現(xiàn)場總線系統(tǒng)集成.ppt

1、第八講 現(xiàn)場總線系統(tǒng)集成,現(xiàn)場總線系統(tǒng)集成,第 一 部分 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設計和組態(tài),現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設計和組態(tài),8.1.1 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設計準則-設計步驟,要制定控制方案，需要繪制P DdeClientConv1-DdeTopic = (D:Book1.xlsSheet1); DdeClientItem1-DdeItem = R1C1:R2C1; DdeClientConv1-OpenLink(); DdeClientConv1-PokeData(R1C3,Edit3-Text.c_str();,8.4.3 基于DDE技術的控制網(wǎng)絡和信息網(wǎng)絡的集成,工業(yè)網(wǎng)絡集成技術,集成系統(tǒng)架構,8

2、.4.4 OPC技術,工業(yè)網(wǎng)絡集成技術,即用于過程控制的OLE技術(OLE for Process Control)； 以Windows的對象鏈接和嵌入(OLE)、組件對象模型(COM)、分布式COM(DCOM)技術為基礎，定義了一套標準接口，在此接口上基于PC的軟件組件能交換數(shù)據(jù)； 采用客戶/服務器模式，OPC服務器是數(shù)據(jù)供應方，負責為OPC客戶提供所需的數(shù)據(jù)，OPC客戶是數(shù)據(jù)使用方，處理OPC服務器的數(shù)據(jù)； OPC的作用是在工業(yè)控制軟件中，為不同類型服務器與不同類型客戶搭建一座“橋梁”，通過它各客戶/服務器間形成即插即用的、簡單規(guī)范的鏈接關系，不同的客戶軟件能夠訪問任意的數(shù)據(jù)源。,8.4.

3、4 OPC技術COM基礎,工業(yè)網(wǎng)絡集成技術,軟件結構的發(fā)展,一個應用系統(tǒng)是一個單獨的應用程序,組件化軟件結構：把一個龐大的應用程序分成多個模塊，每個模塊保持一定的功能獨立性。在協(xié)同工作時，通過相互之間的接口完成實際任務。,微軟提出COM (Component Object Model)，它不僅定義了組件程序之間進行交互的標準，還提供了組件程序運行所需的環(huán)境。,8.4.4 OPC技術COM基礎,工業(yè)網(wǎng)絡集成技術,COM標準包含規(guī)范和實現(xiàn)兩部分,規(guī)范部分定義了組件和組件之間通信的機制。這些規(guī)范不依賴特定的語言環(huán)境和操作系統(tǒng)； COM標準的實現(xiàn)部分是COM庫，為COM規(guī)范的具體實現(xiàn)提供了一些核心服務

4、； 在COM標準中，一個組件程序即為一個模塊，它可以是一個動態(tài)鏈接庫（DLL），稱為進程內(nèi)組件，也可以是一個可執(zhí)行程序，稱為進程外組件； 一個組件程序可以包含一個或多個組件對象； 在程序和程序之間進行通信時，通信雙方都應該是組件對象，也叫COM對象，而組件程序（COM程序）是提供COM對象的代碼載體。,8.4.4 OPC技術COM基礎,工業(yè)網(wǎng)絡集成技術,COM對象,COM組件提供給客戶的是以對象形式封裝起來的實體?？蛻舫绦蚺cCOM組件程序進行交互的實體是COM對象，它并不關心組件模塊的名稱和位置，但必須知道在和哪個COM對象進行交互； COM對象包括屬性（狀態(tài)）和方法（操作）； 在COM模型中

