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1、工业控制系统设计及发展现状工业控制系统设计及发展现状工业控制系统设计及发展现状工业控制系统设计及发展现状工业控制系统概述工业控制系统概述工业控制系统设计概述工业控制系统设计概述工业控制系统设计概述工业控制系统设计概述业控制系统现状及展望业控制系统现状及展望业控制系统现状及展望业控制系统现状及展望工业控制系统概述工业控制系统概述工业控制系统定义工业控制系统定义工业控制系统由来工业控制系统由来为何诞生了工控系统为何诞生了工控系统？计算机的发展计算机的发展+传感器技术传感器技术+光机电技术发展光机电技术发展减轻劳动程度，减低生产成本，提高生产效率减轻劳动程度，减低生产成本，提高生产效率工业控制自动化
2、技术是一种运用工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术算机和其他信息技术，对工业生产过程实现，对工业生产过程实现检测、控制、优化、检测、控制、优化、调度、管理和决策调度、管理和决策，达到，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全保安全等目的的综合性技术，主要包括等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件工业自动化软件、硬件和系统和系统三大部分。三大部分。工业控制系统概述工业控制系统概述工业控制系统结构工业控制系统结构PC机机PLCDCSPC机机工业控制系统概述工业控制系统概述工业控制系统产品结构工业控制系
3、统产品结构工业控制系统设计概述工业控制系统设计概述工业控制系统设计概述工业控制系统设计概述工业控制系统设计流程工业控制系统设计流程分析整体功能及流程，确定参分析整体功能及流程，确定参数及控制点，完成设计规划数及控制点，完成设计规划按照需求分析及参数确定器件按照需求分析及参数确定器件型号及整体报价然后采购型号及整体报价然后采购对控制系统进行上位机界面编对控制系统进行上位机界面编程或控制程序编程，绘制电气程或控制程序编程，绘制电气设计图纸等技术文档设计图纸等技术文档验证设计，修改设计中的问题验证设计，修改设计中的问题验证无误后系统将投入生产验证无误后系统将投入生产FCSDCS结构一对多：一对传输线
4、接多台仪表，双向传输多个信号。一对一：一对传输线接一台仪表，单向传输一个信号。可靠性可靠性好：数字信号传输抗干扰能力强，精度高。可靠性差：模拟信号传输不仅精度低，而且容易受干扰。失控状态操作员在控制室既可以了解现场设备过现场仪表的工作情况，也能对设备进行参数调整，还可以预测或寻找故障，使设备始终处于操作员的过程监控与可控状态之中。操作员在控制室既不了解模拟仪表的工作情况，也不能对其进行参数调整，更不能预测故障，导致操作员对仪表处于“失控”状态。控制控制功能分散在各个智能仪器中。所有的控制功能集中在控制站中。互换性用户可以自由选择不同制造商提供的性能价格比最优的现场设备和仪表，并将不同品牌的仪表
5、互连，实现“即插即用”。尽管模拟仪表统一了信号标准（420mA DC），可是大部分技术参数仍由制造厂自定，致使不同品牌的仪表互换性差。仪表智能仪表除了具有模拟仪表的检测、变换、补偿等功能外，还具有数字通信能力，并且具有控制和运算能力。模拟仪表只具有检测、变换、补偿等功能。FCS与与DCS系统选择系统选择工业控制系统设计概述工业控制系统设计概述工业控制系统设计概述工业控制系统设计概述现场总线选择现场总线选择工业控制系统设计概述工业控制系统设计概述工业控制系统设计概述工业控制系统设计概述lHART特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统特点是在现有模拟信号传输线上实现数
6、字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变的过渡产品。其通信模型采用物理层、数据链路层和应用层三层，支持点对点主转变的过渡产品。其通信模型采用物理层、数据链路层和应用层三层，支持点对点主从应答方式和多点广播方式。由于它采用模拟数字信号混和，难以开发通用的通信接从应答方式和多点广播方式。由于它采用模拟数字信号混和，难以开发通用的通信接口芯片。口芯片。HART能利用总线供电，可满足本质安全防爆的要求，并可用于由手持编程器能利用总线供电，可满足本质安全防爆的要求，并可用于由手持编程器与管理系统主机作为主设备的双主设备系统。与管理系统主机作为主设备的双主设备系统。lCC-Link可将控制和信息数据同以可将
7、控制和信息数据同以10Mbit/s高速传送至现场网络，具有性能卓越、使高速传送至现场网络，具有性能卓越、使用简单、应用广泛、节省成本等优点。其不仅解决了工业现场配线复杂的问题，同时用简单、应用广泛、节省成本等优点。其不仅解决了工业现场配线复杂的问题，同时具有优异的抗噪性能和兼容性，可覆盖较高层次的控制层和较低层次的传感层。具有优异的抗噪性能和兼容性，可覆盖较高层次的控制层和较低层次的传感层。lWorldFIP没有任何网关或网桥，用软件的办法来解决高速和低速的衔接。与没有任何网关或网桥，用软件的办法来解决高速和低速的衔接。与IEC61158第一类型的连接方面，第一类型的连接方面，WorldFIP
