計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課件

1、第九章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)華東理工大學(xué)信息學(xué)院自動(dòng)化系1謝謝觀賞2019-5-24定義：計(jì)算機(jī)控制就是利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)=自動(dòng)化技術(shù)+計(jì)算機(jī)技術(shù)2謝謝觀賞2019-5-2410.3 可編程控制器本章主要內(nèi)容：10.1 概述10.2 集散控制系統(tǒng)10.4 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)10.5 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)3謝謝觀賞2019-5-2410.1 概述10.1.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成圖10-1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖4謝謝觀賞2019-5-24組成：被控對(duì)象、測(cè)量變送、控制器及執(zhí)行器圖10-2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)圖連續(xù)控制系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相似點(diǎn)： 組成相同不同點(diǎn)： 模擬控制器

2、 數(shù)字控制器 多路開(kāi)關(guān)、采樣保持器、A/D、D/A5謝謝觀賞2019-5-2410.1.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展圖10-3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展最初：DDC直接數(shù)字控制系統(tǒng)（集中控制系統(tǒng)）20世紀(jì)70年代：DCS集散控制系統(tǒng)（集中管理、分散控制）20世紀(jì)60年代：PLC可編程邏輯控制器20世紀(jì)末：FCS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)目前及未來(lái)：CIMS計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) CIPS計(jì)算機(jī)集成過(guò)程系統(tǒng)6謝謝觀賞2019-5-2410.2 集散控制系統(tǒng)10.2.0 基本概念定義：集散控制系統(tǒng)又稱為分散型控制系統(tǒng)（Distributed Control System）,簡(jiǎn)稱為DCS系統(tǒng)，是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操

3、作、管理和分散控制的一種全新的分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。工作原理：該系統(tǒng)將若干臺(tái)微機(jī)分散應(yīng)用于過(guò)程控制，全部信息通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)由上位管理機(jī)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制，通過(guò)CRT裝置、通信總線、鍵盤(pán)、打印機(jī)等進(jìn)行集中操作、顯示和報(bào)警。7謝謝觀賞2019-5-2410.2.1 集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)主要特征：集中管理和分散控制。具體有以下幾個(gè)方面：(1)分級(jí)遞階結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)從系統(tǒng)工程出發(fā)，考慮功能分散、危險(xiǎn)分散、提高可靠性、強(qiáng)化系統(tǒng)應(yīng)用靈活性、減少設(shè)備的復(fù)雜性與投資成本，并且便于維修和技術(shù)更新等優(yōu)化選擇而得出的。圖10-4 DCS的結(jié)構(gòu)層次8謝謝觀賞2019-5-24每一級(jí)由若干子系統(tǒng)組成，形成金字塔結(jié)構(gòu)。同一

4、級(jí)的各決策子系統(tǒng)可同時(shí)對(duì)下級(jí)施加作用，同時(shí)又受上級(jí)的干預(yù)，子系統(tǒng)可通過(guò)上級(jí)互相交換信息。過(guò)程控制級(jí)：根據(jù)上層決策直接控制生產(chǎn)。控制管理級(jí)：對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)集中操作和統(tǒng)一管理。生產(chǎn)管理級(jí)：承擔(dān)最優(yōu)化任務(wù)經(jīng)營(yíng)管理級(jí)：全面的綜合型經(jīng)營(yíng)管理和決策圖10-4 DCS的結(jié)構(gòu)層次9謝謝觀賞2019-5-24(2) 采用微機(jī)智能技術(shù) DCS采用了以微處理器為基礎(chǔ)的“智能技術(shù)”，成為計(jì)算機(jī)應(yīng)用最完善、最豐富的領(lǐng)域?，F(xiàn)場(chǎng)控制單元、過(guò)程輸入輸出接口、數(shù)據(jù)通信等均采用微處理器，可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)、自診斷和自檢測(cè)等“智能”控制過(guò)程。 (3) 豐富的功能軟件包 DCS具有豐富的功能軟件包，它能提供控制運(yùn)算、過(guò)程監(jiān)視、組態(tài)、報(bào)表

5、打印和信息檢索等功能。10謝謝觀賞2019-5-24(4) 采用局部網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) DCS的數(shù)據(jù)通信采用工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行通信，傳輸實(shí)時(shí)控制信息，進(jìn)行全系統(tǒng)信息綜合管理，并對(duì)分散的現(xiàn)場(chǎng)控制單元、人機(jī)接口進(jìn)行控制和操作管理。大多采用光纖傳輸媒質(zhì)，通信的可靠性和安全性大大提高。通信協(xié)議已開(kāi)始向標(biāo)準(zhǔn)化前進(jìn)，如采用IEEE802.3、IEEE802.4等。(5) 友善的人機(jī)接口 (6) 高可靠性 硬件、軟件采用冗余技術(shù)11謝謝觀賞2019-5-2410.2.2 集散控制系統(tǒng)的發(fā)展第一個(gè)集散控制系統(tǒng)TDC2000：1975年，美國(guó)Honeywell三個(gè)時(shí)期：初創(chuàng)期（19751980）成熟期（198019

6、85）擴(kuò)展期（1985年以后）12謝謝觀賞2019-5-24初創(chuàng)期：該時(shí)期的DCS系統(tǒng)是一個(gè)具有許多微處理機(jī)的分級(jí)控制系統(tǒng)，它采用分散的控制設(shè)備來(lái)適應(yīng)分散的生產(chǎn)過(guò)程，通過(guò)高速數(shù)據(jù)通道將系統(tǒng)各個(gè)單元聯(lián)系起來(lái)。其通信系統(tǒng)是一初、中級(jí)的局部網(wǎng)絡(luò)，全系統(tǒng)由一個(gè)通信指揮器指揮和協(xié)調(diào)。初創(chuàng)期具有代表性的DCS系統(tǒng)有Spectrum (Foxboro公司)、Network(貝利公司)、Centum(日本橫河公司)13謝謝觀賞2019-5-24成熟期：該時(shí)期的DCS系統(tǒng)從原來(lái)單純的工業(yè)控制向生產(chǎn)管理自動(dòng)化發(fā)展。大規(guī)模IC的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)的飛速發(fā)展，使得DCS系統(tǒng)在

