常广泛。随着高性能计算机、网络技术及单片机技术的不断发展，不仅使计算机应用向网络化、综合化、集成化、智能化发展，而且使单片机的应用也从独立的单机控制向多机联网的方向发展，这就需要将各单机进行组网以进行相互通信，从简单的集中式控制逐渐向复杂的分布式形式发展，于是出现了以通信网络技术为基础的新的控制形式。串行通信作为一种简单、廉价的通信方式在控制工程中得到了广泛的应用，其中一总线型控制系统得到了推广和发展。由机和多台单片机构成的多级网络测控系统已成为单片机技术发展的一个方向‘，。在一个应用系统中，通常由机对数据进行分析并处理，单片机则完成数据的采集和上传等工作，复杂的还要建立数据库。在这样的系统中，单片机系统一般称之为下位机，由机、网络设备、数据库组成的应用部分则通称为上位机。二者结合，充分发挥了单片机在实时数据采集和机对图形处理、显示以及数据库管理上的优点，使得单片机的应用己不仅仅局限于传统意义上的自动监测或控制，而且形成了以网络为核心的分布式多点系统发展的趋势。这种发展的结果就使得数据通信在单片机应用系统中的作用越发重要。研究的背景及意义在工业应用中，机由于其优越的性能价格比和丰富的软件资源，已成为计算机应用的主要机种。应用中我们常常会遇到若干任务需要同时执行的情况，单片机可以根据预先设置的指令获取现场数据并完成规定的控制功能，从而能够解决此类问题，因此被广泛的应用于工业检测与控制系统中。分布式控制为一种常用的控制方式，要实现分布式控制，多采用主从式微机网络形式，每台独立的单片机不仅要按预先设计的程序工作，更多时候需要根据来自上位机的控制指令适时调整工作程序。因此，各单片机之间、上位机与各单片机之间需要信息的相互传递，这样就形成了一个以单片机为用户的网络【，。不同于计算机网络的是网络中单片机的工作只能被动的发送或接收信息。与单个独立单片机系统不同，网络中单片机的工作程序可以按照上位机的指令随时加以改变。上位机或称主控微机能对整个网络的运行进行管理和控制，所以说是微机控制下的单片机网络。这种以机为中心控制机和以单片机为现场测控机的分布式控制系统可以广泛的应用于工业测控系统中，而且具有很好的应用前景。现代实时控制系统综合了多功能，要解决的不仅是系统局部最优化问题，而且要解决整个系统的最优化设计，以保证整个系统各功能部件的协调工作。因而整个系统结构复杂、规模庞大，计算机不仅要完成整个系统的控制任务，以保证动态最优化的实现而且要对生产的组织、决策等进行相应的规划管理，实现生产过程的静态最优化任务。因此，目前对大系统的控制，普遍采用的是分解原则，将大系统分解成若干相对独立的小系统，利用局部的控制器完成一个小系统的最佳控制，由监督管理计算机完成个子系统控制器的协调工作，负责整个系统的各种管理。在这种分布式系统中，各个控制器安装于现场，信号传输线路短，能及时处理控制对象的工数据，反应迅速，抗干扰能力强，减少通道上的信息传输量，减少了对上一级计算机的要求。在测控系统和工程应用中，还会经常遇到对多个检测对象进行检测与控制的情况，而主从多机分布式测控系统就能很好地解决这一问题，它们大多由机和单片机组成。单片机由于其体积小、功能强、价格低廉、开发应用方便，尤其具有全双工串行通信的特点，在工业控制、数据采集、智能仪器仪表等方面都有广泛的应用。而机正好弥补了单片机数据处理能力弱和软硬件资源贫乏的缺陷。各单片机独立完成数据采集和控制任务，同时通过通信接口将检测数据传送给机，机将这些数据进行处理、显示或打印，并根据需要把各种控制命令传送给单片机，以实现集中管理和最优控制。因此，机上位机与各单片机下位机之间的通信就显得尤其重要。论