網(wǎng)絡化監(jiān)控系統(tǒng)課件第一章

第1章網(wǎng)絡化的計算機監(jiān)督與控制系統(tǒng)概述1.1網(wǎng)絡化的計算機監(jiān)督與控制系統(tǒng)概念1.2網(wǎng)絡化的計算機監(jiān)督與控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀1.3網(wǎng)絡化的計算機監(jiān)督與控制系統(tǒng)的主要技術問題1.4網(wǎng)絡化計算機監(jiān)督與控制系統(tǒng)設計10/15/20221第1章網(wǎng)絡化的計算機監(jiān)督與控制系統(tǒng)概述1.1網(wǎng)絡化的計1.1網(wǎng)絡化的計算機監(jiān)督與控制系統(tǒng)概念典型的監(jiān)督與控制系統(tǒng)可以完成實時控制可以對控制過程實行優(yōu)化監(jiān)控計算機直接控制計算機生產過程設備監(jiān)督控制系統(tǒng)框圖10/15/202221.1網(wǎng)絡化的計算機監(jiān)督與控制系統(tǒng)概念典型的監(jiān)督與控制系統(tǒng)監(jiān)控計算機：采集現(xiàn)場生產設備的信息，決定直接控制計算機的最優(yōu)設定值。（信息來源于生產過程）直接控制計算機和監(jiān)控計算機是主從關系。直接控制計算機接收命令。（作用于生產過程）10/15/20223監(jiān)控計算機：采集現(xiàn)場生產設備的信息，決定直接控制計算機的最優(yōu)網(wǎng)絡化監(jiān)督控制系統(tǒng)是利用監(jiān)督控制系統(tǒng)作為單元，組成的功能及規(guī)模更強大的系統(tǒng)。具備網(wǎng)絡化的功能，各計算機之間是隨時可以進行信息交換。10/15/20224網(wǎng)絡化監(jiān)督控制系統(tǒng)是利用監(jiān)督控制系統(tǒng)作為單元，組成的功能及規(guī)

監(jiān)控計算機1監(jiān)控計算機2監(jiān)控計算機3直接控制計算機1直接控制計算機2直接控制計算機3多計算機的監(jiān)督控制系統(tǒng)10/15/20225監(jiān)控計算機1監(jiān)控計算機2監(jiān)控計算機3直接控制計算機1直接控Modem下位機電話網(wǎng)Modem遠程監(jiān)控計算機下位機下位機下位機RS232-RS485轉換器..子系統(tǒng)1……子系統(tǒng)2以太網(wǎng)一個網(wǎng)絡化的管理監(jiān)督控制系統(tǒng)上位機1本地監(jiān)控計算機上位機2現(xiàn)場總線網(wǎng)關485總線PLC1PLC2PLC3PLCn......10/15/20226Modem下位機電話網(wǎng)Modem遠程監(jiān)控計算機下位機下位機下網(wǎng)絡化的計算機監(jiān)督與控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點：資源共享，包括程序和數(shù)據(jù)的共享?？煽啃愿?，系統(tǒng)對故障的免疫力強。網(wǎng)絡化處理的效率較高，有很高的性能價格比，即以較低的價格達到較高的性能，尤其是微處理機價格低廉。維護方便，微型計算機維護方便。擴充容易，不用修改軟件，只需增加硬件。10/15/20227網(wǎng)絡化的計算機監(jiān)督與控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點：資源共享，包括程序和１.２網(wǎng)絡化的計算機監(jiān)督與控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀集散控制系統(tǒng)RS485總線監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)10/15/20228１.２網(wǎng)絡化的計算機監(jiān)督與控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀集散控制系網(wǎng)絡化監(jiān)控系統(tǒng)繼承于集散控制系統(tǒng)一個實際的集散控制系統(tǒng)：日本的系統(tǒng)如下：