7、擴(kuò)大功能、數(shù)據(jù)通信以及工業(yè)自動(dòng)化信息管理等方面有所提高，形成第二代DCS系統(tǒng)。成熟期具有代表性的DCS系統(tǒng)有TDC3000 (Honeywell公司)、PROVOX(Fisher)、MCS(貝利公司)、YEWPACK-MARKII(日本橫河公司)等14謝謝觀賞2019-5-24擴(kuò)展期：該時(shí)期的DCS系統(tǒng)增加了第三層綜合信息管理層，把過(guò)程控制、監(jiān)督控制、管理調(diào)度有機(jī)結(jié)合在一起，采用專家系統(tǒng)、MAP標(biāo)準(zhǔn)（一種ISO開(kāi)放互連OSI結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的加工自動(dòng)化協(xié)議）以及引入計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS等，擴(kuò)展期DCS的特點(diǎn)是綜合化、開(kāi)放化和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的智能化。15謝謝觀賞2019-5-24綜合化 包括縱向和橫向兩

8、方面。縱向方面加強(qiáng)管理功能，包括從原料進(jìn)廠到生產(chǎn)設(shè)計(jì)、計(jì)劃進(jìn)度、質(zhì)量檢查、成品包裝、出廠以及供銷等一系列的管理制度。橫向方面則形成過(guò)程自動(dòng)化與順序控制、電機(jī)控制相結(jié)合的計(jì)算機(jī)、儀表、電器綜合控制系統(tǒng)。開(kāi)放化 是DCS按照國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)組成“開(kāi)放”的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，便于不同公司生產(chǎn)的DCS產(chǎn)品之間方便地進(jìn)行通信。 現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的智能化 是指現(xiàn)場(chǎng)傳感器或變送器智能化，現(xiàn)場(chǎng)儀表可以由現(xiàn)場(chǎng)通信器或系統(tǒng)的工作站進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)、組態(tài)、調(diào)零、調(diào)量程及自動(dòng)標(biāo)定。傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)直接在現(xiàn)場(chǎng)儀表的通信網(wǎng)絡(luò)上傳遞。16謝謝觀賞2019-5-24擴(kuò)展期具有代表性的DCS系統(tǒng)有TDC3000UCN,CENTUM-XL,I/A Se

9、ries(Foxboro)。這一時(shí)期DCS的基本組成與第二代相比變化不大，但它的LAN采用MAP協(xié)議或與MAP兼容的協(xié)議，各個(gè)節(jié)點(diǎn)工作站軟、硬件功能均有所加強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)級(jí)智能儀表也有發(fā)展。MAP Mobile Application Part 是NO.7信令系統(tǒng)的應(yīng)用層協(xié)議。MAP的主要功能是在MSC和HLR、VLR、EIR等網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)之間交換與電路無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)和指令,從而支持移動(dòng)用戶漫游、頻道切換和用戶鑒權(quán)等網(wǎng)絡(luò)功能。 17謝謝觀賞2019-5-2410.2.3 集散控制系統(tǒng)的硬件和軟件(1) DCS的基本構(gòu)成過(guò)程控制單元（PCU）：又稱為現(xiàn)場(chǎng)控制單元、現(xiàn)場(chǎng)控制站、基本控制器、多功能控制器等。其組

10、成有：CPU、ROM/RAM、I/O、A/D、D/A等。它可以控制一個(gè)或多個(gè)回路，具有較強(qiáng)的運(yùn)算和控制功能，并可以進(jìn)行連續(xù)控制和順序控制。圖10-5 DCS的基本結(jié)構(gòu)18謝謝觀賞2019-5-24過(guò)程接口單元（PIU）：又稱為過(guò)程輸入輸出單元、數(shù)據(jù)采集單元、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視站、I/O擴(kuò)展單元等。它的組成與過(guò)程控制單元類似，是以微處理器為核心的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，負(fù)責(zé)采集非控制變量數(shù)據(jù)，并將其數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)通信系統(tǒng)傳遞給CRT操作站或上位管理計(jì)算機(jī)。19謝謝觀賞2019-5-24CRT操作站：是DCS的人-機(jī)接口，由CRT、微機(jī)、鍵盤(pán)、打印機(jī)、存儲(chǔ)器、通信控制器等組成。可以顯示：生產(chǎn)總貌和系統(tǒng)主要參數(shù)、每個(gè)回路的詳

11、細(xì)控制情況、當(dāng)前的和歷史的數(shù)據(jù)、曲線等。 在操作站上可以通過(guò)鍵盤(pán)發(fā)出操作指令，進(jìn)行回路組態(tài)、調(diào)整參數(shù)、控制外設(shè)。CRT操作站還有自診斷、報(bào)警功能。20謝謝觀賞2019-5-24上位管理機(jī)：是DCS的主計(jì)算機(jī)，它通過(guò)通信系統(tǒng)與各個(gè)工作站聯(lián)系，綜合管理全系統(tǒng)的所有信息，能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起到優(yōu)化控制和管理作用。 通信系統(tǒng)：是具有高速通信能力的信息總線，可由雙絞線、同軸電纜或光纖構(gòu)成。 早期的集散系統(tǒng)采用專門(mén)的通信標(biāo)準(zhǔn)或通信協(xié)議，系統(tǒng)兼容和互連性差。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、美國(guó)電子電氣工程師協(xié)會(huì)(IEEE)、工廠自動(dòng)化協(xié)議集團(tuán)(MAP)為不同層次網(wǎng)絡(luò)制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。21謝謝觀

