世界上第一臺數(shù)字計算機于1946年在美國誕生,起初計算機用于科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處理,之后人們開始嘗試將計算機用于導(dǎo)彈和飛機的控制,20世紀(jì)50年代開始,在化工生產(chǎn)中實現(xiàn)了計算機的自動測量和數(shù)據(jù)處理,1954年,人們開始在工廠實現(xiàn)計算機的開環(huán)控制。1959年3月,世界上第一套工業(yè)過程計算機控制系統(tǒng)應(yīng)用于美國德州一家煉油廠的聚合反應(yīng)裝置,該系統(tǒng)實現(xiàn)了對26個流量、72個溫度、3個壓力和3個成分的檢測及其控制,控制的目標(biāo)是使反應(yīng)器的壓力最小,確定5個反應(yīng)器進料量的最佳分配,根據(jù)催化劑的活性測量結(jié)果來控制熱水流量以及確定最優(yōu)循環(huán)。
1960年,在美國的一家合成氨廠實現(xiàn)了計算機監(jiān)視控制,1962年,英國帝國化學(xué)工業(yè)公司利用計算機代替了原來的模擬控制,該計算機控制系統(tǒng)檢測224個參數(shù)變量和控制129臺閥門,因為計算機直接控制過程變量,取代了原來的模擬控制,所以稱其為直接數(shù)字控制,簡稱DDC。
DDC是計算機控制技術(shù)發(fā)展過程的一個重要階段,此時的計算機已成為閉環(huán)控制回路的一個組成部分。DDC系統(tǒng)在應(yīng)用中呈現(xiàn)出的模擬控制系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點,使人們看到了DDC廣闊的應(yīng)用前景,對計算機控制理論的研究與發(fā)展起到了推動作用。
隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)在20世紀(jì)70年代的發(fā)展,1972年生產(chǎn)出了微型計算機,過程計算機控制技術(shù)隨之進入了嶄新的發(fā)展階段,出現(xiàn)了各種類型的計算機和計算機控制系統(tǒng)。另外,現(xiàn)代工業(yè)的復(fù)雜性,生產(chǎn)過程的高度連續(xù)化、大型化的特點,使得局部范圍的單變量控制難以提高整個系統(tǒng)的控制品質(zhì),必須采用先進控制結(jié)構(gòu)和優(yōu)化控制等來解決。
這就導(dǎo)致了計算機控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從傳統(tǒng)的集中控制為主的系統(tǒng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⑿涂刂葡到y(tǒng)(DCS),它的控制策略是分散控制、集中管理,同時配合友好、方便的人機監(jiān)視界面和數(shù)據(jù)共享。分散式控制系統(tǒng)或計算機分布式控制系統(tǒng)為工業(yè)控制系統(tǒng)的水平提高提供了基礎(chǔ)。DCS成功地解決了傳統(tǒng)集中控制系統(tǒng)整體可靠性低的問題,從而使計算機控制系統(tǒng)獲得了大規(guī)模的推廣應(yīng)用。1975年,世界上幾個主要計算機和儀表公司幾乎同時推出了計算機分散控制系統(tǒng),如美國Honeywell公司的TDC-2000系統(tǒng)以及后來新一代的TDC-3000系統(tǒng)、日本橫河公司的CENTUM系統(tǒng)等。
20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的可編程序控制器(ProgrammableLogicalController,PLC)由最初僅是繼電器的替代產(chǎn)品,逐步發(fā)展到廣泛應(yīng)用于過程控制和數(shù)據(jù)處理方面,將以前界線分明的強電與弱電兩部分漸漸合二為一作為統(tǒng)一的面向過程級的計算機控制系統(tǒng)考慮并實施。PLC始終處于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場,新型PLC系統(tǒng)在穩(wěn)定可靠及低故障率基礎(chǔ)上,增強了計算速度、通信性能和安全冗余技術(shù)。PLC技術(shù)的發(fā)展將能更加滿足工業(yè)自動化的需要,能夠為自動化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案。
20世紀(jì)90年代初出現(xiàn)了將現(xiàn)場控制器和智能化儀表等現(xiàn)場設(shè)備用現(xiàn)場通信總線互連構(gòu)成的新型分散控制系統(tǒng)一現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)。FCS由現(xiàn)場總線、現(xiàn)場智能儀表和主控制系統(tǒng)組成,現(xiàn)場智能儀表和主控制系統(tǒng)通過一種全數(shù)字化、雙向、多站的通信網(wǎng)絡(luò)連接。FCS的可靠性更高,成本更低,設(shè)計、安裝調(diào)試、使用維護更簡便,是今后計算機控制系統(tǒng)的趨勢。
石油化工工藝要求過程控制系統(tǒng)具有非常高的可靠性和實時控制功能,目前使用的DCS,PLC,SIS等都是各個廠家專有的技術(shù)和產(chǎn)品,這導(dǎo)致系統(tǒng)升級和更新的成本很高且非常困難。
ExxonMobil在2016年2月的ARC奧蘭多年會上宣布,ExxonMobil將聯(lián)合LockheedMartin公司創(chuàng)建新一代多個供應(yīng)商產(chǎn)品可交互操作的過程控制系統(tǒng)模型,即開放過程控制系統(tǒng),它是一個基于標(biāo)準(zhǔn)的、開放的、安全的并且可交互操作的結(jié)構(gòu),包括商業(yè)化的軟件和硬件。
目前,NAMUR和OpenGroup(OPAS)在領(lǐng)導(dǎo)如何定義開放過程控制系統(tǒng),它的目標(biāo)是建立一個基于標(biāo)準(zhǔn)的、開放的、安全的、可交互操作的系統(tǒng)架構(gòu),該系統(tǒng)是包容前沿技術(shù)、保留用戶的應(yīng)用軟件,大幅降低未來替換的成本,允許整合目前的硬件,采用自適應(yīng)本質(zhì)安全模型,提倡革新和創(chuàng)造價值,同時適用于現(xiàn)有和新建工廠的商業(yè)化應(yīng)用產(chǎn)品。
2018年1月,開放過程控制論壇發(fā)布了業(yè)務(wù)導(dǎo)則,2019年1月,第一個開放過程控制標(biāo)準(zhǔn)(OPASTM1.0)發(fā)布。它集成現(xiàn)有的由其他機構(gòu)開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn),如ANSI/ISA62443(IEC62443)網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn),OPCUA連接標(biāo)準(zhǔn)等。
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