生产过程信息管理系统的开发

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系统硬件设计
图1 东方公司己内酰胺厂区新的 ( 改造后) 计算机系统
该公司要求在原有微机系统基础上建立新计算机 系统, 以减少项目总投资 , 同时在 MV 小型机彻底报废 前, DCS 数据仍要往小型机上送。 东方公司己内酰胺厂区新的( 改造后) 计算机系统 如图 1 所示。改造后的计算机系统设置了网络服务器 与 10 多个工作站, 实现了远程通信 ( > 6 km) , 同时增 加了 3 台通信微机 , 即 PC( B) , PC( C) , PC( D) 。PC( B) 微机代替 原系统 的 MV7800XP 小型 机, 接 收来 自 PC ( A) 微机的 3 个数据文件 , 并通过网卡拷贝到 PC( C) 微
熊
辉
摘要 针对某化工公司的具体情况与特点 , 开发了包 括数据传输、 生产过程信息管理、 复杂对象关键状态与 参数的智能建模与预估及在线调优等模块 , 成功的低 成本实现了 DCS 与微机局域网的通信以及信息共享、 生产优化与成本管理等功能, 取得了满意的效果。 关键词: 局域网 ( LAN) , 生产过程信息管理, 神经网络, 智能处理, 状态预估与优化 Abstract: The modular programming of the data transmision and intelligent state pre estimation and modelling and online opt imum in chemical industry was developed. The communi cat ion of DCS & LAN and optimum control est, was realized with success and law cost. The effectiveness of the proposed method was demonstrated by the Nanjing oriental chemical industry Co. Ltd Key words: LAN, production process information man agement, neural network, intelligent pro cessing, state pre estimation and optimum 当前 , 计算机在企业中的应用不断深入, 工厂自动 化系统向管理控制一体化发展, 已成为企业深层发展 的必然趋势[ 1] 。本项目根据南京东方化工有限公司下 属工厂对现代管理( 如: 信息共享、 生产优化、 成本管理 等) 和低投入的要求 , 结合工厂的实际情况 , 由南京化 工大学与东方化工有限公司合作, 开发了生产过程信 息管理系统, 并成功投运 , 取得了较为满意的效果。
机 C: \ DCSTEMP 目录下, 而 PC( C) 微机通过其上的网 卡 2 又成为 Windows NT 局域网上的一个工作站。 PC( C) 微机在本系统中起了 3 个作用 : ( 1) 检查来自 PC( B) 微机上的 3 个数据文件的完 整性并保存一个副本供 PC( D) 读取 ; ( 2) 将 3 个 数据文件 内容以数 据库形式 保存到 Windows NT Server( 服务器上) 供网上其他工作站查询; ( 3) 将 3 个数据文件以 DDE( 动态数据交换 ) 方式 传送给本地机上运行的 Intouch 软件。本地 机 Intouch 软件作为 NetDDE Server 供局域网其他工作站上的 In touch( 作为 NetDDE Client ) 进行动态数据交换。 PC( D) 微机通过网络读取 PC( C) 微机上的 3 个数 据文件 ( 副本 ) , 并通过 RS 232C 传送到 MV7800XP 小 型机上。
! 52 ! 线性动态特性变得十分困难 , 而人工神经网络是由许 多具有非线性映射能力的神经元组成, 神经元之间通 过权系数来连接。这种大规模并行结构具有很高的计 算速度。人工神经网络的信息分布式存储于连接权系 数等参数中 , 使网络具有很高的容错性与鲁棒性。神 经网络的学习能力以及通过学习掌握 数据的依从关 系, 在参数与状态预估方面显示出一定的优越性。为 此, 我们在对六单元羟化反应器等装置的肟化投酮量 [ 3] 等参数实施多种智能预估的基础上 , 开发了一种智 能处理软件包。该软件包首先利用逐步回归分析法, 寻求与待估参数及状态相关性较大的输入变量 ( 或凭 借工艺人员 的经验确 定相关输 入量, 以简化网 络结 构) 。基于多种神经网络 , 利用数据库中的数据记录, 正确选择一组系数后 , 对网络进行学习训练, 待达到精 度要求后 , 即可作为对象的神经网络智能模型 , 利用它 来进行参数与状态预估。为了克服由于现场操作条件 的较大变化引起智能模型误差的增加, 还根据模型精 度降低程度, 采用了滚动修正法对网络模型进行及时 调整 , 同时也研究了一种基于对输出层权系数与阈值 进行 RLS 辨识的在线校正法 [ 4] 。