最小系統(tǒng)10/15/20229網(wǎng)絡化監(jiān)控系統(tǒng)繼承于集散控制系統(tǒng)最小系統(tǒng)10/11/2022集散控制系統(tǒng)的定義集散控制系統(tǒng)-----又稱分散型綜合控制系統(tǒng)（DCS）系統(tǒng)，是對生產過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種全新的分布式計算機控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將若干臺微機分散應用于過程控制，全部信息通過通信網(wǎng)絡由上位管理計算機監(jiān)控，實現(xiàn)最優(yōu)化控制，通過CRT裝置、通信總線、鍵盤、打印機等，進行集中操作、顯示和報警。整個裝置繼承了常規(guī)儀表分散控制和計算機集中控制的優(yōu)點，克服了常規(guī)儀表功能單一、人一機聯(lián)系差，以及單臺微型計算機控制系統(tǒng)危險性高度集中的缺點，既在管理、操作和顯示三方面集中，又在功能、負荷和危險性三方面分散。10/15/202210集散控制系統(tǒng)的定義集散控制系統(tǒng)-----又稱分散型綜合控制系分散控制方式：儀表間相距過遠、儀表盤尺寸過大、無法全面了解信息；集中控制方式：危險過集中，計算機出現(xiàn)故障時整個生產裝置癱瘓；集散控制方式：控制功能分散、操作管理集中－DCS。集散控制中危險分散的方法：將控制功能分散到多臺計算機上，采取雙重化冗余措施。現(xiàn)場控制站危險分散的設計原則10/15/202211分散控制方式：儀表間相距過遠、儀表盤尺寸過大、無法全面了解信集散系統(tǒng)特點控制設備的分散,監(jiān)視和管理操作的集中,開放的系統(tǒng)結構.硬件單元化：系統(tǒng)分級。 第一級現(xiàn)場級。直接數(shù)字控制裝置，采集現(xiàn)場信息。 第二級操作站級。微型計算機控制直接數(shù)字裝置。 第三級管理級。高檔微機，對整體系統(tǒng)進行監(jiān)督管理和信息處理。軟件與模塊化：采用組態(tài)方式生成各種控制系統(tǒng)。系統(tǒng)結構靈活，易于擴展。一般只需兩級，規(guī)模大的需要第三級?？煽啃愿?，功能分散。降低了成本，提高了性能/價格比。直接數(shù)字控制裝置安裝在現(xiàn)場。減少了現(xiàn)場單元到操作站的電纜連接。集散控制系統(tǒng)(DCS)存在的問題是控制站雖然放在離現(xiàn)場比較近的地方，但它仍是一種集中式控制，它與現(xiàn)場設備仍須大量電纜連接。10/15/202212集散系統(tǒng)特點控制設備的分散,監(jiān)視和管理操作的集中,開放的系集散控制系統(tǒng)的發(fā)展初創(chuàng)期(1975——l980年)