12、賞2019-5-24(2) DCS的硬件、軟件組態(tài)DCS的硬件組態(tài)：依據(jù)：系統(tǒng)規(guī)模及控制要求。包括通信系統(tǒng)、人機(jī)接口、過(guò)程接口和電源系統(tǒng)的選擇等應(yīng)綜合考慮各方面的因素：滿足系統(tǒng)的控制要求，性能價(jià)格比最佳系統(tǒng)在未來(lái)的定位操作人員的易操作性、系統(tǒng)的易維護(hù)性等22謝謝觀賞2019-5-24DCS的軟件組態(tài)：是在系統(tǒng)硬件和軟件的基礎(chǔ)上，用軟件組態(tài)方式將系統(tǒng)提供的功能塊連結(jié)起來(lái)達(dá)到過(guò)程控制的要求。應(yīng)用軟件組態(tài)方式：直接經(jīng)DCS操作站組態(tài)通過(guò)填寫(xiě)表格組態(tài)利用PC機(jī)進(jìn)行組態(tài)應(yīng)用軟件的組態(tài)包括：網(wǎng)絡(luò)組態(tài)文件組態(tài)、數(shù)據(jù)點(diǎn)組態(tài)、用戶畫(huà)面、自由格式報(bào)表和鍵定義組態(tài)、區(qū)域數(shù)據(jù)庫(kù)和控制程序的編制等。23謝謝觀賞2019

13、-5-24早期的DCS控制系統(tǒng)24謝謝觀賞2019-5-2410.3 可編程控制器可編程序控制器（Programmable Controller, PC）早期主要用于邏輯控制，習(xí)慣上稱之為可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller ）,簡(jiǎn)稱PLC。10.3.1 概述25謝謝觀賞2019-5-24(1)可編程序控制器的發(fā)展初創(chuàng)階段：從1969年DEC公司推出第一臺(tái)PLC(PDP-14)到20世紀(jì)70年代中期。該階段產(chǎn)品主要用于邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)。擴(kuò)展階段：20世紀(jì)70年代中期到20 世紀(jì)70年代末期。擴(kuò)展了數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)的比較和運(yùn)算、模擬量的運(yùn)算等功能。通信

14、階段：20世紀(jì)70年代末期到20 世紀(jì)80年代中期。PLC在通信方面得到了發(fā)展，形成了分布式的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。缺點(diǎn)是產(chǎn)品互通難。開(kāi)放階段： 20世紀(jì)80年代中期以后。26謝謝觀賞2019-5-24(2)可編程序控制器的特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）高可靠性：PLC的主要特點(diǎn)。它在軟、硬件方面采取了一些提高系統(tǒng)可靠性的措施。易操作性：操作、維修、編程靈活性：表現(xiàn)在編程、擴(kuò)展、操作三個(gè)方面機(jī)電一體化：PLC是專門(mén)為工業(yè)過(guò)程控制而設(shè)計(jì)的控制設(shè)備。成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、過(guò)程控制領(lǐng)域的主要控制設(shè)備。27謝謝觀賞2019-5-24(3)PLC的分類按結(jié)構(gòu)形式可將PLC分為兩大類：一體化結(jié)構(gòu)、模塊化結(jié)構(gòu)一類（一體化結(jié)構(gòu)

15、）：CPU、電源、I/O接口、通信接口等都集成在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)的一體化結(jié)構(gòu)，如下圖所示，小型及超小型的PLC系統(tǒng)用此結(jié)構(gòu)10-6 一體化PLC結(jié)構(gòu)示意圖28謝謝觀賞2019-5-24另一類（模塊化結(jié)構(gòu)）：各種模塊在結(jié)構(gòu)上是相互獨(dú)立的，在實(shí)際使用的過(guò)程中可根據(jù)具體的應(yīng)用要求選擇合適的模塊，安裝在固定的機(jī)架或?qū)к壣希瑯?gòu)成一個(gè)完整的PLC應(yīng)用系統(tǒng)，如下圖所示。大、中型PLC系統(tǒng)一般采用此類結(jié)構(gòu)。增強(qiáng)了數(shù)據(jù)處理能力和網(wǎng)絡(luò)通信能力，可構(gòu)成大規(guī)模的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，主要用于復(fù)雜程度較高的自動(dòng)控制，并在相當(dāng)程度上可以替代DCS以實(shí)現(xiàn)更廣泛的自動(dòng)化功能。10-7 模塊化PLC結(jié)構(gòu)示意圖29謝謝觀賞2019-5-24

16、(4)可編程序控制器的主要功能開(kāi)關(guān)邏輯和順序控制：最主要功能模擬控制：過(guò)程控制點(diǎn)數(shù)較少，開(kāi)關(guān)量控制較多時(shí)。采用模擬輸入輸出卡件來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬量的控制運(yùn)算。信號(hào)聯(lián)鎖：信號(hào)聯(lián)鎖是安全生產(chǎn)的保證，高可靠性的PLC在信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)中發(fā)揮了很大作用。通信：PLC可作為下位機(jī)與上位機(jī)或同級(jí)的PLC進(jìn)行通信，完成數(shù)據(jù)處理和信息交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的信息控制和管理。30謝謝觀賞2019-5-24(5)可編程序控制器的發(fā)展方向 隨著計(jì)算機(jī)綜合技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化內(nèi)涵的不斷延伸，PLC的結(jié)構(gòu)和功能也在不斷地進(jìn)行完善和擴(kuò)充。實(shí)現(xiàn)控制功能和管理功能的結(jié)合，以不同廠家的產(chǎn)品構(gòu)成開(kāi)放型的控制系統(tǒng)是自動(dòng)化系統(tǒng)主要的發(fā)展理念

17、之一。長(zhǎng)期以來(lái)PLC走的是專有化的道路，這使得其成功發(fā)展的同時(shí)也帶來(lái)了許多制約因素。 目前，絕大多數(shù)PLC不屬于開(kāi)放系統(tǒng)，尋求開(kāi)放型的硬件或軟件平臺(tái)成了當(dāng)今PLC的主要發(fā)展目標(biāo)。31謝謝觀賞2019-5-2410.3.2 PLC基本組成 PLC基本組成包括：CPU、通信接口、外設(shè)接口、I/O接口等。模塊化PLC的應(yīng)用更廣泛，它在系統(tǒng)配置上更靈活，用戶可以根據(jù)規(guī)模和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行配置，模塊與模塊之間通過(guò)外部總線連接，如下圖所示10-7 模塊化PLC結(jié)構(gòu)示意圖32謝謝觀賞2019-5-24 在模塊化PLC系統(tǒng)中，一組基本的功能模塊可以構(gòu)成一個(gè)機(jī)架，CPU模塊所在的機(jī)架通常稱為中央機(jī)架，其他機(jī)架稱為擴(kuò)

