工业控制网络现场总线复习资料

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CIMS:计算机集成制造系统。离散行业。

CIPS:计算机集成生产系统。应用于流程行业,与工厂综合自动化系统、管控一体是同一概念。

三层:ERP(企业资源规划层或BPS),MES(制造执行层),PCS(现场控制层)PCS级:以产品质量和工艺要求为目标的先进控制技术

MES级:以生产综合指标为目标的生产过程优化控制、优化操作与优化管理技术BPS级:以财务分析决策为核心的整体资源优化技术

关键技术:系统集成,信息集成,先进控制。

系统集成:连接各层的网络(硬件),以及数据库技术(软件)

信息集成:信息采集、数据校正、数据挖掘、对象模型

先进控制:改进常规控制的性能

工业通讯方式:

(1)现场总线

(2)工业以太网

(3)无线网络

现场总线:应用在生产现场、在测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的开放型控制网络技术。

现场总线是自动化领域的通信、网络技术, 也被称之为工厂的底层网络(Infranet)总线是构成自动化系统的纽带,网络所传输的是控制信息。

现场总线的产生:

(1)综合自动化的要求,改善TQCS,解决自动化孤岛;

(2)控制系统网络化发展趋势,计算机集中控制系统-DCS-FCS

(3)智能仪表的发展(通信技术、信号处理技术)

技术支撑:计算机技术、网络技术

自动化孤岛:设备之间采用传统一对一连线,或自成体系的封闭式集散系统,很难实现设备之间及系统和外界的信息交换。

本质含义:连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。(智能现场设备:具有数字计算、数字通信能力的测量控制设备)

现场总线系统既是开放的数据通信系统、网络系统,又是由现场设备实现完整控制功能的全分布式控制系统。既是通信网络,又是控制网络。

本质表现:

(1)现场设备互连:传感器、变送器等设备通过一对传输线互连,传输线可以使用双绞线、同轴电缆、光纤和电源线等,并可根据需要因地制宜地选择不同类型的传输介质。

(2)现场通讯网路:用于过程以及制造自动化的现场设备或现场仪表互连的通讯网路。

(3)互操作性:不同制造商的产品互相连接。

(4)分散功能块:功能块分散在多台现场仪表中,并可统一组态,灵活选用各种功能块,构成所需的控制系统,实现彻底的分散控制。

(5)通讯线供电,符合本质安全。

(6)开放式互连网络:既可与同层网络互连,也可与不同层网络互连,还可以实现网络数据库的共享。

特点和优点:

(1)系统的开放性,通讯协议一致公开,系统开放互连。

(2)互可操作性,实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通。

(3)互换性,自由选择不同制造商的仪表进行互换,不影响系统工作。

(4)一对N结构,一对传输线,N台仪表,双向传输多个信号,接线简单、安装费用低、维护方便。

(5)系统结构的高度分散性。

(6)实现控制彻底分散,现场智能设备内置微处理。

(7)对现场环境的适应性,通信介质抗干扰性强,总线供电防爆。

(8)智能仪表与功能自治性,将传感测量、变换和补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成,仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能,并可随时诊断设备的运行状态。

(9)可控状态,操作员在控制室即可以了解现场设备或现场仪表的工作状况,也能对其进行参数调整,还可以预测和寻找事故。

(10)实现全数字化通信。

(11)统一组态,现场设备或现场仪表功能块概念的引入,使组态非常简单。

总线标准:开放性、可互操作性、互换性

总线结构:一对N

现场要求:结构分散、适应现场

节点特性:智能节点、可控状态、全数字化、控制分散、统一组态

降低布线、设备安装、调试成本和运行维护成本,但技术成本高。

开放系统互连模型是现场总线技术的基础。

发展趋势:

(1)注重系统的开放性:封闭、自成一体的系统定会消亡

(2)注重应用系统设备间的互操作性。

(3)注重控制网络与公用数据网络的结合。

(4)注重使测控设备具备网络浏览功能。

(5)以太网已直接进入控制网络。

(6)多种通信方式下的数据传输与数据集成,管控一体化目标下的数据综合利用

计算机网络指的就是由相互独立自治的计算机按照一定的协议互相连接起来的一个集合。

以太局域网结构:用网卡、双绞线、集线器

局域网(LAN):联网的计算机局限在1km范围之内

城域网(MAN):联网范围10km左右

广域网(WAN):联网范围100km以上使用路由器

通过四种网络特性-通信介质、协议、拓扑以及私有网和公共网间的边界点来确定网络的类型。通信介质是指用来连接计算机和网络的电缆、光纤电缆、无线电

波或微波。通常LAN结束在通信介质改变的地方。

局域网技术以太网、令牌环网:

(1)都是局域网技术,计算机发出和收到的都是一帧一帧的数据流,局域网技术安排各主机在局域网中传送帧的策略;

(2)以太网通过载波监听多路访问/冲突监测来决定是否发送分组;令牌环网通过是否持有称为令牌的帧来决定是否发送分组。

网络拓扑:

(1)总线型:采用单根传输线作为介质, 所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到干线电缆即总线上,一个站发送数据,其它站都能接收,公共的传输线路,一次只能由一个设备发送数据,需要一定的存取控制方式。结构简单;电缆长度短,易于布线和维护;造价低;易于扩充等。故障诊断和隔离困难。

(2)星形拓扑:所有站点都通过点-点连接到一个中心节点,此点称做网络的集线器(HUB),任何两站之间通信都通过中央节点进行。任何一个连接只涉及到HUB和一个站点,因此控制介质访问的方法很简单。单个站点的故

障只影响一个站点,不会影响全网,因此容易检测和隔离故障。对中心站点的可靠性和冗余度要求很高,一旦它产生故障,则全网不能工作,且需要大量电缆。每个终端节点的通信处理量小,适合终端密集的场合。(3)环形拓扑:所有站点彼此串行连接,就像连成链一样,构成一个回路或称作环,数据是单方向被传输的,两个站点之间仅有唯一的通路,大大简化了路径选择的控制,同时控制软件比较简单,可靠性高,网络连接设备只是简单的中继器。由于环路是封闭的,所以扩充不方便。另外,当环中所接站点过多时,将会影响信息传输效率,某个设备故障可能导致网络瘫痪。(4)树形拓扑。

计算机网络的通信过程:

对等实体之间直接进行通信,下面一个层次向上面一个层次提供服务,上面一个层次使用下面一个层次提供的服务。

因特网采用TCP/IP协议进行网络互联。

(1)集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大,以扩大网络的传输距离,同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。采用CSMA/CD(一