摘要:现场总线的控制系统是较为开放且互操作性较高以及分散的分布式的控制系统,针对浮法玻璃声场过程中的具体特点,无法用常规的方法进行解决。针对现场总线的控制特点,以及浮法玻璃生产和控制的整体过程,提出了将现场的总线控制系统与浮法玻璃生产系统的融合研究思路。
关键词:现场总线控制 浮法玻璃 生产系统 融合研究
1、现场的总线控制概述
现场总线控制实际上是将现场控制器与现场的智能仪表设备连接的实时控制的通讯网络,支持ISO的OSI开放系统互连参考模型的全部以及大部分的通讯协议。现场总线实际上是一种适用于智能化现场设备以及自动化系统的开放式、数字化、双向串行以及多节点的通信总线。FCS正式使用这种开放且能够互操作的网络实现与现场各种控制器和仪表设备的相互连接,形成了现场总线的控制系统,同时还将控制的功能放置在系统的控制现场。
现场总线控制实际上是工业设备自动化控制的计算机局域网络,以能检测、控制、通信能力的微处理芯片为基础,实现在现场的彻底分散管理和控制,同时根据现场分散进行测量,控制设别的单点作为网络的节点,同时将这些节点通过网总线的方式连接构成现场总线控制体系,其本质是最底层的网络系统,也是网络集成分布的控制系统,将原有的集散型的DCS系统现场控制的功能分散到了各个网络的节点处。由此,应将原本封闭且专用的网络转换为开放而标准的系统,从而使不同的制造商的产品实现了互连。
2、浮法玻璃生产系统中存在的问题
浮法玻璃生产系统的热工设备的生产过程控制一直以来都采用的是经典的控制方法,难以完全适应浮法玻璃生产系统的过程控制的特点,随着计算机控制系统在浮法玻璃生产系统中的应用和改革,计算机在浮法玻璃生产线上实现了广泛的应用,但生产系统的控制方法依旧没有重大的突破,没有发挥计算机控制在系统中的作用。
根据控制理论以及生产实践上看,浮法玻璃的各个生产的环节都具有一定的控制过程的不确定性。存在较强的时变性、不对称性以及非线性、相关耦合的特点,例如熔窑热工的控制过程中,由于熔窑两边燃烧不均衡和换向期间停火—吹扫—换向—重新燃烧等整个过程所产生的影响,致使熔窑的压力、温度和液面系统之间存在着一定的干扰,甚至冷却部的压力对液面存在一定的干扰。其他的例如锡槽内部各个电加热区域之间,退火窑的横向区间之间也存在相互的影响和干扰。再如在退火窑的温度控制过程中,也存在电加热以及风冷却系统,这些系统也呈现非线性以及非对称性等特点,表现在开电升温以及关风降温和开风降温的不同过程特性。
这些浮法玻璃生产控制的特点,无法使用常规的方式进行控制,常规的控制方法是以经典的控制理论为基础,如PID控制所针对的是一、二阶的控制过程,无法对时变性、非对称性以及非线性和相关耦合现象进行控制和处理。而现代控制理论的方法,都需要建立控制过程的数学模型,而浮法玻璃的数学模拟难以准确和适当地表述出来。这是长久以来浮法玻璃生产行业所面临的难题,可使用现场总线的方式,建立与浮法玻璃生产系统相融合的生产体系。
3、现场总线控制与浮法玻璃生产系统的融合
针对浮法玻璃生产系统的控制特点,将生产系统中的有关因素和干扰因素、非线性和非对称因素进行提取,结合人工操作和处理的经验,构成了一系列具体的专家控制规则,通过计算机数据处理的控制,针对不同的生产系统进行实时修正,建立了综合的协调管理和控制。其中,被控制对象的滞后时间较长以及大惯性系统上可采用模糊的控制算法,对于非对称性和非线性以及相关耦合的现场采用模糊规则控制、动态预估算法,与PID控制相比具有较好的效果。
对于浮法玻璃的生产企业而言,在过程控制和诊断上,现场总线是最为合适的现场总线应用模式。现场总线能适用于实时性较高的应用场合,并且能提供智能化的设备以及系统之间的双向通信模式和体系。同时由于采用不同的现场总线技术,要实现现场总线的最大收益,在选型时应谨慎。应根据实际的状况选择合适的总线,从而最小化生产系统工程的费用,实现最大化的系统利润。若是选型错误的话将导致系统生产成本的增加,限制企业的实际生产能力。
使用现场总线控制过程中,控制模块能在主机中执行,而仅仅将I/O模块放入现场总线设备中。也可将控制功能模块放在主机中,而将另一部分的控制模块放入现场的设备中。例如,串级控制回路当中的PID功能模块可以放置在现场设备中进行执行,而其他的模块则放置在主机中执行。主机中没有运行时,良好的规划能有效减轻控制策略所承受的负荷。包括基本的以及先进的监视控制体系,实现了离散逻辑以及顺序控制。同时当现场设备中控制运行与主机相对独立时,系统的主机与执行是同步的。当使用现场总线进行控制时,应暂停回路以及工厂运行,从而可以断开主机,实现实时确定性的控制。
现场总线能通过设备的描述以及功能块的组合实现互操作性的功能,若主机支持现场总线的描述,那么所有设备中的全部功能都可供应使用,同时实现了单个主机对设备信息的组态以及访问,通过设备描述实现了信息与系统中其他设备、主系统以及应用场合的共享,通过特殊的消息检测和辨识添加到已经实际运行的总线中的新设备。现场总线可维持网段其他设备运行的状况下添加、调试和使用其他的设备,能实现现场设备中的功能块标签,也就是任何总线上的设备都具有一个唯一的标签,可通过这个标签实现任一设备的位置查找,同时也可根据标签数据与数据库中的数据进行对照。
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