DCS控制网络系统及网络控制技术.ppt
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4
9.1.2 功能分层体系及基本结构
集散控制系统的本质是：采用分散控制和集中管理的设计思 想、分而自治和综合协调的设计原则、采用层次化体系结构。
1. 集散控制系统 功能分层体系
图9-2 集散控制系统体系结构的各层功能
5
2. 集散控制系统基本结构
(1) 第一代集散控制系统
• 以1975年由美国霍尼威尔 （Honeywell）公司首先 推出的集散系统TDC2000为第一代集散系统的 标志。
更促进了各集散控制系统制造商推出中小型集散控制系统。 (3) 电控、仪表与计算机（Electrical Instrumentation
Computer，EIC）“机电一体化”将导致各公司的兼并，EIC集成 已是大势所趋。 (4) 软件与人机界面更加丰富。集散系统已经采用实时多用户、多任务操 作系统。配备先进控制软件的新型集散系统将可以实现适应控制、解耦 控制、优化控制和智能控制。 (5) 系统集成化。集散控制系统作为CIMS（计算机集成化制造系统）的 基础，是其系统集成的主要组成部分，成为提高企业综合效益的重要途 径。 (6) 以因特网（Internet）、内联网、局域网、控制网或现场总线为通 信网络框架结构的一种更开放、更分散、集成度更高的分布式计算机控 制网络正在迅速发展，相应的控制理论和控制方法也将得到新的发展。
(3) 友好性
采用实用而简洁的人机会话系统，丰富的画面显示。
(4) 适应性、灵活性和可扩充性
采用开放式、标准化和模块化设计，具有灵活的配置，可 以适应不同用户的需要。可以根据生产要求，改变系统的 大小配置。
11
Fra Baidu bibliotek
3. 集散控制系统特点（续）
(5) 实时性
• 采用网络通信技术，实现集中监视、操作和管理。使得管 理与现场分离，管理更能综合化和系统化。
12
4. 集散控制系统数据通信
(1) 数据传输的介质
– 双绞线、光钎、同轴电缆等。
(2) 数据传输方式
– 基带传输方式 – 频带传输方式
(3) 数据通信网络的拓扑结构
– 星型、环型和总线/树型等常见几种
(4) 网络的访问控制方法
集散控制系统采用的信息存取控制方式主要为：
2
9.1.1 概述
• 相关概念
– 集中控制
• 采用单一的计算机来实现对工业大系统的控制。
– 分布式控制
• 将一个工业大系统划分为若干个子系统，分别由若干台控制器 去控制。分布式控制承认各个子系统间的联系，经过通信子网 将各个局部控制器联系起来，为了实现大系统意义上的总体目 标最优，还设置上级协调器，实现全系统的协调控制。
• 共性：
– 全面支持企业信息化、系统构成集成化、混合控制功能兼容， 营建进一步分散化、智能化和低成本化，系统平台开放化、应 用系统专业化。
• 主要特征为：
– 信息化和集成化；混合控制系统；融合采用现场总线技术的进 一步分散化；I/O处理单元小型化、智能化、低成本；系统平 台开放型与应用的专业化。
9
• 这一代集散系统主要解决当 时过程工业控制应用中采用 模拟电动仪表难以解决的有 关控制问题。
图9-3 第一代集散系统结构简图
6
2. 集散控制系统基本结构（续）
(2) 第二代集散控制系统
• 20世纪80年代，由于微机 技术的成熟和局部网络技术 的进入，使得集散系统得到 飞速发展。第二代集散系统 以局部网络为主干来统领全 系统工作，系统中各单元都 可以看作是网络节点的工作 站，局部网络节点又可以挂 接桥和网间连接器，并与同 网络和异型网络相连。
• 除了局部网络的根本进步之外， 第三代集散控制系统的其它单元 无论是硬件还是软件，都有很大 的变化，但系统的基本组成变化 不大，其主要特征为开放系统。
图9-5 第三代集散系统结构简图
8
2. 集散控制系统基本结构（续）
(4) 第四代集散控制系统
• 20世纪90年代末期至21世纪开始，由于电子信息产 业的开放潮流和现场总线技术的成熟与应用，DCS厂 家进一步提升了系统功能范围，将系统开发的方式由 原来完全自主开发变为集成开发，推出了第四代DCS。
