[工学]先进过程控制系统.ppt

先进过程控制系统先进过程控制系统 Advanced Process Control SystemsAdvanced Process Control Systems 自动化技术前沿讲座之四 * Copyright by Zhihuan Song2 课程主要内容课程主要内容 qq集散控制系统集散控制系统（Distributed Control SystemDistributed Control System，DCSDCS） qq现场总线控制系统（现场总线控制系统（Fieldbus Control System, FCSFieldbus Control System, FCS） qq工业以太网控制系统（工业以太网控制系统（Industrial Ethernet Control Industrial Ethernet Control System, FCSSystem, FCS） * Copyright by Zhihuan Song3 过程控制系统构成过程控制系统构成 Web服务器 操作站 工程师 站 远程节点 一、集散控制系统一、集散控制系统 Distributed Control SystemDistributed Control System：DCSDCS * Copyright by Zhihuan Song5 DCSDCS的发展及典型产品的发展及典型产品 n n DCSDCS的开创期的开创期(1975(1975年年19801980年年) ) n n DCSDCS的组成的组成 n n 现场控制站现场控制站 n n 现场监测站现场监测站 n n CRTCRT操作站操作站 ( (利用利用CRTCRT的显示功能的显示功能 和键盘的操作功能对和键盘的操作功能对 生产过程生产过程进行集中进行集中操操 作作和和监视监视) )。 n n 高速数据总线高速数据总线 n n 监控计算机监控计算机 CRT CRT操作站操作站 监控计算机监控计算机 高高 速速 数数 据据 总总 线线 现场监测站现场监测站 现场控制站 现场控制站 第一代第一代DCSDCS基本结构基本结构 * Copyright by Zhihuan Song6 n n DCSDCS的成长与完善时期的成长与完善时期(1980(1980年年19851985年年) ) n n 以局部网络以局部网络LANLAN为主干为主干 n n 其它各单元都是挂在它上面的网络节点工作站其它各单元都是挂在它上面的网络节点工作站 n n 主要组成部分主要组成部分 n n 局部网络、多功能现场控制站、增强型操作站、通用型操作局部网络、多功能现场控制站、增强型操作站、通用型操作 站、网关、系统管理模块、主计算机站、网关、系统管理模块、主计算机 DCSDCS的发展及典型产品的发展及典型产品 * Copyright by Zhihuan Song7 n n 第二代第二代DCSDCS基本结构示意图基本结构示意图 局局 部部 网网 络络 LANLAN 其其 它它 网络网络 D D HH WW 网关网关多功能控制器多功能控制器 网关网关 系统管理模块系统管理模块 通用操作站通用操作站主计算机主计算机 增强型增强型 操作站操作站 DCSDCS的发展及典型产品的发展及典型产品 * Copyright by Zhihuan Song8 n n DCSDCS的扩展期（的扩展期（19851985年以后）年以后） n n 典型产品有典型产品有 n n Honeywell Honeywell 公司的公司的TDCTDC 3000/PM3000/PM n n YOKAGAWA YOKAGAWA 公司的公司的Centum-XLCentum-XL n n Foxboro Foxboro 公司的公司的I/AI/A SeriesSeries n n TAILOR Instruments TAILOR Instruments 公司的公司的Mod 300Mod 300 n n Bailey ControlBailey Control公司的公司的INFI-90INFI-90等等 n n 浙大中控的浙大中控的SUPCON JX-300XSUPCON JX-300X n n 北京和利时的北京和利时的HS2000HS2000 DCSDCS的发展及典型产品的发展及典型产品 * Copyright by Zhihuan Song9 DCSDCS概述概述 n n DCSDCS的诞生及开放系统的诞生及开放系统 n n 专用计算机控制系统专用计算机控制系统 专用计算机控制系统专用计算机控制系统 过程装置过程装置过程装置过程装置过程装置过程装置 车间设备车间设备 专用机专用机专用机专用机专用机 专用机 * Copyright by Zhihuan Song10 DCSDCS概述概述 n n 中央计算机集中控制系统中央计算机集中控制系统 引入中央计算机的控制系统引入中央计算机的控制系统 车间设备车间设备 前端机前端机 前端机前端机前端机前端机 过程装置过程装置 中央计算机中央计算机 过程装置过程装置过程装置过程装置 中央计算机中央计算机 执行器执行器 车间设备车间设备 变送器变送器 中央计算机集中式控制系统中央计算机集中式控制系统 * Copyright by Zhihuan Song11 