现场总线系统集成.

1、1Beijing Institute of Technology现场总线技术现场总线技术第八讲第八讲 现场总线系统集成现场总线系统集成2Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线系统集成第第 一一 部分部分 现场总线控制系统的现场总线控制系统的设计和组态设计和组态3Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场总线控制系统的设计和组态8.1.1 现场总线控制系统设计准则现场总线控制系统设计准则-设计步骤设计步骤p 要制定控制方案，需要绘制要

2、制定控制方案，需要绘制P&I图；图；p 要优化控制策略，需要绘制组态图；要优化控制策略，需要绘制组态图；p 要选择现场仪表，计算机和网络部件，需要绘制网络图；要选择现场仪表，计算机和网络部件，需要绘制网络图；p 要进行安装布线，需要绘制出网络接线图要进行安装布线，需要绘制出网络接线图4Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场总线控制系统的设计和组态8.1.1 现场总线控制系统设计准则现场总线控制系统设计准则绘制绘制P&I图图p P&I图：过程控制管道和仪表图（图：过程控制管道和仪表图（

3、Process control diagram a piping and instrumentation drawing），），用于过程控制中表示在工艺过程中的检测和控制元件的用于过程控制中表示在工艺过程中的检测和控制元件的标准设计符号；标准设计符号；p 目前没有用于现场总线控制系统设计的国际或国家标准，目前没有用于现场总线控制系统设计的国际或国家标准，由于由于P&I图的目的并不需要说明控制系统的接线技术、图的目的并不需要说明控制系统的接线技术、区分所用仪表类型和表示控制功能的位置，因此，区分所用仪表类型和表示控制功能的位置，因此，ISA认为现有标准已能满足现场总线控制系统的设计要求；

4、认为现有标准已能满足现场总线控制系统的设计要求；5Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场总线控制系统的设计和组态8.1.1 现场总线控制系统设计准则现场总线控制系统设计准则-绘制绘制P&I图图6Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场总线控制系统的设计和组态p 第一个字母表示被测变量，后续字母表示仪表的功能第一个字母表示被测变量，后续字母表示仪表的功能；p 圆圈里的数字表示回路编号，它是按车间（区域）或工序（控制圆

5、圈里的数字表示回路编号，它是按车间（区域）或工序（控制回路）进行编制的；回路）进行编制的；p 为了说明现场总线设备之间信号传输是数字通信信号，可采用通为了说明现场总线设备之间信号传输是数字通信信号，可采用通信链的图形符号；信链的图形符号；8.1.1 现场总线控制系统设计准则现场总线控制系统设计准则-绘制绘制P&I图图7Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场总线控制系统的设计和组态锅炉汽包水位三冲量控制锅炉汽包水位三冲量控制P&I图图FT: 流量变送器流量变送器FC: 流量控制器流量控制器LT

6、: 液位变送器液位变送器FY: 流量加法器流量加法器目的：保持锅炉汽包水位在一定范围内。目的：保持锅炉汽包水位在一定范围内。LTFTFTFTFCFYFC汽包汽包蒸汽蒸汽给水给水蒸汽流量蒸汽流量供水流量供水流量单冲量：只有一个被控变量，即汽包水位。单冲量：只有一个被控变量，即汽包水位。双重量：增加蒸汽流量前馈。双重量：增加蒸汽流量前馈。三冲量：增加给水扰动控制三冲量：增加给水扰动控制8.1.1 现场总线控制系统设计准则现场总线控制系统设计准则-绘制绘制P&I图图8Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场

7、总线控制系统的设计和组态8.1.1 现场总线控制系统设计准则现场总线控制系统设计准则功能连接图功能连接图虚线椭圆表示一台现场总线设备虚线椭圆表示一台现场总线设备9Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场总线控制系统的设计和组态8.1.1 现场总线控制系统设计准则现场总线控制系统设计准则设备接线图设备接线图p 由于通信系统中要防止通信信号在端点处反射造成信号失真，并实由于通信系统中要防止通信信号在端点处反射造成信号失真，并实现线路阻抗匹配，需要设置终端电阻；现线路阻抗匹配，需要设置终端电阻；p 现场总线的电缆有

8、一定的类型规定，对导线的线径、特征阻抗等都现场总线的电缆有一定的类型规定，对导线的线径、特征阻抗等都有严格要求；有严格要求；p 一般模拟仪表系统采用标准电流（或电压）信号，因此可以采用串一般模拟仪表系统采用标准电流（或电压）信号，因此可以采用串联连接，而现场总线仪表一般是并联连接到现场总线网络上的。联连接，而现场总线仪表一般是并联连接到现场总线网络上的。通信系统接线与一般模拟仪表系统接线的区别：通信系统接线与一般模拟仪表系统接线的区别：10Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场总线控制系统的设计和组态例：温

