第二章 集散控制系統(tǒng)(DCS)導(dǎo)論_第1頁
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第二章集散控制系統(tǒng)(DCS)導(dǎo)論2.1

DCS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)2.2DCS的發(fā)展趨勢(shì)2.3DCS的基本組成部分2.4DCS的通訊系統(tǒng)2.5DCS網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議2.6DCS的可靠性技術(shù)

2.1DCS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)一、DCS的組成及體系結(jié)構(gòu)(一)DCS設(shè)計(jì)的基本原則

1、集中式控制系統(tǒng)(CCS)的特點(diǎn)2、DCS設(shè)計(jì)的基本原則(二)DCS的發(fā)展階段

1、第一階段(初創(chuàng)期)1975-19802、第二階段(成熟期)1980-19753、第三階段(發(fā)展期)1985-(三)DCS的基本組成部分

1、DCS的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)(SNET)2、現(xiàn)場(chǎng)I/O控制站3、操作員站(OS)4、工程師站(ES)(四)DCS的特點(diǎn)CCS系統(tǒng)特點(diǎn)1、CCS:將過程數(shù)據(jù)輸入輸出(PIO)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的管理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理與保存、歷史數(shù)據(jù)庫的管理、歷史數(shù)據(jù)處理與保存、人機(jī)界面的處理(MMI)、報(bào)警與日志記錄、報(bào)表及系統(tǒng)本身的監(jiān)督管理等所有功能集中在一臺(tái)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)。2、優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、清晰,集中式的數(shù)據(jù)庫容易管理,并容易保證數(shù)據(jù)的一致性。3、缺點(diǎn):(1)軟件系統(tǒng)龐大,多種同時(shí)進(jìn)行任務(wù),計(jì)算機(jī)運(yùn)行效率低。(2)軟件可靠性下降。70%故障由于設(shè)計(jì)不良或存在缺陷的軟件造成。(3)系統(tǒng)的可擴(kuò)性差。(4)危險(xiǎn)高度集中。DCS設(shè)計(jì)的基本原則1、使用多臺(tái)計(jì)算機(jī)共同完成所有過程量的輸入、輸出。2、用不同的計(jì)算機(jī)完成不同的功能,提高每臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行效率,而且單一化的處理在軟件結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單,提高了軟件的可靠性。3、用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)解決系統(tǒng)的擴(kuò)充與升級(jí)問題。4、網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)計(jì)算機(jī)處于平等地位,在運(yùn)行中互相之間不存在依賴關(guān)系,以保證任一計(jì)算機(jī)失效只影響本身。DCS的關(guān)鍵是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),DCS的結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)就是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如何充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,如何通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)DCS中各臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行,如何在多臺(tái)計(jì)算機(jī)共同完成系統(tǒng)功能的過程中保證所處理信息的實(shí)時(shí)性、完整性和一致性,成為DCS設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。CRT操作站監(jiān)控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集器DAU過程控制器PCU高速數(shù)據(jù)公路HW第一代DCS結(jié)構(gòu)

主計(jì)算機(jī)HC通用操作站US第二代DCS結(jié)構(gòu)系統(tǒng)管理模塊SMM網(wǎng)關(guān)GW網(wǎng)關(guān)GW多功能處理器MC局域網(wǎng)LANCPUDAU增強(qiáng)型操作站CRT該階段DCS向計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制擴(kuò)展,將過程控制、監(jiān)督控制和管理調(diào)度進(jìn)一步結(jié)合起來,采用專家系統(tǒng)、制造自動(dòng)化協(xié)議MAP標(biāo)準(zhǔn)等。這一代產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)層次有了進(jìn)一步發(fā)展,自下而上一般可分為過程控制級(jí)、控制管理級(jí)、生產(chǎn)管理級(jí)和經(jīng)營(yíng)管理級(jí)四個(gè)層次。生產(chǎn)管理級(jí)控制管理級(jí)經(jīng)營(yíng)管理級(jí)過程控制級(jí)第三代DCS的四個(gè)層次2.2DCS的發(fā)展趨勢(shì)一、影響DCS發(fā)展的幾個(gè)要素(一)生產(chǎn)過程自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)1、控制自動(dòng)化程度越來越高。2、控制的綜合性大大提高。3、人工的操作和干預(yù)越來越少。4、操作方式越來越軟件化。5、CRT的作用越來越強(qiáng)。6、數(shù)字信號(hào)越來越深入現(xiàn)場(chǎng)。7、控制系統(tǒng)的功能越來越向綜合性發(fā)展。8、控制算法多種多樣。(二)用戶要求的不斷提高1、系統(tǒng)的功能2、系統(tǒng)的可靠性3、系統(tǒng)的易用性4、安全性5、信息廣泛共享6、系統(tǒng)的規(guī)模要求更大7、系統(tǒng)容易升級(jí)8、系統(tǒng)的成本降低(三)各項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)的不斷提高1、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步2、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步3、軟件技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步二、DCS的進(jìn)一步開放開放:要求各個(gè)廠家的產(chǎn)品具有互操作性、互換性、可替代性、可擴(kuò)充性(即可增值性)和多平臺(tái)支持(可移植性)。三、DCS的智能化和進(jìn)一步分散化(一)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)介紹1、智能化儀表:建立在微電子的發(fā)展之上,超大規(guī)模集成電路、嵌入式系統(tǒng)(EmbeddedSystems)、CPU、存儲(chǔ)器、A/D轉(zhuǎn)換器和輸入輸出回路等功能集成在一塊芯片上的單片機(jī),使得將模擬信號(hào)數(shù)字化這一工作從計(jì)算機(jī)端移到了現(xiàn)場(chǎng)端,現(xiàn)場(chǎng)儀表與計(jì)算機(jī)之間傳送的不是模擬信號(hào),而是數(shù)字信號(hào),或更確切的說是信息。2、現(xiàn)場(chǎng)總線:為了適應(yīng)智能化儀表的發(fā)展,多臺(tái)智能化儀表公用一對(duì)傳輸線,從而產(chǎn)生了現(xiàn)場(chǎng)總線?,F(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)化了儀表信號(hào)線的布線工作,可機(jī)節(jié)省大量金屬導(dǎo)線,數(shù)字信息傳輸方面完善的糾錯(cuò)技術(shù)使得信息傳輸?shù)恼`差大大降低,同時(shí)可以利用多種傳輸介質(zhì)完成信息傳輸,如雙絞線、光纖、無線電波、紅外線等,大大提高了在不同現(xiàn)場(chǎng)條件下信息傳輸?shù)倪m應(yīng)性。