DCSDCS概述概述 n n 集散控制系统层次化体系结构的形成集散控制系统层次化体系结构的形成 n n 集散控制技术成为过程计算机控制系统的主流技术集散控制技术成为过程计算机控制系统的主流技术 的原因的原因 n n 从经济角度考虑性能价格比从经济角度考虑性能价格比 n n 技术角度考虑系统的功能分散与风险分散技术角度考虑系统的功能分散与风险分散 n n 分层的计算机控制系统分层的计算机控制系统 * Copyright by Zhihuan Song12 DCSD DCSD 层次化体系结构层次化体系结构 n n 三层结构模式的计算机控制系统三层结构模式的计算机控制系统 中间层计算机中间层计算机 中央计算机中央计算机 车车 间间 设设 备备 中间层计算机中间层计算机 中间层计算机中间层计算机 微微 型型 机机 微微 型型 机机 微微 型型 机机 微微 型型 机机 微微 型型 机机 微微 型型 机机 设备单元设备单元设备单元设备单元设备单元设备单元 * Copyright by Zhihuan Song13 DCSDCS功能分层体系功能分层体系 n n 过程控制级过程控制级 n n 进行过程数据采集、进行过程数据采集、 直接数字控制、设备直接数字控制、设备 监测和系统测试与诊监测和系统测试与诊 断、实施安全性、冗断、实施安全性、冗 余化方面的措施余化方面的措施 n n 过程管理级过程管理级 n n 优化过程控制、先进优化过程控制、先进 控制、控制、协调协调各装置、各装置、 对实时数据进行分析对实时数据进行分析 、存档、状态报告等、存档、状态报告等 * Copyright by Zhihuan Song14 DCSDCS概述概述 n n DCSDCS的突出优点的突出优点 n n 硬件和软件都具有灵活的组态和配置能力硬件和软件都具有灵活的组态和配置能力 n n 硬件的组态硬件的组态 n n 确定硬件的模块化配置确定硬件的模块化配置 n n 操作站的选择操作站的选择 n n 现场控制站的配置现场控制站的配置 n n 电源的选择等电源的选择等 n n DCSDCS的实际硬件差别很大的实际硬件差别很大 * Copyright by Zhihuan Song15 DCSDCS的现场控制站的现场控制站( (单元单元) ) n n 现场控制站的机柜现场控制站的机柜 n n 电源（直流、交流）电源（直流、交流） n n 控制计算机控制计算机是现场控制站的核心是现场控制站的核心 n n CPUCPU n n 存储器存储器 n n 总线总线 n n 输入输入/ /输出通道等输出通道等 * Copyright by Zhihuan Song16 DCSDCS的操作站的操作站 n n 操作站分为操作员站和工程师站操作站分为操作员站和工程师站 n n 操作台操作台 n n 处理机系统处理机系统 n n 外部存储设备外部存储设备 n n 图形显示设备图形显示设备 n n 操作站键盘操作站键盘 n n 打印输出设备打印输出设备 * Copyright by Zhihuan Song17 DCSDCS的冗余技术的冗余技术 n n DCSDCS的冗余的冗余 n n 电源、输入电源、输入/ /输出模块、控制回路、过程数据高速公路输出模块、控制回路、过程数据高速公路 n n 多重化自动备用、多重化自动备用、 n n 同步运转、待机运转、后退运转等三种方式同步运转、待机运转、后退运转等三种方式 n n 简易的手动备用简易的手动备用 * Copyright by Zhihuan Song18 DCSDCS的软件体系的软件体系 工程师站 系统设计软件-组态软件 控制站控制站 实时监控软件实时监控软件 操作站操作站 实时监控软件实时监控软件 DCS DCS 的的 软件体系软件体系 * Copyright by Zhihuan Song19 DCSDCS的组态软件（的组态软件（1 1） n n 基本配置组态基本配置组态 n n 给系统一个配置信息：如各种站的个数、其索引标志、各给系统一个配置信息：如各种站的个数、其索引标志、各 现场工作站的最大点数、最短执行周期现场工作站的最大点数、最短执行周期 n n 应用软件组态应用软件组态 n n 数据库的生成、历史库的生成、图形的生成、报表生成和数据库的生成、历史库的生成、图形的生成、报表生成和 控制组态等控制组态等 Monitoring view of raw ores processing * Copyright by Zhihuan Song20 n n 画面组态画面组态 n n 数据组态数据组态 n n 报表生成报表生成 n n 回路组态回路组态 n n 操作级别操作级别 n n DCSDCS的操作软件的操作软件 n n 监督员级监督员级 n n 工程师级工程师级 DCSDCS的组态软件（的组态软件（2 2） * Copyright by Zhihuan Song21 DCSDCS的操作软件（的操作软件（1 1） n n 操作站要实现的功能操作站要实现的功能 n n 实时数据管理实时数据管理 n n 历史数据存储和管理历史数据存储和管理 n n 控制回路调节和显示控制回路调节和显示 n n 生产工艺流程画面显示生产工艺流程画面显示 n n 系统状态、趋势显示系统状态、趋势显示 n n 生产记录的打印和管理等生产记录的打印和管理等 * Copyright by Zhihuan Song22 n n 实时多任务操作系统的功能实时多任务操作系统的功能 n n 软硬件逻辑接口（软硬件逻辑接口（Logic InterfaceLogic Interface）以及任务调度、任务）以及任务调度、任务 间通信、资源管理等间通信、资源管理等 n n 实时多任务操作系统的实时特征实时多任务操作系统的实时特征 n n 异步事件响应、任务切换能力、中断响应能力、优先级中异步事件响应、任务切换能力、中断响应能力、优先级中 断和调度、强占式调度能力、同步能力断和调度、强占式调度能力、同步能力 DCSDCS的操作软件（的操作软件（2 2） * Copyright by Zhihuan Song23 n n 实时数据库是全局数据库实时数据库是全局数据库 n n 数据库系统在不同层次上的结构数据库系统在不同层次上的结构 n n 现场控制站上存储该站所用的各种点记录的全记录信息现场控制站上存储该站所用的各种点记录的全记录信息 n n 操作站的实时数据库操作站的实时数据库 n n 实时数据实时数据 n n 管理程序管理程序 DCSDCS的操作软件（的操作软件（3 3） * Copyright by Zhihuan Song24 n n 历史数据库历史数据库 n n 短时间间隔历史数据（存储间隔一般为秒级）短时间间隔历史数据（存储间隔一般为秒级） n n 长时间间隔历史数据（存储间隔一般为分级）长时间间隔历史数据（存储间隔一般为分级） DCSDCS的操作软件（的操作软件（4 4） * Copyright by Zhihuan Song25 DCSDCS的操作软件（的操作软件（5 5） n n 网络通信是网络通信是DCSDCS的关键技术之一的关键技术之一 n n DCSDCS对网络通信的要求对网络通信的要求 n n 高可靠性高可靠性 n n 硬件上高度可靠，软件上有较好的容错能力硬件上高度可靠，软件上有较好的容错能力 n n 实时性实时性 n n 灵活性灵活性 n n 能够支持多种数据信息格式能够支持多种数据信息格式 * Copyright by Zhihuan Song26 n n 通用的现场控制站功能通用的现场控制站功能 n n 数据采集、控制输出、自动控制和网络通信数据采集、控制输出、自动控制和网络通信 n n 现场控制站的软件系统现场控制站的软件系统 n n 执行代码：周期执行和随机执行执行代码：周期执行和随机执行 n n 一般固化在一般固化在EPROMEPROM中中 n n 数据部分数据部分 n n 保留在保留在RAMRAM中中 DCSDCS的控制软件（的控制软件（1 1） * Copyright by Zhihuan Song27 n n 现场控制站软件现场控制站软件 DCSDCS的控制软件（的控制软件（2 2） 现场控制站软件执行顺序 在线诊断 SOE记录检查 控制算法运算 数据转换和报警检查 通道数据巡检 现场控制站软件结构 网络通信模块控制输出模块 实时数据库 控制算法库数据采集模块 * Copyright by Zhihuan Song28 n n 实时数据库的基本数据类型实时数据库的基本数据类型 n n 模拟量输入输出（模拟量输入输出（ANAN）结构）结构 n n 开关量输入输出（开关量输入输出（DGDG）结构）结构 n n 模拟计算量（模拟计算量（ACAC）结构）结构 n n 开关量点组合（开关量点组合（GPGP）结构）结构 DCSDCS的控制软件（的控制软件（3 3） * Copyright by Zhihuan Song29 n n 现场控制站能够实现的控制功能现场控制站能够实现的控制功能 n n 反馈控制反馈控制 n n 批量控制和顺序控制批量控制和顺序控制 DCSDCS的控制软件（的控制软件（4 4） * Copyright by Zhihuan Song30 DCSDCS的局限（的局限（1 1） n n DCSDCS的出现是控制系统发展的里程碑的出现是控制系统发展的里程碑 n n DCSDCS的应用效益的应用效益 n n 较高的可靠性较高的可靠性 n n 提高了控制精度，可实现提高了控制精度，可实现“ “卡边卡边” ”控制控制 n n 操作方便操作方便 * Copyright by Zhihuan Song31 DCSDCS的局限（的局限（2 2） n n 测量变送和执行机构仍是基于模拟仪表测量变送和执行机构仍是基于模拟仪表 n n 不同厂商的产品互不兼容，互操作性差不同厂商的产品互不兼容，互操作性差 n n 传统传统DCSDCS的编程计算工具仍显简单的编程计算工具仍显简单 n n 与上位机的接口硬件和规约各不相同与上位机的接口硬件和规约各不相同 * Copyright by Zhihuan Song32 PLCPLC的发展对的发展对DCSDCS的影响的影响 n n 可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器PLCPLC简介简介 n n PLCPLC最初功能取代继电器控制系统最初功能取代继电器控制系统 n n PLCPLC的编程的编程 n n PLCPLC的改进与发展的改进与发展 n n 采用数据高速通道采用数据高速通道DHDH n n 