自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡結構技術V

自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡結構一、綜述二、現(xiàn)場總線三、基礎自動化網(wǎng)絡技術四、過程自動化網(wǎng)絡技術五、生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)簡介一、綜述1、企業(yè)自動化系統(tǒng)結構2、自動化系統(tǒng)常用的網(wǎng)絡拓撲結構3、網(wǎng)絡設備1、企業(yè)自動化系統(tǒng)結構企業(yè)信息化和自動化系統(tǒng)是分層實現(xiàn)的，一般分為五層結構：現(xiàn)場設備與總線級（L0）基礎自動化級（L1）過程控制級（L2）制造執(zhí)行級（L3）企業(yè)資源規(guī)劃級（L4）自動化系統(tǒng)的典型網(wǎng)絡拓撲企業(yè)自動化系統(tǒng)的結構原理圖2、自動化系統(tǒng)常用的網(wǎng)絡拓撲結構自動化系統(tǒng)常用的網(wǎng)絡拓撲結構主要有星型、環(huán)型、總線型三種（1）星形拓撲星形拓撲是由中央節(jié)點和通過點到到通信鏈路接到中央節(jié)點的各個站點組成。星形拓撲結構分為單星形拓撲和雙星形拓撲兩種星形拓撲結構優(yōu)點主要有：1.控制簡單2.故障診斷和隔離容易3.方便服務星形拓撲結構缺點主要有：1.電纜長度和安裝工作量可觀2.中央節(jié)點的負擔較重，形成瓶頸3.各站點的分布處理能力較低（2）環(huán)形拓撲環(huán)形拓撲網(wǎng)上所有結點都通過點對點鏈路連接，并構成一個封閉環(huán)，工作站通過結點接口單元與環(huán)相連，數(shù)據(jù)沿環(huán)單向或雙向傳輸，其中，雙向傳輸時須考慮路徑控制問題。環(huán)形拓撲優(yōu)點主要有：1.電纜長度短。2.增加或減少工作站時，僅需簡單的連接操作3.可使用光纖4.結構簡單5.控制邏輯簡單6.掛接或摘除結點也比較容易7.系統(tǒng)的初始開發(fā)成本以及修改費用較低環(huán)形拓撲缺點主要有：1.節(jié)點的故障會引起全網(wǎng)故障2.故障檢測困難3.環(huán)形拓撲結構的媒體訪問控制協(xié)議都采用令牌傳達式傳遞的方式，在負載很輕時，信道利用率相對來說就比較低。（3）總線拓撲撲總線拓撲結結構采用一一個信道作作為傳輸媒媒體，所有有站點都通通過相應的的硬件接口口直接連到到這一公共共傳輸媒體體上，該公公共傳輸媒媒體即稱為為總線。有有些總線設設有通訊控控制器，采采取集中控控制方式；；而有些把把通訊控制制功能分設設在各通訊訊接口中，，稱為發(fā)散散控制方式式總線拓撲結結構優(yōu)點主主要有：1.總線結構所所需要的電電纜數(shù)量少少2.總線結構簡簡單，又是是無源工作作，有較高高的可靠性性3.易于擴充，，增加或減減少用戶比比較方便總線拓撲結結構優(yōu)點主主要有：1.總線的傳輸輸距離有限限，通信范范圍受到限限制2.故障診斷和和隔離較困困難3.分布式協(xié)議議不能保證證信息的及及時傳送，，不具有實實時功能網(wǎng)絡拓撲結結構特點的的對比與總總結拓撲結構結構特點優(yōu)點缺點應用領域總線型網(wǎng)絡上所有節(jié)點連接在一個信道上節(jié)省傳輸介質(zhì)；系統(tǒng)結構簡單；總線易于擴展網(wǎng)絡數(shù)據(jù)大時性能下降；傳輸介質(zhì)斷開，影響面廣，查找問題困難等適應對等網(wǎng)絡或小型（10個用戶以下）基于服務器的網(wǎng)絡，大量用在控制系統(tǒng)的現(xiàn)場設備層（L0層），而很少應用于基礎自動化層（L1層）拓撲結構結構特點優(yōu)點缺點應用領域環(huán)形網(wǎng)絡上所有結點都通過點對點鏈路連接，并構成一個封閉環(huán)結構和控制邏輯簡單：系統(tǒng)為所有節(jié)點提供相同接入；用戶數(shù)據(jù)較多時，仍能保持適當性能節(jié)點的故障會引起全網(wǎng)故障、故障檢測困難；網(wǎng)絡重新配置將終止正常操作適應于令牌型局域網(wǎng)、FDDI或CDDI。