18、展機(jī)架。 根據(jù)安裝位置的不同，機(jī)架的擴(kuò)展方式又分為本地連接擴(kuò)展和遠(yuǎn)程連接擴(kuò)展兩種。前者要求所有機(jī)架都集中安裝在一起，機(jī)架與機(jī)架間的連接距離通常在數(shù)米之內(nèi)；后者一般通過(guò)光纜或通信電纜實(shí)現(xiàn)機(jī)架間的連接，連接距離可達(dá)幾百米到數(shù)千米，通過(guò)中繼環(huán)節(jié)還可以進(jìn)一步延伸。遠(yuǎn)程擴(kuò)展機(jī)架也稱為分布式I/O站點(diǎn)，這是一種介于模擬信號(hào)傳輸技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的中間產(chǎn)品。 一個(gè)PLC所允許配置的機(jī)架數(shù)量以及每個(gè)機(jī)架所允許安裝的模塊數(shù)量一般是有限制的，主要取決于PLC的地址配置和尋址能力以及機(jī)架的結(jié)構(gòu)和負(fù)載能力。33謝謝觀賞2019-5-24 (1)CPU模塊 CPU模塊是模塊化PLC的核心部件，主要包括三個(gè)部分：中央處理

19、單元CPU、存儲(chǔ)器和通信部件。 小型PLC的CPU單元通常采用價(jià)格低、通用性好的8位微處理器或單片機(jī)； 中型PLC采用16位微處理器或單片機(jī)； 大型PLC通常采用位片式微處理器，它將多個(gè)位片式微處理器級(jí)聯(lián)，并行處理多個(gè)任務(wù)，具有靈活性好、速度快、效率高等特點(diǎn)。另外，大中型的PLC很多采用雙CPU或多CPU結(jié)構(gòu)，以加快PLC的處理速度。34謝謝觀賞2019-5-24常用的存儲(chǔ)器主要有：ROM、EPROM、EEPROM、RAM等幾種，用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和工作數(shù)據(jù)。對(duì)于不同的PLC，存儲(chǔ)器的配置形式是一樣的，但存儲(chǔ)器的容量隨PLC的規(guī)模的不同有較大差別。 通信部件的作用是建立CPU模塊與其他

20、模塊或外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。35謝謝觀賞2019-5-24(2)I/O模塊 PLC 通過(guò)I/O接口與現(xiàn)場(chǎng)儀表相連接，PLC最常用的I/O模塊主要包括模擬量輸入、模擬量輸出、開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出模塊。36謝謝觀賞2019-5-24(3)智能模塊 該模塊通常是一個(gè)較獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，自身具有CPU、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、應(yīng)用程序、I/O接口、系統(tǒng)總線接口等，可以獨(dú)立地完成某些具體工作。但從整個(gè)PLC系統(tǒng)來(lái)看，它只是系統(tǒng)中的一個(gè)單元，需要通過(guò)系統(tǒng)總線與CPU模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。智能模塊一般不參與PLC的循環(huán)掃描過(guò)程，而是在CPU模塊的協(xié)調(diào)下，按照自身的應(yīng)用程序獨(dú)立地參與系統(tǒng)工作。比如：高速處理模塊、通信處理器模

21、塊等一般屬于智能模塊。37謝謝觀賞2019-5-24(4)接口模塊 采用模塊化結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)是通過(guò)機(jī)架把各種PLC的模塊組織起來(lái)的，根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的規(guī)模和要求，整套PLC系統(tǒng)有可能包含若干個(gè)機(jī)架，接口模塊就是用來(lái)把所有機(jī)架組織起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)完整的PLC系統(tǒng)。(5)電源模塊 PLC一般配有工業(yè)用的開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源供內(nèi)部電路使用。與普通電源相比，一般要求電源模塊的輸入電壓范圍寬、穩(wěn)定性好、體積小、質(zhì)量輕、抗干擾能力強(qiáng)。38謝謝觀賞2019-5-24(6)編程工具 作用是編制和調(diào)試PLC的用戶程序、設(shè)置PLC系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境、在線監(jiān)視或修改運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，主要有專用編程器或?qū)Ｓ镁幊誊浖深悺?專用編程器一般由

22、PLC生產(chǎn)廠家提供，只能適用于特定PLC的軟件編程裝置。 主要生產(chǎn)廠家一般都提供在PC機(jī)上運(yùn)行的專用編程軟件，借助于相應(yīng)的通信接口裝置，用戶可以在PC機(jī)上通過(guò)專用編程軟件來(lái)編輯和調(diào)試用戶程序，專用編程軟件一般可適用于一系列的PLC。特點(diǎn)：功能強(qiáng)大、通用性強(qiáng)、升級(jí)方便等39謝謝觀賞2019-5-2410.3.3 PLC的基本工作原理 PLC的CPU采用分時(shí)操作的原理，其工作方式是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描過(guò)程，即周期掃描方式。 PLC的整個(gè)掃描過(guò)程可以概括地歸納為上電初始化、一般處理掃描、數(shù)據(jù)I/O操作、用戶程序的掃描、外設(shè)端口服務(wù)五個(gè)階段。每一次掃描所用的時(shí)間稱為一個(gè)工作周期（掃描周期）。PLC的

