CN104714492A - 制糖生产过程柔性控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制糖生产过程柔性控制系统，包括有上位机（IPC)、可编程控制器（PLC)及协议转换模块、前控机智能模块、智能变送模块，通过CAN总线接口连接在一起，构成不依赖上位机的生产过程柔性控制系统。本发明是基于全新DCS系统结构，不依赖上位机的柔性管控一体化控制系统,将自控系统的运行可靠性、软硬件组态灵活性、开放性提高到一个新的水平，对制糖生产过程工艺控制提高，具有显巨作用，可推动制糖生产企业全面实现信息化。
Description
技术领域
本发明属于工业自动控制领域，特别是一种制糖生产过程柔性控制系统。
背景技术
随着工业生产过程自动控制技术的普及应用，对系统可靠性、灵活性、可扩展性的要求越来越高，除现场传感器、执行器外，系统总体结构及具体控制单元的构成功能成为系统可靠性、实用性的关键。目前DCS控制系统是由仪表控制发展起来的，由上位机与现场控制仪表或前控机相连，现场仪表仅控制一个过程参数，而前控机則控制着生产线的某几段工艺过程或几个对象。前者如果脱离上位机难以对一个局部过程执行完善的控制，或对于一个对象的控制结构过于繁琐；后者由于控制范围较大，如果前控机一旦发生故障，将造成较大面积的失控。由于前控机一般控制着几个对象或一段工艺过程，当其发生问题时会造成较大面积的失控，故障恢复需要较长时间，给生产带来不便和损失。由PLC与上位机构成的系统，问题更加突出，虽然PLC可靠性很高，但如果CPU模块发生故障，将导致整个系统瘫痪。此外，传统DCS系统还存在现场接线繁杂、维护较困难等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于全新DCS系统结构的制糖生产过程柔性控制系统。
本发明目的由以下技术方案完成：
本发明制糖生产过程柔性控制系统，主要包括有上位机（IPC)、可编程控制器（PLC)及协议转换模块、前控机智能模块、智能变送模块，通过CAN总线接口连接在一起，构成不依赖上位机的生产过程柔性控制系统，其中，
智能变送模块通过自身输入隔离通道实时采集现场模拟量，开关量信号和通过自身输出隔离通道输出模拟量和开关量信号和通过自身隔离CAN总线与上位机交换信息，独立完成对某个局部过程的控制或某个控制对象工艺过程控制，
前控机智能模块可以与某一生产环节的必要的传感器、执行器相连，独立完成该环节生产过程控制。前控机智能模块可以与控制对象的传感器、执行器相连。前控机智能模块可以与智能变送模块相连，在有严重干扰源的系统中，通过单通道智能隔离变送模块采集传感器信号或输出控制信号，实现控制系统冗余输入输出连接。前控机智能模块与所述协议转换模块连接，实现CAN总线协议到PR0FIBUS协议的转换，通过PROFIBUS总线与PLC相连。
本发明系统具有如下优点：
过程对象或关键控制点由智能模块独立完成，具备数据记录功能。当某模块发生故障时仅在短时间影响对应控制或监测对象，由于模块互换性好、接线简单明了、使故障恢复时间变的极短。这样便极大的提升了系统的可靠性。内嵌专门针对实际应用而设计的软件及控制算法。通过外部参数设置可对流量、压力、温度、液位、密度、速度等变量进行 选择控制，实现灵活的软件组态和控制适应性。符合实际操作需求的人机界面，使操作简便灵活，易于掌握。对于不同控制要求，通过IPC与智能模块的不同组合构成相应的专门控制系统。也可通过协议转换模块可实现IPC与PLC再到智能模块的连接。从而实现灵活的硬件组态。带有LED显示功能的智能变送器、操作器作为控制参数的冗余显示，在应急手动时作为操作参考。由智能控制模块和智能变送模块构成双重信号通道隔离，对于严重的信号干扰源（如变频器等）产生极好的隔离效果，将信号通道互扰降到最低。
本发明是基于全新DCS系统结构，不依赖上位机的柔性管控一体化控制系统,将自控系统的运行可靠性、软硬件组态灵活性、开放性提高到一个新的水平，对制糖生产过程工艺控制提高，具有显巨作用，可推动制糖生产企业全面实现信息化。
附图说明
图1控制系统基本结构示意图；
图2为图1中多通道模拟量智能控制模块内部结构框图：
图3为图1中多通道开关量智能控制模块内部结构框图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明特作进一步详细说明：
实施例，本发明制糖生产过程柔性控制系统，主要包括有：由上位机（IPC)、可编程控制器(PLC)及协议转换模块、前控机智能模块、智能变送模块通过自身的CAN工业现场总线接口连接在一起，构成完善的不依赖上位机的柔性管控一体化控制系统；所述的智能模块通过自身输入隔 离通道实时采集现场模拟量和开关量信号和通过自身输出隔离通道输出模拟量和开关量信号和通过通过自身隔离CAN总线与上位机交换信息,独立完成对某个局部过程的控制或某个控制对象工艺过程控制:所述的前控机智能模块可以与某一生产环节的必要的传感器、执行器相连，独立完成该环节生产过程控制；前控机智能模块还可以与某一控制对象的所有必要的传感器、执行器相连；在存在严重千扰源的系统中，前控机智能模块可以与智能变送模块相连，通过单通道智能隔离变送模块采集传感器信号或输出控制信号，实现控制系统冗余输入输出连接；在开关量控制点较多的系统中，前控机智能模块可以与协议转换模块连接实现CAN总线协议到PROFIBUS(符合欧洲标准的工业通讯协议）协议的转换，通过PR0FIBUS总线与PLC相连。
1、系统输出输入：
模拟量输入通道:现场传感器产生的（压力、流量、温度、密度等）信号可通过两条途径输入：