在控制系統(tǒng)中，常應用于要求通訊可靠性高、冗余或容錯的網(wǎng)絡拓撲結構結構特點優(yōu)點缺點應用領域星形依賴集線器的網(wǎng)絡結構方便布線，系統(tǒng)易于變化和擴展；集中式監(jiān)視和管理；某個節(jié)點故障，不影響其它部分需用大量傳輸介質(zhì)；中心節(jié)點負擔較重，一旦出問題，該節(jié)點連接所有設備均受影響最常用網(wǎng)絡拓撲結構，在控制系統(tǒng)應用最為廣泛，在對網(wǎng)絡沒有特殊要求時，一般推薦使用3、網(wǎng)絡設備備（1）傳輸介質(zhì)質(zhì)傳輸介質(zhì)特點傳輸距離傳輸速度通信容量傳輸質(zhì)量適用范圍同軸電纜結構特殊（多層結構，有銅芯、絕緣層、屏蔽層、外包皮）10BASE-2類（細纜）能到185m；10BASE-5類（粗同軸電纜）能到500m能支持10Mbps，速度相對較低支持連接較多設備，以及較大的通信容量具有很強的抗干擾能力，傳輸?shù)男盘栙|(zhì)量比較好各種視頻傳輸，樓宇監(jiān)控，以及部分帶寬要求高的局域網(wǎng)等傳輸介質(zhì)特點傳輸距離傳輸速度通信容量傳輸質(zhì)量適用范圍雙絞線雙絞線有兩種基本類型：屏蔽雙絞線（STP）、非屏蔽雙絞線（UTP），均由兩根絞在一起的導線來形成傳輸電路較短，一般不要超過100m有三種：10Mbps、100Mbps、1000Mbps與同軸電纜相比，其帶寬受到限制，容量較少UTP類傳輸信號較差；STP類傳輸信號較好適合中距離（2Km左右）傳輸，對信號質(zhì)量沒有過高要求的領域，如100Base-T的局域網(wǎng)傳輸介質(zhì)特點傳輸距離傳輸速度通信容量傳輸質(zhì)量適用范圍光纖光纖具有園柱形的形狀，由三部分組成：纖芯、包層和護套。采用光傳輸信號距離長，可1000m以上速度高，有100Mbps、1000Mbps，廣泛用于高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)頻帶寬，支持大的通信容量傳輸衰減小、能電磁隔離、誤碼率低等，信號質(zhì)量高，適宜于要求高速可靠通訊的領域長距離的高速通訊領域，如一些骨干網(wǎng)應用，部分可靠性和速率要求高的的局域網(wǎng)等（2）交換機交換機是按按照通信兩兩端需要，，用自動方方法把要傳傳輸?shù)男畔⑾⑺偷椒虾弦缶W(wǎng)絡絡上的設備備。選擇交換機機時，應把把握幾個原原則：確定適當?shù)牡亩丝跀?shù)和和類型考慮工作層層次考慮性能檔檔次交換機品牌牌非常多，，國外著名名品牌有Cisco、安奈特、、NETGEAR等，國內(nèi)的的如華為、、D-LINK、TP-LINK、實達等以TP-LinkTL-SG3424型24口全千兆二層層交換機為例例，介紹生產(chǎn)產(chǎn)自動化系統(tǒng)統(tǒng)常用交換機機的基本特性性:TP-LinkTL-SG3424型交換機特性性主要包括：：1.提供豐富的接接口，靈活接接入：24個10/100/1000M自適應RJ45端口，4個千兆SFP（miniGBIC）光纖模塊擴擴展插槽，1個配置管理接接口2.支持存儲轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)，交換容量量48Gbps，支持8Kbits地址表3.全面的安全防防護體系，保保障網(wǎng)絡長期期穩(wěn)定運行豐豐富的QoS策略和ACL訪問控制功能能，多業(yè)務高高效融合運作作4.支持端口匯聚聚和多種生成成樹協(xié)議，提提高鏈路冗余余備份的能力力5.提供Web網(wǎng)管，CLI命令行，SNMP等安全靈活的的方式;提供環(huán)回檢測測、線纜檢測測、系統(tǒng)日志志等功能，維維護簡單。（3）路由器路由器能將不不同網(wǎng)絡或網(wǎng)網(wǎng)段之間的數(shù)數(shù)據(jù)信息進行行“翻譯”，，以使它們能能夠相互“讀讀”懂對方的的數(shù)據(jù)，從而而構成一個更更大的網(wǎng)絡選擇路由器時時，應把握幾幾個原則：確定連接方式式明確應用定位位選擇合適端口口明確傳輸速率率關注控制管理理功能考慮可靠性和和安全性以華為QuidwayAR28-31型路由器為例例，簡單介紹紹一下生產(chǎn)自自動化系統(tǒng)常常用路由器的的基本特性:配置包括：1.