計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)綜述

1第5章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)5.1概述5.2可編程控制器(PLC)5.3集散控制系統(tǒng)(DCS)5.4現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)5.5工業(yè)以太網(wǎng)5.6工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件5.7計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)25.1概述5.1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程組成，計(jì)算機(jī)包括硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)，生產(chǎn)過(guò)程包括被控對(duì)象、測(cè)量傳感器、執(zhí)行器等部分。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)框圖控制算法(計(jì)算機(jī))檢測(cè)元件、變送器工業(yè)控制計(jì)算機(jī)擾動(dòng)u(t)A/D轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換執(zhí)行器過(guò)程被控量r(t)c(t)生產(chǎn)過(guò)程+-給定值過(guò)程輸入輸出設(shè)備外部設(shè)備主機(jī)系統(tǒng)CPURAMROMCRT通訊接口人機(jī)接口打印機(jī)其它系統(tǒng)總線模擬量輸入（AI）模擬量輸出（AO）開(kāi)關(guān)量輸入（DI）開(kāi)關(guān)量輸入（DO）測(cè)量變送器執(zhí)行器電氣開(kāi)關(guān)電氣開(kāi)關(guān)被控生產(chǎn)對(duì)象常規(guī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)I/O系統(tǒng)（模塊或卡件）現(xiàn)場(chǎng)儀表被控對(duì)象硬件組成3系統(tǒng)軟件支持軟件應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)用于開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件的軟件。例如：匯編語(yǔ)言、高級(jí)語(yǔ)言、組態(tài)軟件等。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，需要了解并學(xué)會(huì)使用相應(yīng)的支持軟件，能夠根據(jù)系統(tǒng)要求編制開(kāi)發(fā)所需要應(yīng)用軟件。不同系統(tǒng)的支持軟件會(huì)有所不同針對(duì)特定要求而編制的控制和管理程序。不同控制設(shè)備的應(yīng)用軟件所具備的功能是不同的。軟件組成系統(tǒng)開(kāi)發(fā)最主要的兩個(gè)方面：

根據(jù)控制要求，開(kāi)發(fā)硬件系統(tǒng)

基于支持軟件，開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件455.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型類型操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制系統(tǒng)監(jiān)督控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)65.1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展發(fā)展歷程：數(shù)字計(jì)算機(jī)在過(guò)程控制中的應(yīng)用最早出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，直接數(shù)字控制(DDC)；1969年，可編程控制器(PLC)；1975年前后，集散控制系統(tǒng)(DCS)；20世紀(jì)90年代，總線控制系統(tǒng)(FCS)；過(guò)程自動(dòng)化(PA)、工廠自動(dòng)化(FA)、計(jì)算機(jī)集成過(guò)程控制(CIPS)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)和企業(yè)資源綜合規(guī)劃(ERP)。7計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)先進(jìn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)得到大力推廣與普及；智能控制系統(tǒng)得到深入研究與開(kāi)發(fā)；大力加強(qiáng)企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。85.2可編程控制器(PLC)5.2.1概述可編程邏輯控制器早期

功能簡(jiǎn)單、以邏輯控制為主

ProgrammableLogicalController——可編程序控制器

(可編程控制器)ProgrammableController——PC本義

PLC功能強(qiáng)大，已成為工業(yè)過(guò)程不可或缺的一類控制器9——PLC的產(chǎn)生原動(dòng)力——60年代末期，美國(guó)的汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展在PLC問(wèn)世以前，繼電器控制在順序控制領(lǐng)域中占有主導(dǎo)地位，但由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)工藝多變化的系統(tǒng)適應(yīng)性極差初衷——開(kāi)發(fā)新的可編程序的控制設(shè)備取代繼電器控制系統(tǒng)美國(guó)DEC于1969年根據(jù)通用公司的要求，研制出了世界上第一臺(tái)可編程序控制器PDP-14，并在的汽車(chē)生產(chǎn)線上獲得成功應(yīng)用在經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，PLC及PLC網(wǎng)絡(luò)成為了工廠企業(yè)中不可或缺的一類工業(yè)控制裝置?？煽啃愿?、抗干擾能力強(qiáng)功能完善，通用靈活編程簡(jiǎn)單、使用方便被譽(yù)為“專為適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)”的通用控制器此外，PLC還具有接線簡(jiǎn)單、系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短、體積小、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化等特點(diǎn)，使得PLC在設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)上具有其它許多控制器所無(wú)法相比的優(yōu)越性。10——PLC的分類按地域范圍美國(guó)流派歐洲流派日本流派

按結(jié)構(gòu)一體化模塊化通信接口I/O接口ROMRAM電池CPU上位機(jī)……電源AODOAIDI執(zhí)行器測(cè)量?jī)x表其它外設(shè)……總線連接器電源模塊CPU模塊通信模塊I/O模塊DIN導(dǎo)軌模塊DIN導(dǎo)軌按廠家分類占有較大市場(chǎng)份額、較有影響的公司和PLC有：SIEMENS公司S7系列(90年代以來(lái)，S5系列80年代),主要有

S7－200系列：小型PLC S7－300系列：中型PLC S7－400系列：大型PLCOMRON公司

大、中、小、微均有，特別在中、小、微上更具特長(zhǎng)GE－FANAC、施奈德、ABB、AB、三菱、富士公司等都生產(chǎn)PLC，并有一定的地位。國(guó)內(nèi)PLC廠家規(guī)模多不大，影響力還有待于提高。例如無(wú)錫華光的SR系列PLC、和利時(shí)公司于2004年推出完全自主生產(chǎn)的小型一體化PLC－HOLLiAS-LEC等等，一般國(guó)產(chǎn)PLC在價(jià)格上很有優(yōu)勢(shì)。11PLC產(chǎn)品很多，不同的PLC在結(jié)構(gòu)特征上各不相同，但絕大多數(shù)PLC的工作原理都基本相同。其它外設(shè)單元通信接口輸入接口CPU存儲(chǔ)器輸出接口電源檢測(cè)儀表執(zhí)行器編程器、

PLC、IPC、OP……電源模塊CPU模塊通信接口模塊I/O模塊I/O模塊智能I/O模塊……系統(tǒng)總線電源線中央處理單元CPUI/O接口模擬量輸入模塊模擬量輸出模塊開(kāi)關(guān)量輸入模塊開(kāi)關(guān)量輸出模塊智能模塊接口和擴(kuò)展接口模塊電源模塊編程工具5.2.2PLC的基本組成12CPU——PLC的核心基本功能——

