武漢理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院研究生分布式控制課件

分布式控制理論與技術(shù)

2010-09

授課內(nèi)容一、分布式控制理論與技術(shù)的發(fā)展過程二、分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢四、分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信五、PROFIBUS現(xiàn)場總線六、分布式控制系統(tǒng)應(yīng)用武漢市環(huán)線及城市出入口交通控制系統(tǒng)建設(shè)方案車輛檢測器卡口車輛監(jiān)測與記錄系統(tǒng)視頻監(jiān)測系統(tǒng)民警電臺、122報(bào)警信息交通狀況預(yù)測及事件檢測管理員確認(rèn)專家系統(tǒng)提出建議方案信息處理系統(tǒng)信息采集系統(tǒng)可變情報(bào)扳車輛檢測器可變限速標(biāo)志交通廣播交通控制和信息發(fā)布系統(tǒng)環(huán)線及城市出/入口交通控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一、分布式控制理論與技術(shù)的發(fā)展一、范例中環(huán)線交通控制系統(tǒng)建設(shè)方案一武漢市環(huán)線及城市出入口交通控制系統(tǒng)建設(shè)方案數(shù)字光端機(jī)站點(diǎn)1攝像機(jī)信息誘導(dǎo)交通檢測RS485多串口卡數(shù)字光端機(jī)站點(diǎn)1攝像機(jī)信息誘導(dǎo)交通檢測RS485多串口卡數(shù)字光端機(jī)站點(diǎn)1攝像機(jī)信息誘導(dǎo)交通檢測RS485多串口卡數(shù)字光端機(jī)MPEG2編碼器數(shù)字光端機(jī)站點(diǎn)1攝像機(jī)信息誘導(dǎo)交通檢測RS485多串口卡數(shù)字光端機(jī)1站點(diǎn)攝像機(jī)信息誘導(dǎo)交通檢測RS485多串口卡數(shù)字光端機(jī)站點(diǎn)1攝像機(jī)信息誘導(dǎo)交通檢測RS485多串口卡數(shù)字光端機(jī)MPEG2編碼器光纖光纖光纖光纖GF622-03BGF622-03BGF622-03BGF622-03BGF622-03BGF622-03BGF622-03BGF622-03B區(qū)域中心區(qū)域中心區(qū)域中心區(qū)域中心區(qū)域中心區(qū)域中心62路視頻解碼視頻解碼矩陣視頻解碼矩陣62路視頻解碼監(jiān)控中心監(jiān)控分中心computercomputer采用環(huán)型＋星型的混合組網(wǎng)通信方式中環(huán)線交通控制系統(tǒng)建設(shè)方案一(環(huán)型＋星型的混合組網(wǎng)結(jié)構(gòu))武漢市環(huán)線及城市出入口交通控制系統(tǒng)建設(shè)方案主控中心GF622-03BGF622-03BGF622-03BMPEG2編碼器數(shù)字光端機(jī)數(shù)字光端機(jī)視頻設(shè)備4*E1VedioRS485光纖VedioRS485外場設(shè)備外場設(shè)備站點(diǎn)1MPEG2編碼器數(shù)字光端機(jī)數(shù)字光端機(jī)視頻設(shè)備4*E1VedioRS485光纖VedioRS485外場設(shè)備外場設(shè)備站點(diǎn)8分控中心GF622-03BGF622-03BMPEG2編碼器數(shù)字光端機(jī)數(shù)字光端機(jī)視頻設(shè)備4*E1VedioRS485光纖VedioRS485外場設(shè)備外場設(shè)備站點(diǎn)1MPEG2編碼器數(shù)字光端機(jī)數(shù)字光端機(jī)視頻設(shè)備4*E1VedioRS485光纖VedioRS485外場設(shè)備外場設(shè)備站點(diǎn)8中環(huán)線交通控制系統(tǒng)建設(shè)方案二(二級星型組網(wǎng)結(jié)構(gòu))武漢市環(huán)線及城市出入口交通控制系統(tǒng)建設(shè)方案主控中心數(shù)字光端機(jī)數(shù)字光端機(jī)視頻設(shè)備VedioRS485光纖Vediodata外場設(shè)備外場設(shè)備站點(diǎn)1數(shù)字光端機(jī)數(shù)字光端機(jī)視頻設(shè)備VedioRS485光纖Vediodata外場設(shè)備外場設(shè)備站點(diǎn)8采用兩級星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖光節(jié)點(diǎn)機(jī)1光節(jié)點(diǎn)機(jī)數(shù)字光端機(jī)數(shù)字光端機(jī)視頻設(shè)備VedioRS485光纖Vediodata外場設(shè)備外場設(shè)備站點(diǎn)1數(shù)字光端機(jī)數(shù)字光端機(jī)視頻設(shè)備VedioRS485光纖Vediodata外場設(shè)備外場設(shè)備站點(diǎn)8光節(jié)點(diǎn)機(jī)1光節(jié)點(diǎn)機(jī)分控中心光節(jié)點(diǎn)機(jī)從主控中心將視頻傳輸?shù)椒挚刂行闹协h(huán)線交通控制系統(tǒng)建設(shè)方案三(二級環(huán)型組網(wǎng)結(jié)構(gòu))武漢市環(huán)線及城市出入口交通控制系統(tǒng)建設(shè)方案MPEG2編碼器GF155-03C通信站E1MPEG2編碼器GF155-03C通信站攝像機(jī)信息誘導(dǎo)交通檢測E1GF155-03C通信站光纖光纖VedioRS232/485VedioRS232/485MPEG2編碼器GF155-03C通信站E1MPEG2編碼器GF155-03C通信站攝像機(jī)信息誘導(dǎo)交通檢測E1GF155-03C通信站光纖光纖VedioRS232/485VedioRS232/485光纖光纖兩級環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中支線環(huán)路于外場設(shè)備接入原理圖中環(huán)線交通控制系統(tǒng)建設(shè)方案三(二級環(huán)型組網(wǎng)結(jié)構(gòu))武漢市環(huán)線及城市出入口交通控制系統(tǒng)建設(shè)方案GF622-03C1－62路視頻解碼視頻解碼矩陣監(jiān)控中心L55-03CL55-03CL55-03CL55-03CL55-03C通信站通信站通信站通信站通信站MPEG2編碼器攝像機(jī)信息誘導(dǎo)交通檢測E1VedioRS232/485