对学习因子、 阻尼因 子以及网络结构的合理简化等方面作了研究[ 5] , 获得 较为满意的结果。 2. 8 基于遗传算法的优化软件包的开发[ 6] 在磷酸羟胺制备中 , 如何提高羟胺效率是我们关 心的一个问题。羟胺效率的提高可以显著提高环己酮 肟的产量, 具有很高的经济效益。磷酸羟胺的制备属 于汽液反应类型 , 所得的动力学方程过于复杂而难以 应用。因此, 对于这类复杂过程, 采用建立数学模型后 进行优化是相当困难的 , 而采用基于神经网络的遗传 算法可以较好地解决这个问题。 以羟胺效率为目标函数, 操作变量取文献 [ 3] 中介 绍的 13 个变量 , 所解决的优化问题可以描述如下 : max RH + = f ( x 1, x 2 , &, x 13) 相应的约束条件 : ( 1) 羟胺效率 RH + 神经网络模型 Y = f^ ( x 1 , x 2 , x 3, &, x 13) ( 2) 13 个操作变量的变化范围根据工艺人员的经 验加以约束。 采用遗传算法对该问题进行寻优的算法如下 : ∋ 利用现场样本数据进行羟胺效率 RH + 神经网 络模型的训练, 直至网络收敛 ; ( 随机在可行域内产生 50 个候 选解, 采用二进 制法对自变量 x 1 , x 2 , &, x 13 编码; ) 按照预定的交叉概率在候选解群体中随机抽 取数对候选解进行交叉操作; ∗ 按照预定的变异率抽取候选解进行变异操作 ; + 根据已训练好的网络模型计算每个候选解的
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∀测控技术# 2000 年 19 卷第 1 期
生产过程信息管理系统的开发
Development of Industry Process Information Management Systemc
南京化工大学自动化系 ( 210009) 南京东方化工有限公司 ( 210048)
赵英凯 蔡 宁
! 51 ! 口的各种连接。二是 WindowView( WV) , 它是一个实时 运行环境, 用于动态显示 WM 建立的图形画面。根据 这些特点, 我们应用 Intouch 开发了在微机局域网上运 行的各种监控功能模块以及其他相应功能块 , 主要有: ( 1) 实时数据库定义模块 实时数据库是整个监控系统的核心 , DCS 传输来 的数据文件经 DDE 与 Intouch 数据通信并形成实时数 据库。实时数据库就是现场各种模拟量与数字量 ( 有 时包括若干中间变量 , 又称标准名变量 ) 的集合。每个 标准名变量即为数据库的一个记录。相对于关系数据 库而言, 该实时数据库具有实时性强和精巧的特征 , 且 具有 SQL 接口 , 可访问其他支持 SQL 的关系数据库。 ( 2) 各种图形窗口画面的软件组态 该系统是通过由 Intouch 中的 WM 来组态各种动 态图形窗口画面 , 并定义它们与 I/ O 系统、 各工业控制 器和其他应用窗口的动态链接。由此, 可通过各种已 组态的图形显示画面 , 监视全厂的运行情况。 ( 3) 参数计算处理、 动态修改与加点编程 通过 Intouch 的正本编辑程序提供的命令、 函数、 算术与逻辑运算符号 , 并遵从一定的语法规则 , 使用户 建立各种参数计算、 事件处理 等, 以完成 一些特殊功 能, 如: 保密级别的程序设计与处理, 变量量程的转换 等。该软件还可以通过接口画面增加应用程序窗口, 允许用户修改参数点 , 并向实时数据库加点。 ( 4) 分级操作与管理软件的组态 通过该软件对操作人员实行分级管理 , 不同级别 有不同的操作权限, 从而保证系统的安全、 可靠运行。 2. 5 历史数据查询模块 由于本系统集成中采用的 Intouch 软件版本较低, 无分布式历史数据查询功能, 为解决这一问题 , 特开发 本模块来查询历史数据, 并显示历史数据趋势图。 2. 6 报表软件 随着计算机网络在生产信息管理系统中的广泛应 用, 公司决策者希望能随时了 解每天的生产状 况; 同 时, 原有的报表生成系统已不能适应现在的要求。为 此, 我们利用 VB5点 , 结合现场技术人员熟悉 VB 的情况, 采用数据库技术与数据记录文件相结合的原则 , 开发 了∃ 东方公司的日报表% 系统软件, 方便管理人员的使 用, 同时也节约了硬盘资源。该软件可以在网络环境 下运行, 实行查询、 打印等功能。 2. 7 基于多种神经网络的非线性对象的建模与预估 软件的开发[ 2] 众所周知, 己内酰胺生产关键参数的调优将带来 多产低耗的可观经济效益。这也是厂方多年来追求的 目标之一 , 但由于实际装置的高度非线性、 关联性、 时 变性与不确定性 , 使人工描述这类复杂工业过程的非
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软件设计及系统集成
数据传输模块设计 本系统 针对 TDC 3000DCS 上的个人计算 机接口 组件( PCIM) 版本号低、 运行于 DOS 操作系统、 且传输 协议是 Honeywell 公司自带的传输协议、 开放性差等情 况, 根据厂方要求和现场具体情况及特点, 专门开发了 DCS 通过串口向通信微机及小型机的数据传输程序。