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1、通信与接口通信与接口谈英姿东南大学自控系工业自动化教研室东南大学自控系工业自动化教研室1.1.课程要求课程要求2.2.教学内容教学内容3.3.考查方式考查方式课课 程程 简简 介介课程基本要求课程基本要求了解工业通信网络模型;掌握现场总线技术的概念、标准及其发展趋势;掌握工业以太网技术的概念及其应用;了解工业控制网络互联的接口技术;掌握OPC接口技术;了解RockWell集成架构技术及其工业自动化领域的发展趋势.教学内容工业控制网络工业控制网络工业通信局域网技术工业通信局域网技术现场总线技术现场总线技术相关国际标准相关国际标准IEC61131IEC611313 3工业以太网技术工业以太网技术O
2、PCOPC技术技术RockWellRockWell网络集成平台网络集成平台XMLXML语言技术语言技术数据库技术的应用数据库技术的应用教材及主要参考书1.1.工业通信网络与系统集成 冯冬芹等冯冬芹等编 科学出版社科学出版社 20052.通信原理与通信技术 张卫钢张卫钢 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社 2003绪论绪论工业自动化控制系统工业通信网络模型现场总线工业以太网工业自动化控制系统?Your thoughtSupplierse-ManufacturingCustomersBuild-to-OrderDeliver with Speed&AccuracyMinimize Cyc
3、le TimesMaximize Efficiency 电子商务时代制造业面临的挑战：电子商务时代制造业面临的挑战：e-Manufacturing SeamlessCouplingSeamlessCouplingThe Emerging e-Business Enterprise企业信息企业信息管理系统管理系统制造制造执行系统执行系统历史数据分析、设备效率评估、物料跟踪、质量跟踪、排产、信息发布等等 JD EdwardsJD Edwards传统工业自动化到传统工业自动化到 e-Manufacturing消费品、汽车制造、水处理、电力、冶金以及石化等各行各业消费品、汽车制造、水处理、电力、冶金以
4、及石化等各行各业消费品、汽车制造、水处理、电力、冶金以及石化等各行各业消费品、汽车制造、水处理、电力、冶金以及石化等各行各业各种自动各种自动控制系统控制系统不同应用中不同应用中的控制要求的控制要求用户用户罗克韦尔罗克韦尔自动化自动化Complete Automation控制及控制及MES集成平台集成平台横横横横向集成：向集成：向集成：向集成：统一的控制引擎、统一的开发环境实现全厂范围内所有控制任务工业通信网络模型现场控制网络现场控制网络过程控制过程控制/监控网络监控网络管理信息网络管理信息网络DeviceNet 或或 ControlNet 或或 RIODriveSensor/SwitchFie
5、ldbus FoundationFLEX Ex I/OEthernetRSVIEW SE Remote ClientsControlLogix RedundantServerControlNet Redundant 或或 EtherNet/IPRSVIEW SEWork Stations罗克韦尔自动化：面向未来的罗克韦尔自动化：面向未来的罗克韦尔自动化：面向未来的罗克韦尔自动化：面向未来的 LogixLogix FCS FCS 控制方案控制方案控制方案控制方案One control architecture,one companywith the right solution for your
6、 application FLEX I/OStarterPanelViewIndustry PC based on Win2000/CE现场总线根据国际电工委员会根据国际电工委员会6115861158标准定义标准定义,现现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间数字式、串行、与控制室内的自动控制装置之间数字式、串行、多点通信的数据总线。多点通信的数据总线。现场总线是面向工厂底层自动化及信息集成的现场总线是面向工厂底层自动化及信息集成的数字化网络技术。数字化网络技术。现场总线技术可促进现场仪表的智能化、控制现场总线技术可促进现场
7、仪表的智能化、控制功能分散化、控制系统开放化，是工业领域技功能分散化、控制系统开放化，是工业领域技术发展趋势。术发展趋势。现场总线在在61158中有八种类型中有八种类型:1.1.FF(FF(即即1)1)2.2.ControlNetControlNet(美国公司支持美国公司支持)3.3.ProfibusProfibus(德国西门子公司支持德国西门子公司支持)4.4.Net(Net(丹麦公司支持丹麦公司支持)5.5.FFHSE(FFHSE(即原即原2,2,美国美国FisherrosemountFisherrosemount公司支持公司支持)6.6.SwiffNetSwiffNet(美国波音公司支持