提供豐富的接接口：2個10/100M自適應RJ45端口，1個AUX口（備份），，1個同步/異步接口，2～3個擴展模塊接接口，1個配置管理接接口2.基本配置為：：CPU為MPC8245(300MHz),32MBFlash，256MBSDRAM，90～100Kpps(包每秒)轉(zhuǎn)發(fā)性能特性包括:成熟的VPN解決方案網(wǎng)絡安全互連協(xié)議網(wǎng)絡協(xié)議應用層協(xié)議及及業(yè)務特性特性包括:QOS網(wǎng)絡可靠性系統(tǒng)可靠性語音特性簡單便捷的網(wǎng)網(wǎng)絡檢測工具具配置管理（4）防火墻防火墻指的是是一個由軟件件和硬件設備備組合而成，，在內(nèi)部網(wǎng)和和外部網(wǎng)之間間、專用網(wǎng)與與公共網(wǎng)之間間的界面上構構造的保護屏屏障.是一種獲取安安全性方法的的形象說法防火墻是一種種計算機硬件件和軟件的結結合，使網(wǎng)絡絡之間建立起起一個安全網(wǎng)網(wǎng)關（SecurityGateway），從而保護護內(nèi)部網(wǎng)免受受非法用戶的的侵入選擇防火墻時時，應按照以以下幾個步驟驟來開展:做好需求分析析把握基本原則則明確常用指標標防火墻產(chǎn)品中中，國外主流流廠商為思科科（Cisco）、CheckPoint、NetScreen等，國內(nèi)主流流廠商為東軟軟、天融信、、山石網(wǎng)科、、網(wǎng)御神州、、聯(lián)想、方正正等，它們都都提供不同級級別的防火墻墻產(chǎn)品以CISCOASA5505型防火墻為例例，簡單介紹紹常用企業(yè)級級防火墻的基基本特性：配置包括：1.提供豐富的接接口：8個以太網(wǎng)口(RJ45型)，1個SSC擴展插槽，3個USB2.0接口，1個配置管理接接口（RJ45）2.基本配置為：：64MBFlash，256MBSDRAM等特性主要包括括：1.防火墻吞吐率率高達150Mbps2.VPN吞吐率高達100Mbps3.支持并發(fā)連接接25000個4.安全過濾帶寬寬為100Mbps5.IPSecVPN對為10或256.SSLVPN對許可證級別別為10或257.內(nèi)置一個靈活活的8端口10/100快速以太網(wǎng)交交換機，其端端口能進行動動態(tài)組合，為為家庭、企業(yè)業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)流流量創(chuàng)建3個獨立的無中中繼支持的虛虛擬接口(VLAN)，以改進網(wǎng)絡絡分區(qū)和安全全8.提供兩個以太太網(wǎng)供電(PoE)端口，簡化了了配備自動安安全IP語音(VoIP)功能的思科IP電話的部署，，以及外部無無線接入點的的部署，擴展展了網(wǎng)絡移動動性9.通過其模塊化化設計，提供供了1個外部擴展插插槽和3個USB端口，能在未未來添加更多多服務，從而而實現(xiàn)了出色色的擴展能力力和投資保護護二、現(xiàn)場總線線1、引言2、現(xiàn)場總線定義義3、現(xiàn)場總線的特特點4、現(xiàn)場總線用途途5、現(xiàn)場總線的現(xiàn)現(xiàn)狀和發(fā)展趨趨勢6、主流現(xiàn)場總線線簡介7、現(xiàn)場總線應用用1、引言以現(xiàn)場總線為為核心連接現(xiàn)現(xiàn)場設備的基基礎自動化系系統(tǒng)2、現(xiàn)場總線定義義現(xiàn)場總線是指指安裝在制造造或過程區(qū)域域的現(xiàn)場裝置置與控制室內(nèi)內(nèi)的自動裝置置之間的數(shù)字字式、串行、、多點通信的的數(shù)據(jù)總線現(xiàn)場總線是連連接智能現(xiàn)場場設備和自動動化系統(tǒng)的全全數(shù)字、雙向向、多站的通通信系統(tǒng)，主主要解決工業(yè)業(yè)現(xiàn)場的智能能化儀器儀表表、控制器、、執(zhí)行機構等等現(xiàn)場設備間間的數(shù)字通信信以及這些現(xiàn)現(xiàn)場控制設備備和高級控制制系統(tǒng)之間的的信息傳遞問問題3、現(xiàn)場總線的特特點增強了現(xiàn)場級級信息集成能能力開放式、互操操作性、互換換性、可集成成性系統(tǒng)結構的高高度分散性現(xiàn)場設備的智智能化系統(tǒng)可靠性高高、可維