成熟期(1980——1985年)擴展期(1985年以后)10/15/202213集散控制系統(tǒng)的發(fā)展初創(chuàng)期(1975——l980年)10/1國際著名廠商TDC-2000TDC3000SPECTRUMI/AseriesCENTUM愛默生電氣公司W(wǎng)DPFPROVOX10/15/202214國際著名廠商TDC-2000TDC3000SP國際著名廠商10/15/202215國際著名廠商10/11/202215DCS系統(tǒng)操作臺10/15/202216DCS系統(tǒng)操作臺10/11/202216DCS系統(tǒng)控制單元10/15/202217DCS系統(tǒng)控制單元10/11/202217DCS系統(tǒng)用戶界面10/15/202218DCS系統(tǒng)用戶界面10/11/202218集散控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制站DCS系統(tǒng)中，它是一個完整的計算機，實際運行中可以在不與操作站及網(wǎng)絡相連的情況下，完成過程控制策略，保證生產裝置正常運行?？刂普咀鳛橐粋€完整的計算機，它的主要I/O設備為現(xiàn)場的輸入、輸出處理設備，以及過程輸入/輸出（PI/O）量，包括信號變換與信號調理，A/D、D/A轉換等。它在第二代和第三代產品中已陸續(xù)采用了嵌入式技術，并采用單片機等完成量程調整、遠程I/O數(shù)據(jù)傳輸、小型化及減少PI/O卡硬件規(guī)格等功能，直至連接智能化的現(xiàn)場變送器或接受采用現(xiàn)場總線提供的數(shù)字信號。10/15/202219集散控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制站DCS系統(tǒng)中，它是一個完整的計算機，集散控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制站?主要設備：現(xiàn)場控制單元。?主要任務：進行數(shù)據(jù)采集及處理，對被控對象實施閉環(huán)反饋控制、順序控制和批量控制。?用戶可以根據(jù)不同的應用需求，選擇配置不同的現(xiàn)場控制單元以構成現(xiàn)場控制站?！褚悦嫦蜻B續(xù)生產的過程控制為主，順序邏輯控制為輔，構成一個可以實現(xiàn)多種復雜控制方案的現(xiàn)場控制站;●以順序控制、聯(lián)鎖控制功能為主的現(xiàn)場控制站；●構成對大批量過程信號進行總體信息采集的現(xiàn)場控制站。10/15/202220集散控制系統(tǒng)的現(xiàn)場控制站?主要設備：現(xiàn)場控制單元。10/11DCS操作員站和工程師站DCS操作站具有操作員功能、工程師功能、通信功能和高級語言功能等，其中工程師功能中包括系統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)維護、系統(tǒng)通用功能。10/15/202221DCS操作員站和工程師站DCS操作站具有操作員功能、工程師功實際的DCS操作站是典型的計算機，它與控制站不同，有著豐富的外圍設備和人機界面。70年代中期，CRT顯示器技術已成熟，以外部存儲器為特征，第二代DCS操作站還具有如下特點：操作站和工程師站（或稱工作站）分開，也有公司將操作站的歷史數(shù)據(jù)存儲用硬盤（歷史模件）和高級語言應用站（應用模件）分別獨立掛在通信網(wǎng)絡上；操作系統(tǒng)除采用DOS系統(tǒng)以外，有的產品采用Unix等操作系統(tǒng)；實時數(shù)據(jù)庫儲存性能逐漸完善；在人機界面方面，逐漸過渡為以GUI圖形用戶界面為平臺并采用鼠標、組態(tài)時制作流程圖和控制回路圖等方法，采用菜單、窗口、CAD等技術，使人機界面友好。10/15/202222實際的DCS操作站是典型的計算機，它與控制站不同，有著豐富的DCS操作站的功能（三大功能）工程功能－完成系統(tǒng)生成、系統(tǒng)維護、系統(tǒng)測試和系統(tǒng)管理；操作功能－監(jiān)視、記錄、運行；通信功能－完成現(xiàn)場控制站于上位機之間的數(shù)據(jù)交換。主要介紹操作功能－操作運行中的操作畫面（1）總貌畫面－反映生產過程總體狀況。（2）分組畫面－對應顯示各內部儀表狀態(tài)，操作中觀察其 它回路中的關聯(lián)變化。（3）回路調整畫面（4）報警畫面（5）趨勢分組畫面（6）流程子畫面10/15/202223DCS操作站的功能（三大功能）工程功能－完成系統(tǒng)生成、系統(tǒng)維操作站嵌入型臺式操作站桌面型操作站信息報警站工程師站控制站顯示器標準鍵盤主機操作站主機柜工作臺10/15/202224操作站嵌入型臺式操作站桌面型操作站信息報警站工程師站控制?DCS操作站一般分為操作員站和工程師站兩種?！窆こ處熣局饕羌夹g人員與控制系統(tǒng)的人機接口，可以對應用系統(tǒng)進行監(jiān)視?！窆こ處熣緸橛脩籼峁┝艘粋€靈活的、功能齊全的工作平臺，通過組態(tài)軟件來實現(xiàn)用戶所要求的各種控制策略?！裼行┬⌒虳CS的工程師站可以用一個操作員站代替。10/15/202225?DCS操作站一般分為操作員站和工程師站兩種。10/11操作站的基本功能操作站的基本功能顯示報警系統(tǒng)維護報告生成操作系統(tǒng)組態(tài)10/15/202226操作站的基本功能操作站的顯示報警系統(tǒng)維護報告生成操作系統(tǒng)組態(tài)數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡在DCS系統(tǒng)誕生時，主要解決一個生產裝置中幾個控制站和一個或幾個操作站之間的數(shù)據(jù)通信問題；第二代DCS則解決多個裝置的DCS互聯(lián)問題；第三代DCS則解決一個工廠的多個車間互聯(lián)及與全廠計算機管理網(wǎng)絡互聯(lián)的問題，這是總的設計思想。在實際應用中，如石化行業(yè)，DCS一直多用在一個生產裝置范圍內的多機通信系統(tǒng)中，而且控制站和操作站均集中放置在控制室內。在DCS中采用數(shù)字通信技術，還有在控制站內采用站內通信總線及遠程I/O總線，以及在第三代DCS的控制站內增加了連接PLC、分析儀和現(xiàn)場智能儀表的接口卡，使DCS與現(xiàn)場儀表之間的接線減少，并對現(xiàn)場儀表進行設備管理，這為DCS向下兼容并與現(xiàn)場總線通信技術融合打下基礎。10/15/202227數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡在DCS系統(tǒng)誕生時，主要解決一個生產裝置中幾個DCS工程設計步驟（1）方案論證：c)系統(tǒng)的選型。如規(guī)模、生產廠家等。b)硬件配置。（可提出幾種配置方案）a)制定系統(tǒng)功能規(guī)范，其中包括：系統(tǒng)功能，即信號處理功能、輸入量的通道數(shù)和輸出量的路數(shù)。顯示功能、操作功能、報警功能、控制功能、管理功能、通信功能和可擴展功能等；系統(tǒng)的性能指標，如信號處理指標、控制品質指標、通信功能指標、可靠性指標等；環(huán)境要求，如濕度、溫度、抗震動抗沖擊、電源等指標。10/15/202228DCS工程設計步驟（1）方案論證：c)系統(tǒng)的選型。如規(guī)模（3）工程設計及文件設計（2）方案設計

