智能工厂控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了智能工厂控制系统，该系统包括智能工厂控制设备、防护安全模块、OPC服务器、过程控制器、现场仪表和操作站。智能工厂控制系统为一种用于流程工业的智能工厂控制系统，采集工厂海量过程数据，从海量的生产操作数据中自动提取出非平稳过程数据，无外加测试信号的前提下直接在线自动辨识闭环系统中的过程模型，对现场装置没有外加干扰，以内模控制为核心基于模型库中的模型集来设计控制器参数，最终完成每条回路PID控制参数的设计。本实用新型专利技术解决了现有技术中的DCS集散控制系统中控制参数整定粗放、鲁棒性差、无法满足系统多种工况需求等问题，实现工厂自动化程度和装置平稳性的提升。

【技术实现步骤摘要】

本技术为智能工厂控制系统，属于石油化工生产控制

技术介绍
近20年，随着石油石化工业的快速发展和不断增长的需求，促进了过程控制系统快速的发展。石油石化工业由一个装置集中控制逐步过渡到联合装置的集中控制，而后发展为设一个中央控制室进行全厂集中控制。DCS自1975年诞生以来，经过了几次更新换代，产品不断发展和完善，在功能上变得更强大，逐步成为石化系统主选的过程控制系统。在此基础上，国内石化工厂从国外大量引进先进过程控制技术，应用的结果收效甚微，大部分先进控制软件应用在验收后就停用了。分析其中的原因，主要有以下问题：(1)这些先进过程控制技术应用过程中，需要对生产装置进行一系列规模很大的试验来获得过程的动态模型，耗费时间且影响装置的正常生产，测试规模有限无法获取完整的过程模型；(2)先进过程控制技术是基于底层控制之上的控制策略，底层常规控制器参数整定还是依靠人工经验摸索，缺乏理论系统性的方法，鲁棒性差，不能及时适应工况或原料组成等变化，底层控制不稳定致使上层的控制及优化难以达到理想效果；(3)软件维护要求的技术水平高、工作量大，而工厂往往缺乏稳定的高水平的技术维护人员，存在不能长期投用的情况。根据石油化工装置的特点和控制要求，结合计算机技术、控制理论和优化技术以及化学工程技术，研究开发了一种石油化工领域智能工厂控制系统，可提升全套石化装置技术水平，改善生产操作，实现石油化工厂的智能一体化控制。基于此，北京世纪隆博科技有限责任公司提出“智能工厂控制系统”的专利申请。
技术实现思路
本技术的目的在于提供了一种用于流程工业的智能工厂控制系统，解决了现有技术中的DCS集散控制系统中控制参数整定粗放、鲁棒性差、无法满足系统多种工况需求等问题，实现工厂自动化程度和装置平稳性的提升。所申请的智能工厂控制系统专利，采集工厂海量过程数据，从海量的生产操作数据中自动提取出非平稳过程数据，无外加测试信号的前提下直接在线自动辨识闭环系统中的过程模型，对现场装置没有外加干扰，以内模控制为核心基于模型库中的模型集来设计控制器参数，最终完成每条回路PID控制参数的设计。为实现上述目的，本技术解决了现有技术中的DCS集散控制系统中控制参数整定粗放、鲁棒性差、无法满足系统多种工况需求等问题，实现工厂自动化程度和装置平稳性的提升。智能工厂控制系统，该系统包括智能工厂控制设备1、防护安全模块2、OPC服务器3、过程控制器4、现场仪表5和操作站6。所述的OPC服务器3通过工业以太网与所述的过程控制器4相连接；所述的OPC服务器3通过工业以太网与所述的防护安全模块2相连接；所述的OPC服务器3，通过工业以太网从所述的过程控制器4上采集数据信息。所述的智能工厂控制设备1，与防护安全模块2连接，通过防护安全模块2从OPC服务器3获取到过程的数据信息，对数据信息进行特定的运算处理后形成所需要的参数。所述的防护安全模块2，主要是通过端口与防护安全系统连接，保护工业以太网络安全，避免病毒侵入。