現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)際上是一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)接點(diǎn)都是一個(gè)智能化儀表。但也不同于一般計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),要解決信息碰撞問題。一般的現(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)約中只包括物理層、鏈路層和應(yīng)用層,有些現(xiàn)場(chǎng)總線具有網(wǎng)絡(luò)層。3、現(xiàn)場(chǎng)總線的種類(1)HART(HighwayAddressableRemoteTransducer)協(xié)議:Rosemount1985年開發(fā)。利用“SmartFieldInstruments”將4-20mA信號(hào)調(diào)制成FSK信號(hào)(2)BitBus總線(3)Profibus總線(4)WorldFIP(FactoryInstrumentationProtocol)總線(5)遵循ISA(InstrumentSocietyofAmerica)/IEC的SP50總線(6)CAN(ControllerAreaNetwork)總線(7)LonWorks總線(二)分散控制模塊技術(shù)的發(fā)展Server工作站工作站工作站GateWay操作員站操作員站工程師站I/O站I/O站I/O站管理級(jí)MNET控制級(jí)SNET現(xiàn)場(chǎng)總線SNET四、PLC技術(shù)的發(fā)展及其隊(duì)對(duì)DCS的影響1、用PLC構(gòu)成的控制系統(tǒng)原有的缺陷1)、PLC之間如何協(xié)調(diào)2)、現(xiàn)場(chǎng)編程或現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)的需求不易滿足。3)、僅有邏輯功能或簡(jiǎn)單數(shù)值運(yùn)算不能滿足要求。2、現(xiàn)在PLC的幾點(diǎn)重大改變1)在數(shù)據(jù)高速公路上掛接了在線的通用計(jì)算機(jī)。2)在PLC中增加了數(shù)值量的I/O接口和數(shù)值處理計(jì)算功能。3)越來越多的PLC廠家把專用的數(shù)據(jù)高速公路改為通用網(wǎng)絡(luò),并逐步將PLC之間的通信規(guī)約向通用的網(wǎng)絡(luò)規(guī)約靠攏。五、管理和控制一體化目前DCS有兩個(gè)發(fā)展方向,一是向現(xiàn)場(chǎng)深入,二是向高層發(fā)展,使得面向控制過程的DCS和面向生產(chǎn)管理與調(diào)度的管理信息系統(tǒng)MIS可以互相傳遞信息,出現(xiàn)了將DCS與MIS集成在一起的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS和計(jì)算機(jī)集成過程控制系統(tǒng)CIPS。

實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵是各個(gè)子系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)通訊接口。以太網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)。SQLODBCOLE2.0DDE2.3DCS的基本組成部分三點(diǎn)一線一線:DCS骨架計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)三點(diǎn):面向過程現(xiàn)場(chǎng)的I/O站(PS),面向操作人員的操作站(OS),面向DCS監(jiān)督管理人員的工程師站(ES)操作級(jí)控制級(jí)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)Ethernet,TCP/IPBackboneI/O′sPROFIBUS-PAPROFIBUS-DPHSI控制器

AC800F工程師站(ES)操作員站(OS)1、DCS的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)用于DCS的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在很多方面不同于通用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。它是一個(gè)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò),即網(wǎng)絡(luò)需要現(xiàn)場(chǎng)通訊實(shí)時(shí)性的要求,在確定的時(shí)限內(nèi)完城信息的傳送。這里所說的“確定”的時(shí)限是指,無論在何種情況下,信息傳送都能在這個(gè)時(shí)限內(nèi)完成,而這個(gè)時(shí)限則是根據(jù)被控制過程的實(shí)時(shí)性要求確定的(1)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):可分為星形、總線形、環(huán)形三種

