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化工生产过程控制中无线通讯DCS系统的研究
编辑:admin   时间:2018-12-25 13:34

基于计算机网络的理论,可以通过建立局域网,将各个设备利用无线通讯技术连接起来,更深层次的利用到DCS 网络的各个层次,但本文重点研究无线通讯技术基于DCS 网络在控制层方面的研究。综合节能、环保、经济的理念,提出DCS 网络控制的设计方案,建立无线通讯的方式来完善化工生产控制网络的通信功能。
1 化工无线通讯DCS 系统的发展及背景
1.1 DCS 系统简介
  DCS 系统全称是分布式控制系统,该系统结合了自动化技术和计算机科学技术,对于化工生产过程中的各个仪表都能进行精确的控制,从而有效的提高化工生产的质量和效率。DCS 系统通过计算机控制不同区域的系统,将危险分散化,同时又通过集中管理多台计算机,使得管理又有很强的集中性,DCS 系统拥有稳定性强、精准度高、分散控制能力强、控制模式多样化等多方面优点,在化工生产行业逐渐成为主流的应用。
1.2 化工无线通讯DCS 系统的发展背景
  在当前化工行业,主要的无线通讯方式主要有以下几种,无线局域网技术、蓝牙技术、ZigBee 技术,这三种通讯技术是短距离无线通讯技术,适用在一些特定的情况。
1.2.1 蓝牙技术
  蓝牙技术适用于数据容量较大的短距离传输,蓝牙通讯技术在电子医疗、娱乐产品中有较多的应用,并且蓝牙技术具有较低的成本,在未来具有较高的潜力。在化工生产方面若要利用蓝牙技术进行无线通讯,则必须要求其抗干扰能力较强,因为化工生产环境具有较多的仪表,产生的电磁波对蓝牙传输有较大的影响,在满足这样的要求下才可能会被应用到化工业中。
1.2.2 WIFI 技术
  WIFI 技术是当前各领域都使用较为广泛的技术,利用路由器连接可以覆盖较大的传输范围,在符合IEEE802.11b 系列标准下,WIFI理论上可以覆盖到300m 左右,传输速率也有较高的水准,能够满足一般的信息传输要求。
1.2.3 ZigBee 技术
  ZigBee 技术和WIFI 技术相比各有千秋,都属于短距离传输、低功耗的无线通讯方式,在成本上相比,ZigBee 技术所需要的成本更低,在信息传输速率方面,WIFI 技术的传输速率更快。
2 化工无线DCS 安全性能分析
2.1 电子元件性能分析
  DCS 控制系统的组成部分都是由各种小型的电子器件组成,因而电子元件的性能很大程度上决定了DCS 控制系统的性能。在整个系统中电子元件若出现功能失效或者某个电子元件出现损坏,对控制系统的精准性会造成很大的影响,严重的会造成整个系统瘫痪,无法正常工作。例如,某个电子器件突然失效,电路出现短路的情况,对周围的一些电子器件也会造成较大的损害。因此需要对DCS 控制系统中的电子元件都需要进行仔细检测,及时更换一些老化的电子元件,防止出现意外事故。除此之外,还可以定期的对电子元件进行养护,延长其寿命,减少生产成本。
2.2 电路板可靠性分析
  电路板是所有电子元件的载体,是电子元件之间能够稳定联系,稳定功能的实现基础。就我国目前的工业情况来看,PCB 线路板是主要的电路板装配方式,基于化工厂的生产环境有所差距,在电路板的设计过程中除了要考虑常规的原则之外,还需要考虑电路板的腐蚀性,以及无线信息传输的抗干扰性。
2.2.1 PCB 抗干扰措施
  考虑到无线传输受电磁波的干扰以及金属的阻挡有很大的关系,PCB 电路板设计必须具备较强的抗干扰能力,才能保证在化工无线通讯中有较高的稳定性,保证DCS 控制的精确性。加强PCB 电板抗干扰性最好的方式之一便是电源线和地线接地。对于印制线的走向也需要进行规范,将地线的走向与信号线的走向调整到同一方向,可以有效提高抗噪能力。
2.2.2 电磁兼容性设计
  电磁干扰问题一直是影响PCB 电路板安全性的最大问题,对于生产过程中存在大功率设备的情况下,电流一般较大,产生的磁场较强,因而对电路的干扰更加严重,提高PCB 的电磁兼容性具有十分重要的意义。电源作为整个系统的动力,电源在提供动力的同时还提供了一定的噪声,对整个系统的正常运行有一定的影响。面对交流电源供电的情况,可以采用增加金属外壳、接地来降低对电路的影响。对于由静电产生的干扰,可以通过在电缆的入口处配置器件单点接地,在防止静电放电的同时,还可以屏蔽外界的电磁干扰。
2.3 网络通讯功能分析
  为保证无线通讯之间的稳定性,除了通过增强硬件设施来提高传输稳定性之外,还能够通过软件的增强来提高信息解析率。优秀的软件设计可以将信息更好的解析,以致于不会出现乱码的情况,提供精准的识别功能。在信息传输过程中,可以通过CRC 校验,对数据帧进行检测,对于数据不正确的情况则给予重传或者直接丢弃,保证数据的精确性。
3 结语
  综上所述,对于化工生产中的无线通讯研究,主要是研究其抗干扰能力。化工行业自身属于较危险的行业,生产的环境较为恶劣,使用的仪器,化工原材料很容易受到影响而出现意外事故。为保证DCS控制系统的安全性和稳定性,必须要加强对无线通讯的研究,传统的有线通讯已经不再满足于一些特殊的情况,无线通讯技术使用方便,具有较高的灵活性,是DCS 控制系统的发展趋势。


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