通過(guò)輸入裝置讀入外設(shè)的信號(hào)和狀態(tài)，用戶程序根據(jù)輸入信號(hào)、狀態(tài)進(jìn)行處理，處理結(jié)果通過(guò)輸出裝置去控制外設(shè)。串口(RS-232.RS485)/EtherNet/Profibus-DP/其他通信方式如：S7CPU31x——MPI(187.5kbps)S7CPU31x－2——MPI(187.5kbps)、Profibus-DP(≤12Mbps)網(wǎng)絡(luò)功能*通信速率應(yīng)與系統(tǒng)規(guī)模相匹配。重點(diǎn)指標(biāo)：內(nèi)置存儲(chǔ)器容量、存儲(chǔ)器擴(kuò)展能力、IO集成能力、運(yùn)算速度……13I/O接口模塊CRT、鍵盤(pán)……計(jì)算機(jī)系統(tǒng)AIDIAODO被控過(guò)程（對(duì)象）被控變量操作變量…………I/O模塊的主要類型包括：模擬量輸入模塊（AI） 模擬量輸出模塊（AO） 開(kāi)關(guān)量輸入模塊（DI） 開(kāi)關(guān)量輸出模塊（DO）14模擬量輸入模塊(A/D、AI)將現(xiàn)場(chǎng)儀表輸出的(標(biāo)準(zhǔn))模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào).變送器：

溫度壓力流量液位成份傳感器：熱電阻熱電偶

……模擬信號(hào)4～20mA0～10mA1～5VDCmV、Ω……模數(shù)轉(zhuǎn)換(AI)端口(地址)數(shù)字信號(hào)0～40950～1023……存儲(chǔ)器數(shù)字信號(hào)0～40950～1023……工程化轉(zhuǎn)換工程量0～100℃0～400KPa……軟件實(shí)現(xiàn)檢測(cè)儀表硬件濾波如：RC濾波軟件濾波，如：中值濾波、軟件RC濾波，……15A/D模塊的主要性能指標(biāo)分辨力――A/D接口變化一個(gè)LSB（二進(jìn)制最低有效位）時(shí)輸入模擬量的最小變化量例：12位A/D轉(zhuǎn)換器，輸入范圍0～10VDC，分辨力＝10/212＝2.44mV（通常分辨率以輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)來(lái)表示：10位、12位分辨率）轉(zhuǎn)換時(shí)間――從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間信號(hào)的隔離輸入信號(hào)類型――單極性、雙極性、信號(hào)范圍、信號(hào)制目前，多為萬(wàn)能輸入模塊，一般允許輸入各種類型電信號(hào)16輸入信號(hào)類型型號(hào)通道數(shù)分辨率轉(zhuǎn)換時(shí)間輸入信號(hào)范圍PCL－8168(差)16(單)16位8.5s0~10V、0~5V、0~2.5V、0~1.25V（單）10V、5V、2.5V、1.25V（差）PCL－8188(差)16(單)12位8s0~10V、0~5V、0~2V、0~1V（單）10V、5V、2.5V、1V、0.5V（差）SM3317KF01－0AB084()12位20ms80mV/10M、250mV、500mV、1V、2.5V、5V、1~5V、10V、10mA、3.2mA、20mA、0~20mA、4~20mA、E、N、J、K型熱電偶、Pt100等······SM3317KB01－0AB021()）12位20ms17模擬量輸出模塊（D/A、AO）將計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場(chǎng)儀表可接收的4~20mA等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)調(diào)節(jié)閥變頻器……執(zhí)行器控制信號(hào)4～20mA0～10mA1～5VDC0～10VDC……數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)端口(地址)數(shù)字信號(hào)0～40950～1023……存儲(chǔ)器工程量0～100％……軟件實(shí)現(xiàn)工程化反變換數(shù)字信號(hào)0～40950～1023……18D/A模塊的主要性能指標(biāo)分辨力――二進(jìn)制變化一個(gè)LSB（最低有效位）時(shí)D/A輸出模擬量的最小變化量（通常分辨率以輸入二進(jìn)制數(shù)地位數(shù)來(lái)表示：10位、12位D/A轉(zhuǎn)換器）建立時(shí)間――當(dāng)輸入數(shù)字量變化時(shí)，輸出的模擬信號(hào)穩(wěn)定在相應(yīng)的數(shù)值范圍之內(nèi)（0.5xLSB）所經(jīng)歷的時(shí)間輸出信號(hào)類型――電流、電壓及輸出范圍19信號(hào)輸出類型型號(hào)通道數(shù)分辨率建立時(shí)間非線性誤差輸出信號(hào)范圍PCL－726612位＜70s0.5LSB0~10V、0~5V（單）10V、5V（差）PCL－7271212位＜40s1LSBSM3325HD01－0AB0412位單11位雙＜0.8ms電壓：0.5％電流：0.6％1~5V、10V、0～10V、20mA、0~20mA、4~20mASM3325HB01－0AB0212位單11位雙＜0.8ms20

開(kāi)關(guān)量輸入模塊（DI）將現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程來(lái)的（“1”/“0”）轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)內(nèi)部的二進(jìn)制標(biāo)準(zhǔn)電平Vi數(shù)字量信號(hào)類型：3種類型直流電壓*交流電壓*無(wú)源接點(diǎn)+24VDC24VAC輸出直流電壓輸入模塊交流電壓輸入模塊外接電源21

開(kāi)關(guān)量輸出模塊（DO）將CPU內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成過(guò)程所需要的外部信號(hào)電平驅(qū)動(dòng)電磁閥、繼電器、接觸器、指示燈、小型電機(jī)等各種負(fù)載設(shè)備。信號(hào)類型：晶體管輸出(直流)/晶閘管輸出(交流)/繼電器輸出(無(wú)源接點(diǎn))轉(zhuǎn)換過(guò)程：現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)電平和格式的轉(zhuǎn)換光電隔離輸出緩沖區(qū)（映像區(qū)）直流輸出交流輸出觸點(diǎn)輸出速度壽命安全性靈活性√×Ｏ√×Ｏ√ＯＯ22PLC一般配有開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源（24VDC）供內(nèi)部電路使用。重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題：（1）功率：正常工作的時(shí)候，要有30%的余量（2）多電源：接地電源模塊實(shí)際需求－－配置系統(tǒng)－－硬件集成－－軟件開(kāi)發(fā)－－調(diào)試投運(yùn)……通信接口電源模塊

