現(xiàn)場總線助力工業(yè)40

1、1現(xiàn)場總線助力工業(yè)現(xiàn)場總線助力工業(yè)4.0學(xué)院：電子信息工程專業(yè)：控制工程日期：2016年5月16日2目錄目錄一、現(xiàn)場總線技術(shù)簡介一、現(xiàn)場總線技術(shù)簡介二、工業(yè)二、工業(yè)4.0概述概述三、三、現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線 助力助力工業(yè)工業(yè)4.0之之智智能能工廠工廠四、現(xiàn)場總線在工業(yè)應(yīng)用實例四、現(xiàn)場總線在工業(yè)應(yīng)用實例五、結(jié)束語五、結(jié)束語l1.1 現(xiàn)場總線產(chǎn)生的歷史背景現(xiàn)場總線產(chǎn)生的歷史背景l(fā)1.2現(xiàn)現(xiàn)場總線定義場總線定義l1.3. 現(xiàn)場總線主要特點現(xiàn)場總線主要特點l1.4. 現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)化狀況現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)化狀況l 3一、現(xiàn)場總線技術(shù)簡介一、現(xiàn)場總線技術(shù)簡介4一 現(xiàn)場總線技術(shù)簡介1.1. 現(xiàn)場總線產(chǎn)生的歷史

2、背景現(xiàn)場總線產(chǎn)生的歷史背景第一代工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)(氣動信號標(biāo)準(zhǔn)：0.21kgf/cm2)；第二代工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)ACS (電氣信號：420mA)；第三代工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)CCS (集中式控制)；第四代工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)DCS(分布式控制體系結(jié)構(gòu))；第五代工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)FCS(現(xiàn)場總線控制系統(tǒng))。 1.2. 現(xiàn)場總線定義現(xiàn)場總線定義 現(xiàn)場總線是現(xiàn)場儀表與控制室系統(tǒng)之間的一種開放的、全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)，主要用于工廠低層設(shè)備(傳感器及傳動裝置等)的數(shù)據(jù)通信。 5一 現(xiàn)場總線技術(shù)簡介1.3. 現(xiàn)場總線主要特點現(xiàn)場總線主要特點1) 系統(tǒng)可靠性高； 2) 實現(xiàn)開放式互連網(wǎng)絡(luò)； 3) 安裝與接線費

3、用低； 4) 調(diào)節(jié)性能提高； 5) 系統(tǒng)組態(tài)簡單。1.4. 現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)化狀況現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)化狀況 早在1985年，IEC(國際電工委員會)開始著手制訂國際性現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，并將此標(biāo)準(zhǔn)命名為FieldBus；之后，ISA(美國儀表學(xué))SP50委員會也加入到此標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作中。目前，較流行的現(xiàn)場總線主要有FF、Profibus、LonWorks、CAN、HART、P-Net等。 二、工業(yè)4.0概述l2.1 什么是工業(yè)4.0？l2.2 工業(yè)發(fā)展史l2.3 工業(yè)4.0架構(gòu)62.1 什么是工業(yè)4.0l工業(yè)工業(yè)4.0是德國政府推行的是德國政府推行的“新一輪智能新一輪智能工廠計劃工廠計劃”，是以智能制

4、造為主題的第，是以智能制造為主題的第四次工業(yè)革命。四次工業(yè)革命。782.2 工業(yè)發(fā)展史從工業(yè) 1.0 到工業(yè) 4.0180019002000時間軸今天復(fù)雜程度第一次工業(yè)革命創(chuàng)造了機器工廠的“蒸汽時代”第二次工業(yè)革命將人類帶入分工明確、大批量生產(chǎn)的流水線模式和“電氣時代”第三次工業(yè)革命應(yīng)用電子信息技術(shù)，進一步提高生產(chǎn)自動化水平第四次工業(yè)革命開始應(yīng)用信息物理融合系統(tǒng) (CPS)、網(wǎng)絡(luò)化、智能化1784 年，出現(xiàn)了第一臺機械織布機傳送帶方式于 1870 年開始在辛辛那提屠宰場使用1969 年，美國 Modicon 公司推出 084 PLC92.2 工業(yè)發(fā)展史從工業(yè) 1.0 到工業(yè) 4.0180019