（1）、连接到智能隔离变送模块的万能输入端AI-101。该类模块本身具备对采样值显示、参数输入等功能，经内嵌智能单元转换、放大、非线性校正、隔离后变为标准输出信号A0～101(4-20MA或0-5V或0-10V等）及CAN总线信号（输入冗余结构)。前者送入前控机模拟量智能模块输入端AI-201,后者通过自身的CAN接口送入系统总线。（参见图1的虚线部分）。
（2）、直接连接到前控机模拟量智能模块的万能输入端AI-202。前控机模拟量智能模块内嵌针对专门用途的控制软件，具备对输入参数变换、 调理、运算、记录、显示等功能。经其处理的数据通过CAN接口将信号送入系统总线。模拟量输出通道:前控机模拟量智能模块（J1DCS-ASM、J1DCS-ASW)产生总线通讯信号的同时也形成标准模拟量输出信号A0～201、AG-202(4-20MA或0～5V或0-10V)直接控制现场执行器(变频器、调节阀等)或送入智能隔离变送模块JWDCS-SOK输出冗余结构)的AI-102端，再由该模块隔离后由AQ-102输出，控制现场执行器产生控制动作。
（3）、开关量输入通道:现场设备（电机、泵、阀等）运行状态（位置）通过输入隔离单元进入前控机开关量智能模块的输入端DI-201,该模块将各设备运行状态实时显示于液晶屏并通过模块自身的CAN接口将运行状态上传到总线。
（4）、开关量输出通道:前控机开关量智能模块输出端D0-201连接到驱动部分（如继电器等)，驱动现场设备（电机、泵、两等)。依据控制、报瞥、互锁逻辑等工艺要求控制这些设备的运行，该模块将各设备控制状态实时显示于液晶屏通过模块自身的CAN接口将其上传到总线。
2、系统CAN总线：
系统各前控机模块与上位机IPC或PLC连接的纽带，上位机通过它与系统其他部分实现数据交换。
3、系统管理单元：
上位机IPC是系统的管理单元，通过系统CAN总线与系统其它各部分相连，构成完整的自控系统。上位机一般由工业控制计算机（IPC)担任，在windows环境下运行自行设计的管理程序，完成与前控机实时通 讯，数据显示、记录、报表打印、支持对系统手动控制操作、LAN及INTERNET远程监测等。具有良好的人机界面。
4、系统控制组态变化：
柔性控制系统在其总体结构不变的情况下，对于不同的应用场合，派生出以下3点所述的具体组态变化，可满足中小型自动化生产线工艺过程控制的大部分要求。
⑴、冗余隔离输入输出组态：如前所述，工业现场信号既可以先经过智能变送模块隔离、调理后送入前控机智能模块，也可以直接送入前控机智能模块；输出控制信号也是如此。
当系统中控制设备包含有变频器等强干扰源时，前一种连接可有效的克服其对输入信号的干扰及各信号通道间的互扰。同时由于智能变送模块配备了LED显示器，在系统发生故障时，操作人员仍可根据其显示值进行手动模拟量控制操作。提高了系统的实用性。
（2）、高度可靠的一对一DCS监控组态：由于前控机智能模块内嵌专门控制软件、数据记录功能、独立输出输入通道，在控制过程中仅担任某一个环节的控制或一个对象的控制任务，因此，可以不依赖上位机独立完成控制，使系统总体可靠性得到很大的提升。
（3）、包含PLC的低成本、高可靠性混合DCS监控组态。利用PLC对开关量控制的优势同时最大限度降低控制系统成本。
在此模式下，开关量控制由PLC完成，模拟量采样及控制由模块完成。模块通过协议转换模块与具有其它协议的PLC通讯。
由以上叙述可以看出，根据不同需要，系统组态灵活多变，可大可小、 可简可繁。系统上位机可由IPC担任。但IPC仅作为管理机完成实时数据及历史数据管理、参数及曲线显示、打印、屏幕操作等，不参与控制。前控机模块本身具有数据连续记录功能，因此上位机可任意时刻在线或离线，也不需要双机冷备或热备。
Claims (4)
1.一种制糖生产过程柔性控制系统，其特征是，包括有上位机（IPC)、可编程控制器（PLC)及协议转换模块、前控机智能模块、智能变送模块，通过CAN总线接口连接在一起，构成不依赖上位机的生产过程柔性控制系统，其中，
所述的智能变送模块通过自身输入隔离通道实时采集现场模拟量和开关量信号和通过自身输出隔离通道输出模拟量和开关量信号和通过自身隔离CAN总线与上位机交换信息，独立完成对某个局部过程的控制或某个控制对象工艺过程控制，
所述的前控机智能模块可以与某一生产环节的必要的传感器、执行器相连，独立完成该环节生产过程控制。
2.根据权利要求1所述的制糖生产过程柔性控制系统，其特征在于所述前控机智能模块可以与控制对象的传感器、执行器相连。
3.根据权利要求1所述的制糖生产过程柔性控制系统，其特征在于所述前控机智能模块可以与所述智能变送模块相连，在有严重干扰源的系统中，通过单通道智能隔离变送模块采集传感器信号或输出控制信号，实现控制系统冗余输入输出连接。
4.根据权利要求1所述的制糖生产过程柔性控制系统，其特征在于所述前控机智能模块与所述协议转换模块连接，实现CAN总线协议到PR0FIBUS协议的转换，通过PROFIBUS总线与PLC相连。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105242652A (zh) * | 2015-10-22 | 2016-01-13 | 林树仁 | 以甘蔗为原料生产医药无水结晶果糖的dcs控制系统 |
-
2013
- 2013-12-11 CN CN201310674539.0A patent/CN104714492A/zh active Pending
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|---|---|---|---|
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20150617 |