根據(jù)廠方提供的技術資料，結合生產工藝過程實際，確定系統(tǒng)的硬件配置，列出詳細的訂貨清單。a)設計與建立應用技術文檔文件。

b)系統(tǒng)應用軟件設計c)機房或控制室設計10/15/202229（3）工程設計及文件設計（2）方案設計根據(jù)廠方提供的RS485總線監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）集散控制系統(tǒng)是專用系統(tǒng)，擴展需要配套的軟硬件；價格一般都很昂貴；不適合中小行系統(tǒng)。RS485總線監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由一些軟件開發(fā)商開發(fā)的監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADASupervisoryControlAndDataAcquisition）是一種兩級計算機控制系統(tǒng)。它是基于PC的監(jiān)督與控制軟件，是一種可組態(tài)的人機界面程序HMI(HumanMachineInterface),又稱SCADA組態(tài)軟件。它很好地解決了中小企業(yè)中量大面廣的設備監(jiān)督與控制問題。10/15/202230RS485總線監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）集散控制系這種系統(tǒng)在通用性上比集散控制系統(tǒng)前進了一步。這種軟件以工業(yè)控制機的WINDOWS操作系統(tǒng)為平臺，可以通過網(wǎng)絡連接不同廠家的遠距離智能I/O模塊、PLC、變頻調速器、智能儀表等。設計思想仍然采用先進的硬件積木化，軟件模塊化的思想；不同之處是硬件可以選用不同廠家的產品，軟件中集成了對各廠家生產的硬件模塊的驅動程序，用戶可用硬件組態(tài)的方法選用不同的設備。10/15/202231這種系統(tǒng)在通用性上比集散控制系統(tǒng)前進了一步。這種軟件以工業(yè)控工控機定義工控機即工業(yè)控制計算機，英文簡稱IPC，全稱IndustrialPersonalComputer。工控機通俗的說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設計的計算機。是從PC機演變過來的，因為一些工作環(huán)境，比如說：工業(yè)現(xiàn)場，那里是的環(huán)境是很惡劣的，一般PC就工作不了，所在才產生了工業(yè)控制計算機，主要表現(xiàn)在：工控機插槽的可擴展性、抗震、防塵、防潮濕等等，隨著工控機所應用的行業(yè)越來越廣，現(xiàn)在也超出了只應用在工業(yè)現(xiàn)場的范圍，比如說現(xiàn)在很多網(wǎng)絡安全方面的硬件、數(shù)字監(jiān)控錄像機，等等，都用到了工控方面的產品。但現(xiàn)在，更時髦的叫法是產業(yè)電腦或工業(yè)電腦。10/15/202232工控機定義工控機即工業(yè)控制計算機，英文簡稱IPC，全稱Ind工控機可以作為一個工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運行。早在80年代初期，美國AD公司就推出了類似IPC的MAC-150工控機，隨后美國IBM公司正式推出工業(yè)個人計算機IBM7532。由于IPC的性能可靠、軟件豐富、價格低廉，而在工控機中異軍突起，后來居上，應用日趨廣泛。目前，IPC已被廣泛應用于通訊、工業(yè)控制現(xiàn)場、路橋收費、醫(yī)療、環(huán)保及人們生活的方方面面。

10/15/202233工控機可以作為一個工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運行。早在80年IPC的技術特點