護性性好降低了系統(tǒng)及及工程成本對現(xiàn)場環(huán)境的的適應性4、現(xiàn)場總線用途途制造業(yè)自動化化：如汽車制制造（機器人人、裝配線、、沖壓線等））、造紙、紡紡織等行業(yè)過程控控制自自動化化：如如石化化、制制藥、、水泥泥、食食品、、飲料料等；；電力及及樓宇宇自動動化：：如發(fā)發(fā)電、、輸配配電等等樓宇自自動化化：如如空調(diào)調(diào)、風風機、、照明明等鐵路交交通：：如信信號系系統(tǒng)等等5、現(xiàn)場總總線的的現(xiàn)狀狀和發(fā)發(fā)展趨趨勢（1）現(xiàn)場場總線線的現(xiàn)現(xiàn)狀多種現(xiàn)現(xiàn)場總總線并并存各種總總線都都有其其應用用的領領域每種現(xiàn)現(xiàn)場總總線都都有其其國際際組織織和支支持背背景多種總總線成成為國國家和和地區(qū)區(qū)標準準設備制制造商商參與與多個個總線線組織織各個總總線彼彼此協(xié)協(xié)調(diào)共共存（2）現(xiàn)場場總線線發(fā)展展趨勢勢尋求統(tǒng)統(tǒng)一的的現(xiàn)場場總線線國際際標準準，統(tǒng)統(tǒng)一的的標準準是大大勢所所趨，，目前前眾多多的總總線會會變成成一兩兩種總總線標標準IndustrialEthernet走向向工工業(yè)業(yè)控控制制網(wǎng)網(wǎng)絡絡6、主流流現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線簡簡介介幾種種主主流流的的現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線：基金金會會現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線（（FoundationFieldbus簡稱稱FF）CAN（ControllerAreaNetwork控制制器器局局域域網(wǎng)網(wǎng)））LonWorksDeviceNetPROFIBUSHARTCC-LinkWorldFIPINTERBUS7、現(xiàn)場場總總線線應應用用（1）現(xiàn)場場總總線線選選型型需考考慮慮特特定定的的比比較較參參數(shù)數(shù)和和設設計計，，主主要要包包括括：：通信信速速率率和和數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)延延遲遲物理理互互連連媒媒介介抗擾擾度度比特特誤誤差差率率和和總總線線故故障障允許許的的互互連連長長度度允許許的的網(wǎng)網(wǎng)絡絡節(jié)節(jié)點點數(shù)數(shù)量量容易易增增加加額額外外的的節(jié)節(jié)點點功耗耗、、成成本本、、可可靠靠性性和和隔隔離離要要求求現(xiàn)場場總總線線選選型型需需要要折折衷衷考考慮慮的的因因素素常用用現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線應應用用范范圍圍總線名稱特點應用范圍基金會現(xiàn)場總線

（FF）基于OSI的簡化模型（1，2，7層),有低速H1和高速H2工業(yè)應用廣泛，支持總線供電和本質(zhì)安全防爆環(huán)境CAN協(xié)議分為物理層和數(shù)據(jù)鏈路層；速率最高可達40Mbps最特色的是汽車應用LonWorks基于OSI的7層模型，采用專門LonTalk協(xié)議樓宇自動化，以及分布式監(jiān)控應用DeviceNet基于CAN技術，傳輸率可至500Kbps低成本的通信方案，較簡單的工業(yè)應用。PROFIBUS支持主-從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等傳輸方式DP常用于工廠自動化現(xiàn)場領域;FMS適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等;PA適用于石油、化工、醫(yī)藥、冶金等行業(yè)的過程控制領域，可總線供電.工業(yè)以太網(wǎng)包括ProfiNet、EtherCAT、Ethernet，基于IEEE802.3標準100Mbps以太網(wǎng)常用于各類的工業(yè)自動化應用。