自动化系统网络结构II.ppt

常用现场总线的网络长度的限制,（2）现场总线应用典型举例 以某钢铁企业项目的控制系统为例,三、基础自动化网络技术,1、基础自动化系统网络结构 2、基础自动化系统结构构建 3、基础自动化网络应用举例,1 、基础自动化系统网络结构,（1）基础自动化的结构原理性图 基础自动化的最小系统由三部分构成：设备、控制器、hmi服务,（2） 现场设备扩展后的基础自动化系统结构 对现场设备扩展，主要体现在现场总线的应用上,（3） 控制器扩展后的基础自动化系统结构 对控制器扩展，主要体现更多种类的控制器，如plc、基于pc架构的控制器（如cpci架构控制器、vme架构控制器等）、工控机等,（4） 上位服务扩展后的基础自动化系统结构 上位服务扩展，主要指为控制器提供的服务进行扩展，如过程自动化系统通讯量大，hmi服务可以采用冗余；增加web操作站,2 、基础自动化系统结构构建,（1） 基础自动化系统网络构建 基础自动化系统网络的构建，根据系统规模和详细需求，参照第1部分的第2章和第3章，选取合适的传输介质、交换机和网络拓扑即可,（2） 控制器选型 首先确定控制器选用plc、dcs还是基于pc架构的控制器 然后根据选择的控制器完成具体选择 a、plc选型 确定控制方案 输入输出（i/o）点数的估算 存储器容量的估算 cpu的选型 输入输出模块的选择 电池或存储卡的选择,b、dcs系统选型： 系统规模 系统专长 工艺的特殊要求 系统结构 系统性能 系统功能 技术服务,c、基于pc架构控制器选型,3 、基础自动化网络应用举例,连铸机改造项目的基础自动化系统网络结构,四、过程自动化网络技术,1、 过程自动化系统的网络结构 2、过程自动化系统结构的构建 3、过程自动化系统的软件结构 4、过程自动化网络应用举例,1、 过程自动化系统的网络结构,（1）过程自动化的结构原理图 过程自动化的最小系统主要由两部分构成：模型服务、l2应用服务,（2） 扩展后的过程自动化系统 扩展的服务器和操作端包括：数据server、web server、远程操作终端,2 、过程自动化系统结构的构建,过程自动化系统结构的构建，包括两部分：系统网络构建、系统的架构搭建 1、过程自动化系统网络的构建 过程自动化系统网络的构建，根据系统规模和详细需求，选取合适的传输介质、交换机、路由器和网络拓扑即可 为提高通讯可靠性，可以进一步考虑采用冗余网络结构,2、过程自动化系统的架构搭建 （1）、按照功能介绍过程自动化系统的服务器 . 数据服务器 数据库服务器是由运行在局域网中的一台或多台计算机和数据库管理系统软件共同构成的，为客户应用提供服务，包括查询、更新、事务管理、索引、高速缓存、查询优化、安全及多用户存取控制等,. 模型服务器 模型服务的工作过程大致如下： a. 通过与基础自动化通讯，采集需要的过程变量，完成对现场事件的检测； b. 根据运算需要，访问数据库（通常是实时数据库），进行模型计算和控制率运算； c. 根据模型预报和操作员输入数据指令，向基础自动化系统特定的控制点，发送合适的控制数据； d. 基础自动化系统输出对应的控制量给现场的执行机构，完成控制调节,. l2应用服务器 l2应用服务器基础自动化数据的采集、存储与管理，物流跟踪，过程监控，以及远程的信息查询等应用功能。l2应用服务器通过特定的协议或接口，设计专门的服务软件，把应用逻辑提供给客户端程序 . l2应用服务器与l1的通讯 a. opc通讯方式：由一些占领世界领先地位的自动化系统和硬件、软件公司和微软合作而建立的，满足开放性和互操作性的接口标准 b. 基于tcp/ip的socket方式：socket提供了程序之间（主要指进程）通信的端点,（2） 按照结构和性能介绍过程自动化系统的服务器 在过程自动化系统中，服务器按照结构和性能可分为：单服务器、冗余服务和容错服务器，其中，冗余服务器和容错服务器是随着过程控制系统对可靠性和安全性不断提高而出现的 . 单服务器 主要指从逻辑上只有一台服务器，提供特定的服务,.冗余服务器 冗余服务器的建立有三种方式： 冷冗余：另备一套server不通电、不工作，准备待命(人为预置好)，这种应用于短暂的服务器停机不影响整个系统的运行 暖冗余：即软冗余方式，主要通过编程方式来实现冗余服务器，这种系统常用于对可靠性要求不高，系统切换时间较长的生产领域 热冗余(热备)：即硬冗余方式，当主设备故障时，通过特定硬件判别、备份方式快速地自动切换到备用设备上，保持系统正常运行,.容错服务器 容错服务器的设计思想和方法：一个控制系统迟早会发生故障，在设计控制系统时考虑会发生故障和这种故障可能会对系统的性能造成很大的影响。 (1) 双机热备份：是由两台服务器系统和一个外接共享磁盘阵列柜(也可没有，而是在各自的服务器中采取raid卡)及相应的双机热备份软件组成，存在三种模式：双机热备模式、双机互备模式和双机双工模式（ cluster集群 ）。 (2) 单机容错服务器：是在一台服务器实现高性能容错的，最大的优势在于能够自动分离故障模块，在不中断运行的情况下，进行模块调换，对损坏的部件进行维护，并且在一切物理故障消除后，系统会自动重新同步运行，从而有效的解决了客户的后顾之忧。