1、采用符合“EIA”標準的全鋼化工業(yè)機箱，增強了抗電磁干擾能力。

2、采用總線結構和模塊化設計技術。CPU及各功能模塊皆使用插板式結構，并帶有壓桿軟鎖定，提高了抗沖擊、抗振動能力。

3、機箱內裝有雙風扇，正壓對流排風，并裝有濾塵網(wǎng)用以防塵。

4、配有高度可靠的工業(yè)電源，并有過壓、過流保護。

5、電源及鍵盤均帶有電子鎖開關，可防止非法開、關和非法鍵盤輸入。

6、具有自診斷功能。

7、可視需要選配I/O模板。

8、設有“看門狗”定時器，在因故障死機時，無需人的干預而自動復位。

9、開放性好，兼容性好，吸收了PC機的全部功能，可直接運行PC機的各種應用軟件。 10、可配置實時操作系統(tǒng)，便于多任務的調度和運行。

11、可采用無源母板（底板），方便系統(tǒng)升級。10/15/202234IPC的技術特點 1、采用符合“EIA”標準的全鋼化工業(yè)機箱IPC的主要結構

1、全鋼機箱

IPC的全鋼機箱是按標準設計的，抗沖擊、抗振動、抗電磁干擾，內部可安裝同PC-bus兼容的無源底板。

2、無源底板

無源底板的插槽由ISA和PCI總線的多個插槽組成，ISA或PCI插槽的數(shù)量和位置根據(jù)需要有一定選擇，該板為四層結構，中間兩層分別為地層和電源層，這種結構方式可以減弱板上邏輯信號的相互干擾和降低電源阻抗。底板可插接各種板卡，包括CPU卡、顯示卡、控制卡、I/O卡等。

3、工業(yè)電源

為AT開關電源，平均無故障運行時間達到250，000小時。

4、CPU卡

IPC的CPU卡有多種，根據(jù)尺寸可分為長卡和半長卡，根據(jù)處理器可分為386、486、586、PII、PIII主板，用戶可視自己的需要任意選配。其主要特點是：工作溫度0-600C；裝有“看門狗”計時器；低功耗，最大時為5V/2.5A。

5、其他配件：

IPC的其他配件基本上都與PC機兼容，主要有CPU、內存、顯卡、硬盤、軟驅、鍵盤、鼠標、光驅、顯示器等。10/15/202235IPC的主要結構1、全鋼機箱

IPC的全鋼機箱是按標準設國內生產工控機的廠家有研祥、華北工控、研華、愛雷絲等。國外的工控機西門子的很出名。工控機箱標準長度為19英寸，高度為4U。注：高度以U為單位（1U=1.75英寸=44.45毫米），通常有1U，2U，3U，4U，5U，7U幾種標準的服務器

10/15/202236國內生產工控機的廠家有研祥、華北工控、研華、愛雷絲等。國外的很多網(wǎng)絡化計算機監(jiān)督與控制系統(tǒng)的下位自動化設備是可編程序邏輯控制器(ProgrammableLogicController，簡稱PLC)；目前絕大多數(shù)PLC都具有數(shù)據(jù)通信與連網(wǎng)的能力，用PLC構成網(wǎng)絡化計算機監(jiān)督與控制系統(tǒng)是非常容易的。10/15/202237很多網(wǎng)絡化計算機監(jiān)督與控制系統(tǒng)的下位自動化設備是可編程序邏輯現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)－定義現(xiàn)場總線是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內的自動控制裝置之間數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線。現(xiàn)場總線是以單個分散的數(shù)字化智能化的測量設備和控制設備作為網(wǎng)絡節(jié)點用總線相連接實現(xiàn)相互交換信息共同完成自動控制功能的網(wǎng)絡系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。10/15/202238現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)－定義現(xiàn)場總線是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的產生在復雜或大規(guī)模的應用中需要使用大量的傳感器、執(zhí)行器和控制器等，它們通常分布在非常廣的范圍內，如果在底層上采用傳統(tǒng)的星形拓撲結構，那么安裝成本和介質造價都將非常高；所以需要在底層設計一種造價低又能經(jīng)受工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的通信系統(tǒng)。現(xiàn)場總線就是在這種背景下產生的?，F(xiàn)場總線的出現(xiàn)是計算機、通信和控制技術發(fā)展的結晶，它徹底動搖并取代了20世紀60年代至80年代一直占據(jù)過程控制領域的4—20mA信號標準的地位。10/15/202239現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的產生在復雜或大規(guī)模的應用中需要使用大量的傳4-20mA信號4-20mA信號是國際通用標準信號，是連接儀表、變送設備、控制設備、計算機采樣設備的一種標準。與此相對應的信號有：0－10mA、0－5V、0－10V等。10/15/2022404-20mA信號4-20mA信號是國際通用標準信號，是連接儀遠距離傳輸模擬信號，使用電壓方式顯然不合理，因為有線路消耗存在壓降，當然可以以高傳輸阻抗減少傳輸電流來降低壓降的影響，但是系統(tǒng)的抗干擾能力大大降低。