8、美国波音公司支持)7.7.WorldFIPWorldFIP(法国公司支持法国公司支持)8.8.InterBusInterBus(德国公司支持德国公司支持)工业以太网在在技术上与商用以太网技术上与商用以太网international standard IEEE 802.3(Ethernet)兼容，在实兼容，在实时性、可靠性、环境的适应性等方面能满足工业时性、可靠性、环境的适应性等方面能满足工业现场的需要，是一种典型的工业通信网络。现场的需要，是一种典型的工业通信网络。工业以太网的特性：工业以太网的特性：通信确定性与实时性通信确定性与实时性稳定性与可靠性稳定性与可靠性应用实例应用实例 冶金行业冶金
9、行业-大型高炉控制大型高炉控制高炉控制系统特点罗克韦尔自动化全新的 Logix FCS控制系统 -LogixStation 控制站 -Logix FCS 服务器及软件包Logix FCS 高炉控制系统解决方案高炉煤气高炉煤气高炉煤气高炉煤气铁矿石铁矿石煤煤石灰石灰竖炉竖炉竖炉竖炉焦化厂焦化厂焦化厂焦化厂烧结分部烧结分部烧结分部烧结分部氧气厂氧气厂氧气厂氧气厂脱硫脱硫脱硫脱硫高炉高炉高炉高炉矿渣矿渣0.5 Mt/a铁水铁水2.4 Mt/a球团球团烧结烧结焦炭焦炭Oxygen喷煤喷煤热风热风1100 CAirStoves(3)高炉煤气高炉煤气高炉煤气高炉煤气发电站发电站发电站发电站BF-gasBF
10、-gasholderholderCP-gasCP-gas高炉控制系统特点高炉控制系统特点1 1复杂的高炉工艺系统本身，决定了高炉控制复杂的高炉工艺系统本身，决定了高炉控制系统中有多个子系统（槽下及上料、热风炉、系统中有多个子系统（槽下及上料、热风炉、喷煤、高炉本体及煤气清洗控制、炉顶、水喷煤、高炉本体及煤气清洗控制、炉顶、水渣及液压站等等）以及相关辅助系统，包含渣及液压站等等）以及相关辅助系统，包含大量输入输出点（大量输入输出点（10004000AI/AO、40008000DI/DO），），同时涉及到复杂的多回同时涉及到复杂的多回路过程控制和大量的顺序路过程控制和大量的顺序/联锁控制。联锁控制
11、。典型要求典型要求传统方法传统方法:仪表和电气专业人员分别选择仪表和电气专业人员分别选择DCSDCS和和PLCPLC共同实现高炉控制。共同实现高炉控制。（PLCPLC特点特点:离散控制响应快速离散控制响应快速-毫秒级、梯形毫秒级、梯形图编程以及简单廉价的远程网络。图编程以及简单廉价的远程网络。DCSDCS特点：过程控制回路响应要求并不快特点：过程控制回路响应要求并不快-几十甚至几百几十甚至几百msms，但能保证模拟信号的周期性采但能保证模拟信号的周期性采样和处理，以获得稳定的高精度控制；功能块图样和处理，以获得稳定的高精度控制；功能块图编程等。编程等。)当前，简单地选择由传统知名当前，简单地选
12、择由传统知名PLCPLC或或DCSDCS厂商提供厂商提供的新一代集成控制系统：单一系统方便维护并且的新一代集成控制系统：单一系统方便维护并且减少备品备件。减少备品备件。注意事项选用选用PLCPLC厂商方案：如何保证稳定并且高精厂商方案：如何保证稳定并且高精度的过程控制度的过程控制?画面点数限制？画面点数限制？选用选用DCSDCS：能否提供对于称重及变频器等网能否提供对于称重及变频器等网络的通讯接口？能否提供可集成炼铁厂甚络的通讯接口？能否提供可集成炼铁厂甚至整个钢铁厂内其他系统如烧结等的一体至整个钢铁厂内其他系统如烧结等的一体化实时数据库？化实时数据库？较大范围内的大量现场设备要求高炉控制系统
13、应更较大范围内的大量现场设备要求高炉控制系统应更易于实施和维护。易于实施和维护。典型要求：典型要求：国际标准的开放工业现场总线技术，不仅减少接线、采集更多的国际标准的开放工业现场总线技术，不仅减少接线、采集更多的现场信息，还能实现现场设备的网络化集中组态、诊断和维护现场信息，还能实现现场设备的网络化集中组态、诊断和维护。注意事项：从过程仪表（如压力变送器等等）到电气现场设备（如变频器等等）是否全面支持？是否集成简单易用的网络组态及维护软件工具，并且在线组态引起的相关信息传递不应对系统实时控制有任何影响？在任何一点均可对系统内设备进行编程组态？面向未来的可扩展性及无缝集成？高炉控制系统特点2高炉
14、对于连续生产的要求，决定了高炉控制系高炉对于连续生产的要求，决定了高炉控制系统的统的高可靠性和高可用性高可靠性和高可用性。典型要求：典型要求：1.热备冗余的控制站，冗余的现场总线和网络，冗余服务器的上位监控系统（Sever/Client结构时）。2.考虑到高炉现场恶劣的工作环境，如粉尘、高温和各种电磁干扰，在选择先进的控制系统同时，还应保证对与控制系统相关的信号采集部分（如变送器、行程开关以及现场I/O站等）和执行机构部分都应采用同样高品质的产品。注意事项：控制站能否保证无扰切换？网络切换速度？冗余服务器？高炉控制系统特点3复杂的物理和化学反应过程，决定了高炉控制实际是相互紧密耦合复杂的物理和
15、化学反应过程，决定了高炉控制实际是相互紧密耦合的典型多输入多输出系统。为了真正降低焦比或能耗，提高炉龄，的典型多输入多输出系统。为了真正降低焦比或能耗，提高炉龄，必须采用多个专家模型系统，根据实际生产运行数据进行运算，同必须采用多个专家模型系统，根据实际生产运行数据进行运算，同时为基础自动化级的子系统的许多控制任务提出给定值要求。同时，时为基础自动化级的子系统的许多控制任务提出给定值要求。同时，工厂管理系统也需要相关的生产运行数据。工厂管理系统也需要相关的生产运行数据。典型要求：典型要求：高炉控制系统应能与不同专家模型系统紧密耦合，提供的实时数据高炉控制系统应能与不同专家模型系统紧密耦合，提供
