CN207319058U - 一种流程工业控制回路性能监控与整定系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种流程工业控制回路性能监控与整定系统，包括DCS系统、数据采集单元、数据单向隔离单元、数据存储与计算单元、人机交互单元、报警单元、数据发送单元以及远程监控终端，所述DCS系统依次与数据采集单元、所述数据单向隔离单元、数据存储与计算单元、人机交互单元连接、报警单元以及数据发送单元连接。该系统可实先生产企业管层与现场管理人员对控制回路性能的实时监控，使得现场生产管理人员和企业管理层都能够实时掌握生产过程中各个控制回路的控制性能情况，确保企业生产质量与能效，同时也避免了生产运行过程中因控制回路性能底下而出现的被控参数波动大、响应时间长等控制问题，可明显提高企业的生产质量和经济效益。

Description

一种流程工业控制回路性能监控与整定系统

技术领域

本实用新型涉及流程工业领域，具体地说，是涉及一种流程工业控制回路性能监控与整定系统。

背景技术

目前，DCS监控系统已经在流程工业领域得到了广泛的应用，其在流程工业领域内的应用极大地提高了生产自动化水平和生产安全性。DCS系统在流程工业领域主要是通过控制策略实现生产过程的自动化。例如，在火力发电过程中，总风量控制回路主要是依据负荷变化、总风量实际值、风量设定值以及送风机变频指令等实现机组总送风量的控制，进而实现燃烧调整的目的，以满足外界电负荷需要的蒸汽数量和合格的蒸汽品质，从而保证锅炉运行的安全性和经济性。

流程工业生产过程存在大量的控制回路，这些控制回路从根本上控制着整个生产过程的高效安全运行。以600兆瓦火力发电机组为例，整个生产流程涉及大约160多个控制回路，只有这些控制回路的正常高效运行才可确保机组高效运行，而当前在火力发电过程中应用的控制回路有大约90％的控制性能不能满足要求，严重制约了机组的经济高效运行。目前，流程工业中普遍的做法是当某个控制回路的性能下降极为严重，已经明显影响正常生产时，生产单位才组织技术力量或请外部专家依靠人为经验辅助以试验方式对该回路进行优化整定，否则默认控制回路的控制性能良好，可以满足生产控制要求。然而对于一些回路中的安全隐患、参数小幅度异常却不能及时发现。因此，这种被动的控制回路性能监控方式极大地损害了企业生产效益，同时也降低了生产质量与生产能效。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种流程工业控制回路性能监控与整定系统，该系统可实现对控制回路性能的实时监控，使得生产管理人员能够有效的掌握生产过程中各个控制回路的控制性能，确保生产质量与能效，同时也避免了生产运行过程中出现的被控参数波动大、响应时间长等问题，有利于提高企业生产经济效益。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种流程工业控制回路性能监控与整定系统，该系统包括DCS系统、数据采集单元、数据单向隔离单元、数据存储与处理单元以及人机交互单元，所述DCS系统依次与数据采集单元、数据单向隔离单元、数据存储与计算单元、人机交互单元、报警单元、数据发送单元以和远程监控终端连接，所述数据采集单元将自DCS系统采集到的数据依次经过数据单向隔离单元传送至数据存储与计算单元进行数据的存储和计算处理，所述数据存储与计算单元通过所获得的控制回路实时数据进行控制回路性能监控计算，之后将控制回路性能监控结果的数据信息传送至人机交互单元处、报警单元以及数据发送单元，通过人机交互单元现场生产管理人员可对生产运行状况进行查看，报警单元可实现对控制回路性能的报警监控。远程监控终端实现了生产企业管理层对生产状况的直接监控。同时，若存在控制回路性能异常信息，数据存储与计算单元可对性能不佳的控制回路给出整定与优化的具体数值建议，生产管理人员可通过人机交互单元进行异控制回路查看，同时可根据具体情况参考系统整定结果进行控制回路整定，或对控制回路进行线路排查。

进一步的，所述数据采集单元、数据单向隔离单元、数据存储与计算单元之间通过无线信号传输单元连接，所述无线信号传输单元包括分别位于所述数据采集单元、数据单向隔离单元、数据存储及计算单元、数据发送单元的无线网卡，所述人机交互单元通、报警单元与数据发送单元通过数据线与所述数据存储与计算单元连接。

进一步的，所述数据采集单元包括数据采集卡，所述数据采集单元依据控制回路的设定值、测量值、控制信号以及干扰变量的测点名称对控制回路的数据进行等时间间隔采集，并将所采集到的数据信息通过所述无线信号传输单元传送至所述数据单向隔离单元。