視頻服務(wù)器

控制服務(wù)器控制電腦1控制電腦N主控中心/或分控中心L55-03C通信站城市中環(huán)線光纖骨干網(wǎng)兩級環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中表示區(qū)域到中心接入的原理圖中環(huán)線交通控制系統(tǒng)建設(shè)方案四(主干環(huán)網(wǎng)＋支線星型網(wǎng)絡(luò))武漢市環(huán)線及城市出入口交通控制系統(tǒng)建設(shè)方案8M數(shù)字光端機(jī)站點(diǎn)N攝像機(jī)信息誘導(dǎo)交通檢測RS485光纖GF622-03BGF622-03BGF622-03BGF622-03BGF622-03BGF622-03BGF622-03BGF622-03B區(qū)域中心區(qū)域中心區(qū)域中心區(qū)域中心區(qū)域中心區(qū)域中心62路視頻解碼視頻解碼矩陣視頻解碼矩陣62路視頻解碼監(jiān)控中心監(jiān)控分中心computercomputer支線采用8兆光端機(jī)的環(huán)型＋星型組網(wǎng)通信方式視頻編碼器8M數(shù)字光端機(jī)站點(diǎn)N攝像機(jī)信息誘導(dǎo)交通檢測RS485視頻編碼器8M數(shù)字光端機(jī)站點(diǎn)N攝像機(jī)信息誘導(dǎo)交通檢測RS485視頻編碼器8M數(shù)字光端機(jī)站點(diǎn)N攝像機(jī)信息誘導(dǎo)交通檢測RS485視頻編碼器8M數(shù)字光端機(jī)站點(diǎn)N攝像機(jī)信息誘導(dǎo)交通檢測RS485視頻編碼器8M數(shù)字光端機(jī)站點(diǎn)N攝像機(jī)信息誘導(dǎo)交通檢測RS485視頻編碼器光纖光纖光纖車輛檢測器的設(shè)置武漢市環(huán)線及城市出入口交通控制系統(tǒng)建設(shè)方案感應(yīng)式環(huán)形線圈車車車車車車車車100－500米可變信息板（VMS）IR100事件智能監(jiān)測器IR100通訊－光纜或鋼纜路旁設(shè)備－光纜或鋼纜連接IR10090限速可變限速板（VSL）IR100車輛檢測器的設(shè)置中環(huán)線電視監(jiān)控點(diǎn)位分布武漢市環(huán)線及城市出入口交通控制系統(tǒng)建設(shè)方案中環(huán)線可變信息版點(diǎn)位分布武漢市環(huán)線及城市出入口交通控制系統(tǒng)建設(shè)方案本單元小結(jié)武漢市中環(huán)線設(shè)計(jì)特點(diǎn)：方案一：環(huán)型+星型方案二：星型+星型方案三：環(huán)型+環(huán)型（主干環(huán)型+支線星型）思考題：1、試總結(jié)方案一至三的優(yōu)缺點(diǎn)及適應(yīng)環(huán)境2、舉例并試畫出你所熟悉應(yīng)用對象

一、分布式控制理論與技術(shù)的發(fā)展

二、發(fā)展過程智能化儀表為現(xiàn)場總線的推出奠定了基礎(chǔ),現(xiàn)場總線將朝著開放式系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的方向發(fā)展1、發(fā)展進(jìn)程集成電路、單片機(jī)、PLC、集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線技術(shù)等出現(xiàn);控制范圍由一條生產(chǎn)線、一個(gè)車間到整個(gè)廠區(qū)；控制理論采用預(yù)測控制、自適應(yīng)、模糊控制等多參數(shù)控制;智能變送、智能調(diào)節(jié)。

發(fā)展過程第三階段人工控制、手工操作、憑經(jīng)驗(yàn)控制;采用單個(gè)設(shè)備對某一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行局部控制勞動(dòng)生產(chǎn)率低、產(chǎn)品質(zhì)量不高。電子管元件出現(xiàn),為控制提供了初級手段;古典控制理論的產(chǎn)生；控制方式為單入/單出和單臺設(shè)備控制；控制參數(shù)為速度、溫度、壓力、成份、流量、單個(gè)參數(shù)；第一階段第二階段第四階段晶體管的出現(xiàn);

