认识工业控制网络-PPT资料

工业控制网络技术认识工业控制网络工业控制网络技术认识工业控制网络工业控制网络技术认识工业控制网络1.1工业自动控制系统历史工业自动控制系统一、模拟仪表控制系统（ACS）从20世纪50年代，模拟仪表和继电器进入工业生产领域。基地式仪表主要对单闭环系统实现较为简单的控制；继电器控制电路主要完成逻辑顺序控制。工业控制网络技术认识工业控制网络1.1工业自动控制系统历史二、直接数字控制系统（DDC）20世纪60年代，计算机用到工业控制。工业控制网络技术认识工业控制网络直接数字控制系统缺点：中心计算机的负担太重，当系统规模扩大时，实时性不能保证，所以系统规模不能很大；模拟信号传输，抗干扰能力差；系统功能集中，危险也集中，相当脆弱。1.1工业自动控制系统历史工业控制网络技术认识工业控制网络三、集散控制系统（DCS）20世纪70年代，又名分布式计算机控制系统。核心：“分散控制，集中管理”它既不同于分散的模拟仪表控制系统，又不同于集中式直接数字控制系统。具备通用性、系统组态灵活、控制功能完备、显示操作集中、人机界面友好、运行安全可靠的显著特点。1.1工业自动控制系统历史工业控制网络技术认识工业控制网络集散控制系统目前被广泛的应用，取得了良好的效果，但是它并未达到完美的程度。从结构上看，在系统的一个局部，或者子系统，基本上还是集中式控制，系统分散得不够彻底，集中式控制系统存在的问题没有从根本上得到解决。现场仍采用模拟信号，电缆较多，成本较高。各公司的DCS各有各的标准，不能实现互联。1.1工业自动控制系统历史工业控制网络技术认识工业控制网络四、现场总线控制系统（FCS）20世纪90年代，采用现场总线作为系统的底层控制网络，沟通生产过程现场仪表、控制设备及其与更高控制管理层次之间的联系，相互间可以直接进行数字通信。1.1工业自动控制系统历史工业控制网络技术认识工业控制网络FCS特点：1）FCS的信号传输实现了全数字化2）FCS系统结构是全分散式3）FCS的现场设备具有互操作性4）FCS的技术和标准实现了全开放5）FCS的环境适应性与总线供电1.1工业自动控制系统历史工业控制网络技术认识工业控制网络现场总线的国际标准一直未能统一，真正实现开放性远未达到。将以太网应用于工业自动控制系统的呼声越来越高，也就是使得控制和管理系统中的信息无缝衔接，真正实现“一网到底”。工业以太网工业以太网，就是指在以太网技术和TCP/IP技术的基础上开发出来的一种新的工业网络，是为了简化网络结构、方便设备互联而提出来的。1.1工业自动控制系统历史工业控制网络技术认识工业控制网络工业以太网的特点在工业领域中使用以太网会会带来很多好处：使用以太网要比其他现场总线容易以太网产品的价格比较低廉，使用以太网会降低成本以太网技术发展迅速，其技术之先进、功能之强大是其他现场总线所无法比拟的信息集成更加方便在工业应用中使用以太网，符合自动化系统的网络结构扁平化的必然趋势1.1工业自动控制系统历史工业控制网络技术认识工业控制网络1.2工业控制网络特点工业控制网络是3C技术——即计算机、通信和控制（Computer,CommunicationandControl）发展汇集成的结合点，是信息技术、数字化、智能化网络发展到现场的结果。1.应用于工业现场2.网络节点多为专业设备3.传输测控数据任务4.满足对控制的实时性要求5.满足工厂监控要求工业控制网络技术认识工业控制网络工业控制网络大体分为三个层面集散控制系统现场总线控制系统工业以太网工业控制网络技术认识工业控制网络集散控制系统是20世纪70年代中期发展起来的、以微处理器为基础的、实行集中管理、分散控制的计算机控制系统。由于该系统在发展初期以实行分散控制为主，因此又称为分散型控制系统或分布式控制系统(DistributedControlSystem，DCS)，简称为集散系统或DCS。早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络集散控制系统是控制技术(Control)、计算机技术(Computer)、通信技术(Communication)、阴极射线管(CRT)图形显示技术和网络技术(Network)相结合的产物，是一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层体系结构、局部网络通信的计算机综合控制系统，其目的在于控制或控制管理一个工业生产过程或工厂。早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络集散控制系统自问世以来，发展异常迅速,几经更新换代，技术性能日臻完善，并以其技术先进、性能可靠、构成灵活、操作简便和价格合理的特点，赢得了广大用户，巳被广泛应用于石油、化工、电力、冶金和轻工等工业领域。早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络1）集散控制系统产生的背景20世纪60年代初，人们开始将电子计算机用于过程控制，试图利用计算机所具有的能执行复杂运算、处理速度快、集中显示操作、易于通信、易于实现多种控制算法、易于改变控制方案、控制精度高等特点，来克服常规模拟仪表的局限性。一台计算机控制着几十甚至几百个回路，整个生产过程的监视、操作、报警、控制和管理等功能都集中在这台计算机上。一旦计算机的公共部分发生故障时，轻则造成装置或整个工厂停工，重则导致设备的损坏甚至发生火灾、爆炸等恶性事故，这就是所谓“危险集中”。早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络而采用一台计算机工作、另一台计算机备用的双机双工系统，或采用常规仪表备用方式，虽可提高控制系统的可靠性，但成本太高，如果工厂的生产规模不大，则经济性更差，用户难以接受。早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络20世纪70年代初，大规模集成电路的问世及微处理器的诞生，为新型控制系统的研制创造了物质条件。同时，CRT图形显示技术和数字通信技术的发展，为新型控制系统的研制提供了技术条件，现代控制理论的发展为新型控制系统的研制和开发提供了理论依据和技术指导。根据“危险分散”的设计思想，过去由一台大型计算机完成的功能，现在可以由几十台甚至几百台微处理机来完成。各微处理机之间可以用通信网络连接起来，从而构成一个完整的系统。