,3 、过程自动化系统的软件结构,服务器有两种应用模式：b/s和c/s模式 1 、c/s、b/s结构定义 c/s （client/server）结构，即客户机和服务器结构 c/s 三层架构：,b/s（browser/server）结构即浏览器和服务器结构 b/s架构,2 、c/s、b/s结构优点与缺点 c/s结构的优点： （1）.服务器的负荷较轻 （2）.响应速度较快 （3）. 较强的事务处理能力 c/s结构的缺点： （1）. 维护成本高 （2）. c/s结构的软件版本多，代价高和低效率,b/s结构的优点： （1）. 维护和升级方式简单 （2）. 成本降低，选择更多 b/s结构的缺点： （1）. 服务器运行数据负荷较重，响应速度不及c/s （2）. 用户体验效果不是很理想，开发难度较大,3 、c/s与b/s结构应用的差异 由于c/s是建立在局域网的基础上的，b/s是建立在广域网的基础上的，故有以下在应用上的区别： 硬件环境：c/s应用专用的网络，以及局域网； b/s建立在广域网之上； 安全要求：c/s面向固定的用户群，信息安全性强； b/s面向相对不可知的用户群。 程序架构： c/s 注重流程，对权限多层次校验， b/s 对安全以及访问速度。 系统维护：b/s维护和升级等的开销小 处理问题：b/s与用户和操作系统的耦合较小、 信息流： c/s 程序交互性相对低； b/s更象交易中心。,c/s和b/s编程技术的比较,4、 软件结构选择 软件结构的选择，需要明确以下几点关键问题： 1.确定系统的网络架构：采用单机系统、c/s系统、还是b/s. 2.确定软件开发的基本层级：运用高级语言进行常规应用开发，还是需要访问底层硬件进行底层软件开发 3.确定服务器能够承受的访问负载，如客户机最大点数等 4.明确需要支持第三方软件，如提供给第三方api接口 5.确定通讯方案，如网络（或数据通讯）的连接方式，以及配套通讯软件开发 6.确定客户机的应用定位，即客户机是“胖”客机，还是“瘦”客户机 7.确定数据文件的保存方式，如文本、本地数据库、大型数据库,4 、过程自动化网络应用举例,1、基础自动化级简介 基础自动化的主要任务是根据l2设定的参数完成酸洗轧制过程的控制、数据采集等功能 酸洗段共有10个s7-300、32个simovert 变频器等，完成入口钢卷运输段、酸洗入口段、酸洗化学段、酸洗出口段的控制及数据采集 轧机段共有33个simad yn2d数字控制系统、21个simovert变频器、10 个simoreg2k、6 个s7-300，完成轧机段的轧制过程控制和数据采集,2、过程自动化级简介 过程自动化系统由l2应用服务器、数据库服务器、板型模型服务器、多个及人机接口(hmi)组成，主要完成功能：带钢跟踪；轧制过程数据的收集及处理；数学模型预计算；轧制规程的自适应、操作及维护画面的显示；各种生产报表、故障报表的生成和打印等 l2应用服务器采用2 台dell公司的服务器,一个为运行机,一个为备用机。通过光纤将2台l2应用服务器与其它服务器及hmi 服务器连接在一起，其中，hmi由6 台服务器、21个操作终端以及6个工程师站组成,现简单介绍每个服务器功能： 1. l2应用server：物料跟踪(mt、 轧机停机管理(sz)、测量值采集与处理、设定值处理、速度优化(so)、带钢缺陷处理(sd)、信号处理(sh)、数据处理(dl)、记录文件处理(log)等 2. 数据库server：为l2应用建立的专门关系型数据库，来存储各种过程数据 3. 历史数据库server：记录l2应用的历史数据，数据库结构基本与数据库server相同 4. 板型模型server：主要完成道次规程计算(pc)、模型自适应(ad)、模型继承(in)及神经网络培训(nn)等 5. 实时数据库server：存储采集的与板型控制有关的基础自动化数据，以及模型运算后的输出数据等 6. 远程操作终端：类似于远程的l2工程师站，基于b/s架构。它通过防火墙隔离，该终端可以位于公司的办公环境中，也可通过vpn进行登录与操作,五、生产制造执行系统网络结构,1、生产制造执行系统网络结构 2、生产制造执行系统功能简介,1 、生产制造执行系统网络结构,生产制造执行系统网络结构简图,2、生产制造执行系统功能组成,生产管理 技术管理 质量管理 设备管理等,3、生产制造执行系统功能简介,1 、生产管理 （1）生产订单管理 生产订单录入 生产订单预设计 计算生产订单 生产订单维护 查看订单进程 （2）生产计划管理 生产订单排程 生产指令下发 排程查看 （3）生产调度管理,2、 技术管理 （1）产品物理特性与化学成分管理 （2）工艺流程管理 （3）标准操作实绩管理,3、 成分分析管理 成分分析管理主要指从生产原料到最后的产品各个生产阶段的中间产品进行化验，将其成分分析，并对每一次成分分析的结果进行管理，如添加、删除、修改和浏览查询。成分分析在一定意义上讲，是为产品的质量管理提供数据支持 为了保证安全，对一般情况下，只对操作人员开放了浏览和查询功能；而对生产调度人员或管理人员，开放全部的管理功能,4 、质量管理 （1） 质量作业管理 质量编号管理 质量数据采集 不合格品管理 质量呈