由古典控制理論到現(xiàn)代控制理論；控制結(jié)構(gòu)改為串級、比值、均勻和前饋控制；設(shè)備較復(fù)雜，可控制2個(gè)以上參數(shù)；一、分布式控制理論與技術(shù)的發(fā)展

二、發(fā)展過程2、理論發(fā)展1）第一階段：人工控制、手工操作、憑經(jīng)驗(yàn)控制；2）第二階段：

古典控制理論的產(chǎn)生,為單入/單出和單臺設(shè)備控制；3）第三階段：現(xiàn)代控制理論，串級、比值、均勻和前饋控制；4）第四階段：預(yù)測控制、自適應(yīng)、模糊控制等多參數(shù)控制。思考題：1、某市中環(huán)線設(shè)計(jì)，其方案一采用環(huán)型+星型、方案二采用星型+星型、方案三采用環(huán)型+環(huán)型，試說明各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)？2、“分布式控制理論與技術(shù)”發(fā)展過程經(jīng)歷了哪幾個(gè)階段？每個(gè)階段有何特點(diǎn)？3、元器件、PLC、計(jì)算機(jī)的發(fā)展對“分布式控制理論與技術(shù)”有何促進(jìn)作用？二、分布式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1、常規(guī)模擬儀表與計(jì)算機(jī)控制相結(jié)合報(bào)警操作臺顯示計(jì)算機(jī)執(zhí)行器常規(guī)儀表信號變送A/DD/A生產(chǎn)過程打印二、分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)報(bào)警操作臺顯示打印計(jì)算機(jī)D/ACPU/可編程控制器測量與變送單元A/D通訊口生產(chǎn)過程執(zhí)行機(jī)構(gòu)溫度流量壓力成分二、分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4、集散控制系統(tǒng)的組態(tài)方式

單回路系統(tǒng)的組態(tài)舉例流量控制系統(tǒng)圖

-+SV線性化補(bǔ)償報(bào)警檢測報(bào)警檢測濾波器輸出限幅壓力PIDA/D信號變換器D/A定位器流量溫度壓力二、分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4、集散控制系統(tǒng)的組態(tài)方式

PID調(diào)節(jié)器的處理程序

處理讀輸入調(diào)節(jié)器超量程檢測線性化修正運(yùn)算濾波控制模式特殊線性化熱電偶線性化熱電阻線性化開方運(yùn)算

PIDP開關(guān)控制輸出三、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

3、現(xiàn)場總線技術(shù)

(1)現(xiàn)場總線的提出

1）現(xiàn)場總線是針對儀表和其它自動(dòng)化設(shè)備所建立的數(shù)字化、雙向和多支的通信系統(tǒng)。2）80年代開始，智能變送器和其它智能儀表的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使得有必要采用數(shù)字通信取代原有的4mA-20mA信號傳遞。

3）許多廠商采用了專用的數(shù)字通信協(xié)議，如要將其產(chǎn)品接入其它廠商生產(chǎn)的系統(tǒng)，需要采用網(wǎng)關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這給使用和維護(hù)帶來很多麻煩。

三、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

3、現(xiàn)場總線技術(shù)

(2)現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)

功能塊設(shè)備描述語言DDL現(xiàn)場總線信息規(guī)范（FMS）系統(tǒng)管理網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)鏈路層物理層傳感器控制器PLC執(zhí)行器應(yīng)用層現(xiàn)場三、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

3、現(xiàn)場總線技術(shù)

(3)現(xiàn)場總線的優(yōu)勢

1)大大縮減了布線費(fèi)用。2)簡化了線路的安裝與維護(hù)。3)能傳送多個(gè)過程變量，可以實(shí)現(xiàn)在線故障診斷及線路故障檢測。4)用數(shù)字信號取代4mA-20mA模擬信號，可提高系統(tǒng)精度，而且可把一些功能(如線性化、補(bǔ)償校正、工程量轉(zhuǎn)換、報(bào)警處理等)賦于現(xiàn)場儀表，提高了現(xiàn)場儀表的自主性和可靠性。5)因現(xiàn)場總線是雙向的，故可從控制室對現(xiàn)場儀表進(jìn)行標(biāo)定和調(diào)整。6)現(xiàn)場總線采用國際標(biāo)準(zhǔn)后，用戶可以優(yōu)選各儀表廠商的產(chǎn)品組成系統(tǒng)，而不必考慮總線接口是否匹配問題。三、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

3、現(xiàn)場總線技術(shù)

(4)三、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

3、現(xiàn)場總線技術(shù)

(5)現(xiàn)場總線的特點(diǎn)現(xiàn)場總線

現(xiàn)場總線是應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在微機(jī)化測量設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，又稱為開放式、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。

信息孤島

采用一對一連線，用電壓或電流的模擬信號進(jìn)行測量控制，或采用自封閉式的集散系統(tǒng)，難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備以及系統(tǒng)與外界之間的信息交換，致使自動(dòng)化系統(tǒng)成為信息孤島。

