DCS通訊與軟測量技術的研究

電子通信論文編號:TX121  字數:43224.頁數:59   

目錄
摘  要   1
ABSTRACT   2
第一章  緒論   5
1.1  過程控制的發展與研究現狀   5
1.2  過程控制技術的發展趨勢   7
1.3  軟測量技術  8
1.4  工業過程優化控制的研究進展  8
1.5  本文主要內容   10
第二章  異種計算機系統之間通訊及數據采集  10
2.1  引言   10
2.2  DeltaV系統的特點  11
2.2.1主要硬件配置  11
2.2.2控制網絡采用工業以太網   12
2.2.3控制器卡件的智能化－即插即用  12
2.2.4出色的控制器冗余設計  12
2.2.5功能強大、靈活方便的組態[21]     12
2.2.6獨特的報警 12
2.2.7現場總線接口  13
2.3  通訊方案  14
2.3.1 DeltaV DCS結構  14
2.3.2 DeltaV DCS與PC LAN通訊方案  15
2.4  通訊軟件設計  15
2.4.1 Professional Plus工作站上CL語言的編程   15
2.4.2通訊工作站上程序設計及通訊系統的應用  17
2.5  軟件編程實現  19
2.5.1 Professional Plus工作站上CL語言的具體編程   19
2.5.2通訊站上的程序實現  19
2.6  結束語  21
第三章  軟測量技術及其應用  22
3.1  引言   22
3.2  軟測量技術  22
3.2.1輔助變量   22
3.2.2數據預處理   23
3.2.3軟測量模型的建立  24
3.2.4軟測量模型在線校正  27
3.3  軟測量工程設計  28
3.4  丁二烯裝置萃取精餾塔中反丁烯-2的軟測量應用[44  29
3.4.1工藝流程簡介  29
3.4.2輸入變量的選擇及數據處理   30
3.4.3軟測量模型及測試結果    30
3.5  軟測量技術的發展趨勢  31
第四章  過程控制系統中的OPC技術   31
4.1  引言  31
4.2  OPC技術的發展   32
4.2.1傳統的數據訪問方式   32
4.2.2 OPC的數據訪問方式   33
4.3  主體框架   33
4.3.1 OPC對象和接口  33
4.3.2 OPC數據存取（Data Access）規范   36
4.3.3 OPC報警與事件（Alarm and Event）規范[53  37
4.3.4 OPC歷史數據存取（Historical Data Access）規范[54]   37
4.4  OPC技術的特點   37
4.4.1標準化  37
4.4.2分布式   38
4.4.3開放性   38
4.5  OPC與DDE的比較   39
4.6  應用程序于服務器連接示例  40
4.7  OPC技術在DeltaV系統中的應用  40
4.8  OPC技術的最新進展及發展方向   41
第五章  丁二烯精餾裝置先進控制系統的設計與實現   42 
5.1  丁二烯精餾裝置概況   42
5.1.1生產方法   42
5.1.2工藝技術路線  43
5.1.3生產原理  43
5.1.4工藝流程  44
5.2  軟測量模型的建立  46
5.2.1數據的預處理  46
5.2.2多元線性回歸分析法  47
5.2.3多元逐步回歸分析法  49
5.3  軟測量模型的在線校正   51
5.4  軟測量模型在DeltaV DCS上的實現   52
5.4.1回路的改造  52
5.4.2模型在DeltaV DCS上的實現  54
5.5  結束語   57
參考文獻  57

摘  要

近年來，隨著市場競爭的日益加劇和環保要求的不斷提高，迫切要求企業從有限的資源中不斷挖掘潛力，提高經濟效益，這給過程控制和過程優化提出了新的要求，從而也對過程建模提出了更高的要求。
一切工業生產的目的都是為了獲得合格的產品，質量控制成為所有控制的核心。為了實現良好的質量控制，就必須對產品質量或與之相關的重要過程變量進行嚴格控制。由于在線分析儀表不僅價格昂貴，而且分析儀表滯后大，最終將導致控制系統的性能下降，從而難以滿足生產要求。例如石油化工生產中精餾塔產品成分、塔板效率、反應器中反應物濃度、轉化率等參數。為解決這類變量的測量問題，軟測量技術得到了很大的發展。
本文對軟測量技術進行了深入的研究與探討，在此基礎上利用多元線性回歸、多元線性逐步回歸、人工神經網絡等方法來建立數學模型，并結合揚子石化丁二烯裝置優化改造項目，在Fisher-Rosemount公司的DeltaV DCS上成功實現了基于軟測量模型的先進控制系統。
本文的主要研究工作概括如下：
（1）首先對過程控制的發展和研究現狀做了論述。對現有的研究成果進行了分析和闡述，并指出了理論研究與實際應用中所存在的困難。
（2）揚子石化公司丁二烯生產裝置配套的DeltaV DCS沒有選擇與管理計算機系統的通訊接口。以Fisher-Rosemount公司的DeltaV DCS與PC LAN的數據傳輸為例，介紹了相應技術、實現方法及其應用。我們設計一套DeltaV DCS與PC機通訊方案，用于實時采集生產過程現場數據，并把DCS中的生產工藝數據存入數據庫中。
（3）針對數據庫中的數據我們采用多元線性回歸、多元線性逐步回歸、人工神經網絡等方法來建立相應的數學模型。
（4）OPC（OLE for Process Control）是微軟公司的對象鏈接和嵌入技術在過程控制方面的應用，為工業自動化軟件面向對象的開發提供一項統一的標準。OPC的目的是為工廠底層設備或控制室數據庫中大量數據源之間的通信提供一種標準的通信機制。
（5）利用DeltaV DCS這個開發平臺，進行組態和下裝模型，從而達到先進控制要求。

關鍵詞  軟測量  線性回歸  人工神經網絡  DeltaV DCS  OPC （OLE for Process Control）

ABSTRACT

Recently, with the becoming severely market competition and environment requirements force companies to improve their productivity and efficiency, which poses new requirements on process control and process optimization, as a result, more severe requirements are posed on process modeling.
All industries’ purposes are getting the eligible product. The core of all controls is quantity control. In order to achieve good quantity control, we should control product quantity or correlative process variable severely. On-line analysis instruments have several disadvantages including costly price, great lag etc., which lead to descend of control system’s performance and can’t meet production requirements. For example, in order to solve these variables measure such as distillation tower production component、tray efficient、reactant concentration、conversion and so on in petrochemical produce. Soft sensor technique has greatly developed.
Soft sensor technique has been studied and discussed in this dissertation deeply. Apply multivariable linear regression、multivariable step-wise regression and artificial neural networks to establish mathematical model, and realize the advanced process control system in Fisher-Rosemount DeltaV DCS.
The research works can be summarized as follows:
(1) Discuss the development and research of process control firstly. Analyze and expatiate the existing production.
(2) Without the communication interface between DeltaV DCS and Supervise Computer, we design a scheme of communication system between DeltaV DCS and PC, and then apply it to access process data, and then deposit them to database.
(3) Make use of  multivariable linear regression、multivariable step-wise regression and artificial neural networks and so on to establish corresponding mathematical model.
(4) OPC（OLE for process control）,which is the application of Microsoft’s Object Linking and Embedding technology in process control system, provides a unified standard for Object-Oriented Design in industrial automation software. A standard mechanism for communicating to numerous data sources, either devices on the factory floor, or a database in a control room is the purpose for OPC.
(5) Use the flat development of DeltaV DCS to configure、download and realize the model arithmetic in DeltaV DCS to achieve advanced process control.

KEYWORDS  soft sensor，linear regression，ANN，DeltaV DCS，OPC