常用用現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線允允許許的的節(jié)節(jié)點點數(shù)數(shù)量量現(xiàn)場總線名稱節(jié)點數(shù)量的限制機制最大運行的節(jié)點數(shù)ProfibusDP每個網(wǎng)段的總阻抗32個設備InterBus點對點的傳輸延遲63個設備ControlNet（同軸電纜）阻抗和信號反射48個設備DeviceNet由標準確定64個設備Ethernet互聯(lián)架構根據(jù)選擇的協(xié)議和拓撲結構而定常用用現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線的的傳傳輸輸速速率率和和延延遲遲現(xiàn)場總線名稱數(shù)據(jù)速率最小報文協(xié)議延遲時間HART1.2Kbps11bits>9000usDeviceNet125Kbps、250Kbps、500Kbps41bits>81usControlNet5Mbps56bits>11usProfiBus高達12Mbps140bits>12usEthernet（100BaseTX）100Mbps300bits>3us常用用現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線的的網(wǎng)網(wǎng)絡絡長長度度的的限限制制現(xiàn)場總線名稱驅(qū)動器輸出接觸器靈敏度信號余量媒介損失電纜長度限制（典型的）協(xié)議網(wǎng)絡長度限制InterBus1.5V200mV17.5dB小于0.5Mbps時為700m無ProfibusDP2.1V200mV20.4dB12Mbps時為340m500Kbps時每個環(huán)路為200mControlNet(同軸電纜)8.2VPP510mVPP24dB5Mbps時為1200m小于1000mDeviceNet1.5V400mV11.5dB小于0.5Mbps時為950m125kps時為500m；250kps時為250m；500kps時為100m。Ethernet10Base-TX2.2V585mV11.5dB10Mbps時為115m一般為100mEthernet100Base-TX1.0V1VPP6dB100Mbps時為40m一般為100m（2）現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線應應用用典典型型舉舉例例以某某鋼鋼鐵鐵企企業(yè)業(yè)項項目目的的控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)為為例例三、、基基礎礎自自動動化化網(wǎng)網(wǎng)絡絡技技術術1、、基礎礎自自動動化化系系統(tǒng)統(tǒng)網(wǎng)網(wǎng)絡絡結結構構2、基礎自動動化系統(tǒng)統(tǒng)結構構構建3、基礎自動動化網(wǎng)絡絡應用舉舉例1、基礎自動動化系統(tǒng)統(tǒng)網(wǎng)絡結結構（1）基礎自自動化的的結構原原理性圖圖基礎自動動化的最最小系統(tǒng)統(tǒng)由三部部分構成成：設備備、控制制器、HMI服務（2）現(xiàn)場設備備擴展后后的基礎礎自動化化系統(tǒng)結結構對現(xiàn)場設設備擴展展，主要要體現(xiàn)在在現(xiàn)場總總線的應應用上（3）控制器擴擴展后的的基礎自自動化系系統(tǒng)結構構對控制器器擴展，，主要體體現(xiàn)更多多種類的的控制器器，如PLC、基于PC架構的控控制器（（如CPCI架構控制制器、VME架構控制制器等））、工控控機等（4）上位服務務擴展后后的基礎礎自動化化系統(tǒng)結結構上位服務務擴展，，主要指指為控制制器提供供的服務務進行擴擴展，如如過程自自動化系系統(tǒng)通訊訊量大，，HMI服務可以以采用冗冗余；增增加WEB操作站2、基礎自動動化系統(tǒng)統(tǒng)結構構構建（1）基礎自動動化系統(tǒng)統(tǒng)網(wǎng)絡構構建基礎自動動化系統(tǒng)統(tǒng)網(wǎng)絡的的構建，，根據(jù)系系統(tǒng)規(guī)模模和詳細細需求，，參照第第1部分的第第2章和第3章，選取取合適的的