9、度和流量串级控制系统的现场总线设备接线图例：温度和流量串级控制系统的现场总线设备接线图(1)机柜内电源模块8.1.1 现场总线控制系统设计准则现场总线控制系统设计准则设备接线图设备接线图11Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场总线控制系统的设计和组态例：温度和流量串级控制系统的现场总线设备接线图例：温度和流量串级控制系统的现场总线设备接线图(2)8.1.1 现场总线控制系统设计准则现场总线控制系统设计准则设备接线图设备接线图12Beijing Institute of Technology现场总线系统集成

10、现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场总线控制系统的设计和组态例：温度和流量串级控制系统的现场总线设备接线图例：温度和流量串级控制系统的现场总线设备接线图(3)温度检测温度变送流量变送流量控制阀8.1.1 现场总线控制系统设计准则现场总线控制系统设计准则设备接线图设备接线图13Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场总线控制系统的设计和组态8.1.1 现场总线控制系统的设计准则现场总线控制系统的设计准则p 应遵照现场总线技术的有关规范；应遵照现场总线技术的有关规范；p 网段中挂接的现场总线设备总数、

11、分支电缆上挂接的设备数、主干网段中挂接的现场总线设备总数、分支电缆上挂接的设备数、主干电缆和分支电缆长度及电缆类型、电源供电容量、电压压降等应在电缆和分支电缆长度及电缆类型、电源供电容量、电压压降等应在现场总线规定的约束范围内；现场总线规定的约束范围内；p 网段上挂接的设备数与该网段的宏循环时间有关；网段上挂接的设备数与该网段的宏循环时间有关；p 为减少通信量、降低成本，应尽量选用功能较多的现场总线设备，为减少通信量、降低成本，应尽量选用功能较多的现场总线设备，同时同一控制系统中的检测变送器、控制器和控制阀等现场总线设同时同一控制系统中的检测变送器、控制器和控制阀等现场总线设备宜设计在同一网段

12、上；备宜设计在同一网段上；p 考虑防止过流、过压、雷电冲击等外围干扰和故障；考虑防止过流、过压、雷电冲击等外围干扰和故障；p 冗余系统考虑（对通信系统、供电系统、链路主设备等）；冗余系统考虑（对通信系统、供电系统、链路主设备等）；p 考虑控制系统应具有一定的可扩展性；考虑控制系统应具有一定的可扩展性；p 14Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场总线控制系统的设计和组态8.1.2 现场总线控制系统的控制组态现场总线控制系统的控制组态p 现场总线控制组态与现场总线控制组态与DCS控制组态的区别控制组态的区别l

13、 DCS的控制组态结果通常直接存放在的控制组态结果通常直接存放在DCS的分散过程控制装置的分散过程控制装置中；中；l DCS控制组态所使用的功能块从数量和功能上比现场总线的多，控制组态所使用的功能块从数量和功能上比现场总线的多，但因制造商不同而异；但因制造商不同而异；l 在在DCS控制组态中，由于存储器容量较大，因此较少考虑功能控制组态中，由于存储器容量较大，因此较少考虑功能块数量的约束；块数量的约束；l 现场总线功能块适用面更广，但参数设置相对复杂。现场总线功能块适用面更广，但参数设置相对复杂。p 过程：过程： 添加新网段添加新网段-设置现场总线设备的地址、有关性能和参数等属性设置现场总线设

14、备的地址、有关性能和参数等属性-控制组态控制组态-下装下装15Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场总线控制系统的设计和组态现场总线设备库现场总线设备库8.1.2 现场总线控制系统的控制组态现场总线控制系统的控制组态16Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场总线控制系统的设计和组态控制系统功能模块连接图控制系统功能模块连接图8.1.2 现场总线控制系统的控制组态现场总线控制系统的控制组态17Beijing Institu

15、te of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场总线控制系统的设计和组态控制组态的内容下载控制组态的内容下载8.1.2 现场总线控制系统的控制组态现场总线控制系统的控制组态18Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场总线控制系统的设计和组态8.1.3 现场总线控制系统的工程设计现场总线控制系统的工程设计设计步骤设计步骤p 初步设计初步设计l 整个现场总线控制系统自控工程要达到的自动化水平；整个现场总线控制系统自控工程要达到的自动化水平；l 设备投资的费用；设备投

