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博主：kennyfu

工业自动化是一种情结

博客公告

我的博客——游荡于工业自动化的圈内圈外

终于也“开博”了。

是不是应该也像旧时江湖上卖艺把式来一句：“有钱的捧个钱场，没钱捧个人场”？这算不算大多数流浮于网络的博客的悲哀？网络日志这种东西能不能肩负起除了个人日记之外的责任？

我未曾想到自己笔直的职业道路竟然在不经意间被一种名为“工业自动化”的东西撞了一下腰，似乎人生的拐点从来都是不期而至的。在工业自动化媒体圈子的沉浮中，我有了将这些东西记录在案的冲动。通过博客这样一种现代化、自动化的手段，籍由自动化媒体人的眼光，呈现出来的圈子，又会有怎样的风景？

在这里，我们可以静心品味自动化圈子的技术衍变，高谈自动化圈子的潮流浪端，阔论自动化圈子的是是非非，感叹自动化圈子的人生故事与励志传奇。偶有闲情，也无妨长啸一声，高歌一曲，在缓缓平息的音波中激荡起我们心中的隽永。

傅昆 Kenny

Editor in Chief Control Engineering China

kennyfoo77@163.com

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先进控制在电厂的应用与启示

发表于 2008-8-13 18:03:21

傅昆 CONTROL ENGINEERING CHINA

作为上海石化最重要的辅助生产系统，上海石化热电总厂承担着为整个公司供电、供热的重大任务。一直以来，热电总厂是公司内部的燃料消耗大户，有燃煤和燃油的两个发电站。近年来，热电总厂以节能环保为目标，一边关停耗能大的燃油机组，一边大力推进先进的循环流化床机组发电技术及其自动化控制与优化水平。上海石化热电总厂的循环流化床机组为二炉一机结构（即2台310t/h CFB与1台100MW双抽凝汽式汽轮发电机组构成母管制蒸汽系统），采用典型的CFB 燃烧方式，以煤、石油焦混合燃料作为锅炉的主要燃料，相比传统煤粉炉具有自脱硫和低温燃烧减少排放的环保优势。早在2002年，热电总厂便开始使用霍尼韦尔TPS集散控制系统（DCS）作为该发电机组的主控系统，2003年该机组的控制系统投入率已经达到95％以上。期望于更高的节能、减排的目标，2004年上半年该厂与霍尼韦尔一道开始探讨除了常规模拟量控制方法之外的先进控制技术。2005年，热电总厂正式与霍尼韦尔公司合作开展专为电力公司、发电厂和供热厂设计的先进控制系统——综合能源解决方案（UES）的原应用研究，截至2008年上半年，双方已完成了2台CFB中的5A炉主压力控制（MPC）、先进燃烧控制（ACC）、先进温度控制（ATC）部分，另一台5B炉也将于8月份完成上述部分先进控制模块，然后联合实现两台锅炉的经济负荷分配ELA，并预计2008年9月份召开项目鉴定会。