16、的实时数据和关系型数据库的双向接口。和关系型数据库的双向接口。注意事项：该接口是否完全双向？是否稳定高速？能够跨平台运行（对实时数据库能否提供OPC Sever或DDE Server的接入方式？对关系型数据库能否提供针对SQL Sever或Oracle的最佳接口方式，保证数据的快速优化连接？数据压缩功能？）高炉控制系统特点4LogixStation 控制站控制站LogixStationLogixStation 构成构成：LogixLogixTMTM 控制平台控制平台单一平台同时支持顺序控制、传动控制、过程控制单一平台同时支持顺序控制、传动控制、过程控制模块化组合实现模块化组合实现SCADASC
17、ADA、DCSDCS、PLCPLC、分布式分布式传动等不同系统传动等不同系统 NetLinxNetLinxTMTM 开放透明网络开放透明网络国际标准现场总线（国际标准现场总线（FF H1FF H1及及FF HSEFF HSE、ControlNetControlNet、DeviceNetDeviceNet、ProfibusProfibus等）与信息管理网络无缝集成，全面满足制造自动化与过程自动化的需要等）与信息管理网络无缝集成，全面满足制造自动化与过程自动化的需要提供各种工业标准通讯方式的接口，实现多种异种网络的互联提供各种工业标准通讯方式的接口，实现多种异种网络的互联DeviceNetCont
18、rolNetEthernetFF H1ControlNetProfiBusLogix FCS高炉自动化控制系统配置图高炉自动化控制系统配置图“Bridging the gap between machine&supervisory level systems”Logix FCS高炉服务器软件高炉服务器软件-统一的分布式开发环境RSView Studio单一的开发软件，既能进行操作员面板画面编程（任何运行RSView ME的现场操作员面板/Win CE/2000)；还能进行RSView SE编程。ME的应用程序可以直接导入到SE应用程序IronOreLimestoneCoalPelletsSin
19、terCrusherCokeOvensSlagBlastfurnaceMolten IronOxygenLime&FluxScrapDirectReductionElectricFurnaceLadleMetallurgyOxygenFurnaceRaw Materials Prep&ProcessingBlast furnanceSlabContinuous CastingHotStripPicklingColdStripAnnealingTemperRollingWelded PipeSteelPlateColdDrawnBarsHot Rolled BarsBilletBloomRods
20、Tube RoundsSeamlessPipeStructural ShapesRailsProcessing&FinishingContinuousCasterContinuous Process LinesWireBar&rod MillIron Making可扩展性：炼铁甚至全厂的数据采集监控可扩展性：炼铁甚至全厂的数据采集监控Logix FCS高炉服务器软件高炉服务器软件-流程操作与控制一体化的“面板面板”功能ActiveX faceplates are provided for several instructions which are typically used by oper
21、ator:AlarmEnhanced SelectTotalizerRamp/SoakDiscrete 2-State DeviceDiscrete 3-State DeviceEnhanced PIDActiveX faceplates may be dropped into any ActiveX container application,such as RSView or other operator interface products.Logix FCS高炉服务器软件高炉服务器软件-PIDE 自动整定和优化功能1.Assign the autotune tag to the loo
22、p.2.Configure the autotune parameters.3.Run the autotuner and accept or modify the new values.槽下及上料子系统槽下及上料子系统 炉体及煤气清洗子系统炉体及煤气清洗子系统 炉顶及出铁场子系统炉顶及出铁场子系统 热风炉及余热回收子系统热风炉及余热回收子系统 水渣及液压站子系统水渣及液压站子系统 制粉及喷吹子系统制粉及喷吹子系统 Logix FCS高炉控制高炉控制 混配料控制子系统混配料控制子系统Logix FCS高炉控制高炉控制 混配料控制子系统混配料控制子系统Logix FCS高炉控制高炉控制Logix FCS高炉控制高炉控制Logix FCS高炉控制高炉控制Logix FCS高炉控制高炉控制Logix FCS高炉控制高炉控制Logix FCS高炉控制高炉控制其他其他相关网站相关网站中国自动化网中国自动化网http:/中华工控网中华工控网http:/