I/O模塊

CPU23工作方式：分時(shí)操作、循環(huán)順序掃描CPU從首條指令開(kāi)始順序逐條地執(zhí)行，到用戶程序結(jié)束，然后開(kāi)始新一輪掃描掃描過(guò)程：⑴上電初始化

⑵硬件掃描分析

⑶數(shù)據(jù)I/O操作

⑷用戶程序的掃描⑸外設(shè)端口服務(wù)掃描周期：每一次掃描所用的時(shí)間PLC掃描周期與PLC的硬件特性和用戶程序長(zhǎng)短有關(guān)，典型值一般為幾十ms復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器元件狀態(tài)的清零或復(fù)位、檢查I/O單元的連接等上電初始化檢查存儲(chǔ)器、硬件單元正確？Y執(zhí)行用戶程序數(shù)據(jù)I/O操作置位故障標(biāo)志顯示故障指示燈性質(zhì)？N報(bào)警錯(cuò)誤外設(shè)端口服務(wù)5.2.3PLC工作原理5.2.3.1PLC的工作過(guò)程24I/O操作示意圖2526CPU的存儲(chǔ)區(qū)輸入，輸出過(guò)程映像（I/Q)變量存儲(chǔ)器,位存儲(chǔ)區(qū)（V/M）定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，高速計(jì)數(shù)器（T/C/HC）累加器(AC),特殊寄存器(SM),順序控制繼電器(S)局部存儲(chǔ)器(L)模擬量輸入，模擬量輸出（AI,AQ)5.2.3.2PLC的內(nèi)部資源與尋址方式27數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中存取方式1.位，字節(jié)，雙字2.數(shù)據(jù)的存取方式直接尋址

按照字節(jié)(B)，字(W)，雙字(DW)方式存取V,I,Q,M,S,SM存儲(chǔ)器；舉例：VB100,VW100(VB100,VB101),VD100(VB100,VB101,VB103,VB104)285.2.4PLC的編程語(yǔ)言與程序結(jié)構(gòu) IEC61131-3為PLC規(guī)定了5種標(biāo)準(zhǔn)的編程語(yǔ)言，分為圖形化和文本化編程語(yǔ)言兩類。圖形化編程語(yǔ)言：梯形圖(LD：LadderDiagram)、功能塊圖(FBD：FunctionBlockDiagram)、順序功能圖(SFC：SequentialFunctionChart)。文本化編程語(yǔ)言：指令表(IL：InstructionList)和結(jié)構(gòu)化文本(ST：StructuredText)。 其中梯形圖是PLC編程的最基本語(yǔ)言，并被大多數(shù)PLC廠家采用。

5.2.4.1編程語(yǔ)言與程序結(jié)構(gòu)

梯形圖（LadderDiagram，LAD）CSB1SB2SB3C（A）電氣控制梯形圖電源線并聯(lián)串聯(lián)I0.0Q0.0Q0.0I0.1I0.2（B）PLC梯形圖起始母線結(jié)束母線PLC梯形圖按從左到右、自上而下的順序排列，左起起始母線，右至結(jié)束母線。沿用了繼電器、串并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和類似的圖形符號(hào)，是多數(shù)PLC的第一用戶語(yǔ)言。PLC梯形圖的編程元素主要有：、、等分別表示:常開(kāi)觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)、繼電器線圈等29邏輯功能圖邏輯功能圖是在數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出的一種圖形編程語(yǔ)言，它采用了數(shù)字電路的圖符，用“與”、“或”、“非”等邏輯組合來(lái)描述控制功能語(yǔ)句表是一種類似于匯編語(yǔ)言的助記符編程語(yǔ)言A(I0.0OQ3.0)ANI0.1ANI0.2=Q3.0語(yǔ)句表30315.2.4.2PLC的指令系統(tǒng)及編程環(huán)境1)PLC的指令系統(tǒng)

S7-200PLC的指令系統(tǒng)中可分為位操作指令、數(shù)據(jù)處理指令、運(yùn)算指令、轉(zhuǎn)換指令、程序控制指令和特殊指令等。2)PLC的編程環(huán)境 每個(gè)PLC生產(chǎn)廠家都提供了相應(yīng)的編程軟件，支持IEC61131-3規(guī)定的幾種或全部編程語(yǔ)言。32S7-200PLC系統(tǒng)的編程S7-200PLC由基本單元（S7-200CPU模塊）、擴(kuò)展單元、個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）或編程器、STEP7-Micro/WIN32編程軟件以及通信電纜等組成。CPU為80586或更高的處理器，16MB內(nèi)存（最低要求為：CPU80486，8MB內(nèi)存）；VGA顯示器（分辨率1024×768像素）；硬盤(pán)空間至少50MB；MicrosoftWindows所支持的鼠標(biāo)。使用PC/PPI電纜可將計(jì)算機(jī)與PLC相連接。

33STEP7-Micro/WIN32編程軟件

STEP7-Micro/WIN32窗口組件

S7-200常見(jiàn)梯形圖指令NOTPN常開(kāi)觸點(diǎn)常閉觸點(diǎn)取反立即常開(kāi)正跳變負(fù)跳變立即常閉（）（R）（RI）（）Ｉ（）S（）SI輸出立即輸出置位立即置位復(fù)位立即復(fù)位34PLC的程序結(jié)構(gòu)PLC的程序結(jié)構(gòu)