常规回路控制面临的挑战
        常规PID控制作为一般“低级”控制手段在工业过程中一直发挥着重要作用，然而面对现实复杂多变的控制对象，常规PID控制往往效果不佳，甚至无法控制复杂工业过程。从控制的角度而言，循环流化床锅炉就是一个集分布参数、非线性、多变量紧密耦合为一体的复杂控制对象，其自动控制系统需要完成比一般煤粉炉更为复杂的控制任务。“由于循环流化床锅炉燃烧的复杂性和特殊性，对一般煤粉锅炉和其他过程控制对象行之有效的常规控制方法，已难以保证循环流化床锅炉各项控制指标的实现。对循环流化床锅炉的控制特性及控制系统的研究也是当前电厂控制领域的一个新的课题”，热电总厂副总工程师赵伟杰说道。
        具体而言，CFB的控制难题体现在其工艺本身的4大特性上面。首先，因CFB所特有的炉内流化状态，燃料处在流化状态下燃烧。因此燃烧系统是一个大滞后、强耦合、多输入/多输出的非线性系统，各个变量之间相互影响；其次，床料特性造成床温控制是逆向响应特性，具有很大的不稳定性；其三，热流量的动态特性取决于床料中含有的还未燃烧的燃料量——“即燃燃料量”。这是个无法用在线仪表测量的过程状态变量。所以，大量的即燃燃料和石灰石床料，对控制过程的影响很大；其四，由于循环流化床锅炉燃料——负荷特性具有很大的迟延和惯性，系统的调整时间比较长。
    对于上述控制难题，常规回路调节显得力不从心。相比之下，伴随着现代控制理论的发展，先进控制技术(Advanced Process Control，APC)，作为区别于常规PID控制并具有更好控制效果的控制策略，成为现代复杂工业生产过程的首选。通过APC，主要可以在提高生产过程操作和控制稳定性，保证产品质量均匀性，提高装置处理能力，实现节能减排方面获得更佳的综合效益。

综合能源系统的实施
        根据先进控制项目的实施经验，一般项目时间都要至少持续一年左右。为了达到预期效果，合同双方紧密合作，实施的过程大致如下：
        首先是采集数据建立实时数据库，并进行数据试验。副总工程师赵伟杰说：“我们将锅炉负荷分几个不同的值运行，在每一个点上可以把空气温度，空气氧量等参数设置到不同点，比如300t/h负荷的时候氧量分3个点，分别是2.5、3.5、4，考虑到石灰石对CFB燃烧效率的影响，我们在不同的参数下进行了为期2月每天24小时的试验。”其次，分析各种采集数据，例如底灰的含碳量等。所有数据拿到之后进入霍尼韦尔的先控实验室进行分析，以便得出一个可行性业绩报告，对锅炉特性和先控效益提升进行分析。然后，双方进一步进行动态的特性研究，辨识出CFB的控制特性。
赵伟杰高工认为，项目取得的重大技术突破是对CFB的燃烧特性分析和控制实现。“循环流化床炉燃烧系统控制的难点是床料中的即燃燃料量、石灰石量对燃烧过程的影响。对此，我们采用基于卡尔曼滤波的软测量技术建立了炉内的即燃燃料量、石灰石量、瞬时石灰石的消耗率以及热流量等4个模型，并成功应用在循环流化床锅炉的先进控制系统中。目前正在为这些模型申请国际专利”，霍尼韦尔电站部系统顾问戴宗缭专家说道。
        整个UES系统结构的配置如下图所示，

        UES系统的软件方面主要实现了先进燃烧控制（ACC），先进温度自控（ATC），主压力控制（MPC）、汽机/锅炉经济负荷分配ELA-T/ELA-B以及连线控制（TLC）等几大模块，其工作流程是：操作员将每天计划生产的供热量、发电量输入TLC模块，将蒸汽母管压力控制的范围输入到MPC中；TLC模块不断优化生产方案，将数据送到MPC和ELA_T；MPC的多变量控制器按压力设定的控制范围，给出总热量作为ELA_B的设定值，由ELA_B分配给每台锅炉，作为每台锅炉ACC的设定值；ACC向DCS上锅炉的常规控制回路给出设定值，控制锅炉的燃烧在最佳状态。

UES达到热电厂期望
根据分析数据报告，上海石化热电总厂通过实施先进控制——UES系统项目，其全部完成预计将实现锅炉效率提升0.4%，蒸汽出口温度提升3℃，负荷实时优化分配后机组热效率可提高0.5%。
其中，通过ATC先进控制模块，主蒸汽温度控制系统在10%外扰下的汽温超调量由±5℃降低到±2℃，提高机组的蒸汽平均温度3℃。由此创造发电效益近150万元；根据对先进燃烧控制性能的测试表明：ACC可有效地提高燃烧热效率，节约0.4%的燃料成本。大大减少了废气排放量。本项目如按节约0.4%的燃料成本计算，则可减少成本220余万元；通过CFB机组负荷分配优化控制，优化机组的运行，在满足技术和环境的约束下，使机组取得最大的运行效益。
正如该厂赵伟杰高工总结的那样：“先进控制非常适合于循环流化床炉这样的强耦合、强关联、大滞后的系统，通过UES的实施，得到的最重要的两点是两点：一是提高生产能力，二是节能降耗，保护环境。”