16、资的费用；l 实现自控工程的交付期；实现自控工程的交付期；l 对安全运行的考虑；对安全运行的考虑；l 对操作、维护的要求等。对操作、维护的要求等。p 初步扩大设计初步扩大设计l 过程控制系统的组态；过程控制系统的组态；l 工程的集成范围；工程的集成范围；l 安全设计和可靠性设计；安全设计和可靠性设计；l 检测系统设计、人机界面设计、对扩展的考虑等。检测系统设计、人机界面设计、对扩展的考虑等。p 施工图设计，又称详细设计，主要包括内容有：工程集施工图设计，又称详细设计，主要包括内容有：工程集成的范围、安全设计和可靠性的改进设计等。成的范围、安全设计和可靠性的改进设计等。19Beijing Ins

17、titute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场总线控制系统的设计和组态8.1.3 现场总线控制系统的工程设计现场总线控制系统的工程设计设计文件设计文件p 系统图系统图p 网络网络/网段图网段图p 位置图位置图p 建筑物布置图建筑物布置图p 安装图安装图p 带控制点流程图带控制点流程图p 仪表索引仪表索引/数据库数据库p 仪表数据表仪表数据表p 材料要求材料要求p 制造商文件制造商文件p 网络网段检查图网络网段检查图p 阀门危险程度表阀门危险程度表p 逻辑图逻辑图p 功能描述功能描述/控制叙述等控制叙述等20Beijing Institu

18、te of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线系统集成第第 二二 部分部分 现场总线控制系统的工现场总线控制系统的工程实现程实现21Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的工程实现现场总线控制系统的工程实现8.2.1现场总线的布线和安装现场总线的布线和安装网络组件网络组件应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路数据链路层层物理层物理层应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路数据链路层层物理层物理层中继器中继器网桥网桥路由器路由

19、器网关网关复制位信号延长网段长度复制位信号延长网段长度局域网间存储转发数据帧局域网间存储转发数据帧存储转发分组信号存储转发分组信号协议转换协议转换主要有：中继器主要有：中继器(Repeater)、集线器、集线器(Hub)、交换式集线、交换式集线器器(Switching Hub)、网桥、网桥(Bridge)、路由器、路由器(Router)、网、网关关(Gateway)等。此外还有连接器等。此外还有连接器(Connector)、耦合器、耦合器(Coupler)等。等。22Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成8.2.1现场总线的布线和安装现场

20、总线的布线和安装交换机交换机HSE链路设备链路设备现场总线控制系统的工程实现现场总线控制系统的工程实现终端器终端器浪涌保护器浪涌保护器是一个充满气体的密闭管子是一个充满气体的密闭管子GDT，当电压低于阈值时，有非常高的电阻；，当电压低于阈值时，有非常高的电阻；当电压高于阈值时，管内气体电离并产生对地电阻非常低的通路。当电压高于阈值时，管内气体电离并产生对地电阻非常低的通路。最大浪涌电流可达最大浪涌电流可达20kA23Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成8.2.1现场总线的布线和安装现场总线的布线和安装l 4-20mA电流回路接线图l 简

21、单的现场总线网络p安装布线安装布线现场总线控制系统的工程实现现场总线控制系统的工程实现24Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成8.2.1现场总线的布线和安装现场总线的布线和安装p 链接式仪表的现场总线网络图链接式仪表的现场总线网络图现场总线控制系统的工程实现现场总线控制系统的工程实现25Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成8.2.1现场总线的布线和安装现场总线的布线和安装p 中继器中继器现场总线控制系统的工程实现现场总线控制系统的工程实现26Beijing Institute o

22、f Technology现场总线系统集成现场总线系统集成8.2.1现场总线的布线和安装现场总线的布线和安装p 屏蔽线不应多点接地，应集中一点后再接地屏蔽线不应多点接地，应集中一点后再接地现场总线控制系统的工程实现现场总线控制系统的工程实现27Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的工程实现现场总线控制系统的工程实现8.2.1现场总线的布线和安装现场总线的布线和安装连接示意图连接示意图28Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场总线控制系统

23、的设计和组态p 确定现场总线网段和现场总线设备（确定现场总线网段和现场总线设备（FF为例）为例）不同类型电缆的长度约束和线路电阻不同类型电缆的长度约束和线路电阻l网段的长度由电压降和信号的质量，即衰减网段的长度由电压降和信号的质量，即衰减(Attenuation)和失真和失真(Distortion)所限制。所限制。8.2.1现场总线的布线和安装现场总线的布线和安装29Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场总线控制系统的设计和组态p 确定现场总线网段和现场总线设备（确定现场总线网段和现场总线设备（FF为例）为