5、002000時間軸今天復(fù)雜程度第一次工業(yè)革命第二次工業(yè)革命第三次工業(yè)革命第四次工業(yè)革命1784 年，出現(xiàn)了第一臺機械織布機傳送帶方式于 1870 年開始在辛辛那提屠宰場使用1969 年，美國 Modicon 公司推出 084 PLC工業(yè)發(fā)展史的自動化維度機械化 機械化電氣化電氣化自動化自動化智能化102.2 工業(yè)發(fā)展史從工業(yè) 1.0 到工業(yè) 4.0180019002000時間軸今天復(fù)雜程度第一次工業(yè)革命第二次工業(yè)革命第三次工業(yè)革命第四次工業(yè)革命1784 年，出現(xiàn)了第一臺機械織布機傳送帶方式于 1870 年開始在辛辛那提屠宰場使用1969 年，美國 Modicon 公司推出 084 PLC工業(yè)發(fā)

6、展史的解放人的工作程度解放“工”機器替代體力活解放“工”機器替代體力活解放“員”機器替代以定規(guī)則下的繁瑣勞動解放“師”機器替代部分可創(chuàng)造性勞動11工業(yè)工業(yè)4.0一個網(wǎng)絡(luò)信息物理系統(tǒng)（一個網(wǎng)絡(luò)信息物理系統(tǒng)（CPS）三個集成三個集成縱向集成縱向集成橫向集成橫向集成端對端集成端對端集成四大主題四大主題智能生產(chǎn)智能生產(chǎn)智能工廠智能工廠智能服務(wù)智能服務(wù)智能物流智能物流九大技術(shù)九大技術(shù)機器人機器人模擬技術(shù)模擬技術(shù)增強技術(shù)增強技術(shù)系統(tǒng)整合系統(tǒng)整合物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全網(wǎng)絡(luò)安全大數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)云計算云計算3D打印打印2.3 工業(yè)4.0架構(gòu)12縱向集成、端到端集成及橫向集成的演進路工業(yè)4.0 所要追求的就是在企業(yè)內(nèi)部

7、實現(xiàn)所有環(huán)節(jié)信息無縫鏈接，這是所有智能化的基礎(chǔ)。端到端集成（產(chǎn)業(yè)鏈）縱向集成（車間）橫向集成是企業(yè)之間通過價值鏈以及信息網(wǎng)絡(luò)所實現(xiàn)的一種資源整合，是為了實現(xiàn)各企業(yè)間的無縫合作，提供實時產(chǎn)品和服務(wù)圍繞產(chǎn)品全生命周期的價值鏈創(chuàng)造，通過價值鏈上不同企業(yè)資源的整合，實現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)制造、物流配送、使用維護的產(chǎn)品全生命周期的管理和服務(wù)。橫向集成（生態(tài)）2.3.1 工業(yè)4.0架構(gòu)三個集成 智能生產(chǎn)：智能生產(chǎn)： 主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機互動以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。132.3.2 工業(yè)4.0架構(gòu)四大主題 智能物流： 主要是通過物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等整合物流資源，充分發(fā)揮現(xiàn)有物流資源供應(yīng)

8、鏈的質(zhì)量和效率。 142.3.2 工業(yè)4.0架構(gòu)四大主題 智能服務(wù)： 主要指能夠自動辨識用戶的顯性和隱性需求，并且主動、高效、安全、綠色地滿足其需求的服務(wù)。這個服務(wù)是什么呢？比如西門子生產(chǎn)一臺高鐵的牽引電機，以往就是直接賣一臺電機而已，現(xiàn)在這臺電機在運行過程中，會不斷的把數(shù)據(jù)傳回給西門子的工廠，這樣西門子就知道你的電機現(xiàn)在的運行狀況，以及什么時候需要檢修了。高鐵廠商以往是怎么做的？一刀切，定一個時間，到時間了不管該不該修都去修一下，更我們汽車保養(yǎng)沒什么差別?，F(xiàn)在西門子可以告訴你什么時候需要修什么時候需要養(yǎng)護，l有四大關(guān)鍵點：l一是要連接所有網(wǎng)絡(luò)以拿到數(shù)據(jù)。l二是要有智能機器。l三是大數(shù)據(jù)，將所