中心節(jié)點(diǎn)星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)總線形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)星型結(jié)構(gòu)從傳送實(shí)時(shí)性講,星形網(wǎng)是最好的,因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)無公用傳輸介質(zhì),但DCS不采用這種結(jié)構(gòu),由于其中心節(jié)點(diǎn)的存在使危險(xiǎn)性集中,不符合DCS的設(shè)計(jì)原則。目前DCS應(yīng)用最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是環(huán)形網(wǎng)和總線形網(wǎng),因?yàn)樵谶@兩種結(jié)構(gòu)中,各個(gè)節(jié)點(diǎn)是平等的,任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信可以直節(jié)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行,無需其它節(jié)點(diǎn)的介入。但存在共用傳輸介質(zhì)的問題,這是影響網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時(shí)性的關(guān)鍵。(2)DCS傳輸介質(zhì)共享的方式傳輸介質(zhì):細(xì)同軸電纜(細(xì)纜)、粗同軸電纜(粗纜)、光纜為解決傳輸介質(zhì)共享,對(duì)于多個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送信息的請(qǐng)求必須采用分時(shí)方法,避免信息在網(wǎng)絡(luò)上的碰撞,一種方式為TokenRing(對(duì)于環(huán)形網(wǎng)),TokenPassing(對(duì)于總線性網(wǎng)),即令牌方式;另一種方式為載波偵聽與碰撞技術(shù),即CSMA/CD方式。2、現(xiàn)場(chǎng)I/O控制站主要功能:(1)將各種現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的過程量(流量、壓力、溫度、電流、功率及各種狀態(tài)等)進(jìn)行數(shù)字化,并將這些數(shù)字量存在存儲(chǔ)器中,形成一個(gè)與需現(xiàn)場(chǎng)一致的、能一一對(duì)應(yīng)的、并按實(shí)際運(yùn)行情況實(shí)時(shí)的改變和更新的現(xiàn)場(chǎng)過程量的實(shí)時(shí)映象。(2)將本站采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)送到操作站、工程師站及其它現(xiàn)場(chǎng)站以便實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)范圍內(nèi)的監(jiān)督和控制,同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)站還可接受由操作員站、工程師站下發(fā)的信息,以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制或?qū)Ρ菊镜膮?shù)設(shè)定。(3)在本站實(shí)現(xiàn)局部控制、回路的計(jì)算及閉環(huán)控制、順序控制等。其它功能:(1)為二線制儀表提供電源(2)為現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的輸入輸出回路配備必要的隔離電路和保護(hù)電路。(3)對(duì)于一些重要的控制輸出量,必須具備斷電保護(hù)和上電跟隨特性。(4)可靠性要高。(5)具備不依賴DCS其它部分獨(dú)立運(yùn)行的能力(DCS系統(tǒng)初始啟動(dòng)除外)。3、操作員站

DCS的操作員站是處理一切與運(yùn)行操作有關(guān)的人機(jī)界面(MMI)功能的網(wǎng)絡(luò)接點(diǎn)。其主要功能為:(1)及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)、各種運(yùn)行參數(shù)的當(dāng)前值、是否有異常情況等。(2)對(duì)工藝過程進(jìn)行控制和調(diào)節(jié),以保證生產(chǎn)過程的安全、可靠、高效、高質(zhì)。顯示內(nèi)容為:(1)生產(chǎn)過程的模擬流程圖,包括關(guān)鍵數(shù)據(jù)、控制參數(shù)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等(2)報(bào)警窗口:以倒排時(shí)間順序的方式列出所有生產(chǎn)過程的異常情況(異常狀態(tài)、數(shù)值越限等(3)最關(guān)鍵數(shù)據(jù)的常駐顯示(4)實(shí)時(shí)趨勢(shì)顯示(5)檢測(cè)及控制儀表的模擬顯示(6)多窗口顯示功能(7)靈活方便的畫面調(diào)用方法(8)音響報(bào)警裝置可靠的操作標(biāo)準(zhǔn)及可以使用位圖的自由組態(tài)圖形清晰的結(jié)構(gòu)層次適于標(biāo)簽的快速選擇多級(jí)菜單選擇靈活選擇過程站資源支持高分辨率及真彩色顯示系統(tǒng)報(bào)警信息同步概念

8

個(gè)優(yōu)先級(jí)和15廠域操作權(quán)限控制

16

用戶組和1,000用戶離線瀏覽趨勢(shì)及記錄WindowsNT4.0平臺(tái)操作員站簡(jiǎn)介一操作員站簡(jiǎn)介二總貌顯示組顯示面板SFC顯示時(shí)間調(diào)度顯示

趨勢(shì)與記錄

信息列表

操作提示

系統(tǒng)診測(cè)顯示操作員站簡(jiǎn)介三全圖形化表示動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的動(dòng)畫表示“所見即所得”操作風(fēng)格無數(shù)量限制