所述的OPC服务器3，与防护安全模块2连接，通过防护安全模块2从所述的智能工厂控制设备1上获取参数，并将所述的参数通过工业以太网传送至所述的过程控制器4。所述的过程控制器4，通过工业以太网与所述的OPC服务器3相连接，经过该过程控制器进行特定的运算处理后形成阀位信号，该阀位信号直接送到所述的现场仪表5，进而对具体过程进行调节。所述的操作站6，通过工业以太网7与所述的过程控制器4相连接，接收并显示智能工厂控制设备1输出的参数。所述的智能工厂控制设备1包括数据采集模块1.1、数据存储模块1.2、数据处理模块1.3、在线自动辨识模块1.4、多模型数据库模块1.5、控制器参数设计模块1.6、仿真与图形显示模块1.7和数据输出模块1.8。所述的数据采集器模块1.1，通过工业以太网从所述的OPC服务器上采集数据信息，并将采集的数据信息发送给所述的数据存储模块1.2；所述的数据存储模块1.2，将过程数据存储在智能工厂控制设备硬盘中，并将存储的数据信息发送给所述的数据处理模块1.3；所述的数据处理模块1.3，就是将现场采集来的数据进行滤波、降噪，并筛选并提取出非平稳过程数据，并将此数据信息发送给所述的在线自动辨识模块1.4；所述的在线自动辨识模块1.4，基于数据处理模块传送的有效数据信息，在不加测试信号的前提下，自动在线辨识闭环系统的过程模型，每个过程对象有多种工况的多个模型，将这些辨识的过程模型全部发送给所述的多模型数据库模块1.5；所述的多模型数据库模块1.5，每个被控对象均有多个时段多种工况的多个模型，形成对应的模型集，对模型进行评价和取舍后形成有效的模型库，将模型库数据发送给所述的控制器参数设计模块1.6和仿真与图形显示模块1.7；所述的控制器参数设计模块1.6，基于所建立的对象辨识模型库来进行内模IMC控制器的设计，在此基础上推算出IMC-PID控制器参数，可直接在DCS上实施，适用于不同工况，扩展了内模控制的鲁棒性，使控制参数长期稳定运行，设计好的参数数据发送到所述的仿真与图形显示模块1.7和数据输出模块1.8；所述的仿真与图形显示模块1.7，分别与多模型数据库模块1.5和控制器参数设计模块1.6相连接，将建立的对象模型及控制器参数设计进行仿真及显示；所述的数据输出模块1.8，与所述的控制器参数设计模块1.6相连接，根据基于模型库设计的控制器输出整个工厂装置所有过程对象的PID控制器参数。与现有技术相比，本技术智能工厂控制系统无需进行现场测试，基于现场的海量生产数据智能捕捉有效信息，直接在线自动辨识闭环系统中的过程模型，不会对生产装置造成干扰，提高系统的安全性；对于整个工厂被控对象进行建模和控制器参数设计，并且建立包含多工况多时段的模型库，进一步提高控制系统的鲁棒性及控制精度；智能工厂控制系统可以在DCS上长期稳定运行，实现装置过程回路自控率和平稳率的双提高，提升了整个工厂的自动化水平。附图说明图1为智能工厂控制系统的结构示意图；图2为智能工厂控制设备的结构框图。具体实施方式下面将结合本技术专利附图，对本专利进行完整描述。图1为智能工厂控制系统的结构示意图，由图1可知，本技术智能工厂控制系统包括现场仪表、过程控制器、操作站、OPC服务器、硬件防护安全模块和智能工厂控制设备。其中OPC服务器通过工业以太网与所述的过程控制器相连接；所述的OPC服务器通过工业以太网与所述的硬件防护安全模块相连接；所述的OPC服务器，通过工业以太网从所述的过程控制器采集数据信息，以一定的采样间隔采集数据，采样间隔时间可选择20秒、45秒、1分钟等，采集的数据主要包括现场的流量、温度、液位等操作数据及控制阀信号等信息；所述的智能工厂控制设备，与硬件防护安全模块相连接，通过防护安全模块从所述的OPC服务器上获取过程的数据信息，进行特定的运算处理后形成所需要的参数；所述的OPC服务器，与硬件防护安全模块相连接，通过防护安全模块从所述的智能工厂控制设备上获取所述的参数，并将所述的参数通过工业以太网传送至所述的过程控制器；所述的硬件防护安全模块，主要是通过硬件防护安全模块软件端口配置，保护工业以太网络安全，避免病毒侵入；所述的过程控制器，通过工业以太网与所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