傳輸介介質(zhì)、交交換機和和網(wǎng)絡拓拓撲即可可（2）控制器選選型首先確定定控制器器選用PLC、DCS還是基于于PC架構的控控制器然后根據(jù)據(jù)選擇的的控制器器完成具具體選擇擇a、PLC選型確定控制制方案輸入輸出出（I/O）點數(shù)的的估算存儲器容容量的估估算CPU的選型輸入輸出出模塊的的選擇電池或存存儲卡的的選擇b、DCS系統(tǒng)選型型：系統(tǒng)規(guī)模模系統(tǒng)專長長工藝的特特殊要求求系統(tǒng)結構構系統(tǒng)性能能系統(tǒng)功能能技術服務務C、基于PC架構控制制器選型型VME架構控制器CPCI架構控制器CPU常用PowerPC和IntelX86，其中，PowerPC用的較多常用PowerPC和IntelX86，其中，IntelX86用的較多機箱尺寸6U為主，大尺寸可以設計更多器件，提供高密度I/O接口3U為主，小尺寸適合使用在緊湊空間，減少了部分性能總線傳輸率(Mbps)160(VME64x),320(VME320)132(32bit/33MHz)，528(64bit/66MHz)中斷級7級中斷,更多的中斷級可以保證實時I/O響應4級中斷支持槽數(shù)單背板21槽單背板8槽(33Mhz)/5槽(66MHz)系統(tǒng)架構多主多從，可以使用多個處理器卡，支持任意槽位之間的通訊，極大提供系統(tǒng)處理能力和應用的靈活性。一主多從，只有1個系統(tǒng)槽，其它是外設槽。外設槽較多時，系統(tǒng)板負擔較重，且外設之間彼此不可以通訊。VME架構控制器CPCI架構控制器總線特性數(shù)據(jù)地址非復用總線，異步總線，支持8,16,24,32,64數(shù)據(jù)地址復用總線，同步總線，32位，64位總線中繼可以通過VME中繼板級聯(lián)，GE的V5504中繼板可以級聯(lián)19x19個21槽機箱基于PCI電氣特性，最多支持256個PCI設備操作體統(tǒng)Windows,Linux,VxWorks等大多為Windows，少量為Linux大點數(shù)支持在國內(nèi)外復雜的控制和仿真應用中，VME總線是第一選擇，對于上千點及更多的I/O設備可以良好支持多應用在中小型測試測量系統(tǒng)中分布式應用多處理系統(tǒng)架構，廣泛在分布式系統(tǒng)中應用；可以通過以太網(wǎng)或反射內(nèi)存網(wǎng)實時傳輸數(shù)據(jù)，多個處理器分擔不同的任務單處理器板負擔重，實時性不高實際應用復雜的工業(yè)控制，環(huán)境惡劣的軍用控制相對簡單的工業(yè)控制，以及電信行業(yè)應用3、基礎自動動化網(wǎng)絡絡應用舉舉例連鑄機改改造項目目的基礎礎自動化化系統(tǒng)網(wǎng)網(wǎng)絡結構構四、過程程自動化化網(wǎng)絡技技術1、過程自動動化系統(tǒng)統(tǒng)的網(wǎng)絡絡結構2、過程自動動化系統(tǒng)統(tǒng)結構的的構建3、過程自動動化系統(tǒng)統(tǒng)的軟件件結構4、過程自動動化網(wǎng)絡絡應用舉舉例1、過程自動動化系統(tǒng)統(tǒng)的網(wǎng)絡絡結構（1）過程自自動化的的結構原原理圖過程自動動化的最最小系統(tǒng)統(tǒng)主要由由兩部分分構成：：模型服服務、L2應用服務務（2）擴展后的的過程自自動化系系統(tǒng)擴展的服服務器和和操作端端包括：：數(shù)據(jù)Server、WEBServer、遠程操操作終端端2、過程自動動化系統(tǒng)統(tǒng)結構的的構建過程自動動化系統(tǒng)統(tǒng)結構的的構建，，包括兩兩部分：：系統(tǒng)網(wǎng)網(wǎng)絡構建建、系統(tǒng)統(tǒng)的架構構搭建1、過程自自動化系系統(tǒng)網(wǎng)絡絡的構建建過程自動動化系統(tǒng)統(tǒng)網(wǎng)絡的的構建，，根據(jù)系系統(tǒng)規(guī)模模和詳細細需求，，選取合合適的傳傳輸介質(zhì)質(zhì)、交換換機、路路由器和和網(wǎng)絡拓拓撲即可可為提高通通訊可靠靠性，可可以進一一步考慮慮采用冗冗余網(wǎng)絡絡結構2、過程自自動化系系統(tǒng)的架架構搭建建（1）、按照照功能介介紹過程程自動化化系統(tǒng)的的服務器器<1>.