《現(xiàn)場總線概述》PPT課件.ppt
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1、第l章 現(xiàn)場總線概述,討論內容概述: 1.1 現(xiàn)場總線簡介 1.2 現(xiàn)場總線的特點 1.3 以現(xiàn)場總線為基礎的企業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng),參考文獻: 1陽憲惠現(xiàn)場總線技術及其應用(第二版). 北京:清華出版社 2史久根等CAN現(xiàn)場總線系統(tǒng)設計技術. 北京:國防工業(yè)出版社 3雷 霖現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡技術. 北京:電子工業(yè)出版社,2004 4甘永梅,李慶豐,劉曉娟等現(xiàn)場總線技術及其應用. 北京:機械工業(yè)出版社,2004 5李正軍現(xiàn)場總線及其應用技術北京:機械工業(yè)出版社,2006,6王黎明等CAN現(xiàn)場總線系統(tǒng)的設計與應用.北京:電子工業(yè)出版社,2008 7饒運濤等現(xiàn)場總線CAN原理與應用技術(
2、第2版). 北京:北京航空航天大學出版社,2007,通過網(wǎng)絡可以做些什么?,瀏覽網(wǎng)頁、收發(fā)電子郵件、網(wǎng)絡聊天(QQ、MSN、飛信等)。。。 網(wǎng)上購物:淘寶、京東、當當、卓越、各種團購網(wǎng)站。。。 網(wǎng)上金融:炒股、基金買賣、網(wǎng)銀、在線支付。。。 網(wǎng)上在線聽、讀、看(音頻、文本、圖片、視頻)或下載。。。 手機上網(wǎng)(目前的各種智能手機)。。。 正在興起的“物聯(lián)網(wǎng)” 。。。,顯然,計算機網(wǎng)絡的應用正在改變著人們的工作方式與生活方式,并進一步引起世界范圍內產(chǎn)業(yè)結構的變化,促進了全球信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,在經(jīng)濟、文化、科研、軍事、政治、教育和社會生活等各個領域發(fā)揮著越來越重要的作用。
3、計算機網(wǎng)絡、通信與控制技術的發(fā)展,導致自動化系統(tǒng)產(chǎn)生了深刻的變革,也就是說,以計算機網(wǎng)絡為主的技術在生產(chǎn)領域引起了深刻的變革:,信息技術迅速滲透到生產(chǎn)現(xiàn)場的設備層,覆蓋從生產(chǎn)車間到企業(yè)管理的各個方面,溝通從原料供應、生產(chǎn)制造到生產(chǎn)調度、資源規(guī)劃乃至市場銷售的各個環(huán)節(jié),逐步形成了以控制網(wǎng)絡為基礎的企業(yè)信息系統(tǒng)。 測控總線技術課程主要討論的是:生產(chǎn)現(xiàn)場中的底層控制網(wǎng)絡現(xiàn)場總線(fieldbus)。它是順應自動化系統(tǒng)的變革趨勢而發(fā)展起來的新技術。,1.1 現(xiàn)場總線簡介,1.1.1 什么是現(xiàn)場總線 與其他技術一樣,現(xiàn)場總線技術也是逐步發(fā)展起來的一種新技術。 現(xiàn)場總線原來是指現(xiàn)場設備之間公用的信
4、號傳輸線。 之后被定義為應用在生產(chǎn)現(xiàn)場,在測量控制設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)。 技術發(fā)展至今,現(xiàn)場總線已經(jīng)成為控制網(wǎng)絡技術的代名詞,廣泛應用于離散制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇、國防、環(huán)境保護以及農(nóng)、林、牧等各行各業(yè)的自動化系統(tǒng)中。,什么是現(xiàn)場總線? 現(xiàn)場總線以測量控制設備作為網(wǎng)絡節(jié)點,以雙絞線等傳輸介質為紐帶,把位于生產(chǎn)現(xiàn)場、具備數(shù)字計算和數(shù)字通信能力的測控設備連接成網(wǎng)絡系統(tǒng),按公開、規(guī)范的通信協(xié)議,在多個測量控制設備之間以及現(xiàn)場儀表與遠程監(jiān)控計算機之間,實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換,形成適應各種應用需要的自動控制系統(tǒng)。 現(xiàn)場總線給自動化領域帶來的變化就像計算機網(wǎng)