S7-200CPU的控制程序由主程序，子程序和中斷程序組成；主程序：(OB1)每個(gè)項(xiàng)目只有一個(gè)主程序，在主程序中可以調(diào)用子程序和中斷程序；子程序：可選的指令的集合，僅在被其他程序調(diào)用時(shí)執(zhí)行。中斷程序：中斷程序不是被主程序調(diào)用，他們?cè)谥袛嗍录l(fā)生時(shí)由操作系統(tǒng)調(diào)用；35365.2.5PLC典型指令編程應(yīng)用5.2.5.1PLC的基本控制電路起動(dòng)、保持和停止電路怎么接線？37電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路圖(a)PLC雙向控制接線圖(b)梯形圖38單按鈕啟停電機(jī)要求：有一個(gè)無(wú)自鎖啟動(dòng)按鈕、一個(gè)無(wú)自鎖停止按鈕，按動(dòng)啟動(dòng)按鈕，電機(jī)M1運(yùn)轉(zhuǎn)，過(guò)10s鐘電機(jī)M2運(yùn)轉(zhuǎn)，按動(dòng)停止按鈕，電機(jī)M1、M2同時(shí)停止。KM1B1KM1KTKM2B2KT10SM13~M23~KM1KM2Q5.2.5.2電機(jī)控制用繼電器控制：39KM1KM2～COM220VACQ0.0Q0.1輸入繼電器線圈輸出觸點(diǎn)內(nèi)部繼電器觸點(diǎn)內(nèi)部輸出繼電器線圈PLC控制程序（梯形圖）輸入部分輸出部分控制部分B2I0.1B1I0.0COM24VDCI0.0I0.1Q0.0Q0.0Q0.1()(SS)T1S5T#10S(R)T1Q0.0Q0.0T1()用PLC控制40KM1KM2～COM220VACQ0.0Q0.1輸入繼電器線圈輸出觸點(diǎn)B2I0.1B1I0.0COM24VDCI0.0I0.1Q0.0Q0.0Q0.1()(SS)T1S5T#10S(R)T1Q0.0Q0.0T1()KM1B1B2KM1KT10SKTKM2PLC(S7－300)B2I0.1B1I0.0COM24VDCKM1KM2～COM220VACQ0.0Q0.141425.2.5.3鍋爐引風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)的控制

鍋爐燃料的燃燒需要充分的氧氣，引風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)為鍋爐燃料的燃燒提供氧氣。在鍋爐點(diǎn)火時(shí)，首先引風(fēng)機(jī)起動(dòng)，延時(shí)8s后鼓風(fēng)機(jī)起動(dòng)。停止時(shí)，按停止按鈕，鼓風(fēng)機(jī)先停，8S后引風(fēng)機(jī)停。輸入/輸出點(diǎn)分配輸入點(diǎn)：起動(dòng)/停止按鈕I0.0/I0.1輸出點(diǎn)：引風(fēng)機(jī)/鼓風(fēng)機(jī)控制接觸器Q0.0/Q0.143引風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)啟、停控制梯形圖按起動(dòng)按鈕I0.0，Q0.0得電并自鎖，引風(fēng)機(jī)起動(dòng)。同時(shí)T37開(kāi)始計(jì)時(shí)，8S后T37觸點(diǎn)閉合，Q0.1得電并自鎖，鼓風(fēng)機(jī)起動(dòng)。按停止按鈕I0.1，Q0.1(鼓風(fēng)機(jī))斷電停止，同時(shí)M0.0得電并自鎖，T38開(kāi)始計(jì)時(shí)，8s后T38觸點(diǎn)打開(kāi)，Q0.0(引風(fēng)機(jī))斷電停止。445.2.5.4模擬量控制

現(xiàn)代PLC保持其強(qiáng)大的開(kāi)關(guān)量控制能力的同時(shí)，亦具備了模擬量信號(hào)檢測(cè)、運(yùn)算及輸出控制（PID）能力；PLC在模擬量控制上富有特色，具有配置靈活、通用性好、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。特別是在開(kāi)關(guān)量、模擬量混合控制的系統(tǒng)上更顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性。45PLC中PID控制器的實(shí)現(xiàn)S7-200PLC的PID指令某PLC的PID指令進(jìn)行PID運(yùn)算的9個(gè)參數(shù)：過(guò)程變量當(dāng)前值PVn給定值SPn增益KC采樣時(shí)間TS積分時(shí)間TI微分時(shí)間TD積分項(xiàng)前值MX過(guò)程變量前值PVn-1

輸出值Mn46

回路表格式

36個(gè)字節(jié)

9個(gè)參數(shù)*****47PID指令編程舉例

水箱由水泵供水維持水箱的水位（0.75）控制水泵速度維持0.75水位變化的速度v變化的速度vPID參數(shù)：KC=0.25，TS=0.1s，T1=30min，TD=0。48手動(dòng)方式啟動(dòng)時(shí)關(guān)閉出水口打開(kāi)控制開(kāi)關(guān)（編址I0.0）用手動(dòng)方式控制水泵速度使水位達(dá)到滿水位的75%49手動(dòng)方式自動(dòng)方式控制開(kāi)關(guān)自動(dòng)方式：打開(kāi)出水口，合上控制開(kāi)關(guān)（I0.0）水泵控制從手動(dòng)方式切換到自動(dòng)方式（無(wú)擾動(dòng)切換）水箱水位PID控制程序

5051MAIN調(diào)用初始化子程序52SPnKCTSTITD填入5個(gè)參數(shù)，設(shè)置定時(shí)中斷SBR_053AIW0：INT→DINT→REAL→（0.0-1.0)→VD100執(zhí)行PID指令