雙絞線特性阻抗是50歐姆左右，相隔1CM寬的0.2平方毫米的導線特性阻抗300歐姆左右，所以負載電阻選擇50-300歐姆比較理想，為了AD轉換方便，負載電阻上的信號最大量程值一般5-10V比較合適，那么權衡所有，負載電阻250歐姆，電流20mA，負載壓降5V比較滿意。

10/15/202241遠距離傳輸模擬信號，使用電壓方式顯然不合理，因為有線路消耗存那么為什么選擇4-20mA而不是0-20mA呢？為了減少接線的復雜性，傳感器選擇2線要比多線簡單的多，2線既要傳輸信號，又要給傳感器供電，所以設計者從中借用4mA電流給傳感器放大電路供電，這樣4-20mA的標準就確定了。10/15/202242那么為什么選擇4-20mA而不是0-20mA呢？為了減少接線什么是4-20mA兩線制?三線制？四線制？二線制傳輸方式中，供電電源、負載電阻、變送器是串聯(lián)的，即二根導線同時傳送變送器所需的電源和輸出電流信號；三線制方式中，電源正端和信號輸出的正端，它們共用一個地線，其電流信號是從I+和V-兩端之間得到的。四線制方式中，供電電源、負載電阻是分別與變送器相連的，即供電電源和變送器輸出信號分別用二根導線傳輸。

10/15/202243什么是4-20mA兩線制?三線制？四線制？二線制傳輸方式中，什么是有源和無源有源是指各類變送器或者信號源等設備已經(jīng)有一組供電回路給它供電。直接輸出一組4～20mA正負兩線的信號回路,給采集設備直接測量。

