《现场总线技术及其应用 第2版 教学课件 ppt 作者 郭琼 第7章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现场总线技术及其应用 第2版 教学课件 ppt 作者 郭琼 第7章（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第7章 现场总线控制系统集成及其应用,一、系统集成概述 二、系统集成方法 三、OPC技术 四、现场总线控制系统集成的应用,一、系统集成概述,系统集成的概念 系统集成可以理解为按系统整体性原则，将原来没有联系或联系不紧密的元素组合起来，成为具有一定功能的、满足一定目标的、相互联系、彼此协调工作的新系统的过程。 通过系统集成，可实现最大限度地提高系统的有机构成、系统的效率、系统的完整性、系统的灵活性，同时简化系统的复杂性，并最终为企业提供一套切实可行的完整的解决方案。,一、系统集成概述,系统集成框架,一、系统集成概述,系统集成框架,位于生产控制和网络结构底层的低带宽网络，可与局域网、Interne
2、t、Intranet相连，构成开放的网络。,一、系统集成概述,系统集成框架,现场控制层：集成系统的底层，由现场控制设备作为网络节点构成整个系统的控制网段。主要实现对生产过程的常规检测和基本控制，包括传感变送、PID调节等功能的集成。 过程监控层：一般由担任监控任务的工作站、PC机或控制器作为网络节点构成局域网段，主要用于完成对控制系统的组态，执行对控制系统的监视、报警、维护，将采集到的现场信息置入实时数据库，进行优化计算和先进控制。 企业管理层：集成系统的最上层，由高性能计算机、工作站、PC机等网络节点构成，是实现企业信息集成和管、控一体的重要组成部分，主要用于企业的计划、销售、生产、库存以及
3、企业经营等方面信息的传输，从而在分布式网络环境下构建一个安全的远程监控系统。,一、系统集成概述,系统集成框架,目前，控制网络与上层网络的连接方式一般有以下三种： 1）采用专用网关完成不同通信协议的转换，把控制网段或DCS连接到以太网。 2）将现场总线网卡和以太网卡都置入工业PC。 3）将WEB服务器直接置入PLC或现场控制设备内，借助WEB服务器或通用浏览工具，实现数据信息的动态交互。,一、系统集成概述,系统集成框架,一、系统集成概述,系统集成框架,一、系统集成概述,以现场总线为基础的企业网络系统,一、系统集成概述,工业自动化系统图,一、系统集成概述,系统集成的原则,开放性、标准化原则 实用性
4、和先进性原则 可靠性和安全性原则 灵活性和可扩展性原则 经济性原则,二、系统集成的方法,FCS与DCS网络层的集成 -FCS与和DCS的集成方法 -现场总线与DCS输入/输出总线的集成 -现场总线DCS的集成 FCS和网络的集成方法 -FCS和Intranet的集成 -FCS和Internet的集成,二、系统集成的方法,FCS和其他现场总线的集成方法,-通过网关给各个现场总线之间提供转换接口 -给各个现场总线提供标准的OPC接口 采用网关的集成方法开发工作量大，由于不同现场总线均有自己的协议，不可能开放任意两种总线之间的网关，因此不具有通用性；采用OPC接口的集成方法开发工作量小，具有通用性。
5、,二、系统集成的方法,FCS和其他现场总线的集成方法,-通过网关给各个现场总线之间提供转换接口 -给各个现场总线提供标准的OPC接口 采用网关的集成方法开发工作量大，由于不同现场总线均有自己的协议，不可能开放任意两种总线之间的网关，因此不具有通用性；采用OPC接口的集成方法开发工作量小，具有通用性。,三、OPC技术,概述,OPC（OLE for Process Control，OPC）是一种通用的工业标准，是用于过程控制的对象链接与嵌入技术。它是由世界上多个自动化公司、软硬件供应商与微软合作开发的一套数据交换接口的工业标准，能够为现场设备、自动控制应用、企业管理应用软件之间提供开放的、一致的接
6、口规范，为来自不同供应商的软硬件提供“即插即用”的连接。,概述,随着工业生产的不断提高，工业控制软件取得了长足的进步。然而，由于生产规模的扩大和过程复杂程度的提高，工业控制软件面临着巨大的挑战，那就是要集成数量和种类不断增多的现场信息。在传统的控制系统中，智能设备之间及智能设备与控制系统软件之间的信息共享是通过驱动程序来实现的，不同厂家的设备又使用不同的驱动程序，迫使工业控制软件中包含了越来越多的底层通信模块。,三、OPC技术,概述,另外，由于相对特定应用的驱动程序一般不支持硬件特点的变化，这样使得工业控制软硬件的升级和维护及其不便； 还有，在同一时刻，两个客户应用一般不能对同一设备进行数据读
7、写，因为它们拥有不同的、相互独立的驱动程序，同时对同一设备进行操作，可能会引起存取冲突，甚至导致系统崩溃。 OPC技术则很好地解决了这些问题。,三、OPC技术,三、OPC技术,概述,OPC采用客户/服务器（Client/Server）结构，服务器对下层设备提供标准的接口，使得现场设备的各种信息能够进入OPC服务器，从而实现向下互连；服务器对上层设备提供标准的接口，使得上层Intranet设备能够取得OPC服务器中的数据，从而实现向上互连 。,三、OPC技术,三、OPC技术,概述,OPC技术的实现由两部分组成，OPC服务器和OPC客户应用部分。OPC服务器完成的工作就是收集现场设备的数据信息，然