24、例）例：设计某现场总线网段，它有例：设计某现场总线网段，它有6台现场总线设备，几何位置分布如台现场总线设备，几何位置分布如下图所示，原有电缆为下图所示，原有电缆为D型电缆，是否可直接采用原有电缆？型电缆，是否可直接采用原有电缆？解：总电缆长度为：解：总电缆长度为：165+60+35+10+10+9+6=295m，根据，根据D型电缆型电缆允许最大长度为允许最大长度为200m，因此不能全部采用，因此不能全部采用D型电缆。可将各分支型电缆。可将各分支电缆换用为电缆换用为A型，即型，即D型型165m，A型型130m： 因因165/200+130/1900=0.89341，所以满足约束条件。，所以满足约

25、束条件。8.2.1现场总线的布线和安装现场总线的布线和安装30Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场总线控制系统的设计和组态p 确定现场总线网段和现场总线设备（确定现场总线网段和现场总线设备（FF为例）为例）例：设计某现场总线网段，几何位置分布如下图所示，拟用例：设计某现场总线网段，几何位置分布如下图所示，拟用A型电缆，型电缆，供电电压供电电压19V，供电电流，供电电流350mA，每台设备的耗电为，每台设备的耗电为20mA，要求，要求供电电压不小于供电电压不小于9VDC，是否可行？，是否可行？解：第一接线盒

26、处电压降为：解：第一接线盒处电压降为：0.02(A/台台)*14(台台)*44(欧欧/km)*0.5km=6.16(V)因此，第一个接线盒处的电压为因此，第一个接线盒处的电压为19-6.16=12.84V8.2.1现场总线的布线和安装现场总线的布线和安装31Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成现场总线控制系统的设计和组态现场总线控制系统的设计和组态解：第一接线盒到第二接线盒处电压降为：解：第一接线盒到第二接线盒处电压降为： 0.02(A/台台)*8(台台)*44(欧欧/km)*0.4km=2.816(V) 因此，第二个接线盒处的电压为因

27、此，第二个接线盒处的电压为12.84-2.816=10.024(V) 第二接线盒到第二接线盒到8台设备的电压降为台设备的电压降为0.02*1*44*0.01=0.0088(V) 第二接线盒连接的第二接线盒连接的8台设备处电压为台设备处电压为10.024-0.0088=10.0152(V) 第一接线盒到第一接线盒到6台设备的电压降为台设备的电压降为0.02*1*44*0.01=0.0088(V) 第一接线盒连接的第一接线盒连接的6台设备处电压为台设备处电压为12.84-0.0088=12.8312(V) 因此，各设备的供电电压都大于因此，各设备的供电电压都大于9V，且电缆总长为，且电缆总长为 5

28、00+400+10*6+10*8=1040m 100Mb/s -1Gb/sp控制网络负荷控制网络负荷l在网络设计时控制各网段的负荷量，合理分布各现场设在网络设计时控制各网段的负荷量，合理分布各现场设备的节点位置，以减少冲突的发生备的节点位置，以减少冲突的发生p采用以太网的全双工交换技术采用以太网的全双工交换技术p采用交换式以太网技术采用交换式以太网技术l采用交换机将网络切分成多个网段，在网段分配合理的采用交换机将网络切分成多个网段，在网段分配合理的情况下，由于网段上多数的数据不需要经过主干网传输，情况下，由于网段上多数的数据不需要经过主干网传输，只在本地网络传输的数据不占用其它网段的带宽。只在

29、本地网络传输的数据不占用其它网段的带宽。41Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成工业以太网技术工业以太网技术8.3.6 实时以太网实时以太网PROFINETModbus/TCPEtherNet/IPPowerlinkEtherCATp实时以太网种类实时以太网种类 IEC61784-2中的中的11种实时以太网：种实时以太网：EtherNet/IP, Profinet, Interbus, EtherCAT, EPA,p几种实时以太网的通信参考模型比较几种实时以太网的通信参考模型比较42Beijing Institute of Techno

30、logy现场总线系统集成现场总线系统集成工业以太网技术工业以太网技术工业以太网的开发情况和发展趋势工业以太网的开发情况和发展趋势现场总线协议现场总线协议对应以太网服务对应以太网服务应用应用基金会现场总线基金会现场总线FFFF HSEFMS与与UDP/IP之间的映射之间的映射PROFIBUSPROFINet与与TCP/IP之间的接口之间的接口ModbusModbus TCPMOdbus与与TCP/IP之间的接之间的接口口ControlNet和和DeviceNetCIP on EthernetCIP与与TCP/IP之间的接口之间的接口LonWorksiLonLonTalk与与TCP/IP之间的接之