現(xiàn)場總線構(gòu)造了網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)

現(xiàn)場總線導(dǎo)致了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，形成了新型的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)，即現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS

FCS是繼氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)、電動(dòng)組合單元模擬儀表控制系統(tǒng)、集成式數(shù)字控制系統(tǒng)和集散控制系統(tǒng)DCS之后的新一代控制系統(tǒng)。

原現(xiàn)場總線：RS485RS232

現(xiàn)場總線：CANPROFIBUS

三、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

4、企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

5、基于現(xiàn)場總線技術(shù)的控制系統(tǒng)三、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

6、基于現(xiàn)場總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)聯(lián)網(wǎng)通訊功能

三、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

7、基于現(xiàn)場總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)三、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

8、基于現(xiàn)場總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)RS232/RS485接口的混合方案思考題：

1、模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)有何區(qū)別？2、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)有何功能？3、集散控制（DCS）與現(xiàn)場總線控制各有什么特點(diǎn)？試畫出兩種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。四、分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信

（一）分布式控制網(wǎng)絡(luò)1、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

§A—E表示PC設(shè)備（終端、微機(jī)或數(shù)據(jù)庫等）§①--⑤表示主機(jī)通信媒體之間的接口（插卡、適配器等）§----表示通信鏈路（光纖，同軸電纜、雙絞線等）§拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)（站）相互連接的形式，一般有總線型、環(huán)型、樹型和星型

EABD4521C3四、分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信1、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線型結(jié)構(gòu)

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)點(diǎn)增減和位置變動(dòng)容易缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)對總線的故障比較敏感控制策略：總線型是實(shí)行分散的控制策略，在網(wǎng)絡(luò)上可以方便地增加新站點(diǎn)或拆除故障站點(diǎn)，通常采用無源工作方式而不影響網(wǎng)絡(luò)的正常工作。信息傳輸：在總線結(jié)構(gòu)中所有的站點(diǎn)都通過合適的硬件接口直接連到一點(diǎn)總線上，任何一個(gè)站點(diǎn)所發(fā)送的信息均在媒體上傳播。總線網(wǎng)匹配電阻四、分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信

1、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹型結(jié)構(gòu)樹型結(jié)構(gòu)是有多條總線結(jié)構(gòu)組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

匹配電阻四、分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信

1、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)環(huán)型結(jié)構(gòu)環(huán)型結(jié)構(gòu)中的每個(gè)站起到中繼器的作用，可使用網(wǎng)絡(luò)分布的范圍比較大，單向環(huán)型，有序的數(shù)據(jù)流動(dòng)，通訊控制總線簡單。

干線耦合器環(huán)形網(wǎng)四、分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信1、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，建網(wǎng)容易缺點(diǎn)：可靠性差、中心節(jié)點(diǎn)容易成為“瓶頸”

集線器星形網(wǎng)四、分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信2、網(wǎng)絡(luò)接口卡

1）網(wǎng)絡(luò)接口板又稱為通信適配器或網(wǎng)絡(luò)接口卡或“網(wǎng)卡”。2）網(wǎng)卡的重要功能：進(jìn)行串行/并行轉(zhuǎn)換；對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存；在計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議。

3、集線器

1）集線器是使用電子器件來模擬實(shí)際電纜線的工作，因此整個(gè)系統(tǒng)仍然像一個(gè)傳統(tǒng)的以太網(wǎng)那樣運(yùn)行；2）使用集線器的以太網(wǎng)在邏輯上仍是一個(gè)總線網(wǎng)，各工作站使用的還是CSMA/CD協(xié)議，并共享邏輯上的總線；3）集線器很像一個(gè)多端口的轉(zhuǎn)發(fā)器，工作在物理層。

集線器網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站網(wǎng)卡工作站雙絞線四、分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信4、用以太網(wǎng)交換機(jī)擴(kuò)展局域網(wǎng)

集線器集線器集線器一系三系二系10BASE-T至因特網(wǎng)100Mb/s100Mb/s100Mb/s萬維網(wǎng)服務(wù)器電子郵件服務(wù)器以太網(wǎng)交換機(jī)路由器四、分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信5、傳統(tǒng)以太網(wǎng)的連接方法

1）傳統(tǒng)以太網(wǎng)可使用的傳輸媒體有四種：銅纜（粗纜或細(xì)纜）銅線（雙絞線）光纜2）以太網(wǎng)四種不同的物理層

10BASE5粗纜10BASE2細(xì)纜10BASE-T雙絞線10BASE-F光纜以太網(wǎng)媒體接入控制MAC四、分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信6、銅纜或銅線連接到以太網(wǎng)的示意圖

主機(jī)箱主機(jī)箱主機(jī)箱雙絞線DB-15連接器集線器BNCT型接頭收發(fā)器電纜網(wǎng)卡插入式分接頭MAUMDI保護(hù)外層外導(dǎo)體屏蔽層內(nèi)導(dǎo)體收發(fā)器BNC連接器插口RJ-45插頭四、分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信7、以太網(wǎng)的最大作用距離

250m750m500m500m50m50m50m轉(zhuǎn)發(fā)器網(wǎng)段2網(wǎng)段3轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)器500m四、分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信