無源是指各類變送器或者信號源等設備沒有供電回路給它供電。必須要有采集設備供給它工作電源，才可以輸出一組4～20mA正負兩線的信號回路,給采集設備直接測量。

10/15/202244什么是有源和無源有源是指各類變送器或者信號源等設備已經(jīng)有一現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的類型我國應用比較廣的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)有：以ProfiBus總線技術和AS-i執(zhí)行器傳感器接口產品組成的控制系統(tǒng)；以ControlNet與DeviceNet產品組成的控制系統(tǒng)。還有CAN、FF、Lonwork、1-Wire(單總線)等其他類型的現(xiàn)場總線產品；10/15/202245現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的類型我國應用比較廣的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)有：1現(xiàn)場總線的技術特點系統(tǒng)的開放性開放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開，各不同廠家的設備之間可進行互連并實現(xiàn)信息交換，現(xiàn)場總線開發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡的開放系統(tǒng)。這里的開放是指對相關標準的一致、公開性，強調對標準的共識與遵從。一個開放系統(tǒng)，它可以與任何遵守相同標準的其它設備或系統(tǒng)相連。一個具有總線功能的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡系統(tǒng)必須是開放的，開放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權利交給了用戶。用戶可按自己的需要和對象把來自不同供應商的產品組成大小隨意的系統(tǒng)。10/15/202246現(xiàn)場總線的技術特點系統(tǒng)的開放性10/11/202246互可操作性互用性這里的互可操作性，是指實現(xiàn)互連設備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實行點對點，一點對多點的數(shù)字通信。而互用性則意味著不同生產廠家的性能類似的設備可進行互換而實現(xiàn)互用。10/15/202247互可操作性互用性10/11/202247現(xiàn)場設備的智能化與功能自治性它將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場設備中完成，僅靠現(xiàn)場設備即可完成自動控制的基本功能，并可隨時診斷設備的運行狀態(tài)。10/15/202248現(xiàn)場設備的智能化與功能自治性10/11/202248系統(tǒng)結構的高度分散性由于現(xiàn)場設備本身已可完成自動控制的基本功能，使得現(xiàn)場總線已構成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結構。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結合的集散控制系統(tǒng)體系，簡化了系統(tǒng)結構，提高了可靠性。10/15/202249系統(tǒng)結構的高度分散性10/11/202249對現(xiàn)場環(huán)境的適應性工作在現(xiàn)場設備前端，作為工廠網(wǎng)絡底層的現(xiàn)場總線，是專為在現(xiàn)場環(huán)境工作而設計的，它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強的抗干擾能力，能采用兩線制實現(xiàn)送電與通信，并可滿足本質安全防爆要求等。10/15/202250對現(xiàn)場環(huán)境的適應性10/11/202250現(xiàn)場總線的優(yōu)點節(jié)省硬件數(shù)量與投資：由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)中分散在設備前端的智能設備能直接執(zhí)行多種傳感、控制、報警和計算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨的控制器、計算單元等，也不再需要DCS系統(tǒng)的信號調理、轉換、隔離技術等功能單元及其復雜接線，還可以用工控PC機作為操作站，從而節(jié)省了一大筆硬件投資，由于控制設備的減少，還可減少控制室的占地面積。變送器：將物理測量信號或普通電信號轉換為標準電信號輸出或能夠以通訊協(xié)議方式輸出的設備。一般分為：溫度/濕度變送器，壓力變送器，差壓變送器，液位變送器，電流變送器，電量變送器，流量變送器，重量變送器等。10/15/202251現(xiàn)場總線的優(yōu)點節(jié)省硬件數(shù)量與投資：由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)中分散在節(jié)省安裝費用：現(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線十分簡單，由于一對雙絞線或一條電纜上通?？蓲旖佣鄠€設備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設計與接頭校對的工作量也大大減少。當需要增加現(xiàn)場控制設備時，無需增設新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，既節(jié)省了投資，也減少了設計、安裝的工作量。據(jù)有關典型試驗工程的測算資料，可節(jié)約安裝費用60%以上。10/15/202252節(jié)省安裝費用：現(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線十分簡單，由于一對雙絞線或一節(jié)省維護開銷：由于現(xiàn)場控制設備具有自診斷與簡單故障處理的能力，并通過數(shù)字通訊將相關的診斷維護信息送往控制室，用戶可以查詢所有設備的運行，診斷維護信息，以便早期分析故障原因并快速排除?？s短了維護停工時間，同時由于系統(tǒng)結構簡化，連線簡單而減少了維護工作量。10/15/202253節(jié)省維護開銷：由于現(xiàn)場控制設備具有自診斷與簡單故障處理的能力用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權：用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設備來集成系統(tǒng)。避免因選擇了某一品牌的產品被“框死”了設備的選擇范圍，不會為系統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展，使系統(tǒng)集成過程中的主動權完全掌握在用戶手中。10/15/202254用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權：用戶可以自由選擇不同廠商所提供提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性：由于現(xiàn)場總線設備的智能化、數(shù)字化，與模擬信號相比，它從根本上提高了測量與控制的準確度，減少了傳送誤差。同時，由于系統(tǒng)的結構簡化，設備與連線減少，現(xiàn)場儀表內部功能加強:減少了信號的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。此外，由于它的設備標準化和功能模塊化，因而還具有設計簡單，易于重構等優(yōu)點。10/15/202255提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性：由于現(xiàn)場總線設備的智能化、數(shù)字化典型現(xiàn)場總線簡介基金會現(xiàn)場總線，即FoudationFieldbus,簡稱FF，這是在過程自動化領域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術。其前身是以美國Fisher-Rousemount公司為首，聯(lián)合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80家公司制訂的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首，聯(lián)合歐洲等地的150家公司制訂的WordFIP協(xié)議。屈于用戶的壓力，這兩大集團于1994年9月合并，成立了現(xiàn)場總線基金會，致力于開發(fā)出國際上統(tǒng)一的現(xiàn)場總線協(xié)議。它以ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層為FF通信模型的相應層次，并在應用層上增加了用戶層。