8、做得最好，走在世界前列做得最好，走在世界前列lINTERBUS具有强大的可靠性、可诊断性和易维护性。低速度、高效率的特点，并严具有强大的可靠性、可诊断性和易维护性。低速度、高效率的特点，并严格保证了数据传输的同步性和周期性；该总线的实时性、抗干扰性和可维护性也非常格保证了数据传输的同步性和周期性；该总线的实时性、抗干扰性和可维护性也非常出色出色。l基金会现场总线基金会现场总线FF分低速分低速H1和高速和高速H2两种通信速率，前者传输速率为两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，秒，通信距离可达通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。后者传输速率为，可支持总线供电和
9、本质安全防爆环境。后者传输速率为1Mbit/秒和秒和2.5Mbit/秒，通信距离为秒，通信距离为750m和和500m，支持双绞线、光缆和无线发射，支持双绞线、光缆和无线发射.lCAN总线总线信号传输采用短帧结构，传信号传输采用短帧结构，传输时间短，有较强的抗干扰能力。通讯距离最输时间短，有较强的抗干扰能力。通讯距离最远可达远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达，通讯速率最高可达40M/1Mbp/s，网络节点数实际可达，网络节点数实际可达110个个.lLonworks总线总线支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通讯速率从支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通
10、讯速率从300bit/s至至1.5M/s不等，直接通信距离可达不等，直接通信距离可达2700m（78Kbit/s），被广泛应用在楼宇自），被广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运输、工业过程控制等行业动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运输、工业过程控制等行业lDeviceNet总线低成本，简单。总线低成本，简单。lPROFIBUS总线总线由由PROFIBUS-DP、PROFIBUSFMS、PROFIBUSPA系列组系列组成。成。DP用于分散外设间高速数据传输，适用于加工自动化领域。用于分散外设间高速数据传输，适用于加工自动化领域。FMS适用于纺织、楼适用于纺织、楼
11、宇自动化、可编程控制器、低压开关等。宇自动化、可编程控制器、低压开关等。PA用于过程自动化的总线类型。用于过程自动化的总线类型。PROFIBUS支持主支持主-从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。PROFIBUS的传输的传输速率为速率为9.6Kbit/s至至12Mbit/s，最大传输距离在，最大传输距离在9.6Kbit/s下为下为1200m，在，在12Mbit/s小为小为200m，可采用中继器延长至，可采用中继器延长至10km，传输介质为双绞线或者光缆，最多可挂接，传输介质为双绞线或者光缆，最多可挂接127个站个站点。点。PLC
12、选择及使用选择及使用工业控制系统设计概述工业控制系统设计概述工业控制系统设计概述工业控制系统设计概述选型注意事项选型注意事项一、输入输出（一、输入输出（I/O）点数的估算）点数的估算常根据统计的输入输出点数，再增加常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展的可扩展余量余量二、存储器容量的估算二、存储器容量的估算按数字量按数字量I/O点数的点数的1015倍，加上模拟倍，加上模拟I/O点数的点数的100倍，以此数为内存的总字数（倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量考虑余量三、控制功能的选择三、控制功能的选择包括运算功能、控制
13、功能、通信功能、编程功能、诊断包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择功能和处理速度等特性的选择(四四)编程功能编程功能五种标准化编程语言：顺序功能图（五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（）、梯形图（LD）、）、功能模块图（功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（）、结构文本（ST）两种文本）两种文本语言语言(五五)诊断功能诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。的故障位置，软件诊断