（二）分布式控制網(wǎng)絡(luò)通信1、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號接收的信號輸出數(shù)據(jù)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC機(jī)公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號模擬信號

正文正文源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC機(jī)四、分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信

（二）分布式控制網(wǎng)絡(luò)通信2、模擬和數(shù)字的數(shù)據(jù)、信號模擬數(shù)據(jù)模擬信號放大器調(diào)制器模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號編碼器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號調(diào)制器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字信號數(shù)字發(fā)送器四、分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信

（二）分布式控制網(wǎng)絡(luò)通信3、數(shù)字信號通過實(shí)際的信道實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸入信號波形輸出信號波形(失真不嚴(yán)重)輸入信號波形實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸出信號波形(失真嚴(yán)重)四、分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信

（二）分布式控制網(wǎng)絡(luò)通信

4、常用通信方式雙工通信半雙工:

數(shù)據(jù)沿雙向交替?zhèn)魉?同一時(shí)刻只能單項(xiàng)傳送，并且應(yīng)答公用一條信道)A發(fā)送B接受數(shù)據(jù)信道應(yīng)答信道

A發(fā)送

B接受數(shù)據(jù)應(yīng)答全雙工:

是指將兩套半雙工通信設(shè)備合二為一，有4條獨(dú)立信道。

五、PROFIBUS現(xiàn)場總線

（一）PROFIBUS總線概述

1、三個(gè)版本

PROFIBUS總線PROFIBUS-DPPROFIBUS-FMSPROFIBUS-PA應(yīng)用：加工自動(dòng)化領(lǐng)域作用：傳動(dòng)、分散外圍設(shè)備間的高速數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用：PLC、開關(guān)、樓宇自動(dòng)化作用：邏輯控制、現(xiàn)場總線報(bào)文規(guī)范應(yīng)用：生產(chǎn)過程自動(dòng)化作用：過程控制溫度、流量、壓力、成分五、PROFIBUS現(xiàn)場總線

（一）

PROFIBUS總線概述2、特點(diǎn)PROFIBUS-DP

用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸，采用優(yōu)化的高速、廉價(jià)的通信連接，適合于控制系統(tǒng)和設(shè)備級分散I/O間的通信。（分布式外設(shè)）可取代（0~10mA、4~20mA、0~20mA、0~5VDC并行信號線)。

PROFIBUS-FMS

用于紡織、樓宇自動(dòng)化、電氣傳動(dòng)、PLC、傳感器與執(zhí)行器、低壓電器設(shè)備等一般自動(dòng)化控制?？赏瓿芍械葌鬏斔俣鹊难h(huán)和非循環(huán)通信任務(wù)，為解決車間級（生產(chǎn)線）通信任務(wù)提供大量的通信服務(wù)。PROFIBUS-PA

用于過程自動(dòng)化（如溫度、壓力、流量成分…..），采用標(biāo)準(zhǔn)的本質(zhì)安全傳輸技術(shù)?？捎糜趯Π踩砸蟾叩膱龊弦约坝煽偡植脊╇姷恼军c(diǎn)。

五、PROFIBUS現(xiàn)場總線

（一）PROFIBUS總線概述3、應(yīng)用范圍五、PROFIBUS現(xiàn)場總線

（一）

PROFIBUS總線概述4、PROFIBUS特性

可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化儀從現(xiàn)場級（底層）到車間級的網(wǎng)絡(luò)化。主站：

決定總線的數(shù)據(jù)通信，當(dāng)主站得到控制權(quán)時(shí)（令牌）即使沒有外界請求也可主動(dòng)發(fā)送信息，有總線控制權(quán)。

從站：

屬于外圍設(shè)備，包含：I/O裝置，閥門、控制器、驅(qū)動(dòng)器、測量變送器等。沒有總線控制權(quán)只對接收到的信息給于確認(rèn)或當(dāng)主站發(fā)請求時(shí)向主站發(fā)送信息。五、PROFIBUS現(xiàn)場總線

（一）

PROFIBUS總線概述

4、協(xié)議結(jié)構(gòu)五、PROFIBUS現(xiàn)場總線（二）傳輸技術(shù)

1、DP/FMS的RS485傳輸

RS485又稱H2，可采用雙絞銅屏蔽電纜，并共用一根導(dǎo)線對1）傳輸技術(shù)特性網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌壕€性總線，兩端有有源的總線終端電阻介質(zhì)：雙絞屏蔽電纜。站點(diǎn)數(shù)：每段32~127（帶轉(zhuǎn)發(fā)器）插頭：9針傳輸速度：9.6kb~12mb距離/段：1200m~100m(9.6k~12Mb)五、PROFIBUS現(xiàn)場總線

（二）傳輸技術(shù)1、DP/FMS的RS485傳輸2）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

PROFIBUS-DPPC

現(xiàn)場設(shè)施1現(xiàn)場設(shè)施n

五、PROFIBUS現(xiàn)場總線（二）傳輸技術(shù)

2、基于PA的IEC1158-2傳輸技術(shù)IEC1158-2又稱H1，能滿足石化工業(yè)的要求，可保持其本質(zhì)安全性并使現(xiàn)場設(shè)備通過總線供電，該傳輸采用同步協(xié)議，實(shí)現(xiàn)無電流連續(xù)傳輸。