增加模拟量信号的处理功能增加模拟量信号的处理功能 n n 网络化，实现系统集成网络化，实现系统集成 * Copyright by Zhihuan Song33 DCSDCS体系结构发展趋势体系结构发展趋势 n n FCSFCS与与DCSDCS n n FCSFCS可能会取代可能会取代DCSDCS，但相当长时间内将共存，但相当长时间内将共存 n n DCSDCS的开放性的开放性 n n 与与FCSFCS初步兼容、异质兼容和同质兼容初步兼容、异质兼容和同质兼容 n n 选择合适的操作系统选择合适的操作系统 n n 充分利用充分利用Internet/IntranetInternet/Intranet技术和最新的计算机技技术和最新的计算机技 术术 二、现场总线控制系统二、现场总线控制系统 Field Bus Control SystemField Bus Control System l l 现场总线应用在生产现场、在测量控制设备之间实现双向串行多节点数现场总线应用在生产现场、在测量控制设备之间实现双向串行多节点数 字通信的开放型控制网络技术。字通信的开放型控制网络技术。 l l 现场总线是工业数据通信与控制网络技术的代名词，是测控现场总线是工业数据通信与控制网络技术的代名词，是测控 领域的通信与网络技术领域的通信与网络技术 l l 工业工业数据通信数据通信系统：系统： 在生产设备之间传递数字信息在生产设备之间传递数字信息 工业数据通信是形成控制网络的基础和支撑条件，是控制网络工业数据通信是形成控制网络的基础和支撑条件，是控制网络 技术的重要组成部分技术的重要组成部分 自控领域的局域网自控领域的局域网 企业的底层网络；网络集成式测量控制系统；企业的底层网络；网络集成式测量控制系统； 什么是现场总线什么是现场总线 * Copyright by Zhihuan Song36 n n 早期把现场总线又称为工业电话线，通过连线在测控设备之间传递数早期把现场总线又称为工业电话线，通过连线在测控设备之间传递数 据信息，把传感器、按钮、执行机构等连接到控制器、或据信息，把传感器、按钮、执行机构等连接到控制器、或PLCPLC或工业或工业 计算机上。通过相互通信共同执行测量控制任务。计算机上。通过相互通信共同执行测量控制任务。 n n 总线上的数据输入设备包括按钮、传感器、接触器、变送器、阀总线上的数据输入设备包括按钮、传感器、接触器、变送器、阀 门等，传输其位置状态、参数值等数据门等，传输其位置状态、参数值等数据 n n 总线上的输出数据用于驱动信号灯、接触器、开关、阀门等总线上的输出数据用于驱动信号灯、接触器、开关、阀门等 n n 工业数据通信用以满足信息社会对基础设备与过程数据信息的需求工业数据通信用以满足信息社会对基础设备与过程数据信息的需求 n n 数字地球、数字北京、数字数字地球、数字北京、数字 n n 传递工农业生产过程、大气环境监测、各类交通、楼宇等系统中传递工农业生产过程、大气环境监测、各类交通、楼宇等系统中 设备的数字化信息设备的数字化信息 * Copyright by Zhihuan Song37 总线将分散的有通信能力的测量控制设备作为网络节点，连总线将分散的有通信能力的测量控制设备作为网络节点，连 接成能相互沟通信息，共同完成自控任务的控制网络接成能相互沟通信息，共同完成自控任务的控制网络 * Copyright by Zhihuan Song38 n n 现场总线是自动化领域的通信、网络技术现场总线是自动化领域的通信、网络技术, , 也被称之为也被称之为 工厂的底层网络（工厂的底层网络（InfranetInfranet） n n 总线是构成自动化系统的纽带，网络所传输的是控制信总线是构成自动化系统的纽带，网络所传输的是控制信 息。息。 n n 它是有别于计算机网络，电视、电话网络的另一类网络它是有别于计算机网络，电视、电话网络的另一类网络 n n 特点：特点： n n 适应适应工业应用环境工业应用环境， n n 要要求实时性求实时性强，强，可靠性可靠性高，高，安全性安全性好。好。 n n 多为多为短帧短帧传送，传送， n n 通信的通信的传输速率相对较低传输速率相对较低。 * Copyright by Zhihuan Song39 现场总线技术的发展现场总线技术的发展 现场总线技术始发于二十世纪八十年代，但对该项现场总线技术始发于二十世纪八十年代，但对该项 技术的开发之热是近年之举技术的开发之热是近年之举 n n 早期的早期的现场总线技术现场总线技术 n与PLC同时出现的、Culter-Hammer推出的Directrol n n General ElectricGeneral Electric的的Genius I/OGenius I/O n n PhoenixPhoenix的的Interbus-SInterbus-S， n n TURCKTURCK的的SensoplexSensoplex n n 丹麦丹麦Process DataProcess Data公司公司8383年推出的年推出的P-NetP-Net； n n 德国德国SiemensSiemens公司公司8484年推出的年推出的Profibus(Process Field busProfibus(Process Field