14、分内诊断和外诊断。(六六)处理速度处理速度PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好好(七七)输出方式及电源选择输出方式及电源选择按照设计需求提供继电器输出或晶体管输出并注意出书按照设计需求提供继电器输出或晶体管输出并注意出书功率和供电要求功率和供电要求上位机软件选择上位机软件选择工业控制系统设计概述工业控制系统设计概述工业控制系统设计概述工业控制系统设计概述组态软件组态软件组态软件，又称组态监控组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文软件系统软件。译自英文SCADA,即即SupervisoryControlandDat
15、aAcquisition（数据采集（数据采集与监视控制）。它是指一与监视控制）。它是指一些数据采集与过程控制的些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动专用软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用制系统监控功能的、通用层次的软件工具。层次的软件工具。国内外组态软件一览国内外组态软件一览1.如如何何与与现现场场设设备备之之间间进进行行数数据据采采集集和和数数据交换。据交换。2.将将采采集集到到的的数数据据与与上上位位机机
16、图图形形界界面面的的相相关部分连接。关部分连接。3.实时数据的在线监测。实时数据的在线监测。4.数据报警界限和系统报警。数据报警界限和系统报警。5.实时数据的存储、历史数据的查询。实时数据的存储、历史数据的查询。6.各类报表的生成和打印输出。各类报表的生成和打印输出。7.应用系统运行稳定可靠。应用系统运行稳定可靠。8.拥拥有有良良好好的的与与第第三三方方程程序序的的接接口口，方方便便数据共享。数据共享。工业控制系统发展缩影工业控制系统发展缩影70年代汽车生产线年代汽车生产线90年代汽车生产线年代汽车生产线现代汽车生产线现代汽车生产线工业控制系统发展现状及展望工业控制系统发展现状及展望工业控制系
17、统发展现状及展望工业控制系统发展现状及展望DCS市场市场PLC市场市场工业工业PC市场市场2010年我国工控机市场规模为年我国工控机市场规模为170207亿亿元人民币，其中：工业元人民币，其中：工业PC机及机及OEM产品产品3540亿元；嵌入式计算机及控制器亿元；嵌入式计算机及控制器2530亿元；亿元；PLC装置装置2530亿元；亿元；DCS系统系统3035亿元；现场总线控制系统亿元；现场总线控制系统12亿元；亿元；数控系统（数控系统（CNC）2430亿元；进口成套亿元；进口成套设备配套控制设备设备配套控制设备3040亿元。亿元。Emerson（艾默生）艾默生）SiemensSiemens（西
18、门子）西门子）MITSUBISHIMITSUBISHI（三菱）三菱）RockwellRockwell（罗克维尔）（罗克维尔）OMRONOMRON（欧姆龙）（欧姆龙）B&R（贝加莱）（贝加莱）Schneider（施耐德）施耐德）YOKOGAWA（横河）（横河）GEGE（通用通用）Panasonic（松下）松下）ABAB（艾伦艾伦-布拉德利）布拉德利）台达台达和利时和利时（国内最大）（国内最大）安控安控兰州全志兰州全志南京嘉华（民营）南京嘉华（民营）南京亚锐（台资）南京亚锐（台资）浙大中控浙大中控国国 外：外：国国 内：内：目前，世界上有目前，世界上有200200多家多家PLCPLC厂商，厂商，4
19、00400多品多品种的种的PLCPLC产品，产品，PLCPLC产品可按地域分成产品可按地域分成三大流派三大流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品。一个流派是日本产品。厂商销售额市场份额西门子2,32438.58%欧姆龙87115.46%施耐德68913.44%罗克韦尔5509.13%三菱505.28.39%GE 2403.98%台达2223.69%光洋862.43%松下821.36%其他3893.46%合计6,024.20100.00%工业控制系统发展现状及展望工业控制系统发展现状及展望工业自动化系统集成市场工业自动化系统集成市
20、场工业自动化系统集成市场工业自动化系统集成市场工业控制系统发展现状及展望工业控制系统发展现状及展望工业控制系统发展现状及展望工业控制系统发展现状及展望一、一、以工业以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为为基础的低成本工业控制自动化将成为主流主流二、二、PLC在向微型化、网络化、在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发化和开放性方向发展展三、三、面向测控管一体化设计的面向测控管一体化设计的DCS系统系统四、四、控制系统正在向现场总线（控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展）方向发展五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展化方向发展六、六、数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展七、七、工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展八、八、工业控制软件正向先进控制方向发展工业控制软件正向先进控制方向发展工业控制系统发展趋势工业控制系统发展趋势