早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络系统中的一台微处理机只需控制几个至几十个回路，即使某一微处理机发生故障，只影响它所控制的少数回路，而不会对整个系统造成严重影响，从而在很大程度上使危险分散。早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络1975年12月，美国霍尼威尔(Honeywell)公司正式向市场推出了世界上第一套集散控制系统——TDC-2000（TotalDistributedControl2000）系统，成为最早提出集散控制系统设计思想的开发商。TDC-3000系统构成图早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络2）集散控制系统的基本构成集中操作管理装置是人与DCS联系的接口，按其功能又可分为操作员工作站（简称操作站）、工程师工作站（简称工程师站）和监控计算机（又称上位机）等。通信系统（又称通信网络）是DCS的中枢，它将DCS的各部分连接起来构成一个整体。因此，操作员站、工程师站、监控计算机、现场控制站、数据采集站和通信系统等是构成DCS的最基本部分，如图所示。早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络(1)操作站操作站是操作人员对生产过程进行显示、监视、操作控制和管理的主要设备。操作站提供了良好的人机交互界面，用以实现集中监视、操作和信息管理等功能。在有的小DCS中，操作站兼有工程师站的功能，在操作站上也可以进行系统组态和维护的部分或全部工作。早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络(2)工程师站工程师站用于对DCS进行离线的组态工作和在线的系统监督、控制与维护。工程师能够借助于组态软件对系统进行离线组态，并在DCS在线运行时，可以实时地监视通信网络上各工作站的运行情况。早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络(3)监控计算机监控计算机通过网络收集系统中各单元的数据信息，根据数学模型和优化控制指标进行后台计算、优化控制等，它还用于全系统信息的综合管理。早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络(4)现场控制站现场控制站通过现场仪表直接与生产过程相连接，采集过程变量信息，并进行转换和运算等处理，产生控制信号以驱动现场的执行机构，实现对生产过程的控制。现场控制站可控制多个回路，具有极强的运算和控制功能，能够自主地完成回路控制任务，实现反馈控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制等功能。早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络(5)数据采集站数据采集站通过现场仪表直接与生产过程相连接，对过程非控制变量进行数据采集和预处理，并对实时数据进一步加工。为操作站提供数据，实现对过程的监视和信息存储；为控制回路的运算提供辅助数据和信息。早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络(6)通信系统通信系统连接DCS的各操作站、工程师站、监控计算机、控制站、数据采集站等部分，传递各工作站之间的数据、指令及其他信息，使整个系统协调一致地工作，从而实现数据和信息资源的共享。早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络综上所述，操作站、工程师站和监控计算机构成了DCS的人机接口，用以完成集中监视、操作、组态和信息综合管理等任务。现场控制站和数据采集站构成DCS的过程接口，用以完成数据采集与处理和分散控制任务。通信系统是连接DCS各部分的纽带，是实现集中管理、分散控制目标的关键。早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络3)集散控制系统的特点☞集散控制系统与常规模拟仪表及集中型计算机控制系统相比，具有十分显著的特点。早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络(1)系统构成灵活从总体结构上看，DCS可以分为通信网络和工作站两大部分，各工作站通过通信网络互连起来，构成一个完整的系统。工作站采用标准化和系列化设计，硬件采用积木搭接方式进行配置，软件采用模块化设计，系统采用组态方法构成各种控制回路，很容易对方案进行修改。用户可根据工程对象要求，灵活方便地扩大或缩小系统的规模。早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络(2)操作管理便捷DCS的集中监控管理装置无论采用专用人机接口系统还是通用PC机系统，操作人员都能通过高分辨率彩色显示器（CRTorLCD）和操作键盘及鼠标等，方便的监视生产装置乃至整个工厂的运行情况，快捷的操控各种机电设备；技术人员可按预定的控制策略组态不同的控制回路，并调整回路的某些常数；存储装置可以保存大量的过程历史信息和系统信息，打印机能打印出各种报告和报表，适应了现代化生产综合管理的要求。早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络(3)控制功能丰富DCS可以进行连续的反馈控制、间断的批量控制和顺序逻辑控制，可以完成简单控制和复杂的多变量模型优化控制，可以执行PID运算和Smith预估补偿等多种控制运算，并具有多种信号报警、安全联锁保护和自动开停车等功能。早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络(4)信息资源共享DCS采用局部区域网络(LocalAreaNetwork，LAN)把各工作站连接起来，实现数据、指令及其他信息的传输，使整个系统信息、资源共享。系统通信采用国际标准通信协议，便于系统间的互连，提高了系统的开放性。早期控制网络——集散控制工业控制网络技术认识工业控制网络(5)安装调试简单DCS的各单元都安装在标准机柜内，模件之间采用多芯电缆、标准化接插件相连；与过程连接时采用规格化端子板，到中控室操作站只需敷设同轴电缆进行数据传递，所以布线量大为减少，便于装配和更换。系统采用专用软件进行调试，并具有强大的自诊断功能，为故障判别提供准确的指导，维修迅速。早期控制网络——