23、掃描周期與PLC的硬件特性和用戶程序的長(zhǎng)短有關(guān)。40謝謝觀賞2019-5-2410-8 PLC掃描過(guò)程示意(1)上電初始化：CPU首先對(duì)I/O、繼電器、定時(shí)器進(jìn)行清零或復(fù)位處理(2)一般處理掃描：每個(gè)掃描周期前的自檢，如WDT的復(fù)位、I/O總線和用戶存儲(chǔ)器的檢查(3)數(shù)據(jù)I/O操作：(4)掃描用戶程序：基于用戶程序指令，讀入外部數(shù)據(jù)和狀態(tài)、運(yùn)算、輸出(5)外設(shè)端口服務(wù)：每次執(zhí)行完用戶程序后，開(kāi)始外設(shè)操作請(qǐng)求服務(wù)，主要完成與外設(shè)端口連接的外部設(shè)備（編程器、通信適配器等）的通信。41謝謝觀賞2019-5-2410.3.4 PLC的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言PLC的程序設(shè)計(jì)就是利用特定的表達(dá)方式（編程語(yǔ)言）把控制

24、任務(wù)描述出來(lái)。 PLC是一種工業(yè)控制裝置，它的程序設(shè)計(jì)多采用面向現(xiàn)場(chǎng)、面向問(wèn)題、簡(jiǎn)單而直觀的自然語(yǔ)言，它能直接表達(dá)被控對(duì)象的動(dòng)作及輸入輸出關(guān)系，通常是與電器控制線路或工藝流程圖相似的語(yǔ)言表達(dá)形式。常見(jiàn)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言有：梯形圖、語(yǔ)句表、邏輯功能圖、計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言等。42謝謝觀賞2019-5-24(1)梯形圖 梯形圖是在繼電器控制的電器原理圖基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種直觀形象的圖形編程語(yǔ)言。它沿用了繼電器、觸點(diǎn)、串/并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和類似的圖形符號(hào)，信號(hào)流向清楚，是多數(shù)PLC的第一用戶語(yǔ)言。43謝謝觀賞2019-5-24(a)電器控制梯形圖(b) PLC梯形圖圖10-9 PLC梯形圖示意44謝謝觀賞2019-

25、5-24PLC梯形圖的特點(diǎn)：梯形圖的符號(hào)不是實(shí)際的物理元件，而只是對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)器中的某一位；梯形圖不是硬接線系統(tǒng)，但可以借助“概念電流”來(lái)理解器邏輯運(yùn)算功能；PLC根據(jù)梯形圖符號(hào)的排列順序，按照從左到右、自上而下的方式進(jìn)行掃描，前一邏輯行的解算結(jié)果可被后面的程序所引用；每個(gè)梯形圖符號(hào)的常開(kāi)、常閉等屬性在用戶程序中均可以被無(wú)限次的引用。45謝謝觀賞2019-5-24(2)語(yǔ)句表 語(yǔ)句表STL是一種類似于匯編語(yǔ)言的助記符編程語(yǔ)言，每種控制功能通過(guò)一條或多條語(yǔ)句來(lái)描述。 語(yǔ)句表編程語(yǔ)言的特點(diǎn)是面向機(jī)器，編程靈活方便，尤其適用于模擬量的解算。語(yǔ)句表的基本指令格式都是由操作碼和操作數(shù)兩部分組成。46謝謝觀

26、賞2019-5-24(b) PLC梯形圖LD 00001OR 00002LD NOT 00003AND 00004AND LDOUT 00200語(yǔ)句表47謝謝觀賞2019-5-2410.3.5 PLC的程序結(jié)構(gòu)線性化編程 將用戶指令逐條編寫(xiě)在一個(gè)連續(xù)的指令塊中，適用于比較簡(jiǎn)單的任務(wù)。結(jié)構(gòu)化編程 適合編制并組織復(fù)雜的應(yīng)用程序，它允許把整個(gè)應(yīng)用程序劃分成若干個(gè)模塊，用一個(gè)主程序來(lái)對(duì)這些模塊進(jìn)行組織和調(diào)用。48謝謝觀賞2019-5-2410.4 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System, FCS）是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)飛速發(fā)展的基礎(chǔ)上，與自

27、動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它實(shí)際是繼儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)后的新一代控制系統(tǒng)。 現(xiàn)場(chǎng)總線是20世紀(jì)80年代中期在國(guó)際上開(kāi)始出現(xiàn)，90年代初發(fā)展形成的。它是應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、微機(jī)化測(cè)量設(shè)備之間以及現(xiàn)場(chǎng)與控制室（或控制設(shè)備）之間的一種雙向串行、多節(jié)點(diǎn)的數(shù)字通信系統(tǒng)，也被稱為開(kāi)放式、數(shù)字化、多節(jié)點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。49謝謝觀賞2019-5-2410.4.1 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的發(fā)展(1)現(xiàn)場(chǎng)總線是綜合自動(dòng)化發(fā)展的需要 隨著計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)的飛速發(fā)展，20 世紀(jì)末世界最重大的變化是全球市場(chǎng)的逐漸形成，從而導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)空前加劇，產(chǎn)品技術(shù)含量高、更新?lián)Q代快。處于全球市場(chǎng)中的工業(yè)生產(chǎn)必須加快

28、新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，按市場(chǎng)需求調(diào)整產(chǎn)品的上市時(shí)間T(Time to market)，改善質(zhì)量Q(Quality)，降低成本C(Cost)，完善售后服務(wù)S(Service)。追求完善的T、Q、C、S是一個(gè)永無(wú)止境的過(guò)程，它能不斷的促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步與管理改革。因此形成了計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS(Computer Integrated Manufacturing System) ，它采用系統(tǒng)集成、信息集成的觀點(diǎn)來(lái)組織生產(chǎn)。把市場(chǎng)、生產(chǎn)技術(shù)、制造過(guò)程、企業(yè)管理、售后服務(wù)看作要統(tǒng)一考慮的生產(chǎn)過(guò)程，并采用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、通信等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程的綜合自動(dòng)化，以改善生產(chǎn)加工、管理決策等。50謝謝觀賞2019-5-2

