[育儿理论经验]分布式控制课件

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1、分布式控制理论与技术,授 课 内 容 一、分布式控制理论与技术的发展过程 二、分布式控制系统结构 三、分布式控制系统的发展趋势 四、分布式控制的网络 五、 PROFIBUS现场总线 六、应用,某市环线及城市出入口交通控制系统建设方案,一、 分布式控制理论与技术的发展过程,1、范 例,中环线交通控制系统建设方案一,某市环线及城市出入口交通控制系统建设方案,中环线交通控制系统建设方案二 (二级环型组网结构),某市环线及城市出入口交通控制系统建设方案,中环线交通控制系统建设方案三 (主干环网支线星型网络),某市环线及城市出入口交通控制系统建设方案,中环线电视监控点位分布,某市环线及城市出入口交通控制

2、系统建设方案,中环线可变信息版点位分布,某市环线及城市出入口交通控制系统建设方案,中环线可变限速标志点位分布,某市环线及城市出入口交通控制系统建设方案,一、 分布式控制理论与技术的发展过程 2、发展过程 智能化仪表为现场总线的推出奠定了基础,现场总线将朝着开放式系统、标准统一的方向发展,二、分布式控制系统的结构 1、常规模拟仪表与计算机控制相结合,二、分布式控制系统结构 2、计算机控制系统的结构形式,二、分布式控制系统结构 3、模拟控制与计算机控制系统 模拟系统 数字系统,二、分布式控制系统结构 4、集散控制系统的组态方式 单回路系统的组态举例流量控制系统图,-,压力,二、分布式控制系统结构

3、4、集散控制系统的组态方式 PID调节器的处理程序,三、分布式控制系统的发展趋势 1、 DCS系统的发展 (1)与PLC 技术相融合 传统的DCS是由回路仪表控制系统发展而来，在回路调节与模拟量控制等方面具有一定优势 (2) 与现场总线技术相结合 依据IEC61158规范和现场总线基金会FF(Fieldbus Foundation)的定义:现场总线是一种服务于生产现场、能够在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的网络系统。 (3) 与智能控制技术相结合 专家系统、模糊逻辑和人工神经网络技术等,三、分布式控制系统的发展趋势 2、 DCS系统的一般结构,三、分布式控制系统的发展趋势 3

4、、现场总线技术 (1) 现场总线的提出 1）现场总线是针对仪表和其它自动化设备所建立的数字化、双向和多支的通信系统。 2） 80年代开始，智能变送器和其它智能仪表的发展和广泛应用，使得有必要采用数字通信取代原有的4mA-20mA信号传递。 3）许多厂商采用了专用的数字通信协议，如要将其产品接入其它厂商生产的系统，需要采用网关进行转换，这给使用和维护带来很多麻烦。,三、分布式控制系统的发展趋势 3、现场总线技术 (2)现场总线的体系结构,三、分布式控制系统的发展趋势 3、现场总线技术 (3) 现场总线的优势 1) 大大缩减了布线费用。 2) 简化了线路的安装与维护。 3) 能传送多个过程变量，可

5、以实现在线故障诊断及线路故障检测。 4) 用数字信号取代4mA-20mA模拟信号，可提高系统精度，而且可把一些功能(如线性化、补偿校正、工程量转换、报警处理等) 赋于现场仪表，提高了现场仪表的自主性和可靠性。 5) 因现场总线是双向的，故可从控制室对现场仪表进行标定和调整。 6) 现场总线采用国际标准后，用户可以优选各仪表厂商的产品组成系统，而不必考虑总线接口是否匹配问题。,三、分布式控制系统的发展趋势,3、现场总线技术,三、分布式控制系统的发展趋势 3、现场总线技术 (5)现场总线的特点 现场总线 现场总线是应用于生产现场，在微机化测量设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，又称为开放式、

