現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)集成.ppt

1、第八講 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)集成,現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)集成,第 一 部分 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和組態(tài),現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和組態(tài),8.1.1 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則-設(shè)計(jì)步驟,要制定控制方案，需要繪制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技術(shù)的控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)的集成,工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù),集成系統(tǒng)架構(gòu),8

2、.4.4 OPC技術(shù),工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù),即用于過程控制的OLE技術(shù)(OLE for Process Control)； 以Windows的對(duì)象鏈接和嵌入(OLE)、組件對(duì)象模型(COM)、分布式COM(DCOM)技術(shù)為基礎(chǔ)，定義了一套標(biāo)準(zhǔn)接口，在此接口上基于PC的軟件組件能交換數(shù)據(jù)； 采用客戶/服務(wù)器模式，OPC服務(wù)器是數(shù)據(jù)供應(yīng)方，負(fù)責(zé)為OPC客戶提供所需的數(shù)據(jù)，OPC客戶是數(shù)據(jù)使用方，處理OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)； OPC的作用是在工業(yè)控制軟件中，為不同類型服務(wù)器與不同類型客戶搭建一座“橋梁”，通過它各客戶/服務(wù)器間形成即插即用的、簡(jiǎn)單規(guī)范的鏈接關(guān)系，不同的客戶軟件能夠訪問任意的數(shù)據(jù)源。,8.4.

3、4 OPC技術(shù)COM基礎(chǔ),工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù),軟件結(jié)構(gòu)的發(fā)展,一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)是一個(gè)單獨(dú)的應(yīng)用程序,組件化軟件結(jié)構(gòu)：把一個(gè)龐大的應(yīng)用程序分成多個(gè)模塊，每個(gè)模塊保持一定的功能獨(dú)立性。在協(xié)同工作時(shí)，通過相互之間的接口完成實(shí)際任務(wù)。,微軟提出COM (Component Object Model)，它不僅定義了組件程序之間進(jìn)行交互的標(biāo)準(zhǔn)，還提供了組件程序運(yùn)行所需的環(huán)境。,8.4.4 OPC技術(shù)COM基礎(chǔ),工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù),COM標(biāo)準(zhǔn)包含規(guī)范和實(shí)現(xiàn)兩部分,規(guī)范部分定義了組件和組件之間通信的機(jī)制。這些規(guī)范不依賴特定的語言環(huán)境和操作系統(tǒng)； COM標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)部分是COM庫，為COM規(guī)范的具體實(shí)現(xiàn)提供了一些核心服務(wù)

4、； 在COM標(biāo)準(zhǔn)中，一個(gè)組件程序即為一個(gè)模塊，它可以是一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL），稱為進(jìn)程內(nèi)組件，也可以是一個(gè)可執(zhí)行程序，稱為進(jìn)程外組件； 一個(gè)組件程序可以包含一個(gè)或多個(gè)組件對(duì)象； 在程序和程序之間進(jìn)行通信時(shí)，通信雙方都應(yīng)該是組件對(duì)象，也叫COM對(duì)象，而組件程序（COM程序）是提供COM對(duì)象的代碼載體。,8.4.4 OPC技術(shù)COM基礎(chǔ),工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù),COM對(duì)象,COM組件提供給客戶的是以對(duì)象形式封裝起來的實(shí)體?？蛻舫绦蚺cCOM組件程序進(jìn)行交互的實(shí)體是COM對(duì)象，它并不關(guān)心組件模塊的名稱和位置，但必須知道在和哪個(gè)COM對(duì)象進(jìn)行交互； COM對(duì)象包括屬性（狀態(tài)）和方法（操作）； 在COM模型中

5、，對(duì)象本身對(duì)于客戶來說是不可見的?？蛻粽?qǐng)求服務(wù)時(shí)，只能通過接口進(jìn)行。每一個(gè)COM對(duì)象是用一個(gè)128位的全局唯一標(biāo)識(shí)符來標(biāo)識(shí)的。,8.4.4 OPC技術(shù)COM基礎(chǔ),工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù),COM接口,COM接口是包含了一組函數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過這組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，客戶代碼可以調(diào)用組件對(duì)象的功能；,接口具有特性： 二進(jìn)制特性； 接口不變性； 繼承性（擴(kuò)展性）； 多態(tài)性。,COM規(guī)范要求一個(gè)COM對(duì)象如果實(shí)現(xiàn)了多個(gè)接口，則可以從某個(gè)接口得到該對(duì)象的任意其他接口，這是通過接口的QueryInterface()函數(shù)實(shí)現(xiàn)的；,8.4.4 OPC技術(shù)COM基礎(chǔ),工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù),COM特性,語言無關(guān)性； 進(jìn)程透明性；,8