29、4 計(jì)算機(jī)為CIMS的實(shí)施提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。但處于企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程底層的測(cè)控自動(dòng)化系統(tǒng)，要與外界交換信息，要實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的信息集成，要實(shí)施綜合自動(dòng)化，就必須設(shè)計(jì)出一種能在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境運(yùn)行的、性能可靠、造價(jià)低廉的通信系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化智能設(shè)備之間的多點(diǎn)數(shù)字通信，形成工廠底層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)底層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間以及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)與外界的信息交換?，F(xiàn)場(chǎng)總線就是在這種背景下產(chǎn)生的。51謝謝觀賞2019-5-24(2)高新技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ) 傳輸信號(hào)的數(shù)字化是實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信的基礎(chǔ)。1983年，Honeywell推出了智能化儀表Smar變送器，這些帶有微處理器芯片的儀表除了在原有模擬儀表的基礎(chǔ)

30、上增加了復(fù)雜的計(jì)算功能外，還在輸出的420mA直流信號(hào)上迭加了數(shù)字信號(hào)，使現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間的連接由模擬信號(hào)過(guò)渡到了數(shù)字信號(hào)。這種屬于模擬混合儀表，其系統(tǒng)或設(shè)備間只能按模擬信號(hào)方式一對(duì)一地布線，難以實(shí)現(xiàn)智能儀表之間的信息交換，智能儀表能處理多個(gè)信息和復(fù)雜計(jì)算的優(yōu)越性難以充分發(fā)揮，應(yīng)用需求呼喚著具備通信功能的、傳輸信號(hào)全數(shù)字化的儀表與系統(tǒng)的出現(xiàn)。52謝謝觀賞2019-5-24(3)現(xiàn)場(chǎng)總線將朝著開(kāi)放系統(tǒng)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的方向發(fā)展 以微處理器芯片為基礎(chǔ)的各種智能儀表，為現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的數(shù)字化以及實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的應(yīng)用功能提供了條件。但不同廠商所提供的設(shè)備之間的通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，嚴(yán)重束縛了工廠底層網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。從用戶到設(shè)備制

31、造商都強(qiáng)烈要求形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，組成開(kāi)放互連網(wǎng)絡(luò)。把不同廠商提供的自動(dòng)化設(shè)備互連為系統(tǒng)。這里的開(kāi)放意味著對(duì)同一標(biāo)準(zhǔn)的共同遵從，意味著這些來(lái)自不同廠商而遵從相同標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備可互連為一致通信系統(tǒng)。所以現(xiàn)場(chǎng)總線就是工廠自動(dòng)化領(lǐng)域的開(kāi)放互連系統(tǒng)。53謝謝觀賞2019-5-2410.4.2 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)(1) 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。 傳統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)采用一對(duì)一的設(shè)備連線，按控制回路分別進(jìn)行連接。位于現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量變送器與位于控制室的控制器之間，控制器與位于現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行器、開(kāi)關(guān)、馬達(dá)之間均為一對(duì)一的物理連接。 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)由于采用了智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，能夠把

32、原先DCS系統(tǒng)中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊置于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，加上現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有通信能力，現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量變送儀表可以與閥門(mén)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接傳送信號(hào)，因而控制系統(tǒng)能夠不依賴控制室的計(jì)算機(jī)或控制儀表，直接在現(xiàn)場(chǎng)完成，實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制。54謝謝觀賞2019-5-24傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意FCS結(jié)構(gòu)示意圖10-10 DDC與FCS的結(jié)構(gòu)比較55謝謝觀賞2019-5-24(2) 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)總線將具有網(wǎng)絡(luò)連接功能的現(xiàn)場(chǎng)智能儀表連接起來(lái)，構(gòu)成了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。其在技術(shù)上具有如下特點(diǎn)：系統(tǒng)的開(kāi)放性 開(kāi)放是指總線標(biāo)準(zhǔn)、通信協(xié)議的一致性、公開(kāi)性，強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)是指它可

33、以與世界上任何地方遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其他設(shè)備或系統(tǒng)連接。不同廠家的設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)信息交換。用戶可按自己的需要，把來(lái)自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。因此，借助現(xiàn)場(chǎng)總線可以構(gòu)筑自動(dòng)化領(lǐng)域的開(kāi)放互連系統(tǒng)。56謝謝觀賞2019-5-24互可操作性與互換性 互可操作性是指相互連接儀表間、設(shè)備間及系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信?；Q性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的儀表、設(shè)備可實(shí)現(xiàn)相互替換?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性 它將傳感器測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、線性化處理、工程量變換與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能，并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。57謝謝

34、觀賞2019-5-24系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性 現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的全分散性控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性 作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線，是專為現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境而設(shè)計(jì)的，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(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實(shí)現(xiàn)供電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。58謝謝觀賞2019-5-24(3) 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)節(jié)省硬件數(shù)量與投資 節(jié)省安裝費(fèi)用 節(jié)省維護(hù)開(kāi)銷 用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性59謝謝觀賞2019-5-2410.4.3 現(xiàn)場(chǎng)總

35、線現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) (1)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的形成 在現(xiàn)場(chǎng)總線的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，出現(xiàn)了多種總線（如FF、Lon Works、Hart、CAN等）標(biāo)準(zhǔn)，它們的結(jié)構(gòu)、特性各異，通信協(xié)議也不相同，都有自己特定的應(yīng)用背景。但是現(xiàn)場(chǎng)總線既然是開(kāi)放的，就應(yīng)該有一個(gè)統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，只有大家都遵守相同的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)總線才能真正發(fā)揮其優(yōu)越性，并得到健康的發(fā)展。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）非常重視現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制定，早在1984年就成立了IEC/TC65/SC65C/WG6工作組，開(kāi)始起草現(xiàn)場(chǎng)總線系列標(biāo)準(zhǔn)。由于參與討論的各大集團(tuán)公司都從自身的利益角度出發(fā)，分歧很大，工作進(jìn)展緩慢。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期爭(zhēng)論和反復(fù)修改，在2000年初，IEC頒布