5、，對象本身對于客戶來說是不可見的?？蛻粽埱蠓諘r，只能通過接口進行。每一個COM對象是用一個128位的全局唯一標識符來標識的。,8.4.4 OPC技術COM基礎,工業(yè)網(wǎng)絡集成技術,COM接口,COM接口是包含了一組函數(shù)的數(shù)據(jù)結構，通過這組數(shù)據(jù)結構，客戶代碼可以調(diào)用組件對象的功能；,接口具有特性： 二進制特性； 接口不變性； 繼承性（擴展性）； 多態(tài)性。,COM規(guī)范要求一個COM對象如果實現(xiàn)了多個接口，則可以從某個接口得到該對象的任意其他接口，這是通過接口的QueryInterface()函數(shù)實現(xiàn)的；,8.4.4 OPC技術COM基礎,工業(yè)網(wǎng)絡集成技術,COM特性,語言無關性； 進程透明性；,8

6、.4.4 OPC技術COM基礎,工業(yè)網(wǎng)絡集成技術,COM特性,進程透明性；,在同一機器上采用本地過程調(diào)用LPC,在不同機器上采用遠程過程調(diào)用RPC,Proxy：代理；Stub：存根,8.4.4 OPC技術COM基礎,工業(yè)網(wǎng)絡集成技術,COM標準有3種通信機制用于客戶程序與COM組件之間的通信：可連接對象、數(shù)據(jù)通報機制和DCOM技術。,COM中的雙向通信機制； 可連接對象的雙向通信機制； DCOM技術,8.4.4 OPC技術COM基礎,工業(yè)網(wǎng)絡集成技術,DCOM技術,PROFINET,代理(Proxy)與存根(Stub),8.4.4 OPC技術COM基礎,PROFINET,8.4.4 OPC技術

7、COM基礎,PROFINET,8.4.4 OPC技術OPC技術優(yōu)勢,OPC對數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)用戶間連接關系的改善,開發(fā)商可以將開發(fā)驅(qū)動服務程序的大量人力與資金集中到對單一OPC接口的開發(fā)，只需開發(fā)一個高度優(yōu)化的、可重復使用的OPC服務器訪問底層的硬件； OPC兼容組件降低系統(tǒng)集成費用，用戶可把精力集中在解決有關自動化功能的實現(xiàn)上，縮短應用程序的開發(fā)周期。,8.4.4 OPC技術OPC技術優(yōu)勢,OPC模式的連接示例,8.4.4 OPC技術OPC技術優(yōu)勢,OPC規(guī)范為OPC服務器規(guī)定了兩種接口： 客戶接口(CI:Custom Interface) 必須由每一個OPC服務器提供，是訪問過程變量的有效通道

8、。 自動化接口(AI:Automation Interface) 是對客戶接口的進一步封裝，面向解釋程序開發(fā)環(huán)境，是可選項。,8.4.4 OPC技術OPC的對象和接口,8.4.4 OPC技術OPC的對象和接口,自動化接口,定制接口,按照功能不同，OPC每種接口可分為3種類型： OPC報警和事件訪問接口(OPC AE) OPC歷史數(shù)據(jù)訪問接口(OPC HDA) OPC數(shù)據(jù)訪問接口(OPC DA) OPC服務器(OPC-Server)：服務供應者，通常是一個COM目標，是OPC組對象的容器。 OPC組(OPC-Group)：是OPC客戶使用的OPC項的邏輯結構單位。一個組可包含多個OPC項。 OP

9、C項目(OPC-Item)：通過項標識ID區(qū)分，它具有一個數(shù)值、一個狀態(tài)信息和一個時間標志。,8.4.4 OPC技術OPC的對象和接口,OPC數(shù)據(jù)存取服務器中對象及OPC客戶的相互關系,OPC服務器對象創(chuàng)建OPC組后，將組對象 的指針傳遞給客戶，由客戶直接操縱組對 象。因而提高了存取速度且易于功能擴展,8.4.4 OPC技術OPC數(shù)據(jù)存取規(guī)范(定制接口),OPC服務器對象,是OPC服務器程序暴露的主要對象，客戶程 序首先創(chuàng)建該對象再通過其接口完成所需的功能,8.4.4 OPC技術OPC的對象和接口,OPC服務器必須的對象有： IUnknown 所有COM組件都必須實現(xiàn)的一個基本的標準接口，它為