31、间的接口口InterBusINTERBUS on ethernet与与TCP/IP之间的接口之间的接口43Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成工业以太网技术工业以太网技术pRT-CSMA/CD协议协议l网络节点分为实时节点和非实时节点，分别遵循网络节点分为实时节点和非实时节点，分别遵循RT-CSMA/CD和和CSMA/CD协议协议l以网络上相距最远的两个节点之间信号传迟延时间的以网络上相距最远的两个节点之间信号传迟延时间的2倍作为最小竞争时隙倍作为最小竞争时隙l发送数据时先侦听信道，若在一个最小竞争时隙中没有发送数据时先侦听信道，若在一

32、个最小竞争时隙中没有检测到冲突，则获得访问控制权，发送数据包；检测到冲突，则获得访问控制权，发送数据包；l非实时节点检测到冲突时停止发送，退出竞争；非实时节点检测到冲突时停止发送，退出竞争；l实时节点检测到冲突时，发送长度不小于最小竞争时隙实时节点检测到冲突时，发送长度不小于最小竞争时隙的竞争信号；的竞争信号；8.3.7 实时以太网的媒体访问控制实时以太网的媒体访问控制44Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成工业以太网技术工业以太网技术p 确定性分时调度，将通信过程划分为若干个循环，确定性分时调度，将通信过程划分为若干个循环，每个循环分

33、为每个循环分为4个时段个时段l起始时段起始时段：进行必要的准备和时钟同步；：进行必要的准备和时钟同步；l周期性通信时段周期性通信时段：用于保证周期性实时数据的传输。在：用于保证周期性实时数据的传输。在该周期中为各节点安排好各自的微时隙进行各自的通信。该周期中为各节点安排好各自的微时隙进行各自的通信。l非周期性通信的异步时段非周期性通信的异步时段：为普通：为普通TCP/IP数据包提供数据包提供通过竞争传输非实时数据的机会。通过竞争传输非实时数据的机会。l保留时段保留时段：用于发布时钟，控制时钟同步。：用于发布时钟，控制时钟同步。8.3.7 实时以太网的媒体访问控制实时以太网的媒体访问控制45Be

34、ijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成工业以太网技术工业以太网技术8.3.8 IEEE 1588精确时间同步协议精确时间同步协议(PTP)时钟偏移量与传输延迟的测量过程时钟偏移量与传输延迟的测量过程p 测量主时钟和从时钟之测量主时钟和从时钟之间的时差，即测量时钟间的时差，即测量时钟偏移值；偏移值；p 测量传输延迟测量传输延迟TS1 - TM1 = t1 = tdelay + toffsetTM3 - TS3 = t2 = tdelay - toffset toffset = (t1 - t2)/246Beijing Institute of

35、Technology现场总线系统集成现场总线系统集成工业以太网技术工业以太网技术8.3.8 IEEE 1588精确时间同步协议精确时间同步协议普通时钟与边界时钟普通时钟与边界时钟47Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成PROFINET标准以太网标准以太网COM/DCOM开放标准开放标准PROFIBUSPROFInet+=PROFInet概念模型概念模型8.3.9 PROFINET48Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成PROFINETPROFInet部件模型部件模型1、工艺模块、

36、工艺模块 PROFInet定义了功能术语，如“机械”、“电气/电子”和 “控制逻辑/软件”，从而形成一种工艺模块。2、PROFInet部件部件 PROFInet部件代表系统范围工程设计中的一种工艺模块，它将其自动化功能封装在一个软件部件内。3、使用、使用XML的部件描述的部件描述 在PROFInet中XML部件文件包含以下数据：作为一个库元素的部件描述、硬件描述、软件功能描述、部件项目的存取地点。PROFInet以DCOM作为设备之间的公共应用协议。4、实时通信、实时通信 在PROFInet中规定了优化的实时通信通道-软件实时通道（SRT通道）5、部件对象模型（、部件对象模型（COM） PRO

37、FInet对象是为自动化应用定做的COM对象。COM对象基本由接口和实现两部分组成。6、运行期和工程设计中的自动化对象、运行期和工程设计中的自动化对象8.3.9 PROFINET49Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成PROFINET_实时通讯实时通讯l实时，实时，Real-time (RT) 使用标准组件性能类似于当前现场总线技术，如PROFIBUS典型应用：工厂自动化l等时同步实时，等时同步实时，Isochronous Real-time (IRT) 确定性的通讯响应时间 1ms, 抖动误差 1s 典型应用：运动控制两种实时模式可同

38、时使用两种实时模式可同时使用8.3.9 PROFINET50Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成PROFINET_实时通讯实时通讯通讯性能通讯性能通讯速率和抖动误差决定网络上的数据传输质量通讯速率和抖动误差决定网络上的数据传输质量nt TCP/IPRT100 msec10 msec IRT0,25.1,0 msectyp. reaction times51Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成PROFINET_实时通讯实时通讯1ms10ms100msInternetp工厂自动化工厂