9、有設(shè)備、所有人連接后，所有數(shù)據(jù)都大批量傳 送到 智能終端上。l四是分析，得到數(shù)據(jù)后從中抓取出應(yīng)用趨勢來，提高設(shè)備狀態(tài)的檢測和預(yù)測水平。152.3.2 工業(yè)4.0架構(gòu)四大主題智能工廠：16工業(yè)4.0代構(gòu)建智能工廠正被全球制造業(yè)領(lǐng)域不約而同地選為下一個中長期的發(fā)展愿景，同時也是我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要突破口，而智能工廠的精髓就在于網(wǎng)絡(luò)在工 業(yè)領(lǐng)域的延伸，發(fā)揮信息化的作用。 智能工廠不僅是生產(chǎn)的自動化，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控制程，確保生產(chǎn)順 暢，還可協(xié)助制造業(yè)者整合各廠生產(chǎn)管理、物流管理及倉庫管理，實時匹配產(chǎn)能的需求與規(guī)模，避免大興土木，同時迅速提高產(chǎn)能，滿足客戶定制化訂單的實時生產(chǎn) 需求。 三.現(xiàn)場總線助力

10、工業(yè)4.0之智能工廠l 現(xiàn)場總線可從現(xiàn)場設(shè)備獲取大量豐富信息，能夠更好的滿足工廠自動化及CIMS系統(tǒng)的信息集成要求?，F(xiàn)場總線是數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)、故障、參數(shù)信息傳送。系統(tǒng)除完成遠(yuǎn)程控制，還可完成遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。 也是現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)體系中的重要組成部分和工廠信息化的基礎(chǔ)。它的構(gòu)建也就成為智能工廠建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。17三.現(xiàn)場總線助力工業(yè)4.0之智能工廠l 邁向智能工廠的同時，需順應(yīng)工業(yè)控制市場的既定潮流，由于制造現(xiàn)場可能混合采用不同供貨商不同通訊協(xié)議的控制系統(tǒng)，例如半導(dǎo)體業(yè)者的制程控制與廢水處理系統(tǒng)便未必選自同一供貨商，又如石化業(yè)者因園區(qū)建期分段，各期選用的控制系統(tǒng)也是不盡相同；再

11、如車廠、家電制造工廠，制造現(xiàn)場更是混合一般商用計算機與工業(yè)控制器。18三.現(xiàn)場總線助力工業(yè)4.0之智能工廠l 挑戰(zhàn)：但是現(xiàn)場總線通訊協(xié)議百家爭鳴，布建工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)并非易事，此外打造智能工廠必須以既有的設(shè)備、系統(tǒng)為基礎(chǔ)。目前工廠自動化市場由西門子(Siemens)、洛克威爾(Rockwell)、Beckhoff等工業(yè)自動化大廠所主導(dǎo)，這些大廠經(jīng)長期的可靠度及穩(wěn)定性驗證，此生態(tài)不太可能有變化，因此工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)便需兼容于大廠所制定的PROFINET、PROFIBUS、EtherNet/IP、DeviceNet、EtherCAT等多種通訊協(xié)議。19三.現(xiàn)場總線助力工業(yè)4.0之智能工廠

12、四. 現(xiàn)場總線在工業(yè)應(yīng)用實例l4.1 現(xiàn)場總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 l4.2 現(xiàn)場總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用l4.3 小結(jié)20214.1 現(xiàn)場總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 硬件節(jié)點設(shè)計硬件節(jié)點設(shè)計 RRCAN驅(qū)動器82C250CAN控制器SJA1000Intel 1680C196KC顯示器鍵盤報警輸出串行接口爐溫監(jiān)測探頭換向閥站調(diào)節(jié)閥常規(guī)儀表CAN Field Bus22CAN現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設(shè)計現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設(shè)計 工業(yè)控制機(IPC)CAN適配器CAN總線打印機企業(yè)局域網(wǎng)InternetCAN控制器傳感器執(zhí)行器間歇造氣爐CAN控制器傳感器執(zhí)行器間歇造氣爐4.1 現(xiàn)場總線在煤化工控制領(lǐng)域