10、客戶程序提供了QueryInterface()的方法進行接口查詢，并且引用計數(shù)的方法決定COM對象的生存周期。 IOPCServer OPC服務器對象的主要接口。客戶程序可通過該接口創(chuàng)建、查詢和刪除組對象，并了解OPC服務器自身的信息。 IOPCCommon 是各類OPC服務器都使用的接口，通過該接口可為某個特定的客戶/服務器對話設置和查詢本地標志。 IConnectionPointContainer 是COM規(guī)范中的標準接口，用于實現(xiàn)服務器程序向客戶程序發(fā)送通知或事件。,8.4.4 OPC技術OPC的對象和接口,OPC組對象,提供了一種讓客戶組織數(shù)據(jù)的方法，用戶可以將與 邏輯相關的一組數(shù)據(jù)作

11、為OPC項添加到同一個組當中,8.4.4 OPC技術OPC的對象和接口,OPC組對象 IOPCItemMgt 允許客戶程序組對象添加、刪除和管理其包容的OPC項。 IOPCGroupStateMgt 客戶程序通過該接口來管理整個組對象的狀態(tài)。 IOPCsyncIO 客戶程序通過該接口進行同步數(shù)據(jù)存取操作。 IOPCAsyncIO2 客戶程序通過該接口進行異步數(shù)據(jù)存取操作，與IConnectionPointContainer接口一起使用。 和IOPCAsyncIO 客戶程序通過該接口進行異步數(shù)據(jù)存取操作。與IDataObject接口結合使用。,8.4.4 OPC技術OPC的對象和接口,OPC項對

12、象 表示了與OPC服務器中數(shù)據(jù)的連接，包括值(Value)、品質(zhì)(Quality)、時間戳(Time Stamp)三個基本屬性 值的數(shù)據(jù)類型為VARIANT，表示實際的數(shù)值； 品質(zhì)標識數(shù)值是否有效； 時間戳反映從設備讀取數(shù)據(jù)的時間或者服務器刷新其數(shù)據(jù)存儲區(qū)的時間。,8.4.4 OPC技術OPC的對象和接口,基于OPC技術的現(xiàn)場總線系統(tǒng)集成,典型ABB的AC800M系統(tǒng)組成,基于OPC技術的現(xiàn)場總線系統(tǒng)集成,短程無線數(shù)據(jù)通信,WWAN,WMAN,WLAN,WPAN,傳 輸 范 圍,0.01,10,1,0. 1,100,1000,數(shù)據(jù)傳輸率（Mbps）,1 短程無線網(wǎng)絡標準,1 短程無線網(wǎng)絡標準,

13、文本,因特網(wǎng)/聲音,壓縮圖片,多通道數(shù)字圖像,低高,短程長程,1 短程無線網(wǎng)絡標準,2 無線通信的一組術語,ISM(Industrial Scientific Medical)頻段：為保證各種用途的無線通信之間互不干擾，需要對無線頻道的使用實行管理。ISM頻段位無線通信管理部門規(guī)定的一些無需獲準許就可以應用的頻段。我國目前可以使用的ISM頻段位433MHz和2.4GHz。短距離無線通信系統(tǒng)大多數(shù)工作在ISM頻段上。 無線頻率分割：為了有效實現(xiàn)同一范圍內(nèi)多個節(jié)點間的無線通信，必須防止通信幀在傳輸過程中的相互碰撞。無線頻率分割可將頻段的頻率帶寬分解為多個窄帶寬的子信道，各子信道的帶寬相對獨立。 擴