系统分类:	控制系统
用户分类:	美文共赏
标签:	先进控制 UES 电厂循环流化床
来源:	原创

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远程监控技术的发展现状和趋势

发表于 2008-8-4 16:41:33

1、远程监控系统概述
    从上个世纪90年代以来，随着科学技术的迅速发展，人们的生产行为、生活方式都发生了重大的变化，作为生活生产中非常重要的一项技术即监控技术的重要性正在逐渐被人们所认识和重视。监控系统的演变，是一个从集中监控向网络监控的发展历史。早期的监控系统，采用大型仪表集中对各个重要设备的状态进行监视，并通过操作盘来进行集中式操作。而计算机监控系统是以监测控制计算机为主体，加上检测装置、执行机构与被监测控制的对象(生产过程)共同构成的整体。在该系统中，计算机实现了生产过程的检测、监督和控制功能。在现代企业的生产和管理中，大量的物理量、环境参数、工艺数据、特性参数需要进行实时检测、监督管理和自动控制。由于工业生产过程控制要求的高环境适应性、高实时性、和高可靠性等特点，自动控制与检测技术一直沿着自己的道路发展，测控领域所使用的通信技术都自成体系，许多通信协议不开放，而且大多数系统都是面向单台，或单一类型的设备。
    随着生产力的进步，设备的分布越来越离散单一的，各自独立的监测系统已不能适应工业化的需求，于是便产生了分布式系统。这种系统以计算机网络为基础，使系统资源分配趋于合理。但是由于目前运行的绝大多数分布式监测系统还只是在局域网上，通常的测控仅局限于同一地点，所以具有一定的地域局限性。Internet能实现资源的共享，从而使人们有能力解决以前在极有限的资源下很难解决的问题，为远程监控系统的发展提供了有利的条件[1>。远程监控是本地计算机通过网络系统如Internet/Intranet，对远端进行监视和控制，完成对分散控制网络的状态监控及设备的诊断维护等功能我们通常把能够实现远程监控的通信媒体、计算机软件、硬件系统称为远程监控系统。在现场设备分布广泛或数据不易采集的场合，要能够及时地监视设备的运行状态并进行有效控制，这就是远程监控技术在工业生产上的需求。
2、远程监控系统发展现状及分析
2.1.1 远程监控系统功能分析
    远程监控系统有两种类型，一种是生产现场没有现场监控系统，而是将数据采集后直接送到远程计算机进行处理，这种远程监控与一般的现场监控没有多大的区别，只是数据传输距离比现场监控系统要远，其它部分则和现场监控系统相同；另一种是现场监控与远程监控并存。一般是采用现场总线技术将分布于各个设备的传感器、监控设备等连接起来，这样就从分立单元阶段进入了集成单元阶段，然后各个管理站点的服务再用局域网连接起来，这样就形成了企业内部网(Intranet)。由于建立了基本的网络信息基础结构，设备监测、维护技术进入了集成系统阶段，在一个单位的内部基本上实现了资源和信息共享。
    远程控制所实现的功能如下：
      （1）采集与处理功能：主要是对生产过程的各种模拟或数字量进行检测、采样和必要的预处理，并且以一定的形式输出，如打印报表、显示屏和电视等，为生产人员提供详实的数据，帮助他们进行分析，以便了解生产情况；
      （2）监督功能：将检测到的实时数据、还有生产人员在生产过程中发出的指令和输入的数据进行分析、归纳、整理、计算等二次加工，并分别作为实时数据和历史数据加以存储；
管理功能：利用己有的有效数据、图像、报表等对工况进行分析、故障诊断、险情预测，并以声光电的形式对故障和突发事件报警；