36、了由多數(shù)國(guó)家確認(rèn)的IEC 61158現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。60謝謝觀賞2019-5-24 IEC 61158并非是單一的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，而是包括了從Type 1至Type 8共8種總線標(biāo)準(zhǔn)，這是因?yàn)樗骖櫛姸鄰S商的投資利益和考慮現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)際使用情況。因此，在今后一段時(shí)間里，會(huì)出現(xiàn)多種現(xiàn)場(chǎng)總線共存，甚至同一生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有幾種總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備互連通信的局面。但是，發(fā)展統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，形成真正的開(kāi)放式互連系統(tǒng)是眾望所歸，大勢(shì)所趨。 61謝謝觀賞2019-5-24 在IEC 61158中包含的10種現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（2003）Type 1 PhL,DDL以 FF H1為原型，AL是IEC TSType 2 PhL

37、,DDL是ControlNet, AL是 ControlNet+EtherNet/IPType 3 PROFIBUSType 4 P-NETType 5 PhL,DDL無(wú)， AL 是FF HSEType 6 SwiftNetType 7 WorldFIPType 8 INTERBUSType 9 PhL,DDL無(wú)， AL是 Type 1的子集Type 10 PROFINET(2) IEC61158的10種現(xiàn)場(chǎng)總線 62謝謝觀賞2019-5-24Type 1現(xiàn)場(chǎng)總線Type 1現(xiàn)場(chǎng)總線由IEC 61158 TS技術(shù)規(guī)范全面定義。該現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的開(kāi)放互連系統(tǒng)(OS

38、I)參考模型建立的，它由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層及用戶層組成，用戶層是考慮到現(xiàn)場(chǎng)儀表的控制功能和具體應(yīng)用而增加的。Type 1總線主要用于現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)，傳輸速率為31.25Kbps，支持總線供電和本質(zhì)安全放爆。總線用戶層具有標(biāo)準(zhǔn)功能快和裝置描述功能，使現(xiàn)場(chǎng)儀表能就地實(shí)施控制策略，并實(shí)現(xiàn)儀表間的互操作功能。63謝謝觀賞2019-5-24Type 2現(xiàn)場(chǎng)總線 Type 2總線即Control Net現(xiàn)場(chǎng)總線，由A-B/Rockwell公司設(shè)計(jì)并得到CI(Control Net International)組織的支持。該總線是一種用于對(duì)信息傳遞有時(shí)間苛刻要求的高速確定性網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)它允許傳送無(wú)時(shí)間苛求

39、的報(bào)文數(shù)據(jù)。通信模式為生產(chǎn)者/客戶模式（producer/consumer model），這種模式允許網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)從單個(gè)數(shù)據(jù)源存取相同的數(shù)據(jù)，傳輸速率可達(dá)5Mbps。由Type 2現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成的系統(tǒng)包括信息層（Ethernet）、控制層（Control Net）和現(xiàn)場(chǎng)層（Device Net）。64謝謝觀賞2019-5-24Type 3現(xiàn)場(chǎng)總線 Type 3總線即Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線，由德國(guó)多家公司和科研機(jī)構(gòu)按照ISO/OSI參考模型設(shè)計(jì)的，得到了PNO(Profibus National Organization)用戶組織的支持，并被確定為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50170V.2。Prof

40、ibus系列由三個(gè)兼容部分組成：Profibus-DP、Profibus-FMS、 Profibus-PA。Profibus-DP適用于裝置一級(jí)自動(dòng)控制系統(tǒng)與分散I/O之間的高速通信，它使用物理層、數(shù)據(jù)鏈路層及用戶接口。Profibus-FMS用于車間級(jí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，它使用物理層、數(shù)據(jù)鏈路層及應(yīng)用層。Profibus-PA，應(yīng)用于過(guò)程控制領(lǐng)域，可以把測(cè)量變送器、閥門(mén)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)用串行總線聯(lián)網(wǎng)，采用 IEC61158-2的物理傳輸技術(shù)和 PROFIBUS-DP的協(xié)議，通訊速率31.25KbitS。具有本質(zhì)安全防爆性能，并可通過(guò)總線向儀表供電。 65謝謝觀賞2019-5-24Type 4現(xiàn)場(chǎng)總線Type

41、 4即P-NET現(xiàn)場(chǎng)總線，由丹麥Process-Data公司開(kāi)發(fā)并得到了P-NET用戶組織的支持。該現(xiàn)場(chǎng)總線主要應(yīng)用于啤酒、食品、農(nóng)業(yè)和飼養(yǎng)業(yè)等，現(xiàn)已成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)的一部分（EN 50170V.1）。P-NET為帶多網(wǎng)絡(luò)和多端口功能的多主總線，允許在幾個(gè)總線區(qū)直接尋址，無(wú)需遞階網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該總線通信協(xié)議包括ISO/OSI互連參考模型的第1、2、3、4和7層，并利用信道結(jié)構(gòu)定義用戶層。物理層使用RS-485標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)鏈路層的功能由P-NET接口芯片完成，第3、4層的功能則由宿主處理器中的軟件解決。66謝謝觀賞2019-5-24 Type 5現(xiàn)場(chǎng)總線 Type 5即為IEC定義的H2總線，它由基金會(huì)現(xiàn)

42、場(chǎng)總線（FF）組織負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于IT產(chǎn)業(yè)的高速以太網(wǎng)（High Speed Ethernet, HSE）標(biāo)準(zhǔn)。該總線使用框架式以太網(wǎng)（Shelf Ethernet）技術(shù)，傳輸速率從100Mbps到1Gbps或更高。HSE完全支持Type 1現(xiàn)場(chǎng)總線的各項(xiàng)功能，諸如功能快和設(shè)備描述語(yǔ)言等，并允許基于以太網(wǎng)的裝置通過(guò)一種鏈接設(shè)備與H1相連接。H1設(shè)備無(wú)需主系統(tǒng)的干預(yù)可以進(jìn)行對(duì)等層通信。在一個(gè)鏈接設(shè)備上的H1設(shè)備同樣無(wú)需主系統(tǒng)的干預(yù)可與另一個(gè)鏈接設(shè)備上的H1設(shè)備直接進(jìn)行通信。該總線通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試后，于2000年開(kāi)始推向市場(chǎng)。 67謝謝觀賞2019-5-24Type 6現(xiàn)場(chǎng)總線Ty

