第8章网络集成式分散控制

1、第8章网络集成式分散控制 8-1 8-1 数据通信与工业网络数据通信与工业网络 8-2 8-2 集散控制系统集散控制系统 8-3 8-3 现场总线控制系统现场总线控制系统 8-4 8-4 移动式砼厂拌设备移动式砼厂拌设备FCSFCS系统实例系统实例 第8章网络集成式分散控制 8-1数据通信与工业网络数据通信与工业网络 8-1-1概述概述 在信息时代，对计算机除了要求具备很好的数据计算和处 理能力外，还要求具备良好的数据传输功能和数据存取， 包括远程存取数据的能力。 在过程控制应用中，由单台工业控制计算机组成的系统， 其功能毕竟是有限的；借助于通信技术，可将地理位置分 散的多台控制机联结成网。

2、对工业控制网络的最基本要求是： （1）可靠性 （2）实时性 第8章网络集成式分散控制 8-1数据通信与工业网络数据通信与工业网络 8-1-2网络标准与通信协议网络标准与通信协议 有关局部网络的标准化规定: 收发控制方式有两种：CSMACD和令牌传递方式。 网络结构有两种：总线形和环形。 物理信道有单信道和多信道两种。 为了便于网络互联，国际标准化组织（ISO） 提供了一个标准的协议结构开放式系统互 联（OSI）参考模式。它共分为七层协议，即 从下至上划分成物理层、链路层、网络层、传 输层、对话层、表示层、应用层。 第8章网络集成式分散控制 8-1数据通信与工业网络数据通信与工业网络 8-1-2

3、网络标准与通信协议网络标准与通信协议 物理层：物理层：主要是为通信各方提供物理信道。 数据链路层：数据链路层：分为介质访问控制层和逻辑链路控制层， 前者主要解决物理信道的使用，后者保证信息正确有 序地在有噪信道上传输。 网络层：网络层：在有限个物理信道上建立多条逻辑信道并完 成路径选择。 传输层：传输层：为用户建立多条逻辑信道，允许多用户共享 一条逻辑信道，并兼有端端控制功能。 对话层：对话层：用户进程的建立或拆除，对连接传输进行管 理。 第8章网络集成式分散控制 8-1数据通信与工业网络数据通信与工业网络 8-1-2网络标准与通信协议网络标准与通信协议 表示层：表示层：信息格式的转换如文本压

4、缩、加密等。 应用层：应用层：该层要实现的功能取决于用户和系统应 用管理进程。 国际电工总委员会（IEC）把用于分散型控制系 统的数据通信系统定名为过程数据公路（Process Data Highwav），简称为PROWAY。为分散型过 程控制系统的计算机局部区域网制订的标准称为 PROWAY C。 第8章网络集成式分散控制 8-1数据通信与工业网络数据通信与工业网络 8-1-2网络标准与通信协议网络标准与通信协议 PROWAY主要规定了以下几点： （l） 可靠性 （2） 实时性 （3） 流程控制 （4） 数据传输分类 过程数据公路PROWAY 的基本特点有： 拓扑结构主要有总线结构和环形结构

5、两种。 链路级传输规程多采用HDLC 。 目前的过程数据公路系统由通信控制器、数据通信 接口和通信干线等部分组成。 第8章网络集成式分散控制 8-1数据通信与工业网络数据通信与工业网络 8-1-3工业控制网络结构与数据收发控制方式工业控制网络结构与数据收发控制方式 在工业环境中采用的网络结构主要有环形网和 总线网两种。 环形网具有如下特点： 由于它是一种多点式访问型网络结构，既可实现 点一点通信，也便于实现广播式数据通信，可以覆 盖较远的地域。 环形网由于数据在整个网上顺序传输，因此中间 环节中任一节点或电缆的故障都会终止网络的工作。 加人新的节点也较困难。 第8章网络集成式分散控制 8-1数

6、据通信与工业网络数据通信与工业网络 8-1-4工业网络的性能评价和选型工业网络的性能评价和选型 工业网络的性能评价 业网络的选型 大型系统的工业网络选型 大型系统常采用分散型控制的模式，系统主要分为二 级，并采用纵向层次结构，其网络选型可按以下考虑 分散过程控制级 ； 集中操作监控级 ； 综合信息管理级 ； 中小型系统的工业网络选型 第8章网络集成式分散控制 8-2集散控制系统集散控制系统 8-2-1 DCS概述概述 DCS的体系结构 DCS的体系结构通常为三级。第一级为分散过程控制 级；第二级为集中操作监控级；第三级为综合信息管 理级。 分散过程控制级 集中操作监控级 综合信息管理级 通信网