10/15/202256典型現(xiàn)場總線簡介基金會現(xiàn)場總線，即FoudationFie基金會現(xiàn)場總線分低速H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為3125Kbps,通信距離可達1900m(可加中繼器延長),可支持總線供電，支持本質安全防爆環(huán)境。H2的傳輸速率為1Mbps和25Mbps兩種，其通信距離為750m和500m。物理傳輸介質可支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符合IEC1158-2標準。其物理媒介的傳輸信號采用曼徹斯特編碼，每位發(fā)送數(shù)據(jù)的中心位置或是正跳變，或是負跳變。10/15/202257基金會現(xiàn)場總線分低速H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速LonWorksLonWorks是又一具有強勁實力的現(xiàn)場總線技術，它是由美國Ecelon公司推出并由它們與摩托羅拉、東芝公司共同倡導，于1990年正式公布而形成的。它采用了ISO/OSI模型的全部七層通訊協(xié)議，采用了面向對象的設計方法，通過網(wǎng)絡變量把網(wǎng)絡通信設計簡化為參數(shù)設置，其通訊速率從300bps至15Mbps不等，直接通信距離可達到2700m(78kbps，雙絞線),支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電源線等多種通信介質，并開發(fā)相應的本安防爆產品，被譽為通用控制網(wǎng)絡。10/15/202258LonWorksLonWorks是又一具有強勁實力的現(xiàn)場總ProfibusProfibus是作為德國國家標準DIN19245和歐洲標準prEN50170的現(xiàn)場總線。ISO/OSI模型也是它的參考模型。由Profibus-Dp、Profibus-FMS、Profibus-PA組成了Profibus系列。DP型用于分散外設間的高速傳輸，適合于加工自動化領域的應用。FMS意為現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等一般自動化，而PA型則是用于過程自動化的總線類型，它遵從IEC1158-2標準。該項技術是由西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，由這兩部分形成了其標準第一部分的子集，DP型隱去了3～7層，而增加了直接數(shù)據(jù)連接擬合作為用戶接口，F(xiàn)MS型只隱去第3～6層，采用了應用層，作為標準的第二部分。PA型的標準目前還處于制定過程之中，其傳輸技術遵從IEC1158-2(1)標準，可實現(xiàn)總線供電與本質安全防爆。10/15/202259ProfibusProfibus是作為德國國家標準DINPorfibus支持主—從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對總線的控制權，可主動發(fā)送信息。對多主站系統(tǒng)來說，主站之間采用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點可在一個事先規(guī)定的時間內擁有總線控制權，共事先規(guī)定好令牌在各主站中循環(huán)一周的最長時間。按Profibus的通信規(guī)范，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進行傳遞。主站在得到控制權時，可以按主—從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實現(xiàn)點對點通信。主站可采取對所有站點廣播(不要求應答),或有選擇地向一組站點廣播。Profibus的傳輸速率為96～12kbps最大傳輸距離在12kbps時為1000m，15Mbps時為400m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個站點。10/15/202260Porfibus支持主—從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)CANCAN是控制網(wǎng)絡ControlAreaNetwork的簡稱，最早由德國BOSCH公司推出，用于汽車內部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。其總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO國際標準組織制訂為國際標準，得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持，已廣泛應用在離散控制領域。CAN協(xié)議也是建立在國際標準組織的開放系統(tǒng)互連模型基礎上的，不過，其模型結構只有3層，只取OSI底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和頂層的應用層。其信號傳輸介質為雙絞線，通信速率最高可達1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠可達10km/kbps,可掛接設備最多可達110個。CAN的信號傳輸采用短幀結構，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，因而傳輸時間短，受干擾的概率低。當節(jié)點嚴重錯誤時，具有自動關閉的功能以切斷該節(jié)點與總線的聯(lián)系，使總線上的其它節(jié)點及其通信不受影響，具有較強的抗干擾能力。10/15/202261CANCAN是控制網(wǎng)絡ControlAreaNetwork

1.通信網(wǎng)絡 (1)如何確保通信的實時性與確定性 網(wǎng)絡化的監(jiān)督與控制系統(tǒng)應能及時地，在規(guī)定的時間內傳輸現(xiàn)場過程信息和操作管理信息。根據(jù)不同的應用要求響應時間也不同，工業(yè)控制中的響應時間通常在毫秒量級。1.3網(wǎng)絡化的計算機監(jiān)督與控制系統(tǒng)的主要技術問題10/15/202262

1.通信網(wǎng)絡1.3網(wǎng)絡化的計算機監(jiān)督與控制系統(tǒng)的主要技術(2)如何確保系統(tǒng)具有高可靠性通信系統(tǒng)的任何故障都可能造成整個系統(tǒng)的崩潰，甚至威脅人身安全，因此通信系統(tǒng)必須具有較高的可靠性。按照一般的要求，現(xiàn)場總