– 集散型计算机控制系统又称为分散型综合控制系统
（Total Distributed Control Systems，简称 集散系统DCS）
• 以微处理器为基础，是应用于过程控制的工程化的分布式计算 机控制系统。
• 实际需要——管理要集中，控制要分散
3
DCS发展新趋势：
(1)网络系统的功能增强，而且朝着开放、标准化方向发展。 (2) 中小型集散控制系统有较大发展。现场总线技术的发展和PLC的发展
9.1 集散型控制系统 9.2 现场总线控制系统 9.3 以太控制网络系统 9.4 控制网络与管理网络集成技术 9.5 网络控制系统及其时间同步 9.6 闭环网络控制系统分析 9.7 闭环网络控制系统的控制器设计方法
1
9.1 集散型控制系统
9.1.1 概述 9.1.2 功能分层体系及基本结构 9.1.3 集散控制系统的组态性
• 特点是系统功能扩大及增强。
图9-4 第二代集散系统结构简图
7
2. 集散控制系统基本结构（续）
(3) 第三代集散控制系统
• 其结构的主要变化是局部网络采 用了MAP或者是与MAP兼容、 或者局部网络本身就是实时MAP LAN。
• MAP是由美国GM（通用汽车公 司）负责制定的，它是一种工厂 系统公共的通信标准，已逐步成 为一种事实上的工业标准。
图9-6 和利时第四代集散控制系统体系结构
10
3. 集散控制系统特点
(1) 分散性和集中性
系统控制分散、功能分散，负荷分散，从而危险分散。 集中性体现：监视集中、操作集中、管理集中。
(2) 自治性和协调性
各工作站独立自主地完成分配给自己任务，并通过通信网 络传送各种信息，协调工作，以完成控制系统的总体功能 和优化处理。
• 通过人机接口和I/O接口，可对过程对象进行实时采集、 分析、记录、监视、操作控制，并包括对系统结构和组态 回路的在线修改、局部故障的在线维护等，提高了系统的 可用性。
(6) 可靠性
– 广泛采用了冗余技术、容错技术。各单元都具备自诊断、 自检查、自修理功能，故障出现时还可自动报警。
– 使集散系统的可靠性和安全性得到大大提高。
9.1.2 功能分层体系及基本结构
集散控制系统的本质是：采用分散控制和集中管理的设计思 想、分而自治和综合协调的设计原则、采用层次化体系结构。
1. 集散控制系统 功能分层体系
图9-2 集散控制系统体系结构的各层功能
5
2. 集散控制系统基本结构
(1) 第一代集散控制系统
• 以1975年由美国霍尼威尔 （Honeywell）公司首先 推出的集散系统TDC2000为第一代集散系统的 标志。
更促进了各集散控制系统制造商推出中小型集散控制系统。 (3) 电控、仪表与计算机（Electrical Instrumentation
Computer，EIC）“机电一体化”将导致各公司的兼并，EIC集成 已是大势所趋。 (4) 软件与人机界面更加丰富。集散系统已经采用实时多用户、多任务操 作系统。配备先进控制软件的新型集散系统将可以实现适应控制、解耦 控制、优化控制和智能控制。 (5) 系统集成化。集散控制系统作为CIMS（计算机集成化制造系统）的 基础，是其系统集成的主要组成部分，成为提高企业综合效益的重要途 径。 (6) 以因特网（Internet）、内联网、局域网、控制网或现场总线为通 信网络框架结构的一种更开放、更分散、集成度更高的分布式计算机控 制网络正在迅速发展，相应的控制理论和控制方法也将得到新的发展。
(3) 友好性
采用实用而简洁的人机会话系统，丰富的画面显示。
(4) 适应性、灵活性和可扩充性
采用开放式、标准化和模块化设计，具有灵活的配置，可 以适应不同用户的需要。可以根据生产要求，改变系统的 大小配置。
11
Fra Baidu bibliotek
3. 集散控制系统特点（续）
(5) 实时性
• 采用网络通信技术，实现集中监视、操作和管理。使得管 理与现场分离，管理更能综合化和系统化。
12
4. 集散控制系统数据通信
(1) 数据传输的介质
– 双绞线、光钎、同轴电缆等。
(2) 数据传输方式
– 基带传输方式 – 频带传输方式