1）傳輸技術(shù)特性網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌嚎偩€或樹型

介質(zhì)：雙絞線（屏蔽或非屏蔽）站點(diǎn)數(shù)：每段32~126

插頭：耦合器（RS485與IEC1158-2相匹配）

轉(zhuǎn)發(fā)器：可擴(kuò)至4臺傳輸速度：31.25kb，電壓式傳輸距離：400m~1900m

五、PROFIBUS現(xiàn)場總線（二）傳輸技術(shù)2、基于PA的IEC1158-2傳輸技術(shù)2）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)過程自動(dòng)化典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一220V

RS485H2分段耦合器PRPFIBUS-DPIEC1158-2現(xiàn)場多路器現(xiàn)場2現(xiàn)場n現(xiàn)場1傳1總線供電傳2總線供電傳感器外電源DC

ACPRPFIBUS-PA五、PROFIBUS現(xiàn)場總線（二）傳輸技術(shù)

2、基于PA的IEC1158-2傳輸技術(shù)2）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)過程自動(dòng)化典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)二

五、PROFIBUS現(xiàn)場總線（二）傳輸技術(shù)

3、光纖傳輸技術(shù)

1）傳輸技術(shù)特性

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌嚎偩€、星型、環(huán)型

介質(zhì)：多聚體光纖、多聚體包層光纖、玻璃光纖站點(diǎn)數(shù)：每段<=122

接口：IM467F0接口模塊（S7-400）、IM153-2F0接口模塊(ET200M)IM151F0接口模塊(ET200s)距離：80m~15Km（每段）速度：9.6Kb~12Mb

五、PROFIBUS現(xiàn)場總線（二）傳輸技術(shù)3、光纖傳輸技術(shù)

2）光線總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

帶有IM467FO無集成光纖接口帶有集成光纖接口帶有集成光纖接口去附加節(jié)點(diǎn)

PC機(jī)S7-400ET200XET200M

DP接點(diǎn)光纖總線終端OBT光纖總線終端OBT五、PROFIBUS現(xiàn)場總線

（三）總線存取協(xié)議PROFIBUS（DP、FMS、PA）使用單一的總線存取協(xié)議，通過OSI參考模型的第2層實(shí)現(xiàn)。

主-主之間采用令牌傳輸、主-從之間采用數(shù)據(jù)傳輸。電機(jī)電機(jī)變送器執(zhí)行器傳感器傳感器傳感器PROFIBUS主設(shè)備間的邏輯令牌環(huán)主站（主設(shè)備）PLC1PCPLCnT五、PROFIBUS現(xiàn)場總線

（四）PROFIBUS總線1、PROFIBUS-DP

1）基本結(jié)構(gòu)（1）單主站系統(tǒng)（1對1,1對N）在總線系統(tǒng)操作階段，只有一個(gè)活動(dòng)主站，即PLC；作為一中央控制部件，單主站系統(tǒng)可獲得最短的總循環(huán)時(shí)間，即響應(yīng)最快。主設(shè)備（第一類主站DPM1）PROFIBUS-DPPLC傳感器傳感器I/O執(zhí)行器I/OPLCI/O

1對1系統(tǒng)

1對N系統(tǒng)五、PROFIBUS現(xiàn)場總線

（四）PROFIBUS總線1、PROFIBUS-DP

1）基本結(jié)構(gòu)（2）多主站系統(tǒng)（N對N）主設(shè)備（第二類主站DPM2）DPM1CNC主設(shè)備（第一類主站DPM1）PROFIBUS-DPPC執(zhí)行器傳感器I/OI/OI/O

傳感器PC五、PROFIBUS現(xiàn)場總線（四）PROFIBUS總線

1、PROFIBUS-DP

2）設(shè)備數(shù)據(jù)與軟件開放式配置PROFIBUS-DP系統(tǒng)組態(tài)設(shè)備數(shù)據(jù)文件現(xiàn)場設(shè)備傳感器I/O驅(qū)動(dòng)器變送器PROFIBUS組態(tài)軟件PLC五、PROFIBUS現(xiàn)場總線（四）PROFIBUS總線2、PROFIBUS-PA

1)常規(guī)系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備

過控系統(tǒng)I/O模塊端子排Ex[i]端子排現(xiàn)場設(shè)備接線器溫度變送器壓力變送器流量變送器界面變送器控制室五、PROFIBUS現(xiàn)場總線

（四）PROFIBUS總線2、PROFIBUS-PA

2)PROFIBUS-PA系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備溫度變送器壓力變送器流量變送器界面變送器PROFIBUS-PAPLCIPC五、PROFIBUS現(xiàn)場總線（四）PROFIBUS總線3、PROFIBUS-FMS

1）設(shè)計(jì)思想是為了實(shí)現(xiàn)車間級通用性通信即實(shí)現(xiàn)PC與PLC的相互通信。PROFIBUS-DPPROFIBUS-FMSPROFIBUS-DPPCPLC1PLC2傳感器1傳感器n電機(jī)傳感器S1傳感器SnI/O執(zhí)行器五、PROFIBUS現(xiàn)場總線