      （3）控制功能：在检测的基础上进行信息加工，根据事先决定的控制策略形成控制输出，直接作用于生产过程。
    基于B/S和C/S的远程监控系统是以网络作为通信平台的监控系统，以HTTP技术为基础，具有简单、高效等优点，已经成为信息网络的一种最普遍应用的信息交互平台[2>。利用网络通信技术Socket技术、数据采集技术及面向对象等软件技术实现了整个系统的系统管理、用户管理、设备监控数据显示及报警等模块，其优点是充分利用了现有的局域网资源和广域网资源，以最高的性能价格比，以信息的实时获取和实时控制为中心，实现信息、资源及任务的综合共享和全局一体化的管理。例如：监控系统将设备运行情况提供给服务器，并由服务器发送到各个节点客户机，工作人员在客户机端(一般为远端)便可了解整个系统的工作状态及运行情况。简单地讲，对企业来说就是充分利用现代技术解决实时数据的采集、传输和处理以及进行实时控制的问题。正是它的这些优点使得它得以飞速发展。
随着网络技术的不断发展，远程监控将更多地应用在企业生产过程的管理中，专业技术人员可以通过互联网来管理和维护生产过程，优化生产工艺，提高设备的可用率，最终降低生产成本，提高效益。
2.1.2 远程监控系统所具备的优点
     借助于远程监控可以将企业内部的信息网(Intranet)与控制网有效地连接起来，实现对生产、运营情况的随时掌握，把生产运营状况同企业的经营管理策略紧密结合，从而实现企业的综合自动化，可以建立网络范围内的监控数据和网上知识资源库。通过远程监控可以实现现场运行数据的实时采集和快速集中，获得现场监控数据，为远程故障诊断技术提供了物质基础；通过远程监控，技术人员无须亲临现场或恶劣的环境就可以监视并控制生产系统和现场设备的运行状态及各种参数，使受过专业训练的人员。虚拟。地出现在许多监控地点，方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象进行高级过程控制，以维护设备的正常运营，从而减少值守工作人员，最终实现远端的无人或少人值守，达到减员增效的目的。
     目前，越来越多的企业集团呈跨地域的发展趋势，利用网络技术实现远程监控，对企业降低生产成本，提高劳动生产率，提高企业产品的科技含量，以及增强企业的综合竞争实力等方面都具有十分重要的意义。
2.1.3 远程监控系统所存在的技术问题
    随着网络技术的飞速发展和监控范围的扩大，监控系统由过去的单机监控过渡到现在的网络监控，但目前还存在着一些问题。首先，网络通信技术不足的问题。网络通信技术是远程监控技术中最为关键的技术，然而，目前网络通信一般简单采用Socket技术，甚至FTP或Email等，这些技术无论在传输的数据量、编程的灵活性还是安全性方面都有很大的欠缺，特别是对于现场多个端点的数据采集，会大大增加编程的复杂度，不能满足远程监控技术对网络通信的需求；其次，网络通信中多种结构并存的问题。目前的远程监控系统结构大多比较复杂，分布距离远，而且还存在着不同局域网，不同平台，甚至在同一局域网中的操作平台以及编程语言也可能有不同的问题，这就要求集成网络中的不同平台，实现相互之间的通信，而这些问题采用传统方法是难以解决的。
3、远程监控技术国内外研究动态