6、.4.4 OPC技術(shù)COM基礎(chǔ),工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù),COM特性,進(jìn)程透明性；,在同一機(jī)器上采用本地過程調(diào)用LPC,在不同機(jī)器上采用遠(yuǎn)程過程調(diào)用RPC,Proxy：代理；Stub：存根,8.4.4 OPC技術(shù)COM基礎(chǔ),工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù),COM標(biāo)準(zhǔn)有3種通信機(jī)制用于客戶程序與COM組件之間的通信：可連接對(duì)象、數(shù)據(jù)通報(bào)機(jī)制和DCOM技術(shù)。,COM中的雙向通信機(jī)制； 可連接對(duì)象的雙向通信機(jī)制； DCOM技術(shù),8.4.4 OPC技術(shù)COM基礎(chǔ),工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù),DCOM技術(shù),PROFINET,代理(Proxy)與存根(Stub),8.4.4 OPC技術(shù)COM基礎(chǔ),PROFINET,8.4.4 OPC技術(shù)

7、COM基礎(chǔ),PROFINET,8.4.4 OPC技術(shù)OPC技術(shù)優(yōu)勢(shì),OPC對(duì)數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)用戶間連接關(guān)系的改善,開發(fā)商可以將開發(fā)驅(qū)動(dòng)服務(wù)程序的大量人力與資金集中到對(duì)單一OPC接口的開發(fā)，只需開發(fā)一個(gè)高度優(yōu)化的、可重復(fù)使用的OPC服務(wù)器訪問底層的硬件； OPC兼容組件降低系統(tǒng)集成費(fèi)用，用戶可把精力集中在解決有關(guān)自動(dòng)化功能的實(shí)現(xiàn)上，縮短應(yīng)用程序的開發(fā)周期。,8.4.4 OPC技術(shù)OPC技術(shù)優(yōu)勢(shì),OPC模式的連接示例,8.4.4 OPC技術(shù)OPC技術(shù)優(yōu)勢(shì),OPC規(guī)范為OPC服務(wù)器規(guī)定了兩種接口： 客戶接口(CI:Custom Interface) 必須由每一個(gè)OPC服務(wù)器提供，是訪問過程變量的有效通道

8、。 自動(dòng)化接口(AI:Automation Interface) 是對(duì)客戶接口的進(jìn)一步封裝，面向解釋程序開發(fā)環(huán)境，是可選項(xiàng)。,8.4.4 OPC技術(shù)OPC的對(duì)象和接口,8.4.4 OPC技術(shù)OPC的對(duì)象和接口,自動(dòng)化接口,定制接口,按照功能不同，OPC每種接口可分為3種類型： OPC報(bào)警和事件訪問接口(OPC AE) OPC歷史數(shù)據(jù)訪問接口(OPC HDA) OPC數(shù)據(jù)訪問接口(OPC DA) OPC服務(wù)器(OPC-Server)：服務(wù)供應(yīng)者，通常是一個(gè)COM目標(biāo)，是OPC組對(duì)象的容器。 OPC組(OPC-Group)：是OPC客戶使用的OPC項(xiàng)的邏輯結(jié)構(gòu)單位。一個(gè)組可包含多個(gè)OPC項(xiàng)。 OP

9、C項(xiàng)目(OPC-Item)：通過項(xiàng)標(biāo)識(shí)ID區(qū)分，它具有一個(gè)數(shù)值、一個(gè)狀態(tài)信息和一個(gè)時(shí)間標(biāo)志。,8.4.4 OPC技術(shù)OPC的對(duì)象和接口,OPC數(shù)據(jù)存取服務(wù)器中對(duì)象及OPC客戶的相互關(guān)系,OPC服務(wù)器對(duì)象創(chuàng)建OPC組后，將組對(duì)象 的指針傳遞給客戶，由客戶直接操縱組對(duì) 象。因而提高了存取速度且易于功能擴(kuò)展,8.4.4 OPC技術(shù)OPC數(shù)據(jù)存取規(guī)范(定制接口),OPC服務(wù)器對(duì)象,是OPC服務(wù)器程序暴露的主要對(duì)象，客戶程 序首先創(chuàng)建該對(duì)象再通過其接口完成所需的功能,8.4.4 OPC技術(shù)OPC的對(duì)象和接口,OPC服務(wù)器必須的對(duì)象有： IUnknown 所有COM組件都必須實(shí)現(xiàn)的一個(gè)基本的標(biāo)準(zhǔn)接口，它為

