现场总线系统集成.ppt

1、第八讲 现场总线系统集成,现场总线系统集成,第 一 部分 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-设计步骤,要制定控制方案，需要绘制P DdeClientConv1-DdeTopic = (D:Book1.xlsSheet1); DdeClientItem1-DdeItem = R1C1:R2C1; DdeClientConv1-OpenLink(); DdeClientConv1-PokeData(R1C3,Edit3-Text.c_str();,8.4.3 基于DDE技术的控制网络和信息网络的集成,工业网络集成技术,集成系统架构,8

2、.4.4 OPC技术,工业网络集成技术,即用于过程控制的OLE技术(OLE for Process Control)； 以Windows的对象链接和嵌入(OLE)、组件对象模型(COM)、分布式COM(DCOM)技术为基础，定义了一套标准接口，在此接口上基于PC的软件组件能交换数据； 采用客户/服务器模式，OPC服务器是数据供应方，负责为OPC客户提供所需的数据，OPC客户是数据使用方，处理OPC服务器的数据； OPC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“桥梁”，通过它各客户/服务器间形成即插即用的、简单规范的链接关系，不同的客户软件能够访问任意的数据源。,8.4.

3、4 OPC技术COM基础,工业网络集成技术,软件结构的发展,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，通过相互之间的接口完成实际任务。,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，还提供了组件程序运行所需的环境。,8.4.4 OPC技术COM基础,工业网络集成技术,COM标准包含规范和实现两部分,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的语言环境和操作系统； COM标准的实现部分是COM库，为COM规范的具体实现提供了一些核心服务

4、； 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接库（DLL），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； 一个组件程序可以包含一个或多个组件对象； 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（COM程序）是提供COM对象的代码载体。,8.4.4 OPC技术COM基础,工业网络集成技术,COM对象,COM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COM组件程序进行交互的实体是COM对象，它并不关心组件模块的名称和位置，但必须知道在和哪个COM对象进行交互； COM对象包括属性（状态）和方法（操作）； 在COM模型中

5、，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COM对象是用一个128位的全局唯一标识符来标识的。,8.4.4 OPC技术COM基础,工业网络集成技术,COM接口,COM接口是包含了一组函数的数据结构，通过这组数据结构，客户代码可以调用组件对象的功能；,接口具有特性： 二进制特性； 接口不变性； 继承性（扩展性）； 多态性。,COM规范要求一个COM对象如果实现了多个接口，则可以从某个接口得到该对象的任意其他接口，这是通过接口的QueryInterface()函数实现的；,8.4.4 OPC技术COM基础,工业网络集成技术,COM特性,语言无关性； 进程透明性；,8

6、.4.4 OPC技术COM基础,工业网络集成技术,COM特性,进程透明性；,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RPC,Proxy：代理；Stub：存根,8.4.4 OPC技术COM基础,工业网络集成技术,COM标准有3种通信机制用于客户程序与COM组件之间的通信：可连接对象、数据通报机制和DCOM技术。,COM中的双向通信机制； 可连接对象的双向通信机制； DCOM技术,8.4.4 OPC技术COM基础,工业网络集成技术,DCOM技术,PROFINET,代理(Proxy)与存根(Stub),8.4.4 OPC技术COM基础,PROFINET,8.4.4 OPC技术

7、COM基础,PROFINET,8.4.4 OPC技术OPC技术优势,OPC对数据源与数据用户间连接关系的改善,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OPC接口的开发，只需开发一个高度优化的、可重复使用的OPC服务器访问底层的硬件； OPC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。,8.4.4 OPC技术OPC技术优势,OPC模式的连接示例,8.4.4 OPC技术OPC技术优势,OPC规范为OPC服务器规定了两种接口： 客户接口(CI:Custom Interface) 必须由每一个OPC服务器提供，是访问过程变量的有效通道

8、。 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，是可选项。,8.4.4 OPC技术OPC的对象和接口,8.4.4 OPC技术OPC的对象和接口,自动化接口,定制接口,按照功能不同，OPC每种接口可分为3种类型： OPC报警和事件访问接口(OPC AE) OPC历史数据访问接口(OPC HDA) OPC数据访问接口(OPC DA) OPC服务器(OPC-Server)：服务供应者，通常是一个COM目标，是OPC组对象的容器。 OPC组(OPC-Group)：是OPC客户使用的OPC项的逻辑结构单位。一个组可包含多个OPC项。 OP

9、C项目(OPC-Item)：通过项标识ID区分，它具有一个数值、一个状态信息和一个时间标志。,8.4.4 OPC技术OPC的对象和接口,OPC数据存取服务器中对象及OPC客户的相互关系,OPC服务器对象创建OPC组后，将组对象 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,8.4.4 OPC技术OPC数据存取规范(定制接口),OPC服务器对象,是OPC服务器程序暴露的主要对象，客户程 序首先创建该对象再通过其接口完成所需的功能,8.4.4 OPC技术OPC的对象和接口,OPC服务器必须的对象有： IUnknown 所有COM组件都必须实现的一个基本的标准接口，它为

10、客户程序提供了QueryInterface()的方法进行接口查询，并且引用计数的方法决定COM对象的生存周期。 IOPCServer OPC服务器对象的主要接口。客户程序可通过该接口创建、查询和删除组对象，并了解OPC服务器自身的信息。 IOPCCommon 是各类OPC服务器都使用的接口，通过该接口可为某个特定的客户/服务器对话设置和查询本地标志。 IConnectionPointContainer 是COM规范中的标准接口，用于实现服务器程序向客户程序发送通知或事件。,8.4.4 OPC技术OPC的对象和接口,OPC组对象,提供了一种让客户组织数据的方法，用户可以将与 逻辑相关的一组数据作