39、自动化p运动控制运动控制PROFInet TCP/IPReal-TimeIT-servicesProcess data相同的通讯结构和快速响应时间相同的通讯结构和快速响应时间l 同一电缆上完成时实性和同一电缆上完成时实性和IT技术的统一技术的统一 l 覆盖不同要求的实时性通讯应用覆盖不同要求的实时性通讯应用 l TCP/IP通讯通讯 PROFINET实时通讯技术52Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成PROFINET_实时通讯实时通讯标准通道实现TCP/IP 和UDP/IPn参数化和组态参数化和组态n诊断数据诊断数据n用户数据传输用户数

40、据传输 实时通道 RTn高速循环用户数据传输高速循环用户数据传输n事件触发的信息事件触发的信息/报警报警同步实时通道 IRTn同步数据传输同步数据传输n抖动抖动 DdeService = Excel; DdeClientConv1-DdeTopic = (D:Book1.xlsSheet1); DdeClientItem1-DdeItem = R1C1:R2C1; DdeClientConv1-OpenLink(); DdeClientConv1-PokeData(R1C3,Edit3-Text.c_str();71Beijing Institute of Technology现场总线系统集成

41、现场总线系统集成8.4.3 基于基于DDE技术的控制网络和信息网络的集成技术的控制网络和信息网络的集成工业网络集成技术工业网络集成技术LAN通信处理机通信处理机信息网络信息网络控制网络控制网络服务器服务器工作站工作站集成系统架构集成系统架构72Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成8.4.4 OPC技术技术工业网络集成技术工业网络集成技术p 即用于过程控制的即用于过程控制的OLE技术技术(OLE for Process Control)；p 以以Windows的对象链接和嵌入的对象链接和嵌入(OLE)、组件对象模型、组件对象模型(COM)

42、、分布式、分布式COM(DCOM)技术为基础，定义了一套标技术为基础，定义了一套标准接口，在此接口上基于准接口，在此接口上基于PC的软件组件能交换数据；的软件组件能交换数据；p 采用客户采用客户/服务器模式，服务器模式，OPC服务器是数据供应方，负责为服务器是数据供应方，负责为OPC客户提供所需的数据，客户提供所需的数据，OPC客户是数据使用方，处理客户是数据使用方，处理OPC服务器的数据；服务器的数据；p OPC的作用是在工业控制软件中，为不同类型服务器与不的作用是在工业控制软件中，为不同类型服务器与不同类型客户搭建一座同类型客户搭建一座“桥梁桥梁”，通过它各客户，通过它各客户/服务器间形服

43、务器间形成即插即用的、简单规范的链接关系，不同的客户软件能成即插即用的、简单规范的链接关系，不同的客户软件能够访问任意的数据源。够访问任意的数据源。73Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成8.4.4 OPC技术技术COM基础基础工业网络集成技术工业网络集成技术软件结构的发展软件结构的发展一个应用系统是一个单独的应用程序一个应用系统是一个单独的应用程序组件化软件结构：把一个庞大的应用程序分成多组件化软件结构：把一个庞大的应用程序分成多个模块，每个模块保持一定的功能独立性。在协个模块，每个模块保持一定的功能独立性。在协同工作时，通过相互之间

44、的接口完成实际任务。同工作时，通过相互之间的接口完成实际任务。微软提出微软提出COM (Component Object Model)，它不仅定义了组件程序之间进行交互的标准，它不仅定义了组件程序之间进行交互的标准，还提供了组件程序运行所需的环境。还提供了组件程序运行所需的环境。74Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成8.4.4 OPC技术技术COM基础基础工业网络集成技术工业网络集成技术COM标准包含规范和实现两部分标准包含规范和实现两部分p 规范部分定义了组件和组件之间通信的机制。这些规范不依赖特定规范部分定义了组件和组件之间通信的

45、机制。这些规范不依赖特定的语言环境和操作系统；的语言环境和操作系统；p COM标准的实现部分是标准的实现部分是COM库，为库，为COM规范的具体实现提供了一规范的具体实现提供了一些核心服务；些核心服务；p 在在COM标准中，一个组件程序即为一个模块，它可以是一个动态链标准中，一个组件程序即为一个模块，它可以是一个动态链接库（接库（DLL），称为进程内组件，也可以是一个可执行程序，称为），称为进程内组件，也可以是一个可执行程序，称为进程外组件；进程外组件；p 一个组件程序可以包含一个或多个组件对象；一个组件程序可以包含一个或多个组件对象；p 在程序和程序之间进行通信时，通信双方都应该是组件对象，