智能工厂控制系统，其特征在于：该系统包括智能工厂控制设备(1)、防护安全模块(2)、OPC服务器(3)、过程控制器(4)、现场仪表(5)和操作站(6)；所述的OPC服务器(3)通过工业以太网与所述的过程控制器(4)相连接；所述的OPC服务器(3)通过工业以太网与所述的防护安全模块(2)相连接；所述的OPC服务器(3)，通过工业以太网从所述的过程控制器(4)上采集数据信息；所述的智能工厂控制设备(1)，与防护安全模块(2)连接，通过防护安全模块(2)从OPC服务器(3)获取到过程的数据信息，对数据信息进行处理后形成所需要的参数；所述的防护安全模块(2)通过端口与防护安全系统连接；所述的OPC服务器(3)，与防护安全模块(2)连接，通过防护安全模块(2)从所述的智能工厂控制设备(1)上获取参数，并将所述的参数通过工业以太网传送至所述的过程控制器(4)；所述的过程控制器(4)，通过工业以太网与所述的OPC服务器(3)相连接，经过该过程控制器进行处理后形成阀位信号，该阀位信号直接送到所述的现场仪表(5)，进而对具体过程进行调节；所述的操作站(6)，通过工业以太网(7)与所述的过程控制器(4)相连接，接收并显示智能工厂控制设备(1)输出的参数。...

【技术特征摘要】
1.智能工厂控制系统，其特征在于：该系统包括智能工厂控制设备(1)、防护安全模块(2)、OPC服务器(3)、过程控制器(4)、现场仪表(5)和操作站(6)；所述的OPC服务器(3)通过工业以太网与所述的过程控制器(4)相连接；所述的OPC服务器(3)通过工业以太网与所述的防护安全模块(2)相连接；所述的OPC服务器(3)，通过工业以太网从所述的过程控制器(4)上采集数据信息；所述的智能工厂控制设备(1)，与防护安全模块(2)连接，通过防护安全模块(2)从OPC服务器(3)获取到过程的数据信息，对数据信息进行处理后形成所需要的参数；所述的防护安全模块(2)通过端口与防护安全系统连接；所述的OPC服务器(3)，与防护安全模块(2)连接，通过防护安全模块(2)从所述的智能工厂控制设备(1)上获取参数，并将所述的参数通过工业以太网传送至所述的过程控制器(4)；所述的过程控制器(4)，通过工业以太网与所述的OPC服务器(3)相连接，经过该过程控制器进行处理后形成阀位信号，该阀位信号直接送到所述的现场仪表(5)，进而对具体过程进行调节；所述的操作站(6)，通过工业以太网(7)与所述的过程控制器(4)相连接，接收并显示智能工厂控制设备(1)输出的参数。2.根据权利要求1所述的智能工厂控制系统，其特征在于：所述的智能工厂控制设备(1)包括数据采集模块(1.1)、数据存储模块(1.2)、数据处理模块(1.3)、在线自动辨识模块(1.4)、多模型数据库模块(1.5)、控制器参数设计模块(1.6)、仿真与图形显示模块(1.7)和数据输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文新，李全善，焦阳，徐开慧，王曦，石建锋，
申请(专利权)人：北京世纪隆博科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：北京;11