5、絡給單臺計算機帶來的變化一樣,它使測控設備連成測控網(wǎng)絡并與計算機網(wǎng)絡連接,使控制網(wǎng)絡成為信息網(wǎng)絡的重要組成部分。,現(xiàn)場總線產(chǎn)生的背景: 現(xiàn)場總線是20世紀80年代中期發(fā)展起來的。 隨著微處理器與計算機功能的不斷增強和價格的急劇降低,計算機與計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)得到迅速發(fā)展。而處于生產(chǎn)過程底層的測控自動化系統(tǒng),或采用一對一連線,用電壓、電流(模擬信號)進行測量控制;或采用自封閉式的集散系統(tǒng)。這些方式難以實現(xiàn)設備之間以及系統(tǒng)與外界之間的信息交換,使自動化系統(tǒng)成為“信息孤島”。 設想一下你成為“信息孤島”(沒帶手機、無法上網(wǎng)。。。)時會怎樣?,要實現(xiàn)整個企業(yè)的信息集成,實施綜合自動化,就必須設
6、計出一種能在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境運行的、性能可靠、造價低廉的工廠底層網(wǎng)絡,完成現(xiàn)場自動化設備之間的多點數(shù)字通信,實現(xiàn)底層現(xiàn)場設備之間以及生產(chǎn)現(xiàn)場與外界的信息交換。(要求) 現(xiàn)場總線在這種實際需求的驅動下應運而生。(通過現(xiàn)場總線來實現(xiàn)) 作為現(xiàn)場設備之間互連的控制網(wǎng)絡,現(xiàn)場總線溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場設備之間及其與更高控制管理層網(wǎng)絡之間的聯(lián)系,為徹底打破自動化系統(tǒng)的信息孤島創(chuàng)造了條件。(結果),現(xiàn)場總線是一項以數(shù)字通信、計算機網(wǎng)絡、自動控制為主要內容的綜合技術。 它作為現(xiàn)場設備之間信息溝通的紐帶,把掛接在總線上、作為網(wǎng)絡節(jié)點的設備連接為實現(xiàn)相應測量功能的自動化系統(tǒng),可實現(xiàn)諸如PID控制、補償計算、參數(shù)
7、修改、報警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化及控管一體化的自動化功能,從而使自動控制系統(tǒng)發(fā)生了質變。 我們通過對控制系統(tǒng)的回顧來體會現(xiàn)場總線使自動控制系統(tǒng)發(fā)生了質變這一觀點。,現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS,F(xiàn)ieldbus Control System)屬于網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)(NCS,Networked Control System),這是新一代控制系統(tǒng)。 在此之前的控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程是: 基地式氣動儀表控制系統(tǒng); 電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng); 集中式數(shù)字控制系統(tǒng); 集散控制系統(tǒng)(DCS)。 它們的特征簡單回顧如下。,基地式氣動儀表控制系統(tǒng): 50年代以前,由于當時的生產(chǎn)規(guī)模較小,檢測
8、控制儀表處于發(fā)展的初級階段,采用的是直接安裝在生產(chǎn)設備上、只具備簡單測控功能的基地式氣動儀表,其信號僅在本儀表內起作用,一般不能傳送給別的儀表或系統(tǒng),即各測控點只能處于封閉狀態(tài),無法與外界進行信息溝通,操作人員只能通過生產(chǎn)現(xiàn)場的巡視,了解生產(chǎn)過程的狀況。,電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng): 隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大,操作者需綜合掌握多個測控點的運行參數(shù)與信息,同時按多點的信息實行操作控制,于是出現(xiàn)了氣動、電動系列的單元組合式儀表,出現(xiàn)了集中控制室。 生產(chǎn)現(xiàn)場各測控點的參數(shù)通過統(tǒng)一的模擬信號(如0.0020.01MPa的氣壓信號,010mA、420mA的直流電流信號,15V 直流電壓信號等)送往集中