數(shù)據(jù)服務器數(shù)據(jù)庫服務器器是由運行在在局域網(wǎng)中的的一臺或多臺臺計算機和數(shù)數(shù)據(jù)庫管理系系統(tǒng)軟件共同同構成的，為為客戶應用提提供服務，包包括查詢、更更新、事務管管理、索引、、高速緩存、、查詢優(yōu)化、、安全及多用用戶存取控制制等<2>.模型服務器模型服務的工工作過程大致致如下：a.通過與基礎自自動化通訊，，采集需要的的過程變量，，完成對現(xiàn)場場事件的檢測測；b.根據(jù)運算需要要，訪問數(shù)據(jù)據(jù)庫（通常是是實時數(shù)據(jù)庫庫），進行模模型計算和控控制率運算；；c.根據(jù)模型預報報和操作員輸輸入數(shù)據(jù)指令令，向基礎自自動化系統(tǒng)特特定的控制點點，發(fā)送合適適的控制數(shù)據(jù)據(jù)；d.基礎自動化系系統(tǒng)輸出對應應的控制量給給現(xiàn)場的執(zhí)行行機構，完成成控制調(diào)節(jié)<3>.L2應用服務器L2應用服務器基基礎自動化數(shù)數(shù)據(jù)的采集、、存儲與管理理，物流跟蹤蹤，過程監(jiān)控控，以及遠程程的信息查詢詢等應用功能能。L2應用服務器通通過特定的協(xié)協(xié)議或接口，，設計專門的的服務軟件，，把應用邏輯輯提供給客戶戶端程序<4>.L2應用服務器與與L1的通訊a.OPC通訊方式：由由一些占領世世界領先地位位的自動化系系統(tǒng)和硬件、、軟件公司和和微軟合作而而建立的，滿滿足開放性和和互操作性的的接口標準b.基于TCP/IP的Socket方式：socket提供了程序之之間（主要指指進程）通信信的端點（2）按照結構和性性能介紹過程程自動化系統(tǒng)統(tǒng)的服務器在過程自動化化系統(tǒng)中，服服務器按照結結構和性能可可分為：單服服務器、冗余余服務和容錯錯服務器，其其中，冗余服服務器和容錯錯服務器是隨隨著過程控制制系統(tǒng)對可靠靠性和安全性性不斷提高而而出現(xiàn)的<1>.單服務器主要指從邏輯輯上只有一臺臺服務器，提提供特定的服服務<2>.冗余服務器冗余服務器的的建立有三種種方式：冷冗余：另備備一套Server不通電、不工工作，準備待待命(人為預置好)，這種應用于于短暫的服務務器停機不影影響整個系統(tǒng)統(tǒng)的運行暖冗余：即軟軟冗余方式，，主要通過編編程方式來實實現(xiàn)冗余服務務器，這種系系統(tǒng)常用于對對可靠性要求求不高，系統(tǒng)統(tǒng)切換時間較較長的生產(chǎn)領領域熱冗余(熱備)：即硬冗余方方式，當主設設備故障時，，通過特定硬硬件判別、備備份方式快速速地自動切換換到備用設備備上，保持系系統(tǒng)正常運行行<3>.容錯服務器容錯服務器的的設計思想和和方法：一個個控制系統(tǒng)遲遲早會發(fā)生故故障，在設計計控制系統(tǒng)時時考慮會發(fā)生生故障和這種種故障可能會會對系統(tǒng)的性性能造成很大大的影響。(1)雙機熱備份：：是由兩臺服服務器系統(tǒng)和和一個外接共共享磁盤陣列列柜(也可沒有，而而是在各自的的服務器中采采取RAID卡)及相應的雙機機熱備份軟件件組成，存在在三種模式：：雙機熱備模模式、雙機互互備模式和雙雙機雙工模式式（cluster集群）。(2)單機容錯服務務器：是在一一臺服務器實實現(xiàn)高性能容容錯的，最大大的優(yōu)勢在于于能夠自動分分離故障模塊塊，在不中斷斷運行的情況況下，進行模模塊調(diào)換，對對損壞的部件件進行維護，，并且在一切切物理故障消消除后，系統(tǒng)統(tǒng)會自動重新新同步運行，，從而有效的的解決了客戶戶的后顧之憂憂。3、過程自動化系系統(tǒng)的軟件結結構服務器有兩種種應用模式：：B/S和C/S模式1、C/S、B/S結構定義C/S（Client/Server）結構，即客客戶機和服務務器結構C/S三層架構：B/S（Browser/Server）結構即瀏覽覽器和服務器器結構B/S架構2、C/S、B/S結構優(yōu)點與缺缺點C/S結構的優(yōu)點：：（1）.服務器的負荷荷較輕（2）.響應速度較較快（3）.較強的事務務處理能力力C/S結構的缺點點：（1）.維護成本高高（2）.C/S結構的軟件件版本多，，代價高和和低效率B/S結構的優(yōu)點點：（1）.