进一步的，所述数据采集单元依据所述控制回路的设定值、测量值、控制信号以及干扰变量的测点名称进行测点数据的采集，所述数据采集单元包括数据采集卡，所述数据采集卡与所述DCS系统连接。

进一步的，所述数据单向隔离单元包括用于单向数据信号接收的第一以太网光纤卡、用于单向数据信号发送的第二以太网光纤卡以及用于连接所述第一以太网光纤卡和第二以太网光纤卡的光纤线，所述第一以太网光纤卡只有接收端口，所述第二以太网光纤卡只具有发送端口，所述接收端口与所述发送端口通过单条光纤线连接，通过2块以太网光纤卡的配合，实现了数据的单向传输隔离。

进一步的，所述数据存储与处理单元包括中央处理器、缓存器、储存器以及输入输出模块，所述缓存器、储存器和输入输出模块均与所述中央处理器连接。

进一步的，所述人机交互单元包括用于人工操作及进行数据显示的触屏显示器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型实现了对控制回路控制性能的日常化监控，使得生产管理人员能够有效掌握生产过程中各个控制回路的控制性能，确保了生产质量与生产能效。

(2)本实用新型实现了控制回路性能的日常监控与整定优化，避免了生产运行中出现的被控参数波动大、响应时间长等问题，克服了以往被动监控控制回路性能的缺点，提高了生产过程运行的经济效益。

(3)本系统可对控制性能不满足要求的控制回路自动进行整定优化，既提高了控制回路整定优化的科学性，也避免了技术人员或专家依靠个人经验对控制回路进行整定试验给生产带来的干扰。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1是本实用新型的连接结构图；

其中：1-DCS系统，2-数据采集单元，3-数据单向隔离单元，4-数据存储与计算单元，5-人机交互单元，6-报警单元，7-数据发送单元，8-远程监控终端。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下述实施例为本申请的一种典型的实施方式，如图1所示，

一种流程工业控制回路性能监控与整定系统，该系统包括数据采集单元、数据单向隔离单元、数据存储与处理单元、人机交互单元、报警单元、数据发送单元以及远程监控终端。所述DCS系统依次与数据采集单元、所述数据单向隔离单元、数据存储与计算单元以及人机交互单元连接、报警单元、数据发送单元和远程监控终端进行连接，所述数据采集单元将自DCS系统采集到的数据依次经过数据单向隔离单元传送至数据存储与处理单元进行数据的存储和处理，所述数据存储与计算单元将处理后的数据信息传送至人机交互单元处，以方便生产管理人员对现场运行状况进行查看，同时，若存在控制回路性能不满足控制要求的情况，报警单元将产生声光报警信息，提示生产管理人员进行控制回路查看，生产管理人员可通过人机交互单元进行异常控制回路信息的来源定位，以便及时对控制回路进行线路排查和整定。同时，数据存储与计算单元将控制回路性能监控信息通过数据发送单元传递给远程监控终端，，便于生产单位管理层进行远程控制性能监控。此外，数据存储与计算单元也可以自动对控制回路进行整定和优化，并将整定与优化结果进行存储，以便生产管理人员进行调阅参考。

所述数据采集单元、数据单向隔离单元以及数据存储与处理单元之间通过无线信号传输单元连接，所述无线信号传输单元包括分别位于所述数据采集单元、数据单向隔离单元、数据存储及处理单元的无线网卡，所述人机交互单元通过数据线与所述数据存储与计算单元连接，所述报警单元通过数据线与数据存储与计算单元进行连接，实现控制回路性能监控报警，所述数据发送单元通过数据线与所述数据存储与计算单元连接，将控制回路性能监控结果发到远程监控终端。

所述数据采集单元包括数据采集卡，依据控制回路的设定值、测量值、控制信号以及干扰变量的测点名称对控制回路的数据进行等时间间隔采集，并将所采集到的数据信息通过所述无线信号传输单元传送至所述数据单向隔离单元。

所述数据单向隔离单元包括用于单向数据信号接收的第一以太网光纤卡、用于单向数据信号发送的第二以太网光纤卡以及用于连接所述第一以太网光纤卡和第二以太网光纤卡的光纤线，所述第一以太网光纤卡只有接收端口，所述第二以太网光纤卡只具有发送端口，所述接收端口与所述发送端口通过单条光纤线连接，通过2块以太网光纤卡的配合，实现了数据的单向传输隔离。