8、后通过标准的OPC接口传送给OPC客户端应用，OPC客户端则通过标准的OPC接口接收数据信息。,三、OPC技术,使用OPC技术前,使用OPC技术后,三、OPC技术,改变多个服务器的状况 减少了系统集成过程中的重复工作,三、OPC技术,OPC基本原理,OPC采用客户/服务器（Client/Server）结构。当客户访问数据，物理设备的原始数据或经 物理接口直接传递给服务器，或通过SCADA系统、DCS系统、OPC接口传递给服务器，最后由服务器完成与客户的数据交换；在此过程中，服务器统一并优化不同客户的数据访问，以达到与物理设备的有效通信。,三、OPC技术,OPC基本原理,三、OPC技术,OPC基
9、本原理,三、OPC技术,OPC基本原理,三、OPC技术,OPC数据访问服务器在结构上由服务器（Server）、组（Group）、项（Item）三级对象组成。逻辑关系上，服务器和组之间是聚合关系，组和项之间是包容关系。其中项对应着硬件设备中某个具体设备单元，它包括当前设备单元数据值、当前设备单元的数据时间标签、数据品质信息等。,OPC基本原理,三、OPC技术,客户端和服务器的关系,OPC数据传输方式,三、OPC技术,同步和异步方式是OPC Client与OPC Server之间交换数据的两种方式： 同步方式是按照一定的时间频率交换所有数据的方式，方法简单，但效率较低。适用于发送数据量教少的场合。
10、 异步方式则当服务器缓冲区发生更改时，向客户发出通知，客户得到通知后在进行处理的一种方式。异步方式需要在客户程序中实现服务器的回调函数。适用于发送数据量大的场合。,OPC数据传输方式,三、OPC技术,同步访问方式,OPC数据传输方式,三、OPC技术,异步访问方式,OPC技术的主要应用领域,1.数据采集技术：OPC技术通常在数据采集软件中广泛采用。 众多硬件厂商提供的产品均带有标准的OPC接口，OPC实现了应用程序和工业控制设备之间高效、灵活的数据读写，可以编制符合标准OPC接口的客户端应用软件完成数据的采集任务。 2.历史数据访问：OPC提供了读取存取在过程数据存档文件、数据库或远程终端设备中
11、的历史数据以及对其操作、编辑的方法。,三、OPC技术,OPC技术的主要应用领域,3.报警和事件处理：OPC提供了OPC服务器发生异常时，以及OPC服务器设定事件到来时向OPC客户发送通知的一种机制，通过使用OPC技术，能够更好的扑捉控制过程中的各种报警和事件并給予相应的处理。 4.数据冗余技术：工控软件开发中，冗余技术是一项最为重要的技术，它是系统长期稳定工作的保障。OPC技术的使用可以更加方便的实现软件冗余，而且具有较好的开放性和可互操作性。,三、OPC技术,OPC技术的主要应用领域,5.远程数据访问：借助Microsoft的DCOM（分散式组件对象模型）技术，OPC实现了高性能的远程数据访
12、问能力，从而使得工业控制软件之间的数据交换更加方便。,三、OPC技术,OPC技术在工业控制领域应用中的作用,1.OPC解决了设备驱动程序开发中的异构问题；,三、OPC技术,OPC技术在工业控制领域应用中的作用,2.OPC解决了现场总线系统中异构网段之间数据交换的问题；,OPC技术在工业控制领域应用中的作用,3.OPC可作为访问专有数据库的中间件； 4.OPC便于集成不同的数据，为控制系统向管理系统升级提供了方便； 5.OPC使控制软件能够与硬件分别设计、生产和发展，并有利于独立的第三方软件供应商生产与发展，从而形成新的社会分工，有更多的竞争机制，为社会提供更好的产品。,三、OPC技术,三、OP
13、C技术,四、现场总线控制系统集成的应用,应用案例1: 基于Profinet/Profibus-DP自动生产线控制系统集成,四、现场总线控制系统集成的应用,应用案例1: 自动生产线线体由输送辊道、工装夹具、停止器、托盘等组成，在线体周边依加工工序和工艺要求布置有立式加工中心、机器人、清洗装置、机械手、视觉检测装置等设备。整个生产线不仅要求各个机构能够自动配合、加工出合格的产品，而且要求工件从托盘到机床上下料、定位夹紧、机加工以及工件在各工序间的输送、检测等都能自动地进行，为此整个生产线需要通过液压系统、电气控制系统和PLC控制系统将各个部分的动作和逻辑关联起来，使其按照设计的程序和预定的节拍自动
14、地工作。,四、现场总线控制系统集成的应用,四、现场总线控制系统集成的应用,应用案例2 LonWorks技术在远程自动抄表系统中的应用,四、现场总线控制系统集成的应用,自动抄表系统功能 上位机中数据库软件，可通过宽带网络等连接到不同分区的集中器，进行数据管理，具有远程操作及数据处理分析等多项功能。 主要功能如下：1）开户、换表、过户、查询等业务综合管理。2）实时抄表、定时抄表、冻结抄表等功能。3）数据储存以及掉电数据的自动保存。4）人工补登及纠错等特殊功能。 5）远程控制功能。对于用户恶意拖欠费用，拒不交款，管理人员可下达断电、停气等命令，通过执行机构启动该用户的断电、停气装置；当用户交款后，再恢复供电、供气。,四、现场总线控制系统集成的应用,思考与练习,现场总线系统集成的方法有哪些？ 控制网络与信息网络有什么区别？ OPC技术在工业控制领域应用中有什么作用？ 一个典型的工业控制网络分为几个层次？各起什么作用？,