（四）PROFIBUS總線

3、PROFIBUS-FMS

2）PROFIBUS-FMS行規(guī)控制器間的通信（文件號3.002）

根據(jù)控制器的等級對每個(gè)PLC需要支持的服務(wù)、參數(shù)和數(shù)據(jù)類型做出規(guī)定。即：該行規(guī)規(guī)定了用于PLC控制器之間通信的FMS服務(wù)。樓宇自動(dòng)化（文件號3.0011）

該行規(guī)用于提供特定的分類和服務(wù)作為樓宇自動(dòng)化的公共基礎(chǔ)。行規(guī)對樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)如何進(jìn)行監(jiān)控、開環(huán)、閉環(huán)控制、操作員控制、報(bào)警處理和檔案管理等進(jìn)行了描述。低壓開關(guān)設(shè)備（文件號3.032）

該行規(guī)是一個(gè)以低壓電器為主的FMS應(yīng)用行規(guī)，并規(guī)定了通過FMS通信過程中的低壓開關(guān)設(shè)備的應(yīng)用行為。

五、PROFIBUS現(xiàn)場總線（五）應(yīng)用舉例

控制參數(shù)：漏板溫度：T1電熔溫度：T2液位高度：H拉絲速度：n坩堝漏板電熔

重量控制

液位控制集束輪拉絲機(jī)+-1、玻璃拉絲

五、PROFIBUS現(xiàn)場總線（五）應(yīng)用舉例

現(xiàn)場總線控制方案一

PLCProfibusProfibus

RS-485

RS-485

4-20mA速度控制器液位控制器漏板溫度控制器電熔溫度控制器觸摸屏1、玻璃拉絲五、PROFIBUS現(xiàn)場總線（五）應(yīng)用舉例現(xiàn)場總線控制方案二

PLCProfibusProfibus

RS-485

RS-485

4-20mA速度控制器液位控制器漏板溫度控制器電熔溫度控制器IPC1、玻璃拉絲五、PROFIBUS現(xiàn)場總線（五）應(yīng)用舉例現(xiàn)場總線控制方案三

RS485

IPC

PLCProfibus

RS-485Profibus

RS-485Profibus速度控制器液位控制器漏板溫度控制器電熔溫度控制器1、玻璃拉絲五、PROFIBUS現(xiàn)場總線（五）應(yīng)用舉例現(xiàn)場總線控制方案四

IPC

PLC速度控制器液位控制器漏板溫度控制器電熔溫度控制器MTGProfibus1、玻璃拉絲2、原油計(jì)量檢定站改造工程PLC控制系統(tǒng)

控制點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

五、PROFIBUS現(xiàn)場總線（五）應(yīng)用舉例信號名稱信號類型數(shù)量（點(diǎn)）4～20mA模擬量輸入39脈沖量脈沖量輸入21數(shù)字量開關(guān)量輸入12數(shù)字量開關(guān)量輸出122、原油計(jì)量檢定站改造工程PLC控制系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

五、PROFIBUS現(xiàn)場總線（五）應(yīng)用舉例主站備用站工程師站EthernetProfibus-DP冗余網(wǎng)絡(luò)ET200M從站2、原油計(jì)量檢定站改造工程PLC控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

五、PROFIBUS現(xiàn)場總線（五）應(yīng)用舉例ET200MDI2DOAIEthernet數(shù)字量信號數(shù)字量信號模擬量信號4~20mAProfibus-DP冗余網(wǎng)絡(luò)主站CPU315-2DP備用站CPU315-2DP工程師站PC機(jī)打印機(jī)DI1脈沖量信號

六、分布式控制系統(tǒng)應(yīng)用

（一）分布式控制系統(tǒng)軟件組態(tài)分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布式控制系統(tǒng)一般由以下部分組成：⑴采用工控機(jī)作為上位機(jī)；⑵采用PLC實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和故障監(jiān)視；⑶系統(tǒng)中的溫度、壓力、流量等模擬量輸入采用遠(yuǎn)程模塊（如ADAM4017）；⑷采用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)的監(jiān)控界面設(shè)計(jì)。六、分布式控制系統(tǒng)應(yīng)用（一）分布式控制系統(tǒng)軟件組態(tài)

煤粉制備工藝流程提升機(jī)原煤倉圓盤喂料機(jī)煤磨螺旋輸送機(jī)電動(dòng)翻板閥動(dòng)態(tài)選粉機(jī)煤粉收塵器引風(fēng)機(jī)雙向輸送煤粉倉收塵器煤粉倉煤粉計(jì)量稱羅茨風(fēng)機(jī)