    远程监控是国内外研究的前沿课题，国内外都展开了积极的研究[4-5>。1997年1月，首届基于Internet的远程监控诊断工作会议由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办，有来自30个公司和研究机构的50多位代表到会。会议主要讨论了有关远程监控系统开放式体系、诊断信息规程、传输协议及对用户的合法限制等，并对未来技术发展作了展望由斯坦福大学和麻省理工学院合作开发基于Internet的下一代远程监控诊断示范系统，这项工作同时也得到了制造业、计算机业和仪器仪表业的Sun、HP、Boeing、Intel、Ford等12家大公司的热情支持和通力配合。之后，由这些公司共同推出了一个实验性的系统Testbed。Testbed用嵌入式Web组网、用实时JAVA和Bayesian Net初步形成在Internet范围内的信息监控和诊断推理。另外，许多国际组织，如MIMOSA(Machine Information Management Open System Alliance)、SMFPT (Society for Machinery Failure Prevention Technology)、COMADEM (Condition Monition an Engineering Management)等，也纷纷通过网络进行设备监控与故障诊断咨询和技术推广工作，并制定了一些信息交换格式和标准。许多大公司也在他们的产品中加入了Internet的功能，如Bentley公司的计算机在线设备运行监测系统DataManager200可以通过网络动态数据交换(NetDDE)的方式向远程终端发送设备运行状态信息；著名的National Instruments公司也在它的产品LabWindows/CVI
以及LabVIEW中加入了网络通讯处理模块[6>，因而可以通过WWW、FTP、E2mail方式在网络范围内进行监控数据的传送。法国。ALARM。研究组对生产过程的智能报警和监控系统进行了长期研究，并在多个项目中进行了应用。
    国内对于远程监控技术也开展了积极的研究目前，西安交大、华中科技大学、哈尔滨工业大学、南京理工大学等高校已取得了较为先进的研究成果如西安交通大学研制的。大型旋转机械计算机状态监测系统及故障诊断系统RMMD、华中科技大学开发的汽轮机工况监测和诊断系统KBGMD、哈尔滨工业大学的微计算机化机组状态监视与故障诊断专家系统MMMDES等。
4、前景和展望
    计算机领域经历了一场新的革命，它结合了现代控制技术、图形技术，其目标是随时随地为人们提供无缝的、高质量的、易用的、廉价的信息资源，使其能真正进入人们的生活。计算机监控系统的技术水平也从初期的模拟信息传输与控制飞速发展到了数字化、网络化信息传输与控制。
目前远程监控技术的主流是应用Internet技术，在TCP/IP协议和WWW规范的支持下，合理组织软件结构，使工作人员通过访问网络服务器来迅速获取自己权限下的所有信息并及时做出响应将来，嵌入式系统的发展会越来越迅速，越来越成熟，这项新技术迟早必将用于远程监控系统上，是监控系统未来发展方向之一。嵌入式监控系统可以使信息实现本地化处理，改善服务器性能，可以使每一个设备具备上网与服务功能，即每一个设备都可以独立进行服务，从而大大提高监控的质量和范围。
    网络通信技术在测控系统中的应用还渗透到了传感器领域，将网络接口芯片与智能传感器集成起来，并把通信协议固化到智能传感器的ROM中，导致了网络传感器的产生[8>。网络传感器继承了智能传感器的全部功能，并且能够和计算机网络进行通信，因而在现场总线控制系统中得到了广泛的应用成为现场级数字化传感器。国外有不少仪器公司己研制出了各种各样的网络化传感器。国内在网络传感器方面的研究尚处于原理研究阶段，还没有成型的网络化传感器出现。
    监控技术的发展始终与最新技术的发展息息相关，使用者不断对远程监控的简便性及实时性提出了更高的要求。因此必须要更好地、更及时地应用最新技术，这样才能使得远程监控不断地发展，不断地满足人们的需求。