46、也叫在程序和程序之间进行通信时，通信双方都应该是组件对象，也叫COM对象，而组件程序（对象，而组件程序（COM程序）是提供程序）是提供COM对象的代码载体。对象的代码载体。75Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成8.4.4 OPC技术技术COM基础基础工业网络集成技术工业网络集成技术COM对象对象p COM组件提供给客户的是以对象形式封装起来的实体。组件提供给客户的是以对象形式封装起来的实体。客户程序与客户程序与COM组件程序进行交互的实体是组件程序进行交互的实体是COM对象，对象，它并不关心组件模块的名称和位置，但必须知道在和哪它并不

47、关心组件模块的名称和位置，但必须知道在和哪个个COM对象进行交互；对象进行交互；p COM对象包括属性（状态）和方法（操作）；对象包括属性（状态）和方法（操作）；p 在在COM模型中，对象本身对于客户来说是不可见的。客模型中，对象本身对于客户来说是不可见的。客户请求服务时，只能通过接口进行。每一个户请求服务时，只能通过接口进行。每一个COM对象是对象是用一个用一个128位的全局唯一标识符来标识的。位的全局唯一标识符来标识的。76Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成8.4.4 OPC技术技术COM基础基础工业网络集成技术工业网络集成技术C

48、OM接口接口p COM接口是包含了一组函数的数据结构，通过这组数据结构，客户接口是包含了一组函数的数据结构，通过这组数据结构，客户代码可以调用组件对象的功能；代码可以调用组件对象的功能；指针指针指针函数指针函数1接口指针接口指针指针函数指针函数2指针函数指针函数3指针函数指针函数4 对象实现对象实现接口具有特性：接口具有特性： 二进制特性；二进制特性； 接口不变性；接口不变性； 继承性（扩展性）；继承性（扩展性）； 多态性。多态性。p COM规范要求一个规范要求一个COM对象如果实现了多个接口，则可以从某个接对象如果实现了多个接口，则可以从某个接口得到该对象的任意其他接口，这是通过接口的口得到

49、该对象的任意其他接口，这是通过接口的QueryInterface()函函数实现的；数实现的；77Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成8.4.4 OPC技术技术COM基础基础工业网络集成技术工业网络集成技术COM特性特性p 语言无关性；语言无关性；p 进程透明性；进程透明性；对象对象客户客户对象对象1（客户）（客户）客户客户对象对象2对象对象2客户客户COM对象对象1对象对象2客户客户COM对象对象1简单客户简单客户/服务器模型服务器模型两重结构客户两重结构客户/服务器模型服务器模型COM中的包容模型中的包容模型COM中的聚合模型中的聚合

50、模型78Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成8.4.4 OPC技术技术COM基础基础工业网络集成技术工业网络集成技术COM特性特性p 进程透明性；进程透明性；客户端执行程序服务端执行程序客户端应用程序ProxyDllStubDllserver在同一机器上采用本地过程调用在同一机器上采用本地过程调用LPC在不同机器上采用远程过程调用在不同机器上采用远程过程调用RPCProxy：代理；：代理；Stub：存根：存根79Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成8.4.4 OPC技术技术COM

51、基础基础工业网络集成技术工业网络集成技术COM标准有标准有3种通信机制用于客户程序与种通信机制用于客户程序与COM组件之间组件之间的通信：可连接对象、数据通报机制和的通信：可连接对象、数据通报机制和DCOM技术。技术。p COM中的双向通信机制；中的双向通信机制；p 可连接对象的双向通信机制；可连接对象的双向通信机制；p DCOM技术技术接收器接收器客户客户可连接对象可连接对象可连接对象调用接可连接对象调用接收器的接口成员收器的接口成员客户把接收器的接客户把接收器的接口指针传给对象口指针传给对象80Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成8

52、.4.4 OPC技术技术COM基础基础工业网络集成技术工业网络集成技术DCOM技术技术计算机计算机 A计算机计算机 BCLIENTActiveX SERVERPROXYSTUBRPC 企业层企业层 表示层表示层 数据层数据层应 用 程应 用 程序序 DBMS企业企业对象对象数据数据对象对象DCOMADO81Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成PROFINET代理代理(Proxy)与存根与存根(Stub)8.4.4 OPC技术技术COM基础基础82Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集

53、成PROFINET8.4.4 OPC技术技术COM基础基础83Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成PROFINET8.4.4 OPC技术技术OPC技术优势技术优势p OPC对数据源与数据用户间连接关系的改善对数据源与数据用户间连接关系的改善84Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成X客户机客户机OPC接口接口CANopen网络网络OPC服务器服务器CANopenPROFIbus网络网络OPC服务器服务器PROFIbus串行通信协议串行通信协议OPC服务器服务器条形码阅读器条形码阅读