7、络系统 第8章网络集成式分散控制 8-2集散控制系统集散控制系统 8-2-1 DCS概述概述 DCS的特点 独立性 协调性 友好性 适应性、灵活性和可扩充性 实时性 可靠性 第8章网络集成式分散控制 8-2集散控制系统集散控制系统 8-2-1 DCS概述概述 典型的DCS 第一阶段（1975年1980年）的代表产品有美国 Honeywell公司的TDC2000 ； 第二阶段（1980年1985年）是DCS的成长与完善 时期，这一阶段的代表产品有Honeywell公司的 TDC3000，YOKOGAWA的CENTUM A，B，C等； 第三阶段（1985年以后）是DCS的扩展期 ，这一代 的典型产

8、品有：Honeywell公司的TDC 3000/PM； YOKAGAWA公司的CentumXL；Bailey Control公 司的INFI90等 ； 第8章网络集成式分散控制 8-2集散控制系统集散控制系统 8-2-2 DCS的分散过程控制级的分散过程控制级 现场控制站 现场控制站的构成 机箱（柜） 电源 PC总线工业控制机 通信控制单元 手动、自动显示操作单元 现场控制站的功能 现场控制站的功能主要有6种，即数据采集功能、 DDC控制功能、顺序控制功能、信号报警功能、打 印报表功能、数据通信功能。 第8章网络集成式分散控制 8-2集散控制系统集散控制系统 8-2-2 DCS的分散过程控制级

9、的分散过程控制级 智能调节器 以微处理器技术为基础的智能调节器（如单回路、 多回路智能调节器）由于具有数据通信功能，因此 在DCS的分散过程控制级也得到了广泛的应用。 智能调节器是一种数字化的过程控制仪表，其外表 类似于一般的盘装仪表 。 智能调节器不仅可接受420mA，DC电流信号输入 的设定值，还具有异步通信接口RS422485、RS 232等，可与上位机连成主从式通信网络，接受 上位机下传的控制参数，并上报各种过程参数。 第8章网络集成式分散控制 8-2集散控制系统集散控制系统 8-2-2 DCS的分散过程控制级的分散过程控制级 可编程序控制器（PLC） PLC与智能调节器最大的不同点是

10、：它主要配制的 是开关量输入、输出通道，用于执行顺序控制功能。 PLC主要用于生产过程中按时间顺序控制或逻辑控 制的场合，以取代复杂的继电器控制装置。 在较新型的PLC中，也提供了模拟量控制模块，其 输入输出的模拟量标准与智能调节器相同。同时也 提供了PID等控制算法 。 PLC一般均带有RS422标准的异步通信接口，可 与上位机连成主从式总线型网络，构成DCS。 第8章网络集成式分散控制 8-2集散控制系统集散控制系统 8-2-3 DCS的集中操作监控级的集中操作监控级 显示操作站的构成 监控计算机 键盘 CRT显示器 打印机 显示操作站的功能 显示操作站主要是和操作员以及工程师有关的系统

11、的功能；操作员在运转整个系统时必要的操作功能， 工程师为了进行系统的生成和维护时必要的工程师 功能。 第8章网络集成式分散控制 8-2集散控制系统集散控制系统 8-2-4 DCS的综合信息管理级的综合信息管理级 MIS的组成 MIS的硬件组成 DCS中主要由管理计算机、办公自动化服务系 统、工厂自动化服务系统构成综合信息管理级， 这些部分也就是MIS的硬件组成 MIS的软件组成 企业MIS可粗略地分为市场经营管理、生产管 理、财务管理和人事管理四个于系统。 DCS中MIS的功能 DCS的综合信息管理级主要由MIS来实现生产管理 和经营管理。 第8章网络集成式分散控制 8-2集散控制系统集散控制

12、系统 8-2-5 TDCS3000集散控制系统简介集散控制系统简介 系统的构成 TDCS-3000系统包含了TDCS-2000系统的全部设施， 但是TDCS-3000的设计思想则有了进一步的发展， 其中： 完全包含了TDCS-2000的高速数据通道； 引进“单元”的概念，确立了与过程装置相对应的工厂 运行管理方法； 与过程有关的设备跟TDCS-2000的高速数据通道连接， TDCS-3000的各个设备有局部控制网络（LCN）连接； 高速数据通道与局部控制网络之间的信息交换则通 过通信接口。 第8章网络集成式分散控制 8-2集散控制系统集散控制系统 8-2-5 TDCS3000集散控制系统简介集