所述数据存储与处理单元包括中央处理器、缓存器、储存器以及输入输出模块，所述缓存器、储存器和输入输出模块均与所述中央处理器连接。

所述人机交互单元包括用于人工操作及进行数据显示的触屏显示器。

本实用新型的工作流程为：

第一步，梳理生产过程中所有PID控制回路，并依据DCS系统1中的控制器参数以及模型结构重新构造控制器模型，并将各个控制模型与其对应的SP(设定值)、OP(测量值)、PV(控制信号)、DV(干扰变量)等测点信息相关联，将所完成的控制模型与测点信息按照固定格式导入并存储到数据存储与处理单元4。

第二步，数据采集单元2根据第一步中所确定的测点信息以OPC方式与现场的DCS系统1相连接，以采样周期1秒来获取实时过程数据，并将采集到的实时过程数据发送给数据单向隔离单元3。

第三步，所述数据单向隔离单元3通过单向接收以太网光纤卡与单向发送以太网光纤卡相互配合实现数据的单向传输隔离，并由单向发送以太网光纤卡将数据发送到存储到数据存储与处计算单元4。

第四步，数据存储与计算单元4依据所述数据单向隔离单元3发送的实时数据所保存的历史数据，定时进行第一步中所梳理的控制回路的性能评价，并给出确切的量化评价结果，以到达控制回路性能监控的目的。当某一PID控制回路性能低于指定标准时，报警单元6发出声光报警，提示生产管理人员进行控制回路查看。同时系统自动对该控制回路进行整定优化，并将整定优化结果进行存储，供生产管理人员进行调阅。

第五步，数据存储与计算单元4将控制回路性能监控结果发送到人机交互单元5和信息发送单元7。生产管理人员通过人机交互单元进行控制回路性能监控，信息发送单元将控制回路性能监控结果通过无线连接发送到远程监控终端8，供生产单位管理层进行生产监控。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种流程工业控制回路性能监控与整定系统，其特征在于：包括DCS系统、数据采集单元、数据单向隔离单元、数据存储与计算单元、人机交互单元、报警单元、信息发送单元和远程监控终端，所述DCS系统依次与数据采集单元、所述数据单向隔离单元、数据存储与计算单元、人机交互单元、报警单元以及信息发送单元进行连接，所述数据采集单元将自DCS系统采集到的数据依次经过数据单向隔离单元传送至数据存储与计算单元进行数据的存储和计算处理，所述数据存储与计算单元将计算后所获得的控制回路性能监控信息传送至人机交互单元处、报警单元和信息发送单元；现场生产管理人员通过人机交互单元和报警单元实现对控制回路性能的现场监控，同时可通过人机交互单元对控制回路进行整定；信息发送单元将控制回路性能监控信息发送到远程监控终端，供生产企业管理层人员进行控制回路性能监控，实现企业管理层对控制回路的性能监控。

2.根据权利要求1所述的一种流程工业控制回路性能监控与整定系统，其特征在于：所述数据采集单元、数据单向隔离单元以及数据存储与计算单元之间通过无线信号传输单元连接，所述无线信号传输单元包括分别位于所述数据采集单元、数据单向隔离单元、数据存储及计算单元的无线网卡，所述人机交互单元，报警单元通过数据线与所述数据存储与计算单元连接。

3.根据权利要求2所述的一种流程工业控制回路性能监控与整定系统，其特征在于：所述数据采集单元包括数据采集卡，所述数据采集单元依据控制回路的设定值、测量值、控制信号以及干扰变量的测点名称对控制回路的数据进行等时间间隔采集，并将所采集到的数据信息通过所述无线信号传输单元传送至所述数据单向隔离单元。

4.根据权利要求1所述的一种流程工业控制回路性能监控与整定系统，其特征在于：所述数据采集单元依据所述控制回路的设定值、测量值、控制信号以及干扰变量的测点名称进行测点数据的采集，所述数据采集单元包括数据采集卡，所述数据采集卡与所述DCS系统连接。

5.根据权利要求1所述的一种流程工业控制回路性能监控与整定系统，其特征在于：所述数据单向隔离单元包括用于单向数据信号接收的第一以太网光纤卡、用于单向数据信号发送的第二以太网光纤卡以及用于连接所述第一以太网光纤卡和第二以太网光纤卡的光纤线。

6.根据权利要求1所述的一种流程工业控制回路性能监控与整定系统，其特征在于：所述数据存储与处理单元包括中央处理器、缓存器、储存器以及输入输出模块，所述缓存器、储存器和输入输出模块均与所述中央处理器连接。

7.根据权利要求1所述的一种流程工业控制回路性能监控与整定系统，其特征在于：所述人机交互单元包括用于人工操作及进行数据显示的触屏显示器。

8.根据权利要求1所述的一种流程工业控制回路性能监控与整定系统，其特征在于：所述远程监控终端包括智能手机、平板电脑。