4、工程師站工程師站:是對(duì)DCS進(jìn)行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。主要功能:提供對(duì)DCS進(jìn)行組態(tài)、配置工作的組態(tài)軟件,并在DCS在線運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)地監(jiān)視DCS網(wǎng)絡(luò)上個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行情況,使系統(tǒng)工程師可以通過工程師站及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定,使DCS隨時(shí)處在最佳工作狀態(tài)下。(1)工程師站所提供的組態(tài)功能?硬件配置組態(tài)功能:定義各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)I/O控制站的站號(hào)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)號(hào)等網(wǎng)絡(luò)參數(shù),站內(nèi)的I/O配置,如各個(gè)I/O點(diǎn)信號(hào)性質(zhì),信號(hào)條理類型。?數(shù)據(jù)庫組態(tài)功能:定義數(shù)據(jù)庫的各個(gè)參數(shù),系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫組態(tài)主要對(duì)各數(shù)據(jù)庫點(diǎn)逐點(diǎn)定義其名稱、工程量轉(zhuǎn)換系數(shù)、上下限值、線性化處理、報(bào)警特性、報(bào)警條件等,歷史數(shù)據(jù)庫組態(tài)需要定義各個(gè)進(jìn)入歷史庫的點(diǎn)的保存周期。?控制回路組態(tài)功能:該功能定義各個(gè)控制回路的控制算法、調(diào)節(jié)周期及調(diào)節(jié)參數(shù)等。進(jìn)行回路控制的組態(tài),最常用的為功能模塊圖(FBD-FunctionBlockDrawing)?邏輯控制及批控制組態(tài):定義預(yù)先確定的處理過程,一般使用梯形圖(LD)或順控圖(SFC)。?控制算法語言的組態(tài):針對(duì)于一些較特殊的控制處理,使用若干程序語句來處理。?操作員站顯示畫面的生成:與一般商用繪圖軟件不同,操作員站的畫面生成軟件,除了具有標(biāo)準(zhǔn)的繪圖功能外,還應(yīng)該具有時(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)點(diǎn)的定義功能因此實(shí)時(shí)畫面是有兩部分組成的,一部分是靜態(tài)畫面,常稱為背景圖;另一部分是動(dòng)態(tài)點(diǎn),包括實(shí)時(shí)更新的狀態(tài)和檢測(cè)值、“熱點(diǎn)”活動(dòng)按鈕、設(shè)定值使用的滑動(dòng)桿或滾動(dòng)條等。?報(bào)表生成組態(tài):包括表格形式、各個(gè)表項(xiàng)中所包含的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)?組態(tài)數(shù)據(jù)的編譯和下載:?操作安全保護(hù)組態(tài):(2)工程師站對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控功能與操作員站不同,工程師站必須對(duì)DCS本身的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視,包括各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)I/O控制站的運(yùn)行狀態(tài)、各操作員站的運(yùn)行情況、網(wǎng)絡(luò)通訊情況等,一旦發(fā)現(xiàn)異常,系統(tǒng)工程師必須及時(shí)采取措施,進(jìn)行維修或調(diào)整以使DCS能保證長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行,不會(huì)因?qū)ιa(chǎn)過程的失控造成損失,另外一些對(duì)組態(tài)的在線修改功能,如上下限設(shè)定值的改變、控制參數(shù)的調(diào)節(jié)、對(duì)某個(gè)檢測(cè)點(diǎn)或若干個(gè)檢測(cè)點(diǎn)、甚至對(duì)某個(gè)現(xiàn)場(chǎng)I/O站的離線直接操作。最小工程量一個(gè)系統(tǒng)全局的數(shù)據(jù)庫全系統(tǒng)范圍功能檢查全系統(tǒng)范圍交叉參考,從I/O點(diǎn)到圖形符號(hào)IEC-61131標(biāo)準(zhǔn)編程語言

一個(gè)集成的編程軟件包:

-系統(tǒng)過程組態(tài)與調(diào)試

-操作級(jí)與HMI級(jí)編程再線與離線編程經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)成熟應(yīng)用的控制功能模件庫工廠統(tǒng)一的項(xiàng)目文件SystembusHSIEngineering/CommissioningProcess-

stations全局?jǐn)?shù)據(jù)庫編程方式System-wideDatabase-EngineeringwithDigiTool...僅使用一套

CBF在線與離線編程所有功能...硬件配置與診測(cè)HMI組態(tài)(Displays,Trends,Logs…)組態(tài):基本概念系統(tǒng)一體化硬件編輯、軟件組態(tài)覆蓋整個(gè)系統(tǒng)全局的數(shù)據(jù)庫和編程調(diào)試集成現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的管理可選則的IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)編程語言自動(dòng)生成系統(tǒng)全局在線交叉參考數(shù)據(jù)表IEC61131-3功能塊圖(FBD)梯形圖(LD)指令表(IL)順控表(SFC)190多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功能塊大量符號(hào)庫包括220多個(gè)符號(hào)

用戶自定義功能

3D-圖形符號(hào)

功能塊

面板

全系統(tǒng)范圍功能檢查過程站編程...onlyoneCBFX-RefsAutomaticCommunicationDocumentation(Controller&HMI)System-wideTag-Database一體化工具

標(biāo)準(zhǔn)與用戶定義預(yù)定義顯示OverviewGroupFaceplatesTrendSFCDiagnosticsAlarming預(yù)編程用戶記錄用戶工藝流程圖大量3D-圖形符號(hào)庫MSWindows接口系統(tǒng)全局功能檢查操作員站畫面編輯Profibus-PAProfibus-DPDigiToolControllerDigiVisDevicespecificDatainGSD-Files總線設(shè)備組態(tài)1使用GSD-files組態(tài)

硬件組態(tài)數(shù)據(jù)庫建立控制回路組態(tài)邏輯控制組態(tài)

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報(bào)表生成信號(hào)時(shí)序記錄事件與過程狀態(tài)改變應(yīng)急操作提示系統(tǒng)