13、散控制系统简介 基本设备 除了TDCS-2000系统外，新加的TDCS-3000局部控 制网络上的设备有： 局部控制网络LCN 通用操作站US 通信接口HG 历史组件HM 应用组件AM 计算机组件CM 第8章网络集成式分散控制 8-3现场总线控制系统现场总线控制系统 8-3-1现场总线概述现场总线概述 现场总线及其体系结构 现场总线的体系结构由以下六方面构成： 现场通信网络 现场设备互连 变送器 执行器 服务器和网桥 辅助设备 监控设备 第8章网络集成式分散控制 8-3现场总线控制系统现场总线控制系统 8-3-1现场总线概述现场总线概述 互操作性 分散功能块 供电通信线供电方式允许现场仪表直接

14、从通信线上摄 取能量 开放式互连网络 现场总线和FCS的变革 现场总线对自动化领域的变革 FCS对DCS的变革 FCS的信号传输实现了全数字化 第8章网络集成式分散控制 8-3现场总线控制系统现场总线控制系统 8-3-1现场总线概述现场总线概述 图8.6所示的FCS的系统结构是全分散式，它废 弃了图8.8所示的DOS的输入输出单元和控制 站，由现场设备或现场仪表取而代之； FCS的现场设备具有互操作性 ； FCS的通信网络为开放式互连网络，既可同层 网络互连，也可与不同层网络互连，用户可极方 便地共享网络数据库。 FCS的技术和标准实现了全开放，无专利许可 要求，可供任何人使用。 第8章网络集

15、成式分散控制 8-3现场总线控制系统现场总线控制系统 8-3-1现场总线概述现场总线概述 现场总线的优点 一对N结构 可靠性高 可控状态 互换性 互操作性。 综合功能 分散控制 统一组态。 开放式系统。 第8章网络集成式分散控制 8-3现场总线控制系统现场总线控制系统 8-3-1现场总线概述现场总线概述 几种典型的现场总线 目前，现场总线还没有统一标准，主要是技术原因和 商业利益。目前较流行的现场总线主要有以下五种： CAN，LonWorks，PROFIBUS，HART，FF。 CAN（控制器局域网络） LONWORKS（局部操作网络） PROFIBUS（过程现场总线） HART FF（现场总

16、线基金会）现场总线 第8章网络集成式分散控制 8-3现场总线控制系统现场总线控制系统 8-3-3 FCS体系结构体系结构 FCS的体系结构的体系结构 FCS的核心是现场总线，基础是DCS。 第一代FCS 第一代FCS要借用DCS的某些功能，将现场总线 集成于DCS中。 第二代FCS 第二代FCS不要借用DCS的功能，完全是一个独 立的系统，生产现场层的各类现场总线数字仪表， 可以独立构成各类控制回路，实现彻底的分散控 制；操作监控层具有工程师站和操作员站。 第8章网络集成式分散控制 8-3现场总线控制系统现场总线控制系统 8-3-3 FCS体系结构体系结构 FCS与DCS的集成 FCS与DCS

17、的集成具有三种方式。 现场总线与DCS IO总线的集成 现场总线与DCS网络的集成 FCS与DCS的集成 以上所述的集成方式分别适用于现场总线的初期、发 展期、成熟期，FCS和DCS有共存期，FCS将逐步替 代DCS。 第8章网络集成式分散控制 8-4移动式砼厂拌设备移动式砼厂拌设备FCS系统实例系统实例 8-4-1概概 述述 为推广FCS技术，开发了新的砼厂拌装备，它 主要包括粗细骨料配给系统、水泥和粉煤灰配 给系统、清水和添加剂供给系统、输送机（集 料皮带机和混合料输送机）、搅拌装置、混合 料贮仓和计量控制系统等，各种设备分别安装 在底盘上，便于转移和用载重汽车拖运，组装 时易于安装就位。

18、 第8章网络集成式分散控制 8-4移动式砼厂拌设备移动式砼厂拌设备FCS系统实例系统实例 8-4-2现场测控仪表设计与实现现场测控仪表设计与实现 液体流量FCS测控仪表 液体流量测控任务 选用ISM100系列现场总线控制模块 液体流量测控仪表构成 失重秤专用FCS测控仪表 粉体、固体流量测控任务 现场总线控制模块开发 选择ADAM-5510为基础模块 模块总线接口与通信协议 ADAM-5510模块测控功能开发 第8章网络集成式分散控制 8-4移动式砼厂拌设备移动式砼厂拌设备FCS系统实例系统实例 8-4-2现场测控仪表设计与实现现场测控仪表设计与实现 粉体、固体专用FCS测控仪表构成 在开发出ADAM-5510FCS模块的基础上构造专用控 制仪表就较方便了，开关量、模拟量出、入口信号 可编程选择，对检测、转换、变送执行环节不苛求， 仪