14、頻與解擴：擴頻指對通信信號的頻譜擴展，展寬數(shù)字信號的頻帶寬度。采用擴頻傳輸具有抗干擾能力強、可進行多址通信、安全保密、抗多徑干擾等特點。包括直接序列擴頻（DSSS）、跳頻擴頻（FHSS）等。,2 無線通信的一組術語,直接序列擴頻（DSSS）：直接利用某種寬頻偽碼實現(xiàn)通信信號的頻譜擴展。 跳頻擴頻（FHSS）：無線通信的收發(fā)雙方在通信中使用的載波頻率受某種偽隨機碼的控制而離散變化，控制射頻載波振蕩器的輸出頻率，使信號的發(fā)射頻率不斷以不等間隔隨機跳變。只有知道跳頻規(guī)律才能正確接收所傳輸?shù)男畔ⅰ２捎锰l通信具有信號隱蔽、不易被截獲、抗干擾能力強等優(yōu)點。 接入點（AP）:一個無線節(jié)點與另一個無線節(jié)點之

15、間的通信通常需要經(jīng)過其它節(jié)點中轉(zhuǎn)。這些中轉(zhuǎn)點就是無線通信的接入點。 無線漫游：終端節(jié)點通過自動發(fā)現(xiàn)附近信號強度最大的AP，并通過該AP收發(fā)數(shù)據(jù)，與網(wǎng)絡保持不間斷的連接，這個過程稱為無線漫游。,3 藍牙通信的特點,工作在全球開放的2.4GHz ISM頻段； 使用跳頻頻譜擴展技術； 一臺藍牙設備可同時與其它七臺藍牙設備建立連接； 數(shù)據(jù)傳輸速率可達720kbit/s； 低功耗、通訊安全性好； 在有效范圍內(nèi)可越過障礙物進行連接，沒有特別的通訊視角和方向要求； 支持語音傳輸； 組網(wǎng)簡單方便,4 ZigBee技術,低功耗。在低耗電待機模式下，2節(jié)5號干電池可支持1個節(jié)點工作624個月，在相同條件下，藍牙能

16、工作數(shù)天，WiFi僅能工作數(shù)小時。 低成本。通過大幅簡化協(xié)議(不到藍牙協(xié)議的1/10)，降低了對通信控制器的要求，以51的8位單片機測算，全功能的主節(jié)點需要32 kb代碼，子功能節(jié)點只需4 kb代碼。 低速率。Zigbee工作速率為20250 kb/s，分別提供250 kb/s(2.4 GHz)、40 kb/s(915 MHz)和20 kb/s(868 MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應用需求。 低時延：針對時延敏感應用做了優(yōu)化，通信時延和從休眠狀態(tài)激活時延都非常短。設備搜索時延典型值為30ms，休眠激活時延典型值是15ms，活動設備信道接入時延為15ms；,4 ZigBee技術

17、,網(wǎng)絡容量大。Zigbee可采用星狀、樹狀及網(wǎng)狀網(wǎng)絡結構，由一個主節(jié)點管理若干子節(jié)點，一個主節(jié)點最多可管理254個子節(jié)點；同時主節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡節(jié)點管理，可組成多達65536個節(jié)點的大網(wǎng)。 傳輸距離10-75m之間，通過增大發(fā)射功率可使連接距離更遠。 安全性能高。Zigbee提供了3級安全模式，包括無安全設定、使用接入控制清單(ACL)、防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標準(AES128)的對稱密碼，可靈活確定其安全屬性。,4 ZigBee技術,采用直接序列擴頻技術,4 ZigBee技術,通信參考模型,4 ZigBee技術,三種類型設備 協(xié)調(diào)器 路由器 終端設備,4 ZigBee技術,網(wǎng)絡拓撲結構,4 ZigBee技術應用的領域,4 ZigBee技術應用的領域,工業(yè)領域：利用傳感器和ZigBee網(wǎng)絡，使得數(shù)據(jù)的自動采集、分析和處理變得更加容易。例如危險化學成分的檢測，火警的早期監(jiān)測和預報，遠程抄表等。這些應用不需要很高的數(shù)據(jù)吞吐量和連續(xù)的狀態(tài)更新，重點在低功耗和靈活的組網(wǎng)形式。 醫(yī)學領域：借助于各種傳感器和ZigBee網(wǎng)絡，準確且實時的檢測每個病人的血壓、體溫和心跳速度等信息，從而減少醫(yī)生查房的工作負擔，有助