工廠/操作員記錄手動(dòng)或事件觸發(fā)記錄特殊過程值干擾源記錄組態(tài)數(shù)據(jù)的編譯及下裝系統(tǒng)監(jiān)控三級(jí)層次系統(tǒng)過程站模件自動(dòng)生成完整系統(tǒng)監(jiān)控指示溫度報(bào)警輸出強(qiáng)置硬件信息運(yùn)行時(shí)間CPU負(fù)載查詢掃描新設(shè)備遠(yuǎn)程設(shè)定設(shè)備地址顯示總線掃描周期現(xiàn)場(chǎng)總線與設(shè)備的診測(cè)2.4DCS通訊系統(tǒng)一、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和局域網(wǎng)(略)二、數(shù)據(jù)通訊1、數(shù)據(jù)、信號(hào)與傳送(1)模擬數(shù)據(jù)的模擬信號(hào)傳送:聲音在普通電話線中傳送(2)模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)傳送:聲音或圖象通過脈沖編碼器(PCM)調(diào)制在DCS中通過A/D轉(zhuǎn)換,經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)字信號(hào)。(3)數(shù)字信號(hào)的模擬信號(hào)傳送:調(diào)制解調(diào)器(MODEM)。調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相。(4)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)傳送:以一定編碼的形式(禎)經(jīng)并行或串行總線傳送或現(xiàn)場(chǎng)總線傳送2、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)的構(gòu)成信號(hào)變換器信號(hào)變換器處理機(jī)外設(shè)終端終端系統(tǒng)(模擬信號(hào))(數(shù)字信號(hào))(數(shù)字信號(hào))傳輸系統(tǒng)處理系統(tǒng)通信線路3、同步通信和異步通信(1)異步通信:每次傳送一個(gè)字符(5-8比特),每個(gè)字符前面加1位起始位(“0”),后面加1位校驗(yàn)位和1-2位停止位(“1”),不傳送字符時(shí)連續(xù)傳送“1”。接受器根據(jù)“1”到“0”的跳變識(shí)別起始位,確定有新的字符發(fā)送時(shí),啟動(dòng)定時(shí)器。(2)同步通信:同步通信是比異步通信更有效的通信方式,在字符之間不加起始位、校驗(yàn)位和停止位等,而成塊(數(shù)據(jù)禎)的傳送字符或比特流。4、單工通信和雙工通信(1)單工通信:數(shù)據(jù)只能沿單一方向進(jìn)行發(fā)送或接收。為了保證數(shù)據(jù)正確接收提供是否重發(fā)的信息,還要有一個(gè)反向的應(yīng)答信號(hào)。(2)雙工通信半雙工通信:數(shù)據(jù)可沿兩個(gè)方向交替?zhèn)魉?,但同一時(shí)刻只能沿一個(gè)方向傳送,兩個(gè)方向的應(yīng)答信號(hào)使用同一信道,因此要有控制信號(hào)流向的設(shè)備。(RS485)全雙工通信:在兩個(gè)方向上的數(shù)據(jù)和應(yīng)答信號(hào)均可同時(shí)傳輸,有四條獨(dú)立的信道(RS422)BABABA數(shù)據(jù)應(yīng)答應(yīng)答應(yīng)答數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(a)(b)(c)三、數(shù)據(jù)傳送中的差錯(cuò)控制例如:發(fā)送端碼元序列:C=01001101011接收端碼元序列:R=01100110001錯(cuò)誤碼元序列:E=CR=00101011010(”1”表示錯(cuò)誤,”0”表示正確)突發(fā)錯(cuò)誤的特點(diǎn):某一碼元出錯(cuò)與其前后碼元有相關(guān)性,往往使錯(cuò)誤成串密集的產(chǎn)生。成串的突發(fā)錯(cuò)誤中第一個(gè)錯(cuò)誤位到最后一個(gè)錯(cuò)誤位之間的長(zhǎng)度(中間可以有不錯(cuò)的位)稱為突發(fā)長(zhǎng)度。采取屏蔽措施,選擇合理的調(diào)制方法(如調(diào)相)提高信噪比等,可以大大降低但不能完全消除差錯(cuò)。目前一般通訊電路中,傳輸率為600-2400bps之間,誤碼率為10-4-10-6,高速傳輸?shù)恼`碼率為10-2-10-4,對(duì)DCS系統(tǒng)的傳輸,誤碼率要求低于10-9。數(shù)據(jù)通信中為實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)傳送而使用的技術(shù)稱為差錯(cuò)控制—應(yīng)用抗干擾碼和糾錯(cuò)。差錯(cuò)噪聲白噪聲:分子熱運(yùn)動(dòng)引起,隨機(jī)錯(cuò)誤沖擊噪聲:電磁干擾引起,突發(fā)錯(cuò)誤1、抗干擾編碼的基本思想人們交談時(shí),有時(shí)并沒有聽懂對(duì)方講話的每個(gè)字、每個(gè)名,但是卻能夠懂得對(duì)方講話的含義,因?yàn)檎Z言中的字與字、名與名之間存在著相關(guān)性和規(guī)律性??垢蓴_編碼就是基于這種思想,使原來不帶規(guī)律性或規(guī)律性不強(qiáng)的信息序列I,變換為帶上規(guī)律性或使其規(guī)律性加強(qiáng)的序列C。接收端在接收時(shí),可利用這種規(guī)律性進(jìn)行檢驗(yàn)(解碼),從而發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,告訴發(fā)送端重發(fā),或自行糾正錯(cuò)誤。在具體編碼時(shí),就是在原始序列I的后面,以一定的規(guī)則加入一些冗余碼元。加入的冗余碼元稱監(jiān)督碼元或校驗(yàn)碼元。因此,用抗干擾編碼的方法提高數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的可靠性是以犧牲有效性作代價(jià)的。檢錯(cuò)碼:指能檢查出差錯(cuò)的碼。糾錯(cuò)碼:不僅能發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)而且能自動(dòng)糾正差錯(cuò)的碼。2、差錯(cuò)控制的基本方式(1)自動(dòng)糾錯(cuò):方式:發(fā)送端發(fā)送能夠糾錯(cuò)的碼,接收端收到這些碼后,通過糾錯(cuò)碼譯碼器不僅能自動(dòng)的發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,而且能自動(dòng)的糾正傳輸中的錯(cuò)誤,然后再把已糾正的數(shù)據(jù)(或信息)送給接收端,稱為前向糾錯(cuò),簡(jiǎn)稱FEC。