10、客戶程序提供了QueryInterface()的方法進(jìn)行接口查詢，并且引用計(jì)數(shù)的方法決定COM對(duì)象的生存周期。 IOPCServer OPC服務(wù)器對(duì)象的主要接口?？蛻舫绦蚩赏ㄟ^該接口創(chuàng)建、查詢和刪除組對(duì)象，并了解OPC服務(wù)器自身的信息。 IOPCCommon 是各類OPC服務(wù)器都使用的接口，通過該接口可為某個(gè)特定的客戶/服務(wù)器對(duì)話設(shè)置和查詢本地標(biāo)志。 IConnectionPointContainer 是COM規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)接口，用于實(shí)現(xiàn)服務(wù)器程序向客戶程序發(fā)送通知或事件。,8.4.4 OPC技術(shù)OPC的對(duì)象和接口,OPC組對(duì)象,提供了一種讓客戶組織數(shù)據(jù)的方法，用戶可以將與 邏輯相關(guān)的一組數(shù)據(jù)作

11、為OPC項(xiàng)添加到同一個(gè)組當(dāng)中,8.4.4 OPC技術(shù)OPC的對(duì)象和接口,OPC組對(duì)象 IOPCItemMgt 允許客戶程序組對(duì)象添加、刪除和管理其包容的OPC項(xiàng)。 IOPCGroupStateMgt 客戶程序通過該接口來管理整個(gè)組對(duì)象的狀態(tài)。 IOPCsyncIO 客戶程序通過該接口進(jìn)行同步數(shù)據(jù)存取操作。 IOPCAsyncIO2 客戶程序通過該接口進(jìn)行異步數(shù)據(jù)存取操作，與IConnectionPointContainer接口一起使用。 和IOPCAsyncIO 客戶程序通過該接口進(jìn)行異步數(shù)據(jù)存取操作。與IDataObject接口結(jié)合使用。,8.4.4 OPC技術(shù)OPC的對(duì)象和接口,OPC項(xiàng)對(duì)

12、象 表示了與OPC服務(wù)器中數(shù)據(jù)的連接，包括值(Value)、品質(zhì)(Quality)、時(shí)間戳(Time Stamp)三個(gè)基本屬性 值的數(shù)據(jù)類型為VARIANT，表示實(shí)際的數(shù)值； 品質(zhì)標(biāo)識(shí)數(shù)值是否有效； 時(shí)間戳反映從設(shè)備讀取數(shù)據(jù)的時(shí)間或者服務(wù)器刷新其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的時(shí)間。,8.4.4 OPC技術(shù)OPC的對(duì)象和接口,基于OPC技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)集成,典型ABB的AC800M系統(tǒng)組成,基于OPC技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)集成,短程無線數(shù)據(jù)通信,WWAN,WMAN,WLAN,WPAN,傳 輸 范 圍,0.01,10,1,0. 1,100,1000,數(shù)據(jù)傳輸率（Mbps）,1 短程無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),1 短程無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),

13、文本,因特網(wǎng)/聲音,壓縮圖片,多通道數(shù)字圖像,低高,短程長(zhǎng)程,1 短程無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),2 無線通信的一組術(shù)語,ISM(Industrial Scientific Medical)頻段：為保證各種用途的無線通信之間互不干擾，需要對(duì)無線頻道的使用實(shí)行管理。ISM頻段位無線通信管理部門規(guī)定的一些無需獲準(zhǔn)許就可以應(yīng)用的頻段。我國(guó)目前可以使用的ISM頻段位433MHz和2.4GHz。短距離無線通信系統(tǒng)大多數(shù)工作在ISM頻段上。 無線頻率分割：為了有效實(shí)現(xiàn)同一范圍內(nèi)多個(gè)節(jié)點(diǎn)間的無線通信，必須防止通信幀在傳輸過程中的相互碰撞。無線頻率分割可將頻段的頻率帶寬分解為多個(gè)窄帶寬的子信道，各子信道的帶寬相對(duì)獨(dú)立。 擴(kuò)