系统分类:	SCADA
用户分类:	美文共赏
标签:	远程监控 SCADA 趋势
来源:	整理

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MOXA闪亮水立方

发表于 2008-8-4 16:32:08

MOXA闪亮水立方

傅昆

作为2008奥运会的重要赛事场馆，国家游泳中心（“水立方”）堪称现代建筑史上的一颗明珠。水立方总建筑面积65,000~80,000m²，与中轴线另一侧的国家体育场遥相呼应、相得益彰，以和谐的面貌把主场区的气氛推向高潮。水立方现可容纳座席17,000个，2008奥运会的游泳、跳水、花样游泳、水球等重要水上赛事将都在这里举行，并且赛后它将成为北京最大的、具有国际先进水平的多功能游泳、运动、健身、休闲中心，成为奥林匹克运动留给北京的宝贵遗产和北京城市建设新亮点。

在建筑照明和灯光景观方面，晶莹剔透、变幻莫测的水立方更是成为最先进的灯光控制技术的“集大成者”，而来自MOXA这一工控民族品牌的网络通讯产品则成为了“集大成”过程中的重要功臣。

满足严格的照明控制要求

就一个大型建筑而言，在灯光方面首先是要满足其内部照明的必备功能需求，其次才是景观灯光点缀。作为奥运会主要的比赛场馆，水立方对于内部照明的控制与通讯有着非常严格的要求。主要体现在：

l 网络具有冗余的能力，某处网络出现故障时，能够切换到备份路径，不影响通讯。

l 水立方的运营时间很长，要求交换机要具有很长的MTBF时间。

l 北京的温度变化很大，要求设备支持宽温操作。

水立方的照明控制系统结构如图所示：网络全部采用双网冗余架构，在逻辑上从底至上依次可分为设备层、汇聚层和核心层三层，而MOXA的一系列以太网交换机产品则应用在这个网络各个层次上。

首先，在现场终端的灯光控制器部分，采用了MOXA的188台EDS-316-T16口非网型以太网交换机，主要负责连接现场的LED灯光控制器，控制灯的开关和颜色。这款交换机专为恶劣的工业环境设计，符合FCC、TüV、UL及CE标准，通过了100％的烧机测试，满足了现场控制严格的可靠性要求，并且内嵌的智能报警功能，可以帮助系统维护与监控网络的运行状况，具有很好的智能化通讯能力。

其次，作为现场与中央监控室的连接部分，照明控制网络的汇聚层应用了MOXA的16台EDS-516A-MM-SC16口网管型冗余以太网交换机，主要用于连接现场层和核心层，一方面向下与EDS-316-T进行双绞线连接，另一方面向上与EDS-726进行多模光纤连接，通讯速率为100Mbps

在最上层的核心层部分，采用了MOXA的高端产品——两台EDS-72624+2G模块化千兆冗余以太网交换机，负责连接汇聚层的EDS-516A-MM-SC和服务器。

据系统的集成商介绍，水立方照明系统控制项目选择MOXA的产品，主要因为MOXA的工业以太网交换机所具备安全可靠性和环境适应性。例如这些产品都通过了国际UL、IEC，国内CE 、海事认证DNV、GL等众多认证；其操作适应-40--75℃的宽温环境和5%-95%的相对湿度环境，平均无故障时间MTBF达240,000小时，无风扇的工业设计还降低了设备能耗和噪音。

简化复杂的灯光景观控制

相对于一般建筑，水立方还有对建筑外观的艺术灯光景观要求。每当夜色降临，五彩缤纷，晶莹夺目的水立方的背后，是一个包含了40多万支LED，50万粒大功率发光二极管和3.7万套专用景观灯具，近6万个结点的庞大控制网络，也是世界上最大的LED艺术灯光工程。

在如此庞大的灯光控制网络中，通讯无疑是最为重要的。作为典型的串口设备，大量的LED灯光控制器需要进行与上层以太网进行通讯，以便实现分布集中式的监督与控制。对此，世界级串口设备联网专家——MOXA的嵌入式模块在简化设备联网和简便安装过程中发挥了重要作用。

负责对该项目进行系统集成的某景观工程公司的工程师介绍说，他们选用了MOXA的NE4100T-T嵌入式设备联网模块作为通讯设备。该模块内建的TCP/IP通讯协议可以轻松地将串口设备联网，不需要花大量的时间与精神编写TCP/IP通讯协议。同时，这款模块�

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