優(yōu)點(diǎn):不需貯存和反饋信道,能用于單向通信,適合不延遲實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)。缺點(diǎn):編碼必須與信道的噪聲干擾情況緊密對(duì)應(yīng),要求附加的監(jiān)督碼元多,傳輸效率低,解碼設(shè)備復(fù)雜。(2)檢錯(cuò)重發(fā):方式:發(fā)送端發(fā)送能檢測(cè)差錯(cuò)的碼,接收端檢驗(yàn)傳輸中有無差錯(cuò)產(chǎn)生,并把檢驗(yàn)結(jié)果經(jīng)反饋信道送回到發(fā)送端,發(fā)送端根據(jù)反饋信息把接收端認(rèn)為有錯(cuò)信息再次發(fā)送,直到接收端判定無錯(cuò)為止。稱為反饋重發(fā)糾錯(cuò),簡(jiǎn)稱ARQ。

優(yōu)點(diǎn):比自動(dòng)糾錯(cuò)能力強(qiáng),編碼與信道的噪聲干擾情況無關(guān),要求附加的監(jiān)督碼元少,傳輸效率低,解碼設(shè)備簡(jiǎn)單。缺點(diǎn):需貯存器和反饋信道,只能用于雙向通信,有時(shí)需要多次重發(fā),實(shí)時(shí)性不強(qiáng),而且不論錯(cuò)誤多少,一有錯(cuò)就要反饋重發(fā),因此效率低。(3)自動(dòng)糾錯(cuò)與檢錯(cuò)重發(fā)結(jié)合的混合糾錯(cuò)方式3、檢錯(cuò)碼(糾錯(cuò)碼)(1)奇偶校驗(yàn)碼:按一個(gè)字符或幾個(gè)字符構(gòu)成一組,在每個(gè)信息碼組后面加一位校驗(yàn)位(或監(jiān)督位),檢驗(yàn)位碼元的取值時(shí)要使新的碼組中“1”(“0”)的個(gè)數(shù)為偶數(shù)(偶校驗(yàn))或奇數(shù)(奇校驗(yàn))??煞譃榇怪逼媾夹r?yàn)(VRC),水平奇偶校驗(yàn)(LRC),水平垂直奇偶校驗(yàn)(TRC)。垂直奇偶校驗(yàn):以字符(8bit)為單位,前七位為信息元碼(C7C6C5C4C3C2C1),最后一位為校驗(yàn)位(C0),若滿足:C7

C6

C5

C4

C3

C2

C1

C0=0,偶校驗(yàn)C7

C6

C5

C4

C3

C2

C1

C0=1,奇校驗(yàn)(2)循環(huán)冗余碼:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和DCS中主要應(yīng)用的抗干擾碼。A:線性碼:編碼長(zhǎng)度n=K位信息碼+r位校驗(yàn)碼,表示為(n,K),例如(7,3),三個(gè)信息碼元C6C5C4,四個(gè)校驗(yàn)碼元C3C2C1C0,可按以下線性關(guān)系求得

C3=C6

C4

C2=C6

C5

C4

C1=C6

C5一致檢驗(yàn)方程組C0=C5

C4

B:循環(huán)碼:

四、多路復(fù)用技術(shù)方法:利用一個(gè)物理信道同時(shí)傳輸多個(gè)信號(hào),提高信道利用率。分類:1、頻分多路復(fù)用(FDM),使用幾種不同的載波頻率調(diào)制多個(gè)信號(hào)形成每條信道上占有一定帶寬且互不重疊、有一定頻段間隔的多條信道。電話線通信和寬帶網(wǎng)常用。2、時(shí)分多路復(fù)用(TDM),將傳輸線的使用時(shí)間劃分為若干周期,每一周期再劃分為與信道數(shù)n相對(duì)應(yīng)的n個(gè)時(shí)間片,每一時(shí)間片中傳輸對(duì)應(yīng)序號(hào)的信號(hào)。五、信息交換技術(shù)1、電路交換(CircuitSwitching)2、報(bào)文交換(MessageSwitching)3、分組交換(PacketSwitching)四、多路復(fù)用技術(shù)方法:利用一個(gè)物理信道同時(shí)傳輸多個(gè)信號(hào),提高信道利用率。分類:1、頻分多路復(fù)用(FDM),使用幾種不同的載波頻率調(diào)制多個(gè)信號(hào)形成每條信道上占有一定帶寬且互不重疊、有一定頻段間隔的多條信道。電話線通信和寬帶網(wǎng)常用。2、時(shí)分多路復(fù)用(TDM),將傳輸線的使用時(shí)間劃分為若干周期,每一周期再劃分為與信道數(shù)n相對(duì)應(yīng)的n個(gè)時(shí)間片,每一時(shí)間片中傳輸對(duì)應(yīng)序號(hào)的信號(hào)。五、信息交換技術(shù)1、電路交換(CircuitSwitching)2、報(bào)文交換(MessageSwitching)3、分組交換(PacketSwitching)六、網(wǎng)絡(luò)訪問的存取控制技術(shù)1、輪詢(Poll)