11、为OPC项添加到同一个组当中,8.4.4 OPC技术OPC的对象和接口,OPC组对象 IOPCItemMgt 允许客户程序组对象添加、删除和管理其包容的OPC项。 IOPCGroupStateMgt 客户程序通过该接口来管理整个组对象的状态。 IOPCsyncIO 客户程序通过该接口进行同步数据存取操作。 IOPCAsyncIO2 客户程序通过该接口进行异步数据存取操作，与IConnectionPointContainer接口一起使用。 和IOPCAsyncIO 客户程序通过该接口进行异步数据存取操作。与IDataObject接口结合使用。,8.4.4 OPC技术OPC的对象和接口,OPC项对

12、象 表示了与OPC服务器中数据的连接，包括值(Value)、品质(Quality)、时间戳(Time Stamp)三个基本属性 值的数据类型为VARIANT，表示实际的数值； 品质标识数值是否有效； 时间戳反映从设备读取数据的时间或者服务器刷新其数据存储区的时间。,8.4.4 OPC技术OPC的对象和接口,基于OPC技术的现场总线系统集成,典型ABB的AC800M系统组成,基于OPC技术的现场总线系统集成,短程无线数据通信,WWAN,WMAN,WLAN,WPAN,传 输 范 围,0.01,10,1,0. 1,100,1000,数据传输率（Mbps）,1 短程无线网络标准,1 短程无线网络标准,

13、文本,因特网/声音,压缩图片,多通道数字图像,低高,短程长程,1 短程无线网络标准,2 无线通信的一组术语,ISM(Industrial Scientific Medical)频段：为保证各种用途的无线通信之间互不干扰，需要对无线频道的使用实行管理。ISM频段位无线通信管理部门规定的一些无需获准许就可以应用的频段。我国目前可以使用的ISM频段位433MHz和2.4GHz。短距离无线通信系统大多数工作在ISM频段上。 无线频率分割：为了有效实现同一范围内多个节点间的无线通信，必须防止通信帧在传输过程中的相互碰撞。无线频率分割可将频段的频率带宽分解为多个窄带宽的子信道，各子信道的带宽相对独立。 扩

14、频与解扩：扩频指对通信信号的频谱扩展，展宽数字信号的频带宽度。采用扩频传输具有抗干扰能力强、可进行多址通信、安全保密、抗多径干扰等特点。包括直接序列扩频（DSSS）、跳频扩频（FHSS）等。,2 无线通信的一组术语,直接序列扩频（DSSS）：直接利用某种宽频伪码实现通信信号的频谱扩展。 跳频扩频（FHSS）：无线通信的收发双方在通信中使用的载波频率受某种伪随机码的控制而离散变化，控制射频载波振荡器的输出频率，使信号的发射频率不断以不等间隔随机跳变。只有知道跳频规律才能正确接收所传输的信息。采用跳频通信具有信号隐蔽、不易被截获、抗干扰能力强等优点。 接入点（AP）:一个无线节点与另一个无线节点之

15、间的通信通常需要经过其它节点中转。这些中转点就是无线通信的接入点。 无线漫游：终端节点通过自动发现附近信号强度最大的AP，并通过该AP收发数据，与网络保持不间断的连接，这个过程称为无线漫游。,3 蓝牙通信的特点,工作在全球开放的2.4GHz ISM频段； 使用跳频频谱扩展技术； 一台蓝牙设备可同时与其它七台蓝牙设备建立连接； 数据传输速率可达720kbit/s； 低功耗、通讯安全性好； 在有效范围内可越过障碍物进行连接，没有特别的通讯视角和方向要求； 支持语音传输； 组网简单方便,4 ZigBee技术,低功耗。在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作624个月，在相同条件下，蓝牙能

16、工作数天，WiFi仅能工作数小时。 低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙协议的1/10)，降低了对通信控制器的要求，以51的8位单片机测算，全功能的主节点需要32 kb代码，子功能节点只需4 kb代码。 低速率。Zigbee工作速率为20250 kb/s，分别提供250 kb/s(2.4 GHz)、40 kb/s(915 MHz)和20 kb/s(868 MHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。 低时延：针对时延敏感应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活时延都非常短。设备搜索时延典型值为30ms，休眠激活时延典型值是15ms，活动设备信道接入时延为15ms；,4 ZigBee技术

17、,网络容量大。Zigbee可采用星状、树状及网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，一个主节点最多可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，可组成多达65536个节点的大网。 传输距离10-75m之间，通过增大发射功率可使连接距离更远。 安全性能高。Zigbee提供了3级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)、防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码，可灵活确定其安全属性。,4 ZigBee技术,采用直接序列扩频技术,4 ZigBee技术,通信参考模型,4 ZigBee技术,三种类型设备 协调器 路由器 终端设备,4 ZigBee技术,网络拓扑结构,4 ZigBee技术应用的领域,4 ZigBee技术应用的领域,工业领域：利用传感器和ZigBee网络，使得数据的自动采集、分析和处理变得更加容易。例如危险化学成分的检测，火警的早期监测和预报，远程抄表等。这些应用不需要很高的数据吞吐量和连续的状态更新，重点在低功耗和灵活的组网形式。 医学领域：借助于各种传感器和ZigBee网络，准确且实时的检测每个病人的血压、体温和心跳速度等信息，从而减少医生查房的工作负担，有助