無(wú)擾動(dòng)切換

:Mn、SPn、PVn-1、MX⑥⑦⑧⑨INT_054INT_0(續(xù)）Mn(0.0-1.0)→刻度化(REAL)→DINT→INT→AQW055PID指令的編程方法總結(jié)1．程序結(jié)構(gòu)：采用主程序、子程序、中斷程序的結(jié)構(gòu)形式2．子程序：組態(tài)編程：將5個(gè)參數(shù)（SPn、KC、TS、TI、TD）填入回路表設(shè)置定時(shí)中斷，以便周期地執(zhí)行PID指令。3．中斷程序?qū)⒂葾/D模塊提供的過(guò)程變量（PVn）轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)數(shù)（0.0~1.0）并填入回路表。設(shè)置PID指令的無(wú)擾動(dòng)切換的條件（例I0.0）執(zhí)行PID指令，使系統(tǒng)由手動(dòng)方式無(wú)擾動(dòng)地切換到自動(dòng)方式將參數(shù)Mn、SPn、PVn-1、MX先后填入回路表，完成回路表的組態(tài)編程。周期地執(zhí)行PID指令。將PID運(yùn)算輸出的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)數(shù)值（Mn）→刻度化→INT→A/D模塊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的控制。5.3.1概述集散控制系統(tǒng)DCS是隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的不斷興起和過(guò)程控制要求的日益復(fù)雜應(yīng)運(yùn)而生的綜合控制系統(tǒng)。DistributedControlSystem——DCSDCS可直譯為“分布式控制系統(tǒng)”“集散控制系統(tǒng)”是按中國(guó)人習(xí)慣理解而稱謂的。DCS的主要特征是它的集中管理和分散控制它采用危險(xiǎn)分散、控制分散，而操作和管理集中的基本設(shè)計(jì)思想，多層分級(jí)、合作自治的結(jié)構(gòu)形式DCS在電力、冶金、石油、化工、制藥等各種領(lǐng)域都得到了極其廣泛的應(yīng)用。5.3集散控制系統(tǒng)(DCS)56DCS的結(jié)構(gòu)經(jīng)營(yíng)管理級(jí)生產(chǎn)管理級(jí)控制管理級(jí)過(guò)程控制級(jí)根本：管理集中和控制分散具體表現(xiàn)在：分級(jí)遞階結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)儀表，各種檢測(cè)儀表、執(zhí)行器……DCS必不可少的兩級(jí)57分級(jí)遞階結(jié)構(gòu)通常分為：直接控制級(jí)、過(guò)程管理級(jí)、生產(chǎn)管理級(jí)、經(jīng)營(yíng)管理級(jí)各級(jí)從“上級(jí)”獲取指示，從“下級(jí)”獲取信息，產(chǎn)生對(duì)“下級(jí)”的控制。直接控制經(jīng)營(yíng)管理生產(chǎn)管理過(guò)程管理連續(xù)過(guò)程間歇過(guò)程離散過(guò)程經(jīng)營(yíng)管理級(jí)居于工廠自動(dòng)化系統(tǒng)的最高一層，負(fù)責(zé)全廠廣泛的工程、經(jīng)濟(jì)、商務(wù)、人事以及其它的工作。如：市場(chǎng)分析、銷售和生產(chǎn)計(jì)劃······過(guò)程管理級(jí)主要功能包括回路組態(tài)、優(yōu)化控制、性能監(jiān)視、故障監(jiān)測(cè)、記錄、報(bào)警……生產(chǎn)管理主要完成生產(chǎn)規(guī)劃，生產(chǎn)監(jiān)視，根據(jù)用戶訂單、庫(kù)存、能耗約束、能耗需求等指標(biāo)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度。在許多DCS中，這級(jí)就充當(dāng)最高管理層。直接控制級(jí)主要功能包括現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、過(guò)程監(jiān)視、故障診斷，控制輸出、安全性能和冗余性能的實(shí)施……在很多情況下，功能層次和物理層次不一定完全相同，常常將2個(gè)或多個(gè)功能層上的任務(wù)或部分任務(wù)壓縮到一個(gè)物理層次上去實(shí)現(xiàn)，這使DCS得以大大簡(jiǎn)化。

58DCS的特點(diǎn)DCS采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化的設(shè)計(jì)思想，以通訊網(wǎng)絡(luò)為紐帶，具有操作管理集中、控制相對(duì)分散特征的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。其特點(diǎn)可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行歸納：協(xié)調(diào)性

實(shí)時(shí)高可靠的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)使整個(gè)系統(tǒng)信息共享，相互間具有充分的協(xié)調(diào)性。自主性

系統(tǒng)上各子系統(tǒng)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口連接起來(lái)的，各子系統(tǒng)能自主運(yùn)行。高可靠性

廣泛應(yīng)用高可靠性的硬件設(shè)備和生產(chǎn)工藝、廣泛采用冗余技術(shù)、廣泛實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)和自動(dòng)處理技術(shù)等是保證DCS高可靠性的主要手段。靈活性

DCS采用標(biāo)準(zhǔn)化、積木式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由組態(tài)軟件來(lái)編輯并解釋生成內(nèi)部可理解的控制目標(biāo)，并可隨時(shí)進(jìn)行在線修改、擴(kuò)充和加載。靈活的配置可適應(yīng)不同控制要求。59采用高可靠性技術(shù)高可靠性是DCS發(fā)展的生命，當(dāng)今大多數(shù)DCS的MTBF(平均失效間隔)達(dá)10萬(wàn)小時(shí)以上，MTTR(平均恢復(fù)時(shí)間)一般只有5min左右。硬件工藝、冗余、容錯(cuò)是提高可靠性的主要措施。

在硬件設(shè)計(jì)上，各級(jí)控制單元、過(guò)程接口、電源、通信接口、內(nèi)部通信總線和系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)等均可采用冗余化配置在軟件設(shè)計(jì)上，則廣泛采用了容錯(cuò)技術(shù)、故障的智能化自檢和自診斷等技術(shù)，以提高系統(tǒng)的整體可靠性。60DCS的發(fā)展趨勢(shì)客觀的評(píng)價(jià)：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，DCS表現(xiàn)出十分優(yōu)越的性能，將工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化提高到一個(gè)新的水平。好的一面：傳統(tǒng)DCS基于模擬儀表，模擬儀表的單一功能使得：

過(guò)程監(jiān)控站仍是集中的；（半分散）現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的檢測(cè)、傳輸與控制還是保留了與常規(guī)儀表相同的方式，即以4～20mA模擬方式傳輸。存在的問(wèn)題是：

精度低、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償能力差、無(wú)自診斷功能；同時(shí)由于各DCS開(kāi)發(fā)商生產(chǎn)自己的專用平臺(tái)，使得：

不同廠商的DCS之間不兼容、互操作性差不好的一面：?jiǎn)栴}1問(wèn)題2問(wèn)題361向開(kāi)放式系統(tǒng)發(fā)展(針對(duì)問(wèn)題3)

智能變送器、遠(yuǎn)程I/O和現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展，進(jìn)一步使現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控功能下移分散

(針對(duì)問(wèn)題1)

DCS、PLC、PCCS相互滲透融合，形成數(shù)字化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化的分布式控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線集成于DCS系統(tǒng)是現(xiàn)階段控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)

①現(xiàn)場(chǎng)總線于DCS系統(tǒng)I/O總線上的集成

②現(xiàn)場(chǎng)總線于DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層的集成

③現(xiàn)場(chǎng)總線通過(guò)網(wǎng)關(guān)與DCS系統(tǒng)并行集成

DCS的發(fā)展趨勢(shì)62

控制層網(wǎng)絡(luò)管理層網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)Web服務(wù)器