煤粉制備系統(tǒng)工藝流程

（一）分布式控制系統(tǒng)軟件組態(tài)煤粉制備工藝流程1）系統(tǒng)監(jiān)控要求原煤倉及煤粉倉物料荷重值的實(shí)時(shí)檢測；圓盤喂料機(jī)和動(dòng)態(tài)選粉機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的交流變頻調(diào)速；煤磨磨頭、磨尾與軸瓦及定子溫度的實(shí)時(shí)檢測；煤磨磨頭、磨尾風(fēng)管溫度及壓力的實(shí)時(shí)檢測；冷、熱風(fēng)源電動(dòng)閥開度的實(shí)時(shí)讀取顯示，并能夠進(jìn)行開度給定控制；煤粉收塵器出、入口溫度實(shí)時(shí)檢測，并能夠與C02滅火裝置的聯(lián)動(dòng)控制；煤粉收塵器出入口風(fēng)管溫度及壓力的實(shí)時(shí)檢測；煤粉計(jì)量秤輸送量實(shí)時(shí)顯示及輸送電機(jī)的速度控制；依照工藝流程，各設(shè)備組之間及組內(nèi)設(shè)備之間的順序起?？刂萍案髟O(shè)備在特定條件下的單擊起?？刂?；（一）分布式控制系統(tǒng)軟件組態(tài)煤粉制備工藝流程

2）控制方案選擇

（1）基于成熟的集散控制系統(tǒng)

集散控制系統(tǒng)以其集中管理、集中操作與功能分散、危險(xiǎn)分散的特點(diǎn)適應(yīng)了工廠自動(dòng)化的要求，在工控系統(tǒng)中應(yīng)用較多。

由三大部分組成：分散過程控制裝置、操作管理裝置、通信系統(tǒng)

（2）基于IPC的分布式控制系統(tǒng)

基于IPC的分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)往往采用嵌入式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并結(jié)合Ethernet技術(shù)構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)模塊化和組合化。

采用IPC標(biāo)準(zhǔn)的各種控制模塊如I/O卡、A/D卡、D/A卡等

（一）分布式控制系統(tǒng)軟件組態(tài)煤粉制備工藝流程

2）控制方案選擇（3）基于IPC+PLC的分布式控制系統(tǒng)

以PLC構(gòu)成系統(tǒng)的控制站，IPC構(gòu)成系統(tǒng)的操作站

PLC完成過程的數(shù)據(jù)采集和過程控制;

IPC完成數(shù)據(jù)顯示、人機(jī)界面操作和對整個(gè)工藝、控制系統(tǒng)的管理，以及報(bào)表打印等.

（4）基于IPC+PLC+現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)

通過直接利用PLC的CPU上內(nèi)置的現(xiàn)場總線接口或通過在PLC背板總線上安裝現(xiàn)場總線通訊接口模塊來擴(kuò)展出現(xiàn)場總線;掛接各種支持該現(xiàn)場總線的傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)裝置、智能儀表等

PLC負(fù)責(zé)完成協(xié)調(diào)功能和更高層次的控制算法（一）分布式控制系統(tǒng)軟件組態(tài)煤粉制備工藝流程3）控制方案選擇優(yōu)化該單元設(shè)備種類多樣,現(xiàn)場I/O地理位置分散,以及廠方的要求,系統(tǒng)采用多級分布式結(jié)構(gòu)，控制方式為IPC+PLC+現(xiàn)場總線由于現(xiàn)場設(shè)備只有部分具有PROFIBUS-DP接口，這時(shí)應(yīng)采用PROFIBUS-SP現(xiàn)場設(shè)備加分散式I/O混合使用的辦法，分散式I/O可作為通用的現(xiàn)場總線接口，是一種靈活的集成方案。系統(tǒng)共分為現(xiàn)場執(zhí)行層、中間控制層和系統(tǒng)管理與監(jiān)控層。

（一）分布式控制系統(tǒng)軟件組態(tài)煤粉制備工藝流程

4）控制方案S7315-2DPPLCProfibus-DP通訊接口卡變頻調(diào)速裝置變頻調(diào)速裝置PROFIBUS-DPET200M遠(yuǎn)程I/O站MPI工程師站操作員站2020TG壓力變送器TH202-EX溫度變送器（一）分布式控制系統(tǒng)軟件組態(tài)煤粉制備工藝流程

5）煤粉制備分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（一）分布式控制系統(tǒng)軟件組態(tài)煤粉制備工藝流程

6）PLC控制程序總體結(jié)構(gòu)FB1圓盤喂料機(jī)調(diào)速控制冷、熱風(fēng)閥開度設(shè)定OB1循環(huán)控制中斷處理讀取溫度、壓力儀表值OB82I/O錯(cuò)誤診斷OB122模塊錯(cuò)誤交流變頻器通訊交流變頻器通訊FC1操作方式選擇FC2組設(shè)備順序啟動(dòng)FC3組設(shè)備順序停車FC4單機(jī)調(diào)試FB4動(dòng)態(tài)選粉機(jī)調(diào)速控制FB5緊急停車處理FB6管道溫度控制FB7煤粉收塵器控制FB8煤粉倉收塵器控制OB35定時(shí)中斷（一）分布式控制系統(tǒng)軟件組態(tài)煤粉制備工藝流程

6）上位機(jī)監(jiān)控程序設(shè)計(jì)（一）分布式控制系統(tǒng)軟件組態(tài)煤粉制備工藝流程

6）監(jiān)控界面開發(fā)

（二）造紙機(jī)分布式電力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、造紙工藝流程

（二）造紙機(jī)分布式電力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2、方案一PLC123456RS485

（二）造紙機(jī)分布式電力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3、方案二123456PLCProfibusRS485Profibus（二）造紙機(jī)分布式電力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)