bus的简称的简称) ) n n 法国法国AlstomAlstom公司公司8787年推出的年推出的 FIP(Factory Instrumentation Protocol)FIP(Factory Instrumentation Protocol) 等都属于早期推出且至今仍有较大影响的总线技术等都属于早期推出且至今仍有较大影响的总线技术 * Copyright by Zhihuan Song40 n n 欧洲、北美、亚洲的许多国家都投入巨额资金与欧洲、北美、亚洲的许多国家都投入巨额资金与 人力进行研究开发人力进行研究开发 n n 已经形成了各式各样的企业、国家、地区、及国已经形成了各式各样的企业、国家、地区、及国 际现场总线标准际现场总线标准 n n 根据相关资料统计，已出现的现场总线一百多种根据相关资料统计，已出现的现场总线一百多种 ，其中宣称为开放型总线的就有，其中宣称为开放型总线的就有4040多种多种 * Copyright by Zhihuan Song41 n n 现场总线组织现场总线组织 n n 现场总线基金会（现场总线基金会（Fieldbus FoundationFieldbus Foundation） n n LonMarkLonMark协会协会, , n n ProfibusProfibus协会，协会， n n 工业以太网协会工业以太网协会IEAIEA（ Industrial Ethernet Industrial Ethernet AssociationAssociation），）， n n 工业自动化开放网络联盟工业自动化开放网络联盟IAONAIAONA（ Industrial Industrial Automation Open Network AllianceAutomation Open Network Alliance） n n Society of Automotive EngineersSociety of Automotive Engineers（SAESAE） n n 制定现场总线标准的国际标准化组织制定现场总线标准的国际标准化组织 n n IECIEC n n ISOISO * Copyright by Zhihuan Song42 现场总线标准现场总线标准 n n IEC/TC65IEC/TC65负责测量和控制系统数据通信国际标准化工作的负责测量和控制系统数据通信国际标准化工作的 SC65C/WG6SC65C/WG6，是最先开始现场总线标准化工作的组织。，是最先开始现场总线标准化工作的组织。 n n 它于它于19841984年就开始着手总线标准的制定，致力于推出世界上单一的现场年就开始着手总线标准的制定，致力于推出世界上单一的现场 总线标准，也因此而历经坎坷，历经了总线标准，也因此而历经坎坷，历经了1616年的艰难历程，出现了波及全年的艰难历程，出现了波及全 球的现场总线标准大战球的现场总线标准大战 n n IEC61158-2IEC61158-2诞生于诞生于19931993年，之后的标准制定就陷于混乱年，之后的标准制定就陷于混乱 n n 20002000年初宣布，年初宣布，IECIEC现场总线国际标准子集有八种：现场总线国际标准子集有八种： n n IEC 61158IEC 61158； ControlNetControlNet； n n ProfibusProfibus； P-NetP-Net； n n High Speed EthernetHigh Speed Ethernet；Newcomer SwiftNetNewcomer SwiftNet； n n WorldFIPWorldFIP； Interbus-SInterbus-S * Copyright by Zhihuan Song43 n n 最早成为国际标准的是最早成为国际标准的是CANCAN，它属于，它属于ISOISO标准：标准：ISO11898 ISO11898 n n IEC/17BIEC/17B为负责制定低压开关装置与控制装置用控制设备之间的接为负责制定低压开关装置与控制装置用控制设备之间的接 口标准的组织口标准的组织, ,已通过的已通过的IEC 62026IEC 62026国际标准包括。国际标准包括。 n n 第第2 2部分部分ASIASI n n 第第3 3部分部分 DeviceNetDeviceNet； n n 第第4 4部分智能分布式系统部分智能分布式系统SDSSDS（Smart Distributed SystemSmart Distributed System）; ; n n 第第5 5部分部分Seriplex Seriplex n n 其它有实力、有发展前景的控制网络技术其它有实力、有发展前景的控制网络技术 n n 工业以太网；工业以太网；LonWorksLonWorks；ModbusModbus；蓝牙、无线局域网；消费电；蓝牙、无线局域网；消费电 子总线子总线CEBusCEBus；光总线等；光总线等； （过渡型总线（过渡型总线HARTHART） * Copyright by Zhihuan Song44 主流现场总线主流现场总线 n n 基金会现场（基金会现场（FFFF）总线）总线 n n LonWorkLonWork技术和技术和LONLON总线总线 n n HARTHART通信协议总线通信协议总线 n n CANCAN总线总线 n n ProfibusProfibus总线总线 n n InterBus-SInterBus-S总线总线 n n ControlNetControlNet总线总线 n n ModbusModbus总线总线 现场总线控制网络现场总线控制网络 n n 信息时代的技术发展对测控系统提出了数字化、网络化、信信息时代的技术发展对测控系统提出了数字化、网络化、信 息化的要求，如数字地球、数字北京、企业的管理控制一体息化的要求，如数字地球、数字北京、企业的管理控制一体 化等要求测量控制设备向网络提供多方面的数字信息。