操作站

工程師站

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)冗余網(wǎng)絡(luò)5.3.2DCS的硬件體系結(jié)構(gòu)63DCS的層次結(jié)構(gòu)中，最低級(jí)是與生產(chǎn)過(guò)程直接相連的過(guò)程控制級(jí)。在不同的DCS中，過(guò)程控制級(jí)所采用的裝置結(jié)構(gòu)形式大致相同，但名稱各異，如過(guò)程控制單元、現(xiàn)場(chǎng)控制站、過(guò)程監(jiān)測(cè)站、基本控制器、過(guò)程接口單元等，在這里，我們統(tǒng)稱現(xiàn)場(chǎng)控制單元FCU(或控制站）。FCU實(shí)現(xiàn)了DCS的分散控制功能，是DCS的核心部分。過(guò)程管理級(jí)由工程師站、操作員站、管理計(jì)算機(jī)和顯示裝置組成直接完成對(duì)過(guò)程控制級(jí)的集中監(jiān)視和管理，通常稱為操作站。DCS的生產(chǎn)管理級(jí)、經(jīng)營(yíng)管理級(jí)是由功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，沒(méi)有更多的硬件構(gòu)成，這里不作闡述。

64組態(tài)的概念DCS的硬件和軟件，都是按模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的DCS的開(kāi)發(fā)實(shí)際上就是：將系統(tǒng)提供的各種基本模塊（軟件、硬件兩方面）按實(shí)際的需要組合為一個(gè)系統(tǒng)，這個(gè)過(guò)程稱為系統(tǒng)的組態(tài)。65以典型的中小型DCS－CENTUM-μXL為例論述FCU和操作站的硬件構(gòu)成665.3.2.1現(xiàn)場(chǎng)控制單元FCU現(xiàn)場(chǎng)控制單元一般遠(yuǎn)離控制中心，安裝在靠近現(xiàn)場(chǎng)的地方，以消除長(zhǎng)距離傳輸?shù)母蓴_（當(dāng)然，也有安裝在控制室的）。其高度模塊化結(jié)構(gòu)可以根據(jù)過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制的需要配置成由幾個(gè)監(jiān)控點(diǎn)到數(shù)百個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的規(guī)模不等的過(guò)程控制單元。它的結(jié)構(gòu)是許多功能分散的插板（或稱模件）、插板箱，各箱又分層地插入機(jī)柜。67——現(xiàn)場(chǎng)控制單元的功能在DCS中，F(xiàn)CU具有如下功能：①完成來(lái)自變送器的信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，有必要時(shí)，要對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行校正、非線性補(bǔ)償、單位換算、上下限報(bào)警以及累計(jì)量的計(jì)算等。②通過(guò)其中的軟件組態(tài)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)施各種控制，包括反饋控制和順序控制……③現(xiàn)場(chǎng)控制單元具有很強(qiáng)的自治能力，可單獨(dú)運(yùn)行685.3.2.2操作站操作站（MOPS/MOPL）顯示并記錄來(lái)自各控制單元的過(guò)程數(shù)據(jù)，是人與生產(chǎn)過(guò)程的操作接口。通過(guò)操作人/機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)男畔⑻幚砗蜕a(chǎn)過(guò)程操作的集中化。

HMI——HumanMachineInterface69DCS的操作站通常具有功能：顯示功能、報(bào)警功能、操作功能、報(bào)表打印功能、組態(tài)和編程功能等等。

操作站結(jié)構(gòu)組成典型的操作站包括：主機(jī)系統(tǒng)

顯示設(shè)備

鍵盤(pán)輸入設(shè)備

信息存儲(chǔ)設(shè)備

打印輸出設(shè)備

操作站的主機(jī)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)直接操作、系統(tǒng)生成和診斷等功能，在同一系統(tǒng)中最多可連接5臺(tái)操作站。有的DCS配備一個(gè)工程師站，用來(lái)生成目標(biāo)系統(tǒng)的參數(shù)等。多數(shù)系統(tǒng)的工程師站和操作員站合在一起，僅用一個(gè)工程師鍵盤(pán)，起到工程師站的作用。

主要顯示設(shè)備是彩色CRT，或者是觸摸屏。

鍵盤(pán)分為操作員鍵盤(pán)和工程師鍵盤(pán)兩種。操作和監(jiān)視用的操作員鍵盤(pán)，采用防水、防塵結(jié)構(gòu)的專用鍵盤(pán)。工程師鍵盤(pán)用于系統(tǒng)工程師的編程和組態(tài)，類似于PC機(jī)鍵盤(pán)。

存儲(chǔ)器、軟硬盤(pán)等

打印輸出設(shè)備就是指打印機(jī)，主要用于打印生產(chǎn)記錄報(bào)表、報(bào)警列表和拷貝流程畫(huà)面。

70DCS向FCS的演變IPC、PLC……I/O子系統(tǒng)…………Controller/GatewayFieldbus5.4.1概述5.4現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS71傳統(tǒng)控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)儀表(I/O)控制器一對(duì)一連接4~20mA0~10mA24VDC……80年代開(kāi)始智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備普遍應(yīng)用a.包含CPUb.能直接數(shù)字通信c.具有很強(qiáng)的功能例如，智能化變送器除了具有常規(guī)意義上的信號(hào)測(cè)量和變送功能以外，往往它還具有自診斷、報(bào)警、在線標(biāo)定甚至PID運(yùn)算等功能……智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與主機(jī)系統(tǒng)間待傳輸?shù)男畔⒘考眲≡黾印，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的初始想法：設(shè)想全部或大部分現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都具有直接進(jìn)行通信的能力，并具有統(tǒng)一的通信協(xié)議，只需一根通信電纜就可將分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接起來(lái)，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控。72

73作為新一代控制系統(tǒng)：一方面：采用了基于開(kāi)放式、標(biāo)準(zhǔn)化的通信技術(shù)，克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷；另一方面：形成了全數(shù)字、全分散的系統(tǒng)架構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)體系通信總線在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的延伸生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

位于的底層5.4.2現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化概況74基本情況——現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在歷經(jīng)了群雄并起，分散割據(jù)的初始階段后，盡管已有一定范圍的磋商合并，但由于行業(yè)與地域發(fā)展等歷史原因，加上各公司和企業(yè)集團(tuán)受自身利益的驅(qū)使，致使現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)工作進(jìn)展緩慢，至今尚未形成完整統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