適用于集中控制的網(wǎng)絡(luò)(星形網(wǎng)、樹形網(wǎng)、總線網(wǎng)),在DCS中稱為1對(duì)N的控制方式,它是由主站向其他站逐個(gè)查詢,根據(jù)查詢到站的應(yīng)答信息,確定該站是否要發(fā)信,并確定是否讓其發(fā)信。2、令牌傳送(TokenPassing)3、碰撞檢測(cè)的載波偵聽多重訪問(CSMA/CD)2.5DCS的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

一、DCS網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)控制管理計(jì)算機(jī)中央操作臺(tái)生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)網(wǎng)間連接器網(wǎng)間連接器LOSPCPCI/OI/OI/OI/O生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程LOSPCPCMAPPROWAYPROWAY現(xiàn)場(chǎng)總線二、通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議1、協(xié)議組成

句法:即數(shù)據(jù)和控制信息的結(jié)構(gòu)語法:即一組要發(fā)送的控制信息,要執(zhí)行的動(dòng)作,或要返回的響應(yīng);時(shí)標(biāo):即時(shí)間執(zhí)行次序的規(guī)約2、分層協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)

簡(jiǎn)化協(xié)議軟件的描述、發(fā)展和調(diào)試過程;允許對(duì)某一層進(jìn)行修改,但不影響其他各層;使協(xié)議管理簡(jiǎn)化,并可逐步擴(kuò)展;3、通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的發(fā)展ISO:開放系統(tǒng)互連參考模型OSI,70年代;

IEC:PROWAY協(xié)議,75年,相當(dāng)于OSI下面兩層

IEEE:局部網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,81年,相當(dāng)于OSI下面兩層通用汽車:MAP(ManufacturingAutomationProtocol)協(xié)議80年代

三、開放系統(tǒng)互連參考模型OSI7應(yīng)用7應(yīng)用6表示6表示5會(huì)話5會(huì)話4傳送4傳送3網(wǎng)絡(luò)3網(wǎng)絡(luò)2鏈路2鏈路1物理1物理通信線路H2H3H4H5H6H7數(shù)據(jù)T2H2H3H4H5H6H7數(shù)據(jù)T2H3H4H5H6H7數(shù)據(jù)H4H5H6H7數(shù)據(jù)H5H6H7數(shù)據(jù)H6H7數(shù)據(jù)H7數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)H2H3H4H5H6H7數(shù)據(jù)T2H2H3H4H5H6H7數(shù)據(jù)T2H3H4H5H6H7數(shù)據(jù)H4H5H6H7數(shù)據(jù)H5H6H7數(shù)據(jù)H6H7數(shù)據(jù)H7數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)S2S11、物理層(PhysicalLayer)

它是通信網(wǎng)上各設(shè)備之間的物理接口,直接把數(shù)據(jù)位信息從一臺(tái)設(shè)備傳送到另一臺(tái)設(shè)備。目前常用串行通信接口有RS-232C、RS-422A,RS-485。

機(jī)械特性:連接器的規(guī)格及其安裝電氣特性:傳輸線上數(shù)字信號(hào)的電壓高低、傳輸距離和速率功能特性:連接器各插腳的功能過程特性:規(guī)定信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系,正確發(fā)送或接收數(shù)據(jù)物理層協(xié)議123456789TXDRXDRTSCTSGND2、數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer)

數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)將傳送的數(shù)據(jù)按幀結(jié)構(gòu)格式化,組織成幀,實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制和介質(zhì)訪問控制,實(shí)現(xiàn)對(duì)物理層的管理。(1)面向字符的協(xié)議典型為IBM推出的BISYNC(BinarySynchronousCommunication),其組成幀的最小單位為字符。其控制字符如下:SOH(StartofHeader)—報(bào)頭開始;STX(StartofText)—文本開始;ETX(EndofText)—文本結(jié)束;ITB(IntermediateTextBlock)—中間文本塊;ETB(EndofTransmissionofBlocks)--塊傳輸結(jié)束;EOT(EndofTransmission)--傳輸結(jié)束;NAK(NotAcknowledge)--無應(yīng)答;ENQ(EnquirytoSolicitResponsefromReceivingStation)—向接收站詢問響應(yīng)ACKE—應(yīng)答偶數(shù)個(gè)塊的報(bào)文;ACKO--應(yīng)答奇數(shù)個(gè)塊的報(bào)文;SYN—同步字符BISYNC協(xié)議幀格式如下:BCC(BlockCharacterCheck)為錯(cuò)誤校驗(yàn)信息,可選用垂直/水平奇偶校驗(yàn)和16位CRC校驗(yàn)或12位CRC校驗(yàn)。SYNSYNSOH報(bào)頭STX內(nèi)容ETXETBBCC多節(jié)點(diǎn)二進(jìn)制同步操作順序STX。內(nèi)容。ETB。BCCEOT。A。ENQEOTB。ENQSOH。報(bào)頭。STX。內(nèi)容。ETB。BCCACK1ACK0EOT一次站二次站AB(2)面向位的協(xié)議代表性:ISO提出的高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議HDLC(High-levelDataLinkControl)HDLC支持同步通信方式,可采用半雙工或全雙工方式,具有循環(huán)冗余檢驗(yàn)(CRC),適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、多點(diǎn)式(廣播式)和環(huán)形網(wǎng)。