54、器通信接口程序协议通信接口程序协议OPC服务器服务器接口程序接口程序X客户机客户机OPC接口接口p 开发商可以将开发驱动服务程序的大量人力与资金集中到开发商可以将开发驱动服务程序的大量人力与资金集中到对单一对单一OPC接口的开发，只需开发一个高度优化的、可重接口的开发，只需开发一个高度优化的、可重复使用的复使用的OPC服务器访问底层的硬件；服务器访问底层的硬件；p OPC兼容组件降低系统集成费用，用户可把精力集中在解兼容组件降低系统集成费用，用户可把精力集中在解决有关自动化功能的实现上，缩短应用程序的开发周期。决有关自动化功能的实现上，缩短应用程序的开发周期。8.4.4 OPC技术技术OPC技

55、术优势技术优势85Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成p OPC模式的连接示例模式的连接示例8.4.4 OPC技术技术OPC技术优势技术优势ExcelAccessWordHMIOLE自动自动化接化接口口OPC客户客户OPC通用通用接口接口制造商专用制造商专用服务代码服务代码硬件驱动硬件驱动接口硬件接口硬件现场总线现场总线client application(OPC client)fieldbusOPC servercachefieldbusdevicefieldbusdeviceFieldBusFB managerFB agentFB

56、agent86Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成p OPC规范为规范为OPC服务器规定了两种接口：服务器规定了两种接口：l客户接口客户接口(CI:Custom Interface) 必须由每一个必须由每一个OPC服务器提供，是访问过程变量的有服务器提供，是访问过程变量的有效通道。效通道。l自动化接口自动化接口(AI:Automation Interface)是对客户接口的进一步封装，面向解释程序开发环境，是对客户接口的进一步封装，面向解释程序开发环境，是可选项。是可选项。OPC服务器服务器客户接口客户接口通过通过OPC定义定义OPC自

57、动化自动化接口接口制造商制造商规定协议软件规定协议软件和和硬件连接硬件连接VB客户机客户机C/C+客客户机户机8.4.4 OPC技术技术OPC的对象和接口的对象和接口87Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成OPC AutomationwrapperAutomation client(Visual Basic, Excel,)custom interfaceserverCustom client(C+,.)custom interfaceserver8.4.4 OPC技术技术OPC的对象和接口的对象和接口自动化接口自动化接口定制接口定制接

58、口88Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成p 按照功能不同，按照功能不同，OPC每种接口可分为每种接口可分为3种类型：种类型：l OPC报警和事件访问接口报警和事件访问接口(OPC AE)l OPC历史数据访问接口历史数据访问接口(OPC HDA)l OPC数据访问接口数据访问接口(OPC DA)OPC服务器服务器(OPC-Server)：服务供应者，通常是一个服务供应者，通常是一个COM目目标，是标，是OPC组对象的容器。组对象的容器。OPC组组(OPC-Group)：是是OPC客户使用的客户使用的OPC项的逻辑结构项的逻辑结构单位。

59、一个组可包含多个单位。一个组可包含多个OPC项。项。OPC项目项目(OPC-Item)：通过项标识通过项标识ID区分，它具有一个数值、区分，它具有一个数值、一个状态信息和一个时间标志。一个状态信息和一个时间标志。DA客户客户OPC ServerOPC GroupOPC ItemOPC ItemOPC ItemOPC GroupOPC ItemOPC ItemOPC Item服务器程序服务器程序DA客户客户DA客户客户8.4.4 OPC技术技术OPC的对象和接口的对象和接口89Beijing Institute of Technology现场总线系统集成现场总线系统集成p OPC数据存取服务器中

60、对象及数据存取服务器中对象及OPC客户的相互关系客户的相互关系OPC客户客户程序程序OPC服务器对象服务器对象OPC项对象项对象OPC项对象项对象OPC组对象组对象IUnknown创建组对象返回其指针创建组对象返回其指针IOPCServer调用服务器对象接口调用服务器对象接口获得组对象指针后调用其接口获得组对象指针后调用其接口OPC服务器对象创建服务器对象创建OPC组后，将组对象组后，将组对象的指针传递给客户，由客户直接操纵组对的指针传递给客户，由客户直接操纵组对象。因而提高了存取速度且易于功能扩展象。因而提高了存取速度且易于功能扩展8.4.4 OPC技术技术OPC数据存取规范数据存取规范(定制接口定制接口)90Beijing Institute o