(3) 数据通信网络的拓扑结构
– 星型、环型和总线/树型等常见几种
(4) 网络的访问控制方法
集散控制系统采用的信息存取控制方式主要为：
2
9.1.1 概述
• 相关概念
– 集中控制
• 采用单一的计算机来实现对工业大系统的控制。
– 分布式控制
• 将一个工业大系统划分为若干个子系统，分别由若干台控制器 去控制。分布式控制承认各个子系统间的联系，经过通信子网 将各个局部控制器联系起来，为了实现大系统意义上的总体目 标最优，还设置上级协调器，实现全系统的协调控制。
• 共性：
– 全面支持企业信息化、系统构成集成化、混合控制功能兼容， 营建进一步分散化、智能化和低成本化，系统平台开放化、应 用系统专业化。
• 主要特征为：
– 信息化和集成化；混合控制系统；融合采用现场总线技术的进 一步分散化；I/O处理单元小型化、智能化、低成本；系统平 台开放型与应用的专业化。
9
• 这一代集散系统主要解决当 时过程工业控制应用中采用 模拟电动仪表难以解决的有 关控制问题。
图9-3 第一代集散系统结构简图
6
2. 集散控制系统基本结构（续）
(2) 第二代集散控制系统
• 20世纪80年代，由于微机 技术的成熟和局部网络技术 的进入，使得集散系统得到 飞速发展。第二代集散系统 以局部网络为主干来统领全 系统工作，系统中各单元都 可以看作是网络节点的工作 站，局部网络节点又可以挂 接桥和网间连接器，并与同 网络和异型网络相连。
• 除了局部网络的根本进步之外， 第三代集散控制系统的其它单元 无论是硬件还是软件，都有很大 的变化，但系统的基本组成变化 不大，其主要特征为开放系统。
图9-5 第三代集散系统结构简图
8
2. 集散控制系统基本结构（续）
(4) 第四代集散控制系统
• 20世纪90年代末期至21世纪开始，由于电子信息产 业的开放潮流和现场总线技术的成熟与应用，DCS厂 家进一步提升了系统功能范围，将系统开发的方式由 原来完全自主开发变为集成开发，推出了第四代DCS。
– 集散型计算机控制系统又称为分散型综合控制系统
（Total Distributed Control Systems，简称 集散系统DCS）
• 以微处理器为基础，是应用于过程控制的工程化的分布式计算 机控制系统。
• 实际需要——管理要集中，控制要分散
3
DCS发展新趋势：
(1)网络系统的功能增强，而且朝着开放、标准化方向发展。 (2) 中小型集散控制系统有较大发展。现场总线技术的发展和PLC的发展
9.1 集散型控制系统 9.2 现场总线控制系统 9.3 以太控制网络系统 9.4 控制网络与管理网络集成技术 9.5 网络控制系统及其时间同步 9.6 闭环网络控制系统分析 9.7 闭环网络控制系统的控制器设计方法
1
9.1 集散型控制系统
9.1.1 概述 9.1.2 功能分层体系及基本结构 9.1.3 集散控制系统的组态性
• 特点是系统功能扩大及增强。
图9-4 第二代集散系统结构简图
7
2. 集散控制系统基本结构（续）
(3) 第三代集散控制系统
• 其结构的主要变化是局部网络采 用了MAP或者是与MAP兼容、 或者局部网络本身就是实时MAP LAN。
• MAP是由美国GM（通用汽车公 司）负责制定的，它是一种工厂 系统公共的通信标准，已逐步成 为一种事实上的工业标准。
图9-6 和利时第四代集散控制系统体系结构
10
3. 集散控制系统特点
(1) 分散性和集中性
系统控制分散、功能分散，负荷分散，从而危险分散。 集中性体现：监视集中、操作集中、管理集中。
(2) 自治性和协调性
各工作站独立自主地完成分配给自己任务，并通过通信网 络传送各种信息，协调工作，以完成控制系统的总体功能 和优化处理。
• 通过人机接口和I/O接口，可对过程对象进行实时采集、 分析、记录、监视、操作控制，并包括对系统结构和组态 回路的在线修改、局部故障的在线维护等，提高了系统的 可用性。
(6) 可靠性
– 广泛采用了冗余技术、容错技术。各单元都具备自诊断、 自检查、自修理功能，故障出现时还可自动报警。
– 使集散系统的可靠性和安全性得到大大提高。