化等要求测量控制设备向网络提供多方面的数字信息。 n n 现场总线作为现场控制网络技术，被视为公用数据网络在现场总线作为现场控制网络技术，被视为公用数据网络在测测 控领域的延伸，它的兴起为控领域的延伸，它的兴起为自控技术本身的发展提供了新的自控技术本身的发展提供了新的 机遇机遇 n n 现场总线现场总线使测控设备具备了数字计算和数字通信能力，提高使测控设备具备了数字计算和数字通信能力，提高 了信号的测量、传输和控制精度，提高了系统与设备的功能了信号的测量、传输和控制精度，提高了系统与设备的功能 、性能。、性能。 n n 现场总线现场总线可采用多种介质（多种有线和无线方式）传送数字信号可采用多种介质（多种有线和无线方式）传送数字信号。在两在两 根导线上可挂接多至几十个自控设备，能节省大量线缆、槽架、连接件根导线上可挂接多至几十个自控设备，能节省大量线缆、槽架、连接件 。减少系统设计、安装、维护的工作量减少系统设计、安装、维护的工作量 n n 现场总线现场总线形成真正分散在现场的完整控制系统，提高了控制系统运行的形成真正分散在现场的完整控制系统，提高了控制系统运行的 可靠性。丰富了控制设备的信息内容，提供了如阀门动作次数、故障诊可靠性。丰富了控制设备的信息内容，提供了如阀门动作次数、故障诊 断等信息。断等信息。 n n 为控制信息进入公用数据网络创造了条件，沟通了现场控制设备之间及为控制信息进入公用数据网络创造了条件，沟通了现场控制设备之间及 其与更高控制管理层网络之间的联系其与更高控制管理层网络之间的联系, ,便于实现管控一体化便于实现管控一体化 n n 控制网络与数据网络的结合，控制网络与数据网络的结合，便于便于实现信号的远程传送与异地远程自动实现信号的远程传送与异地远程自动 控制控制。 * Copyright by Zhihuan Song47 全分布、网络集成式控制系统全分布、网络集成式控制系统 * Copyright by Zhihuan Song48 现场总线系统是企业的底层网络现场总线系统是企业的底层网络 * Copyright by Zhihuan Song49 企业网络的功能层次企业网络的功能层次 * Copyright by Zhihuan Song50 现场总线技术的发展趋势现场总线技术的发展趋势 n n 1.1.注重系统的开放性注重系统的开放性 封闭、自成一体的系统定会消亡封闭、自成一体的系统定会消亡 n n 2.2.注重应用系统设备间的互操作性注重应用系统设备间的互操作性 n n 早期的总线技术多注重在通信协议上，而近年来其技术发展逐渐转早期的总线技术多注重在通信协议上，而近年来其技术发展逐渐转 向应用与用户层的相关规范，如设备描述、标准功能块等。向应用与用户层的相关规范，如设备描述、标准功能块等。 n n 应用系统设备间的互连不仅只要完成数据通信，还要构成控制网络应用系统设备间的互连不仅只要完成数据通信，还要构成控制网络 ，形成测量控制应用系统，而，形成测量控制应用系统，而应用与用户层规范与设备间的互可操应用与用户层规范与设备间的互可操 作性直接相关作性直接相关。设备间的互操作依靠应用层协议设备间的互操作依靠应用层协议 nCAN是封装在芯片中的通信协议； n485只是物理层的电气接口规范， n由它们构成控制网络还需借助另外的协议规范 n n 数据信号的传输、数据理解数据信号的传输、数据理解 * Copyright by Zhihuan Song51 n n 3.3.注重控制网络与公用数据网络的结合注重控制网络与公用数据网络的结合 n n HSEHSE；ProfinetProfinet；连接；连接 modbusmodbus的透明工厂；第的透明工厂；第3 3代的代的 LonworksLonworks、FIPFIP等，等， n n 各种控制网络都在向数据网络挂靠各种控制网络都在向数据网络挂靠 n n 4.4.注重使测控设备具备网络浏览功能注重使测控设备具备网络浏览功能 n n 具有网络浏览功能的具有网络浏览功能的PLCPLC；具有网络浏览功能的远程数据；具有网络浏览功能的远程数据 终端终端 n n 借助通用浏览器工具得到专用设备的数据信息借助通用浏览器工具得到专用设备的数据信息 n n 控制设备走向开放的窗口。控制设备走向开放的窗口。 * Copyright by Zhihuan Song52 n n 5.5.以太网已直接进入控制网络以太网已直接进入控制网络 n n 以太网技术进入控制网络的优势以太网技术进入控制网络的优势 n n 以太网技术进入控制网络要解决的问题以太网技术进入控制网络要解决的问题 n n E E网到底可行，网到底可行，E E网打尽不现实网打尽不现实 n n 我国的我国的EPAEPA标准标准 n n 6.6.