6、数字式、多点通信的底层控制网络。 信息孤岛 采用一对一连线，用电压或电流的模拟信号进行测量控制，或采用自封闭式的集散系统，难以实现设备以及系统与外界之间的信息交换，致使自动化系统成为信息孤岛。 现场总线构造了网络集成式全分布控制系统 现场总线导致了传统控制系统结构的变革，形成了新型的网络集成式全分布控制系统，即现场总线控制系统FCS FCS是继气动仪表控制系统、电动组合单元模拟仪表控制系统、集成式数字控制系统和集散控制系统DCS之后的新一代控制系统。 原现场总线： RS485 RS232 现场总线： CAN PROFIBUS,三、分布式控制系统的发展趋势 4、企业信息网络系统结构,三、分布式控

7、制系统的发展趋势 5、基于现场总线技术的控制系统,三、分布式控制系统的发展趋势 6、基于现场总线技术的网络化设计,三、分布式控制系统的发展趋势 7、基于现场总线技术的网络化设计 联网通讯功能,三、分布式控制系统的发展趋势 8、基于现场总线技术的网络化设计 RS232/RS485接口的混合方案,思考题： 1、某市中环线设计，其方案一采用环型+星型、方案二采用星型+星型、方案三采用环型+环型，试说明各种方案的优缺点？ 2、“分布式控制理论与技术”发展过程经历了哪几个阶段？每个阶段有何特点？ 3、元器件、PLC、计算机的发展对“分布式控制理论与技术” 有何促进作用？ 4、模拟系统与数字系统有何区别？

8、 5、集散控制（DCS）与现场总线控制各有什么特点？试画出两种系统的结构图。,四、分布式控制的网络 1、网络的拓扑结构 拓扑结构示意图 AE 表示PC设备（终端、微机或数据库等） - 表示主机通信媒体之间的接口（插卡、适配器等） - 表示通信链路（光纤，同轴电缆、双绞线等） 拓扑结构是网络中各个节点（站）相互连接的形式，一般有总线型、环型、树型和星型,四、 分布式控制的网络 1、网络的拓扑结构 总线型结构 优点：结构简单、节点增减和位置变动容易 缺点：网络对总线的故障比较敏感 控制策略：总线型是实行分散的控制策略，在网络上可以方便地增加新站点或拆除故障站点，通常采用无源工作方式而不影响网络的正

9、常工作。 信息传输：在总线结构中所有的站点都通过合适的硬件接口直接连到一点总线上，任何一个站点所发送的信息均在媒体上传播。,四、 分布式控制的网络 1、网络的拓扑结构 树型结构 树型结构是有多条总线结构组成的拓扑结构,匹配电阻,四、 分布式控制的网络 1、网络的拓扑结构 环型结构 环型结构中的每个站起到中继器的作用，可使用网络分布的范围比较大，单向环型，有序的数据流动，通讯控制总线简单。,四、 分布式控制的网络 1、网络的拓扑结构 星型结构 优点：结构简单，建网容易 缺点：可靠性差、中心节点容易成为“瓶颈”,四、 分布式控制的网络 2、网络接口卡 1）网络接口板又称为通信适配器或网络接口卡 或

10、“网卡”。 2）网卡的重要功能： 进行串行/并行转换； 对数据进行缓存； 在计算机的操作系统安装设备驱动程序； 实现以太网协议。 3、集线器 1）集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行； 2）使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是 CSMA/CD 协议，并共享逻辑上的总线； 3）集线器很像一个多端口的转发器，工作在物理层。,四、 分布式控制的网络 4、用以太网交换机扩展局域网,四、 分布式控制的网络 5、传统以太网的连接方法 1）传统以太网可使用的传输媒体有四种： 铜缆（粗缆或细缆） 铜线（双绞线） 光缆 2）以太网四种不同

11、的物理层,四、 分布式控制的网络 6、铜缆或铜线连接到以太网的示意图,四、 分布式控制的网络 7、以太网的最大作用距离,500 m,五、 PROFIBUS现场总线 （一）、 概述 1、三个版本,五、 PROFIBUS现场总线 （一）、 概述 2、特点 PROFIBUS-DP 用于分布式控制系统的高速数据传输，采用优化的高速、廉价的通信连接，适合于控制系统和设备级分散I/O间的通信。（分布式外设）可取代（010mA、420mA、020mA、05VDC并行信号线)。 PROFIBUS-FMS 用于纺织、楼宇自动化、电气传动、PLC、传感器与执行器、低压电器设备等一般自动化控制。可完成中等传输速度的