14、頻與解擴(kuò)：擴(kuò)頻指對(duì)通信信號(hào)的頻譜擴(kuò)展，展寬數(shù)字信號(hào)的頻帶寬度。采用擴(kuò)頻傳輸具有抗干擾能力強(qiáng)、可進(jìn)行多址通信、安全保密、抗多徑干擾等特點(diǎn)。包括直接序列擴(kuò)頻（DSSS）、跳頻擴(kuò)頻（FHSS）等。,2 無線通信的一組術(shù)語,直接序列擴(kuò)頻（DSSS）：直接利用某種寬頻偽碼實(shí)現(xiàn)通信信號(hào)的頻譜擴(kuò)展。 跳頻擴(kuò)頻（FHSS）：無線通信的收發(fā)雙方在通信中使用的載波頻率受某種偽隨機(jī)碼的控制而離散變化，控制射頻載波振蕩器的輸出頻率，使信號(hào)的發(fā)射頻率不斷以不等間隔隨機(jī)跳變。只有知道跳頻規(guī)律才能正確接收所傳輸?shù)男畔?。采用跳頻通信具有信號(hào)隱蔽、不易被截獲、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 接入點(diǎn)（AP）:一個(gè)無線節(jié)點(diǎn)與另一個(gè)無線節(jié)點(diǎn)之

15、間的通信通常需要經(jīng)過其它節(jié)點(diǎn)中轉(zhuǎn)。這些中轉(zhuǎn)點(diǎn)就是無線通信的接入點(diǎn)。 無線漫游：終端節(jié)點(diǎn)通過自動(dòng)發(fā)現(xiàn)附近信號(hào)強(qiáng)度最大的AP，并通過該AP收發(fā)數(shù)據(jù)，與網(wǎng)絡(luò)保持不間斷的連接，這個(gè)過程稱為無線漫游。,3 藍(lán)牙通信的特點(diǎn),工作在全球開放的2.4GHz ISM頻段； 使用跳頻頻譜擴(kuò)展技術(shù)； 一臺(tái)藍(lán)牙設(shè)備可同時(shí)與其它七臺(tái)藍(lán)牙設(shè)備建立連接； 數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)720kbit/s； 低功耗、通訊安全性好； 在有效范圍內(nèi)可越過障礙物進(jìn)行連接，沒有特別的通訊視角和方向要求； 支持語音傳輸； 組網(wǎng)簡(jiǎn)單方便,4 ZigBee技術(shù),低功耗。在低耗電待機(jī)模式下，2節(jié)5號(hào)干電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作624個(gè)月，在相同條件下，藍(lán)牙能

16、工作數(shù)天，WiFi僅能工作數(shù)小時(shí)。 低成本。通過大幅簡(jiǎn)化協(xié)議(不到藍(lán)牙協(xié)議的1/10)，降低了對(duì)通信控制器的要求，以51的8位單片機(jī)測(cè)算，全功能的主節(jié)點(diǎn)需要32 kb代碼，子功能節(jié)點(diǎn)只需4 kb代碼。 低速率。Zigbee工作速率為20250 kb/s，分別提供250 kb/s(2.4 GHz)、40 kb/s(915 MHz)和20 kb/s(868 MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。 低時(shí)延：針對(duì)時(shí)延敏感應(yīng)用做了優(yōu)化，通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活時(shí)延都非常短。設(shè)備搜索時(shí)延典型值為30ms，休眠激活時(shí)延典型值是15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為15ms；,4 ZigBee技術(shù)

17、,網(wǎng)絡(luò)容量大。Zigbee可采用星狀、樹狀及網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，一個(gè)主節(jié)點(diǎn)最多可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)；同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，可組成多達(dá)65536個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。 傳輸距離10-75m之間，通過增大發(fā)射功率可使連接距離更遠(yuǎn)。 安全性能高。Zigbee提供了3級(jí)安全模式，包括無安全設(shè)定、使用接入控制清單(ACL)、防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES128)的對(duì)稱密碼，可靈活確定其安全屬性。,4 ZigBee技術(shù),采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù),4 ZigBee技術(shù),通信參考模型,4 ZigBee技術(shù),三種類型設(shè)備 協(xié)調(diào)器 路由器 終端設(shè)備,4 ZigBee技術(shù),網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),4 ZigBee技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域,4 ZigBee技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域,工業(yè)領(lǐng)域：利用傳感器和ZigBee網(wǎng)絡(luò)，使得數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、分析和處理變得更加容易。例如危險(xiǎn)化學(xué)成分的檢測(cè)，火警的早期監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，遠(yuǎn)程抄表等。這些應(yīng)用不需要很高的數(shù)據(jù)吞吐量和連續(xù)的狀態(tài)更新，重點(diǎn)在低功耗和靈活的組網(wǎng)形式。 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：借助于各種傳感器和ZigBee網(wǎng)絡(luò)，準(zhǔn)確且實(shí)時(shí)的檢測(cè)每個(gè)病人的血壓、體溫和心跳速度等信息，從而減少醫(yī)生查房的工作負(fù)擔(dān)，有助