1999年形成了一個(gè)由8個(gè)類型組成的IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158成了國(guó)際上制訂時(shí)間最長(zhǎng)、意見(jiàn)分歧最大的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之一IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)由于一開(kāi)始沒(méi)有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致：現(xiàn)場(chǎng)總線種類多，二百多種，常見(jiàn)的也有三、四十種1999年IEC61158共包含8種類型IEC61158Type1：TS61158Type2：ControlNetEthernet/IPType3：ProfibusType4：P－NetType5：FFHSEType6：SwiftNETType7：WorldFIPType8：InterbusType9：FFH1Type10：ProfiNetType14：EPA2003年4月增加2種，共10種(第三版)后來(lái)又通過(guò)4種現(xiàn)場(chǎng)總線：ASI(ActorSenseInterface)、DeviceNet、SDS、CAN2006年3月第四版標(biāo)準(zhǔn)增加了EPA因此不同現(xiàn)場(chǎng)總線難以混用，現(xiàn)場(chǎng)總線的開(kāi)放性、互操作性、互換性等優(yōu)勢(shì)難以體現(xiàn)，這種趨勢(shì)仍將繼續(xù)。7576※IEC61158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)只是一種模式，8種類型都是平等的※IEC標(biāo)準(zhǔn)的其中Type2～Type8需要對(duì)Type1提供接口，而標(biāo)準(zhǔn)本身不要求Type2～Type8之內(nèi)提供接口，用戶在應(yīng)用各類型時(shí)仍可使用各自的行規(guī)，其目的就是為了保護(hù)各自的利益。IEC61158Type1：IEC61158技術(shù)報(bào)告★Type2：ControlNetType3：Profibus★Type4：P－NetType5：FFHSE★Type6：SwiftNETType7：WorldFIPType8：Interbus以上8種總線采用完全不同的通信協(xié)議！77類型名稱內(nèi)容1IEC61158技術(shù)規(guī)范即FFH1物理層：H1（現(xiàn)場(chǎng)級(jí)）低速31.25kbps，STP，1900米

H2（過(guò)程控制級(jí)）高速1/2.5Mbps，STP，750/500米數(shù)據(jù)鏈路層：LAS（鏈路活動(dòng)調(diào)度器）應(yīng)用層：客戶機(jī)/服務(wù)器、發(fā)布者/接受者、報(bào)告分發(fā)3種協(xié)議機(jī)制用戶層：32種功能模塊（與主站無(wú)關(guān)）2ControlNetRockwell公司支持物理層：5Mbps，光纖，3000米數(shù)據(jù)鏈路層：CTDMA（并行時(shí)間域多址存?。?yīng)用層：生產(chǎn)者/客戶模式3Profibus德國(guó)SIEMENS支持物理層：RS485過(guò)程自動(dòng)化：PA總線，STP，1200米現(xiàn)場(chǎng)級(jí)：DP總線，9.6kbps～12Mbps，STP，1200～100米車(chē)間級(jí)：FMS總線，，9.6kbps～12Mbps，STP和光線數(shù)據(jù)鏈路層：令牌環(huán)、主從式4P-Net丹麥Process－Data公司

物理層：RS485，9.6～76.8kbps，STP，1200米數(shù)據(jù)鏈路層：VT（虛擬令牌）78類型名稱內(nèi)容5FFHSE即原FFH2總線物理層：IEEE802.3，5類UTP/光纖，100米/400米數(shù)據(jù)鏈路層：IEEE802.26SwiftNETBoeing公司物理層：5Mbps數(shù)據(jù)鏈路層：TDMA（槽路時(shí)間片多址存取timedivisionmultipleaccess

）7WorldFIPHoneywell等公司支持物理層：H1（現(xiàn)場(chǎng)級(jí)）低速31.25kbps，STP，5000米

H2（過(guò)程控制級(jí)）高速1/2.5Mbps，STP，1000/500米數(shù)據(jù)鏈路層：總線仲裁應(yīng)用層：本地讀寫(xiě)、遠(yuǎn)程讀寫(xiě)、刷新服務(wù)8Interbus德國(guó)PhoenixContact公司

物理層：RS485，500kbps數(shù)據(jù)鏈路層：虛擬令牌整體幀服務(wù)幾個(gè)具體問(wèn)題的分析(1)FCS與DCS的比較FCS是在DCS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。FCS開(kāi)放性、控制分散性優(yōu)于傳統(tǒng)DCS，代表著控制系統(tǒng)發(fā)展方向與潮流DCS則代表傳統(tǒng)與成熟、完備的功能及廣泛的應(yīng)用影響FCS發(fā)展、制約FCS應(yīng)用的原因主要有三方面：①技術(shù)原因②商務(wù)原因③用戶原因7980①技術(shù)原因總線標(biāo)準(zhǔn)尚在發(fā)展中，產(chǎn)品單一，優(yōu)越性還難以得到全部發(fā)揮。暫時(shí)還無(wú)法提供DCS已有的控制，復(fù)雜功能還無(wú)法在總線儀表中實(shí)現(xiàn)……結(jié)論：二者各具優(yōu)勢(shì)，F(xiàn)CS將逐步取代DCS主導(dǎo)控制系統(tǒng)地位，但并不意味DCS消亡②商務(wù)原因價(jià)格昂貴(FCS本質(zhì)優(yōu)點(diǎn)是信息化，數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化從控制室擴(kuò)展到“現(xiàn)場(chǎng)”)結(jié)論：現(xiàn)場(chǎng)總線不是低成本簡(jiǎn)易產(chǎn)品③用戶原因

FCS成功的應(yīng)用實(shí)例不多，習(xí)慣勢(shì)力不愿冒風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)論：充分利用已有的DCS設(shè)施，基于現(xiàn)有DCS的系統(tǒng)以及成熟的DCS控制管理方式來(lái)實(shí)現(xiàn)FCS不失為當(dāng)前的應(yīng)選之途

(2)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的比較現(xiàn)場(chǎng)總線是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制室系統(tǒng)之間的一種計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的發(fā)展會(huì)直接影響現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展。但二者在基本功能、信號(hào)傳輸要求和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上均有所不同。a.基本功能