HDLC以幀作為基本信息傳送單位,每幀6個(gè)字段,含義如下:標(biāo)志F:指明一個(gè)幀的開始或結(jié)束,也兼作同步字符,是一個(gè)8位序列01111110,在整個(gè)幀中具有唯一性。站地址A:指明接收本幀信息的目的站地址??刂贫蜟:指明幀的類型、序列號(hào)、命令、響應(yīng)類別等控制信息。信息段I:傳送用戶的數(shù)據(jù)信息,其長(zhǎng)度是可變的。CRC校驗(yàn)段:它是站地址段、控制段、信息段數(shù)字的函數(shù),采用16位CRC校驗(yàn)。HDLC幀結(jié)構(gòu)8位8位8位>=0位16位8位起始標(biāo)志F站地址A控制C信息I校驗(yàn)CRC起始標(biāo)志

F12345678控制段結(jié)構(gòu)信息幀0N(s)P/FN(r)監(jiān)視幀10SSP/FN(r)無編號(hào)幀11MMP/FMMMHDLC幀類型1)信息幀:用來傳送數(shù)據(jù),其信息段可以任意長(zhǎng)??刂贫沃蠳(s)表示發(fā)送站所發(fā)出幀序列編號(hào)(位2為低位),N(r)表示發(fā)送站所下次所希望接收的幀序列編號(hào)(位6為低位)。這些編號(hào)支持了數(shù)位流控制,即發(fā)送端一旦發(fā)送了七個(gè)幀后,若沒有確認(rèn)回答,那么發(fā)送站就不再發(fā)送幀。P/F位只在一系列幀的最后一個(gè)幀上置1,表示傳送完畢。2)監(jiān)視幀:用于對(duì)信息傳送幀的確認(rèn)和響應(yīng),該幀無信息段,用兩位監(jiān)視位SS表示四種命令:接收準(zhǔn)備好(RR):通知對(duì)方站,按N(r)幀序列編號(hào)發(fā)送。接收未準(zhǔn)備好(RNR):通知對(duì)方站不要發(fā)送。拒絕(REJ):指明N(r)幀有錯(cuò),同時(shí)要求重發(fā)該幀和以后所有幀。選擇拒絕(SREJ):要求重發(fā)N(r)幀。3)無編號(hào)幀:該幀無幀編號(hào),用來傳送命令和響應(yīng),具有特殊用途。例如初始化一個(gè)站、拆除站、拒絕接受命令,以及置操作命令。HDLC網(wǎng)絡(luò)上站的類型1)主站(P):發(fā)信息幀、命令幀或接收響應(yīng)幀,并對(duì)整個(gè)鏈路進(jìn)行控制,如初始化、差錯(cuò)控制、數(shù)位流控制。2)次站(S):接收來自主站的命令幀、信息幀和發(fā)響應(yīng)幀,并配合主站參與對(duì)鏈路的控制。3)復(fù)合站(C):兼有上述兩種站的功能。PS命令響應(yīng)PSS命令響應(yīng)響應(yīng)PS命令響應(yīng)SP命令響應(yīng)CC命令響應(yīng)(a)點(diǎn)—點(diǎn)式(b)多點(diǎn)式(c)對(duì)稱結(jié)構(gòu)(d)平衡結(jié)構(gòu)HDLC操作模式1)正規(guī)響應(yīng)模式NRM:該模式用于一個(gè)主站和N個(gè)次站組成的多點(diǎn)式結(jié)構(gòu),由主站發(fā)出SNRM(置正規(guī)響應(yīng)模式)命令來定義次站。一旦次站被定義成這種模式,就可以向主站發(fā)送多個(gè)信息幀,直至次站無信息幀可以發(fā)送,或被主站停止,這種模式適合于半雙工通信方式。2)異步響應(yīng)模式ARM:該模式用于一個(gè)主站和一個(gè)次站組成的點(diǎn)--點(diǎn)式結(jié)構(gòu),或用于對(duì)稱結(jié)構(gòu)中的每一對(duì)主站和次站。由主站發(fā)出SARM(置異步響應(yīng)模式)命令來定義次站為該種模式。此時(shí),次站不必被主站查詢,即可自發(fā)地發(fā)送幀。這種模式適合于全雙工通信方式。3)異步平衡模式ABM:該模式用于通信雙方都是復(fù)合站的平衡結(jié)構(gòu)。這種模式是通過雙方分別發(fā)SABM(置異步平衡模式)命令來定義3、網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer)功能:是信息包的路徑選擇和鏈路的協(xié)調(diào)管理,防止鏈路的死鎖和堵塞。如果信息包只在單個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳送,這一層不必存在。向傳送層提供的服務(wù)方法:虛電路方法:類似于電路交換技術(shù)。數(shù)據(jù)報(bào)方法:類似于報(bào)文交換技術(shù)。4、傳送層(TransportLayer)功能:為會(huì)話層提供可靠二透明的端----端傳送服務(wù),使信息傳送無差錯(cuò)。如果各個(gè)站中有多個(gè)任務(wù)在并行運(yùn)行,傳送層可建立多個(gè)網(wǎng)絡(luò)層連接。使信息分流,也可進(jìn)行邏輯上的多路復(fù)用,提高網(wǎng)絡(luò)層連接利用率,從而提高網(wǎng)絡(luò)信息吞吐量。5、會(huì)話層(SessionLayer)功能:通過進(jìn)程之間的連接的建立和調(diào)節(jié),使得連接雙方的交換活動(dòng)變得容易,例如,在DCS中,要更新數(shù)據(jù)

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