43、pe 6即Swiftnet現(xiàn)場(chǎng)總線，由美國(guó)SHIP STAR協(xié)會(huì)主持制定，得到美國(guó)波音公司的支持，主要用于航空和航天等領(lǐng)域。該總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性高，協(xié)議僅包括物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。物理層傳輸速率為5Mbps，總線使用TDMA(Slotted time division multiple acess)槽路時(shí)間片多路存取方式，該方式是將總線上的時(shí)間分割為相等長(zhǎng)度間隔，即槽路。只有當(dāng)總線上的站分配到槽路時(shí)，它才能監(jiān)聽(tīng)和發(fā)送。68謝謝觀賞2019-5-24Type 7現(xiàn)場(chǎng)總線 Type 7即World FIP現(xiàn)場(chǎng)總線，由World FIP協(xié)會(huì)制定，現(xiàn)已成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的第3部分。該總線廣泛應(yīng)

44、用于發(fā)電與輸配電、加工自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化和鐵路運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。World FIP協(xié)議由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層組成。物理層采用IEC 61158.2標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)鏈路層采用總線裁決(bua arbitrator)方式，在任何一個(gè)給定瞬間，僅有一個(gè)站可以執(zhí)行總線裁決功能。Type 7現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成的系統(tǒng)能滿足用戶的各種需要，適合于各種類型的應(yīng)用結(jié)構(gòu)：集中型、分散型和主站/從站性。為了適應(yīng)低成本的要求，開(kāi)發(fā)了Device World FIP(DWF)總線，它是現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的網(wǎng)絡(luò)，能很好適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種惡劣環(huán)境，并具有本質(zhì)安全防爆性能，可以實(shí)現(xiàn)多主站與從站的通信。69謝謝觀賞2019-5-24 Ty

45、pe 8現(xiàn)場(chǎng)總線Type 8即Interbus現(xiàn)場(chǎng)總線，由德國(guó)Phoenix Contact公司開(kāi)發(fā)，得到Interbus Club組織的支持，已成為德國(guó)DIN19258標(biāo)準(zhǔn)。它是一種串行總線系統(tǒng)，適用于分散輸入輸出以及不同類型控制系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸。該總線廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工和制造業(yè)。協(xié)議包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。Interbus總線可構(gòu)成主/從式和環(huán)形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，傳輸速率為500Kbps。物理層采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)鏈路層采用整體幀協(xié)議（total frame protocol）方式傳輸循環(huán)數(shù)據(jù)和非循環(huán)數(shù)據(jù)，應(yīng)用層只對(duì)主站有效。Interbus總線還對(duì)單主機(jī)的遠(yuǎn)程I/O具有良好的診斷能

46、力。70謝謝觀賞2019-5-24 Type 9現(xiàn)場(chǎng)總線Type 9現(xiàn)場(chǎng)總線即FF H1現(xiàn)場(chǎng)總線，該總線由FF現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)負(fù)責(zé)制定。FF基金會(huì)成員由世界著名的儀表制造商和用戶組成，其成員生產(chǎn)的變送器、DCS系統(tǒng)、執(zhí)行器、流量?jī)x表占世界市場(chǎng)的90，它們對(duì)過(guò)程控制現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的功能需求了解透徹，在過(guò)程控制方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，提出的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)比較全面。 71謝謝觀賞2019-5-24 Type 10現(xiàn)場(chǎng)總線Type 10現(xiàn)場(chǎng)總線即Profinet總線，該總線標(biāo)準(zhǔn)源自Profibus 現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織 (PI，Profibus International)開(kāi)放的自動(dòng)化總線標(biāo)準(zhǔn)。PNO組織

47、于2001年8月發(fā)表了Profinet規(guī)范。Profinet將工廠自動(dòng)化和企業(yè)信息管理層IT技術(shù)有機(jī)地融為一體，同時(shí)又完全保留了Profibus現(xiàn)有的開(kāi)放性。72謝謝觀賞2019-5-24 除了上面介紹的納入IEC 61158 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的10種總線外，還有多種有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用于控制領(lǐng)域，這些總線是由國(guó)家、地區(qū)或?qū)I(yè)標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的。它們都有自己的應(yīng)用領(lǐng)域。 73謝謝觀賞2019-5-2410.4.4 幾種有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF（Foundation Fiedbus）基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線是國(guó)際上幾家現(xiàn)場(chǎng)總線經(jīng)過(guò)激烈競(jìng)爭(zhēng)后形成的的一種現(xiàn)場(chǎng)總線,由現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)推出。與私有的網(wǎng)絡(luò)總線協(xié)議

48、不同,FF總線不附屬于任何一個(gè)企業(yè)或國(guó)家。其總線體系結(jié)構(gòu)是參照ISO的OSI模型中物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層,并增加了用戶層而建立起來(lái)的通信模型。FF得到了世界上幾乎所有的著名儀表制造商的支持,同時(shí)遵守IEC的協(xié)議規(guī)范,與IEC的現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和草案基本一致,加上它在技術(shù)上的優(yōu)勢(shì),所以已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之一。FF總線提供了Hl和H2兩種物理層標(biāo)準(zhǔn)。Hl是用于過(guò)程控制的低速總線,傳輸速率為31.25Kbps,傳輸距離為200m、450m、1200m、1900m四種（加中繼器可以延長(zhǎng)）,可用總線供電,支持本質(zhì)安全設(shè)備和非本質(zhì)安全總線設(shè)備。H2為高速總線,其傳輸速率為1Mbps（此時(shí)傳輸距離為750m）或2.5Mbps（此時(shí)傳輸距離為500m）。H1和H2每段節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)32個(gè),使用中繼器后可達(dá)240個(gè),Hl和H2可通過(guò)網(wǎng)橋互連。74謝謝觀賞2019-5-24過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線ProfibusProfibus由Siemens公司提出并極力倡導(dǎo),已先后成為德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245、歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之一,是一種開(kāi)放而獨(dú)立的總線標(biāo)準(zhǔn),在機(jī)械制造、工業(yè)過(guò)程控制、智能建筑中充當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)。Profibus由Prof