通信与接口

通信与接口谈英姿[e-mail]东南大学自控系工业自动化教研室1.课程要求2.教学内容3.考查方式课程简介课程基本要求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通信局域网技术现场总线技术相关国际标准IEC61131－3工业以太网技术OPC技术RockWell网络集成平台XML语言技术数据库技术的应用教材及主要参考书1.《工业通信网络与系统集成》冯冬芹等编科学出版社20052.《通信原理与通信技术》张卫钢西安电子科技大学出版社2003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?YourthoughtSupplierse-ManufacturingCustomersBuild-to-OrderDeliverwithSpeed&AccuracyMinimizeCycleTimesMaximizeEfficiency电子商务时代制造业面临的挑战：e-ManufacturingSeamlessCouplingSeamlessCouplingTheEmerginge-BusinessEnterprise企业信息管理系统制造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MES制造执行系统ERP/SCM/CRMJDEdwards传统工业自动化到e-ManufacturingFactoryAutomationProcessAutomationPLCMotion伺服控制MachineSafetySCADARTU顺控&联锁/定位/同步/故障安全/远程采集/过程控制ESDDCS传动控制Batch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控制系统不同应用中的控制要求用户罗克韦尔自动化CompleteAutomation控制及MES集成平台横向集成：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纵向集成：•标签一次定义，即可直接被控制编程、上位监控及MES使用。•模块化MES平台：提供数据分析、质量跟踪、排产以及网络化信息发布；与信息管理系统的无缝集成。•无须附加编程，可对所有控制设备网进行远程诊断和维护。工业通信网络模型现场控制网络过程控制/监控网络管理信息网络DeviceNet或ControlNet或RIODriveSensor/SwitchFieldbusFoundationFLEXExI/OEthernetRSVIEWSERemoteClientsControlLogixRedundantServerControlNetRedundant或EtherNet/IPRSVIEWSEWorkStations罗克韦尔自动化：面向未来的LogixFCS控制方案Onecontrolarchitecture,onecompanywiththerightsolutionforyourapplicationFLEXI/OStarterPanelViewIndustryPCbasedonWin2000/CE现场总线•根据国际电工委员会ＩＥＣ61158标准定义,现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、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、控制功能分散化、控制系统开放化，是工业领域技术发展趋势。现场总线在ＩＥＣ61158中有八种类型:1.FF(即ＦＦＨ1)2.ControlNet(美国Ｒｏｃｋｗｅｌｌ公司支持)3.Profibus(德国西门子公司支持)4.ＰNet(丹麦ＰｒｏｃｅｓｓＤａｔａ公司支持)5.FFHSE(即原ＦＦＨ2,美国Fisherrosemount公司支持)6.SwiffNet(美国波音公司支持)7.WorldFIP(法国Ａｌｓｔｈｏｍ公司支持)8.InterBus(德国ＰｈｏｅｎｉｘＣｏｎｔａｃｔ公司支持)工业以太网在技术上与商用以太网internationalstandardIEEE802.3(Ethernet)兼容，在实时性、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。工业以太网的特性：•通信确定性与实时性•稳定性与可靠性应用实例冶金行业-大型高炉控制•高炉控制系统特点•罗克韦尔自动化全新的LogixFCS控制系统--LogixStation控制站--LogixFCS服务器及软件包•LogixFCS高炉控制系统解决方案高炉煤气铁矿石煤石灰竖炉焦化厂烧结分部氧气厂脱硫高炉矿渣0.5Mt/a铁水2.4Mt/a球团烧结焦炭Oxygen喷煤热风1100°CAirStoves(3)高炉煤气发电站BF-gasholderCP-gas高炉控制系统特点1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、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，包含大量输入输出点（1000～4000AI/AO、4000~8000DI/DO），同时涉及到复杂的多回路过程控制和大量的顺序/联锁控制。典型要求传统方法:仪表和电气专业人员分别选择DCS和PLC共同实现高炉控制。（PLC特点:离散控制响应快速-毫秒级、梯形图编程以及简单廉价的远程网络。DCS特点：过程控制回路响应要求并不快-几十甚至几百ms，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；功能块图编程等。)当前，简单地选择由传统知名PLC或DCS厂商提供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。注意事项选用PLC厂商方案：如何保证稳定并且高精度的过程控制?画面点数限制？选用DCS：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至整个钢铁厂内其他系统如烧结等的一体化实时数据库？较大范围内的大量现场设备要求高炉控制系统应更易于实施和维护。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高炉对于连续生产的要求，决定了高炉控制系统的高可靠性和高可用性。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。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OPCSever或DDEServer的接入方式？？对关系型数据库能否提供针对SQLSever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LogixStation构成：－LogixTM控制平台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SCADA、DCS、PLC、分布式传动等不同系统－NetLinxTM开放透明网络国际标准现场总线（FFH1及FFHSE、ControlNet、DeviceNet、Profibus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DeviceNetControlNetEthernetFFH1ControlNetProfiBusLogixFCS高炉自动化控制系统配置图“Bridgingthegapbetweenmachine&supervisorylevelsystems”LogixFCS高炉服务器软件-统一的分布式开发环境•RSViewStudio–单一的开发软件，既能进行操作员面板画面编程（任何运行RSViewME的现场操作员面板/WinCE/2000)；还能进行RSViewSE编程。–ME的应用程序可以直接导入到SE应用程序IronOreLimestoneCoalPelletsSinterCrusherCokeOvensSlagBlastfurnaceMoltenIronOxygenLime&FluxScrapDirectReductionElectricFurnaceLadleMetallurgyOxygenFurnaceRawMaterialsPrep&ProcessingBlastfurnanceSlabContinuousCastingHotStripPicklingColdStripAnnealingTemperRollingWeldedPipeSteelPlateColdDrawnBarsHotRolledBarsBilletBloomRodsTubeRoundsSeamlessPipeStructuralShapesRailsProcessing&FinishingContinuousCasterContinuousProcessLinesWireBar&rodMillIronMaking可扩展性：炼铁甚至全厂的数据采集监控LogixFCS高炉服务器软件-流程操作与控制一体化的“面板”功能•ActiveXfaceplatesareprovidedforseveralinstructionswhicharetypicallyusedbyoperator:–Alarm–EnhancedSelect–Totalizer–Ramp/Soak–Discrete2-StateDevice–Discrete3-StateDevice–EnhancedPID•ActiveXfaceplatesmaybedroppedintoanyActiveXcontainerapplication,suchasRSVieworotheroperatorinterfaceproducts.LogixFCS高炉服务器软件-PIDE自动整定和优化功能1.Assigntheautotunetagtotheloop.2.Configuretheautotuneparameters.3.Runtheautotunerandacceptormodifythenewvalues.槽下及上料子系统炉体及煤气清洗子系统炉顶及出铁场子系统热风炉及余热回收子系统水渣及液压站子系统制粉及喷吹子系统LogixFCS高炉控制－混配料控制子系统LogixFCS高炉控制－混配料控制子系统LogixFCS高炉控制－LogixFCS高炉控制－LogixFCS高炉控制－LogixFCS高炉控制－LogixFCS高炉控制－LogixFCS高炉控制－其他相关网站中国自动化网