12、循环和非循环通信任务，为解决车间级（生产线）通信任务提供大量的通信服务。 PROFIBUS-PA 用于过程自动化（如温度、压力、流量成分），采用标准的本质安全传输技术。可用于对安全性要求高的场合以及由总分布供电的站点。,五、 PROFIBUS现场总线 （一）、 概述 3、特性 可实现数字化仪从现场级（底层）到车间级的网络化。 主站： 决定总线的数据通信，当主站得到控制权时（令牌）即使没有外界请求也可主动发送信息，有总线控制权。 从站： 属于外围设备，包含：I/O装置，阀门、控制器、驱动器、测量变送器等。 没有总线控制权只对接收到的信息给于确认或当主站发请求时向主站发送信息。,五、 PROFIB

13、US现场总线 （ 一）、 概述 4 、协议结构,五、 PROFIBUS现场总线 （二）、传输技术 1、DP/FMS的RS485传输 RS485又称H2，可采用双绞铜屏蔽电缆，并共用一根导线对 1）传输技术特性 网络拓扑：线性总线，两端有有源的总线终端电阻 介质：双绞屏蔽电缆。 站点数：每段32127（带转发器） 插头：9针 传输速度：9.6kb12mb 距离/段：1200m100m(9.6k12Mb),五、 PROFIBUS现场总线 （二）、传输技术 1、DP/FMS的RS485传输 2）拓扑结构,五、 PROFIBUS现场总线 （二）、传输技术 2、基于PA的IEC1158-2传输技术 IE

14、C1158-2又称H1，能满足石化工业的要求，可保持其本质安全性并使现场设备通过总线供电，该传输采用同步协议，实现无电流连续传输。 1）传输技术特性 网络拓扑：总线或树型 介 质 ：双绞线（屏蔽或非屏蔽） 站点数：每段32126 插 头：耦合器（RS485与IEC1158-2相匹 配） 转发器：可扩至4台 传输速度：31.25kb，电压式 传输距离：400m1900m,五、 PROFIBUS现场总线 （二）、传输技术 2、基于PA的IEC1158-2传输技术 2）拓扑结构 过程自动化典型拓扑结构一,现场2,五、 PROFIBUS现场总线 （二）、传输技术 2、基于PA的IEC1158-2传输技

15、术 2）拓扑结构 过程自动化典型拓扑结构二,五、 PROFIBUS现场总线 （二）、传输技术 3、光纤传输技术 1）传输技术特性 网络拓扑：总线、星型、环型 介质 ：多聚体光纤、多聚体包层光纤、玻璃光纤 站点数：每段=122 接口：IM467F0接口模块（S7-400） IM153-2F0接口模块(ET200M) IM151F0接口模块(ET200s) 距离：80m15Km（每段） 速度：9.6Kb12Mb,五、 PROFIBUS现场总线 （二）、传输技术 3、光纤传输技术 2）光线总线网络拓扑结构,五、 PROFIBUS现场总线 （三）、总线存取协议 PROFIBUS（DP、FMS、PA）使

16、用单一的总线存取协议，通过OSI参考模型的第2层实现。 主-主之间采用令牌传输、主-从之间采用数据传输。,六、应用,控制参数： 漏板温度：T1 电熔温度：T2 液位高度：H 拉丝速度：n,1、玻璃拉丝,六、应用 现场总线控制方案一（采用模拟仪表控制各参数）,1、玻璃拉丝,六、应用 现场总线控制方案二,1、玻璃拉丝,六、应用 现场总线控制方案三 RS485,1、玻璃拉丝,六、应用 现场总线控制方案四,1、玻璃拉丝,六、应用 2、煤粉制备控制系统 1）煤粉制备工艺流程,六、应 用 2、煤粉制备控制系统 2）系统监控要求 原煤仓及煤粉仓物料荷重值的实时检测； 圆盘喂料机和动态选粉机工作转速范围内的交流变频调速； 煤磨磨头、磨尾与轴瓦及定子温度的实时检测； 煤磨磨头、磨尾风管温度及压力的实时检测； 冷、热风源电动阀开度的实时读取显示，并能够进行开度给定控制； 煤粉收尘器出、入口温度实时检测，并能够与C02灭火装置的联