二者基本功能相同：可靠地傳遞信息。但FB包括了更多的內(nèi)容：

解決總線供電問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)安全規(guī)范，以體現(xiàn)其安全性； 解決現(xiàn)場(chǎng)總線的環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題，如抗干擾、防振等，以體現(xiàn)其可靠性；b.信號(hào)傳輸要求——越快越好一般系統(tǒng)是一種“軟”的要求，即只要大部分時(shí)間滿足要求就行了?，F(xiàn)場(chǎng)總線是“硬”的要求，它往往涉及安全，不允許有不確定性。c.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)狀的，節(jié)點(diǎn)間的通信路徑是不固定的大部分現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)是線狀的，節(jié)點(diǎn)間的通信路徑是比較固定的81(3)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)82從現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)本身來(lái)分析，它有兩個(gè)明顯的發(fā)展趨勢(shì)： 一是尋求統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 二是IndustrialEthernet走向工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)5.5工業(yè)以太網(wǎng)

Industrial

Ethernet

以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)通信（底層）為什么以前不用Ethernet？Ethernet產(chǎn)生于上個(gè)世紀(jì)七十年代采用星型或總線型結(jié)構(gòu)傳輸介質(zhì)：屏蔽（非屏蔽）雙絞線、光纖……介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議：CSMA/CD carriersensemultipleaccess/collisiondetected

載波偵察聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)“先聽(tīng)后說(shuō)”、“邊聽(tīng)邊說(shuō)”，負(fù)荷大時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)發(fā)生碰撞，響應(yīng)時(shí)間無(wú)法預(yù)知，實(shí)時(shí)性（確定性）得不到保證因此以太網(wǎng)通信存在不確定性，在90年代中期之前，幾乎所有的控制系統(tǒng)均不選用以太網(wǎng)，而選用令牌總線或令牌環(huán)（其實(shí)問(wèn)題并沒(méi)有那么嚴(yán)重）8384設(shè)備D1時(shí)間①發(fā)送數(shù)據(jù)前先偵聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)是否空閑②網(wǎng)絡(luò)空閑，發(fā)送數(shù)據(jù)；邊發(fā)送，邊檢測(cè)碰撞③檢測(cè)到碰撞，即同一時(shí)刻有多于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)設(shè)備D2設(shè)備D3③①②④停止發(fā)送④⑤繼續(xù)等待一段時(shí)間通信機(jī)理示意Ethernet的特點(diǎn)低成本、高速、易于組網(wǎng)、易于和Internet連接、軟硬件資源包括人的資源極其豐富、培訓(xùn)維護(hù)簡(jiǎn)單……負(fù)荷越小，通信響應(yīng)時(shí)間越短“不確定性”不再是主要障礙，理由：以太網(wǎng)通信特性負(fù)荷越小，碰撞越少負(fù)荷在10%左右時(shí)，基本無(wú)碰撞負(fù)荷在25%以下時(shí)，以太網(wǎng)的通信響應(yīng)時(shí)間明顯短于令牌網(wǎng)Ethernet的通信速率的提高，碰撞機(jī)率大大下降以太網(wǎng)交換技術(shù)的應(yīng)用，大大減少端口之間的碰撞全雙工通信、報(bào)文優(yōu)先級(jí)等措施的應(yīng)用85工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信特點(diǎn)86傳輸?shù)男畔⒘可?，信息長(zhǎng)度都比較小周期性信息較多測(cè)量、控制信息非周期性信息較少用戶操作指令、組態(tài)信息、診斷信息等等報(bào)警等突發(fā)性事件信息網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較為平穩(wěn)信息流向具有明顯的方向性節(jié)點(diǎn)數(shù)少結(jié)論：以太網(wǎng)完全能滿足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)時(shí)性要求，且以太網(wǎng)具有其它網(wǎng)絡(luò)所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)Ethernet應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化87國(guó)內(nèi)外自上世紀(jì)九十代中后期開(kāi)始已將以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化基于以太網(wǎng)的DCS浙大中控的JX-300X、Fisher-Rosemount的Delta-V等基于以太網(wǎng)的PLC與遠(yuǎn)程I/OMODICON、A-B、GEFanuc等基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)儀表和儀器HP、浙大中控、NI等基于以太網(wǎng)的總線FoundationFieldbusHSE、PROFINet、P-NETonEthernet、InterbusonEthernet、EPA……以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需要解決的問(wèn)題：本質(zhì)安全技術(shù)總線供電技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)互可操作技術(shù)……e網(wǎng)到底的意義享受現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的一切好處，資源極其豐富具有很強(qiáng)的可持續(xù)發(fā)展力，對(duì)用戶的技術(shù)要求降低統(tǒng)一從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到控制層、管理層的網(wǎng)絡(luò)；實(shí)現(xiàn)從上到下各層次的信息無(wú)縫集成；推動(dòng)企業(yè)綜合自動(dòng)化、信息化進(jìn)程。885.6工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件5.6.1概述

20世紀(jì)80年代初期誕生出來(lái)的專門(mén)組態(tài)(自動(dòng)化)軟件是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)過(guò)程控制中的應(yīng)用而發(fā)展壯大起來(lái)的，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，它已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域必不可少的一員。 監(jiān)控組態(tài)軟件最早出現(xiàn)時(shí)，主要解決人機(jī)圖形界面問(wèn)題。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通信及聯(lián)網(wǎng)、開(kāi)放數(shù)據(jù)接口、對(duì)I／O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容。895.6.2組態(tài)軟件的定義及發(fā)展“組態(tài)”的概念最早來(lái)自英文Configuration，是指使用軟件工具對(duì)系統(tǒng)的各種資源進(jìn)行配置，達(dá)到系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)置，自動(dòng)執(zhí)行特定任務(wù)，滿足使用者要求的目的。隨著許多新技術(shù)、新方法的應(yīng)用，組態(tài)軟件已不單具有HMI功能，它與MIS(管理信息系統(tǒng)，ManagementInformationSystem)系統(tǒng)、CIMS系統(tǒng)以及MES/ERP等的結(jié)合更加緊密，已能為企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、決策提供更詳細(xì)和深入的數(shù)據(jù)，以便優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，組態(tài)軟件將在管控一體化系統(tǒng)中發(fā)揮更積極的作用。90表14-5