維護和升級級方式簡單單（2）.成本降低，，選擇更多多B/S結構的缺點點：（1）.服務器運行行數(shù)據(jù)負荷荷較重，響響應速度不不及C/S（2）.用戶體驗效效果不是很很理想，開開發(fā)難度較較大3、C/S與B/S結構應用的的差異由于C/S是建立在局局域網(wǎng)的基基礎上的，，B/S是建立在廣廣域網(wǎng)的基基礎上的，，故有以下下在應用上上的區(qū)別：：硬件環(huán)境：：C/S應用專用的的網(wǎng)絡，以以及局域網(wǎng)網(wǎng)；B/S建立在廣域域網(wǎng)之上；；安全要求：：C/S面向固定的的用戶群，，信息安全全性強；B/S面向相對不不可知的用用戶群。程序架構：：C/S注重流程，，對權限多多層次校驗驗，B/S對安全以及及訪問速度度。系統(tǒng)維護：：B/S維護和升級級等的開銷銷小處理問題：：B/S與用戶和操操作系統(tǒng)的的耦合較小小、信息流：C/S程序交互性性相對低；；B/S更象交易中中心。C/S和B/S編程技術的的比較特

性C/SB/S是否需在客戶機上安裝和配置需要不需要應用程序間互操作性的實現(xiàn)易繁瑣所需使用的開發(fā)語言數(shù)量1種3種是否GUI界面是否使用客戶端資源的難易易難是否需應用服務器不需要需要4、軟件結構選選擇軟件結構的的選擇，需需要明確以以下幾點關關鍵問題：：1.確定系統(tǒng)的的網(wǎng)絡架構構：采用單單機系統(tǒng)、、C/S系統(tǒng)、還是是B/S.2.確定軟件開開發(fā)的基本本層級：運運用高級語語言進行常常規(guī)應用開開發(fā)，還是是需要訪問問底層硬件件進行底層層軟件開發(fā)發(fā)3.確定服務器器能夠承受受的訪問負負載，如客客戶機最大大點數(shù)等4.明確需要支支持第三方方軟件，如如提供給第第三方API接口5.確定通訊方方案，如網(wǎng)網(wǎng)絡（或數(shù)數(shù)據(jù)通訊））的連接方方式，以及及配套通訊訊軟件開發(fā)發(fā)6.確定客戶機機的應用定定位，即客客戶機是““胖”客機機，還是““瘦”客戶戶機7.確定數(shù)據(jù)文文件的保存存方式，如如文本、本本地數(shù)據(jù)庫庫、大型數(shù)數(shù)據(jù)庫4、過程自動化化網(wǎng)絡應用用舉例1、基礎自動動化級簡介介基礎自動化化的主要任任務是根據(jù)據(jù)L2設定的參數(shù)數(shù)完成酸洗洗軋制過程程的控制、、數(shù)據(jù)采集集等功能酸洗段共有有10個S7-300、32個SIMOVERT變頻器等，，完成入口口鋼卷運輸輸段、酸洗洗入口段、、酸洗化學學段、酸洗洗出口段的的控制及數(shù)數(shù)據(jù)采集軋機段共有有33個SIMADYN2D數(shù)字控制系系統(tǒng)、21個SIMOVERT變頻器、10個SIMOREG2K、6個S7-300，完成軋機機段的軋制制過程控制制和數(shù)據(jù)采采集2、過程自動動化級簡介介過程自動化化系統(tǒng)由L2應用服務器器、數(shù)據(jù)庫庫服務器、、板型模型型服務器、、多個及人人機接口(HMI)組成，主要要完成功能能：帶鋼跟跟蹤；軋制制過程數(shù)據(jù)據(jù)的收集及及處理；數(shù)數(shù)學模型預預計算；軋軋制規(guī)程的的自適應、、操作及維維護畫面的的顯示；各各種生產(chǎn)報報表、故障障報表的生生成和打印印等L2應用服務器器采用2臺DELL公司的服務務器,一個為運行行機,一個為備用用機。通過過光纖將2臺L2應用服務器器與其它服服務器及HMI服務器連接接在一起，，其中，HMI由6臺服務器、、21個操作終端端以及6個工程師站站組成現(xiàn)簡單介紹紹每個服務務器功能：1.L2應用Server：物料跟蹤蹤(MT、軋機停停機管理(SZ)、測量值采采集與處理理、設定值值處理、速速度優(yōu)化(SO)、帶鋼缺陷陷處理(SD)、信號處理理(SH)、數(shù)據(jù)處理理(DL)、記錄文件件處理(LOG)等2.數(shù)據(jù)庫Server：為L2應用建立的的專門關系系型數(shù)據(jù)庫庫，來存儲儲各種過程程數(shù)據(jù)3.歷史數(shù)據(jù)庫庫Server：記錄L2應用的歷史史數(shù)據(jù)，數(shù)數(shù)據(jù)庫結構構基本與