13、中的應(yīng)用 23l CAN現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用于造氣爐控制系統(tǒng)，從根本上實現(xiàn)結(jié)現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用于造氣爐控制系統(tǒng)，從根本上實現(xiàn)結(jié) 構(gòu)分散、信息集中、管控一體化的全新分布式控制模式；構(gòu)分散、信息集中、管控一體化的全新分布式控制模式；l 基于基于CAN現(xiàn)場總線的造氣爐智能控制系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，將現(xiàn)場總線的造氣爐智能控制系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，將 為造氣爐的高水平自動化提供強有力的技術(shù)支持。為造氣爐的高水平自動化提供強有力的技術(shù)支持。 4.1 現(xiàn)場總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 244.2 現(xiàn)場總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用4.2.1. 項目概述項目概述n我國的鍋爐產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，但運行熱效率低,浪費能源，污染環(huán)境，自動

14、化改造的任務(wù)十分緊迫； n我國工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)發(fā)展大致經(jīng)過五個階段：n手工控制階段；n專用儀表控制階段 ；n電動單元組合控制階段； n計算機控制階段（分布式控制系統(tǒng)DCS）； n現(xiàn)場總線控制階段 。n經(jīng)典的PID 控制往往不易達到最佳的控制狀態(tài)采用更先進的控制策略勢在必行。254.2.2. 工藝流程簡介工藝流程簡介 n燃料和空氣按一定比例進入鍋爐內(nèi)燃燒，生成熱量傳給蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生飽和蒸汽，經(jīng)過過熱器使飽和蒸汽成為有一定溫度和壓力的過熱蒸汽，并且匯集到過熱聯(lián)箱，經(jīng)主氣閥供負(fù)荷設(shè)備使用；n燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣除了將飽和蒸汽變成過熱蒸汽外，通過省煤器預(yù)熱鍋爐的給水，通過煙道引導(dǎo)，經(jīng)過除塵器和引風(fēng)機處理

15、，達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，最后通過煙囪進入大氣。4.2 現(xiàn)場總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用4.2.3. 工藝流程圖工藝流程圖爐 排煙囪省煤器煤斗主氣閥給煤機磨煤機二次風(fēng)機下聯(lián)箱上聯(lián)箱水冷壁管上鍋筒下鍋筒對流管束除塵器引風(fēng)機空氣預(yù)熱器送風(fēng)機過熱聯(lián)箱過熱器蔗渣噴播器給水泵汽包4.2.4 SY-2008GL4.2.4 SY-2008GL鍋爐監(jiān)控器原理框圖鍋爐監(jiān)控器原理框圖按鍵測溫?zé)犭娮铚囟茸兯推鱏Y-2008GL 監(jiān)控器監(jiān)控器一體化操作站鍵盤鼠標(biāo)顯示打印中心工作站測溫?zé)犭娕級毫ψ兯推髁髁孔兯推饕何蛔兯推饕何婚_關(guān)含氧量變送器顯示手動/自動切換帶手操開關(guān)伺服放大器執(zhí)行器現(xiàn)場各電氣設(shè)備報警壓力傳感器流量傳感器鍋爐現(xiàn)

16、場鍋爐現(xiàn)場控制室控制室284.2.5. . 控制系統(tǒng)的技術(shù)特點控制系統(tǒng)的技術(shù)特點由各子系統(tǒng)的計算機進行自動控制由各子系統(tǒng)的計算機進行自動控制 ，降低了產(chǎn)品成本；降低了產(chǎn)品成本； 系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、精度高、維護成本低、系統(tǒng)互換性；系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、精度高、維護成本低、系統(tǒng)互換性；采用現(xiàn)場總線技術(shù)，實現(xiàn)多級分層控制、集中管理、信采用現(xiàn)場總線技術(shù)，實現(xiàn)多級分層控制、集中管理、信息共享；息共享；主、輔工作站集中在中央控制室，便于設(shè)備和人員的集主、輔工作站集中在中央控制室，便于設(shè)備和人員的集中管理。中管理。 4.2 現(xiàn)場總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用l1. 從工廠底層自動化及信息集成技術(shù)角度看，現(xiàn)場總線技術(shù)不是一項單純的以芯片換電纜的技術(shù)，是計算機及其數(shù)字化通信技術(shù)向工廠底層，即設(shè)備層的延伸。如同其他領(lǐng)域發(fā)生的一樣，現(xiàn)場總線技術(shù)是工廠底層通信技術(shù)的一次