多种通信方式下的数据传输与数据集成，管控一体化目标下多种通信方式下的数据传输与数据集成，管控一体化目标下 的数据综合利用的数据综合利用 n n 有线、无线通信方式的结合；有线、无线通信方式的结合； n n 控制网络、数据网络、电话网络、无线局域网的互连；充控制网络、数据网络、电话网络、无线局域网的互连；充 分利用现有的网络资源分利用现有的网络资源 n n 数据集成，综合利用：共同构成测量控制系统；发布运行数据集成，综合利用：共同构成测量控制系统；发布运行 、调度信息、调度信息 * Copyright by Zhihuan Song53 异构控制网络互连异构控制网络互连 * Copyright by Zhihuan Song54 现场总线应用系统现场总线应用系统 n n 现场总线技术的应用领域十分广泛，凡属设备间需现场总线技术的应用领域十分广泛，凡属设备间需 要数据通信的场合都需要它要数据通信的场合都需要它 n n 连续、离散制造业，如电力、石化、冶金、纺织、造纸，连续、离散制造业，如电力、石化、冶金、纺织、造纸， 过程自动化仪表；火车、汽车、轮船、机器人、数控机床过程自动化仪表；火车、汽车、轮船、机器人、数控机床 ；智能传感器；智能传感器 n n 楼宇自控、仓储；楼宇自控、仓储； n n 智能交通、环境监测（大气、水污染监测网络）智能交通、环境监测（大气、水污染监测网络） n n 农、林、水利、养殖等农、林、水利、养殖等 n n 其技术与产品在工业控制计算机、测控板卡、仪器其技术与产品在工业控制计算机、测控板卡、仪器 仪表、系统集成、应用系统等领域都有良好的发展仪表、系统集成、应用系统等领域都有良好的发展 前景前景 * Copyright by Zhihuan Song55 过程控制中的过程控制中的HSE/H1HSE/H1应用系统应用系统 * Copyright by Zhihuan Song56 网络集成式控制系统网络集成式控制系统 * Copyright by Zhihuan Song57 ProfibusProfibus与与PLCPLC网络网络 （电力、冶金、机械加工行业等）（电力、冶金、机械加工行业等） * Copyright by Zhihuan Song58 ProfinetProfinet * Copyright by Zhihuan Song59 汽车内部网络（汽车内部网络（SAE-J1939SAE-J1939） * Copyright by Zhihuan Song60 多网段车辆内部网络系统多网段车辆内部网络系统 * Copyright by Zhihuan Song61 第三代第三代LonWorksLonWorks技术应用系统技术应用系统 （智能楼宇、连锁店）（智能楼宇、连锁店） * Copyright by Zhihuan Song62 LonWorks/EthernetLonWorks/Ethernet * Copyright by Zhihuan Song63 交通系统中的交通系统中的 数据语音混合通信应用系统数据语音混合通信应用系统 * Copyright by Zhihuan Song64 n n 现场总线被视为基于现场总线被视为基于PCPC、特别是基于工业、特别是基于工业PCPC的控制技术的控制技术 n n 各种工业控制计算机、测量控制板卡的供应商是现场总各种工业控制计算机、测量控制板卡的供应商是现场总 线技术发展的重要力量线技术发展的重要力量 n n 以现场总线技术提升产品的串行通信能力，发展具有以现场总线技术提升产品的串行通信能力，发展具有 数据通信能力的控制网络新的产品系列，对推广现场数据通信能力的控制网络新的产品系列，对推广现场 总线技术的应用、对推动测量控制领域的信息化，将总线技术的应用、对推动测量控制领域的信息化，将 起到积极作用起到积极作用。 n n 现场总线的技术发展有待业内人士（设备开发供应商、现场总线的技术发展有待业内人士（设备开发供应商、 用户）的共同努力用户）的共同努力 三、工业以太网控制系统三、工业以太网控制系统 Industrial Ethernet Control SystemIndustrial Ethernet Control System * Copyright by Zhihuan Song66 n n 客户要求客户要求 n n 更快，更便捷，更便宜更快，更便捷，更便宜 n n 能够利用现有的线路能够利用现有的线路 n n 连通性好连通性好 n n 标准单一标准单一 为什么要用工业以太网为什么要用工业以太网? ? * Copyright by Zhihuan Song67 以太网用于工业领域的可能性以太网用于工业领域的可能性 n n 随着互联网技术的发展与普及推广，随着互联网技术的发展与普及推广，EthernetEthernet 技术也得到了迅速的发展，技术也得到了迅速的发展，EthernetEthernet传输速率传输速率 的提高和的提高和EthernetEthernet交换技术的发展，给解决交换技术的发展，给解决 EthernetEthernet通信的非确定性问题带来了希望，并通信的非确定性问题带来了希望，并 使使EthernetEthernet全面应用于工业控制领域成为可能全面应用于工业控制领域成为可能 。 * Copyright by Zhihuan Song68 工业以太网的概念工业以太网的概念 n n 所谓工业以太网，一般来讲是指技术上与商用以太所谓工业以太网，一般来讲是指技术上与商用以太 网（即网（即IEEE802.3IEEE802.3标准）兼容，但在产品设计时，在标准）兼容，但在产品设计时，在 材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可材质的选用、产品的强度、适用性以及实时性、可 互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能互操作性、可靠性、抗干扰性和本质安全等方面能 满足工业现场的需要。满足工业现场的需要。 * Copyright by Zhihuan Song69 工业以太网技术工业以太网技术 n n 通信确定性与实时性通信确定性与实时性 n n 快速以太网快速以太网 n n 交换式以太网技术交换式以太网技术 n n 全双工通信又使得端口间两对双绞线全双工通信又使得端口间两对双绞线( (或两根光纤或两根光纤) )上分别同时接收和上分别同时接收和 发送报文帧，也不会发生冲突发送报文帧，也不会发生冲突 n n 稳定性与可靠性稳定性与可靠性 n n 专门开发和生产了导轨式集线器、交换机产品，安装在标准专门开发和生产了导轨式集线器、交换机产品，安装在标准DINDIN导轨导轨 上，并有冗余电源供电，接插件采用牢固的上，并有冗余电源供电，接插件采用牢固的DB-9DB-9结构。结构。 n n 特别设计用于连接工业应用中具有以太网络接口的工业设备特别设计用于连接工业应用中具有以太网络接口的工业设备 * Copyright by Zhihuan Song70 以太网用于工业领域的关键问题以太网用于工业领域的关键问题 n n EthernetEthernet实时通信服务质量支持策略实时通信服务质量支持策略 n n 满足通信一致性和互可操作性的应用层、用户层协议满足通信一致性和互可操作性的应用层、用户层协议 规范规范 n n 网络可用性网络可用性 n n 网络安全性网络安全性 n n 本质安全与安全防爆技术本质安全与安全防爆技术 * Copyright by Zhihuan Song71 工业以太网协议工业以太网协议 n n 为满足工业现场控制系统的应用要求，必须在为满足工业现场控制系统的应用要求，必须在 Ethernet+TCP/IPEthernet+TCP/IP协议之上，建立完整的、有效的协议之上，建立完整的、有效的 通信服务模型，制定有效的实时通信服务机制，协通信服务模型，制定有效的实时通信服务机制，协 调好工业现场控制系统中实时和非实时信息的传输调好工业现场控制系统中实时和非实时信息的传输 服务，形成为广大工控生产厂商和用户所接收的应服务，形成为广大工控生产厂商和用户所接收的应 用层、用户层协议，进而形成开放的标准。用层、用户层协议，进而形成开放的标准。 * Copyright by Zhihuan Song72 工业以太网通信模型工业以太网通信模型 n n 对应于对应于ISO/OSIISO/OSI七层通信模型，以太网技术规范只映七层通信模型，以太网技术规范只映 射为其中的物理层和数据链路层；射为其中的物理层和数据链路层； n n 而在其之上的网络层和传输层协议，目前以而在其之上的网络层和传输层协议，目前以TCP/IPTCP/IP 协议为主（已成为以太网之上传输层和网络层协议为主（已成为以太网之上传输层和网络层“ “事实事实 上的上的” ”标准）。标准）。 n n 而对较高的层次如会话层、表示层、应用层等没有而对较高的层次如会话层、表示层、应用层等没有 作技术规定。作技术规定。 * Copyright by Zhihuan Song73 几种常见的工业以太网几种常见的工业以太网 n n HSE(High Speed EthernetHSE(High Speed Ethernet，高速以太网，高速以太网) ) n n PROFInetPROFInet n n EPAEPA n n Ethernet/IPEthernet/IP * Copyright by Zhihuan Song74 HSE(High Speed EthernetHSE(High Speed Ethernet，高速以太网，高速以太网) ) n n FFFF现场总线基金会明确将现场总线基金会明确将HSEHSE定位成实现控制网络定位成实现控制网络 与互联网与互联网InternetInternet的集成。的集成。 n n 由由HSEHSE链接设备将链接设备将H1H1网段信息传送到以太网的主干网段信息传送到以太网的主干 上并进一步送到企业的上并进一步送到企业的ERPERP和管理系统。操作员在和管理系统。操作员在 主控室可以直接使用网络浏览器查看现场运行情况主控室可以直接使用网络浏览器查看现场运行情况 。现场设备同样也可以从网络获得控制信息。现场设备同样也可以从网络获得控制信息 * Copyright by 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