9、控制室。操作人員可坐在控制室縱觀生產(chǎn)流程各測控點的狀況,同時,可把各單元儀表的信號按需要組合成復雜控制系統(tǒng)。,集中式數(shù)字控制系統(tǒng): 模擬信號的傳遞需要一對一的物理連接,因此信號傳輸緩慢,抗干擾能力也較差。 當用數(shù)字信號取代模擬信號時,就出現(xiàn)了直接數(shù)字控制技術。 但是,由于當時的數(shù)字計算機技術尚不發(fā)達,價格昂貴,因此采用了用一臺計算機取代控制室中幾乎所有儀表盤的方式,這樣就出現(xiàn)了集中式數(shù)字控制系統(tǒng)。 但這種結構形式的控制系統(tǒng)中的數(shù)字計算機一旦出現(xiàn)故障,就會造成所有控制回路癱瘓、生產(chǎn)過程終止。這種危險的集中式數(shù)字控制系統(tǒng)的結構很難為生產(chǎn)過程接受。,集散控制系統(tǒng)(DCS): 隨著計算機可
10、靠性的提高,價格的大幅下降,出現(xiàn)了數(shù)字調節(jié)器、可編程控制器 (PLC)以及由多個計算機遞階構成的集中、分散相結合的集散控制系統(tǒng)(DCS)。 DCS在功能和性能上較組合式模擬儀表、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)有了很大的提高,可在此基礎上實現(xiàn)裝置級、車間級的優(yōu)化控制。 但DCS仍然存在缺點,主要體現(xiàn)在:,,在DCS形成過程中,由于受計算機系統(tǒng)早期存在的系統(tǒng)封閉這一缺陷的影響,各廠家的產(chǎn)品自成系統(tǒng),不同廠家的設備不能互連,難以實現(xiàn)互換與互操作,并且在組成更大范圍信息共享的網(wǎng)絡系統(tǒng)時存在很多困難。,新型的現(xiàn)場總線系統(tǒng): 現(xiàn)場總線系統(tǒng)克服了DCS中采用專用網(wǎng)絡的缺陷,把基于封閉、專用的解決方案變成了基于公開
11、化、標準化的解決方案。即可以把來自不同廠商而遵守同一協(xié)議規(guī)范的自動化設備,通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡連成系統(tǒng),實現(xiàn)綜合自動化的各種功能(就像帶有網(wǎng)卡的戴爾、聯(lián)想等品牌的計算機都能連到同一個網(wǎng)絡中一樣)。 同時,把DCS的模擬數(shù)字混合系統(tǒng)的結構形式,變成了新型的全分布式網(wǎng)絡結構形式。把控制功能徹底下放到現(xiàn)場,在生產(chǎn)現(xiàn)場實現(xiàn)PID等基本控制功能。,1.1.2 現(xiàn)場總線系統(tǒng)適應了綜合自動化的發(fā)展需要 隨著計算機技術和信息技術的飛速發(fā)展,20世紀末,全球市場逐漸形成,導致競爭加劇,要求產(chǎn)品的技術含量更高、更新?lián)Q代更快。對處于全球市場中的工業(yè)生產(chǎn)提出了如下要求: 加快新產(chǎn)品的開發(fā),按市場需求調整產(chǎn)品的上
12、市時間(T,time to market); 改善質量(Q,quality); 降低成本(C,cost); 不斷完善售前售后服務(S,service)。,為適應市場競爭需要,在追求TQCS的過程中逐漸形成了計算機集成制造系統(tǒng)。即采用系統(tǒng)集成、信息集成的觀點來組織工業(yè)生產(chǎn)。把市場、生產(chǎn)計劃、制造過程、企業(yè)管理、售后服務看作需統(tǒng)一考慮的生產(chǎn)過程,并采用計算機、自動化、通信等技術來實現(xiàn)整個過程的綜合自動化,以改善生產(chǎn)加工、管理決策等。在集成信息的基礎上進一步優(yōu)化資源配置與生產(chǎn)操作,增加產(chǎn)量,改善TQCS,提高企業(yè)的市場應變能力和競爭能力。,由于計算機集成制造系統(tǒng)把整個生產(chǎn)過程看作是信息的
13、采集、傳送及加工處理過程,因而信息技術成為工業(yè)生產(chǎn)制造過程的重要因素。 在計算機與網(wǎng)絡技術基礎上發(fā)展起來的現(xiàn)場總線技術為計算機集成制造提供了條件。現(xiàn)場總線是實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程信息集成,實施綜合自動化的重要基礎,能適應信息時代自動化系統(tǒng)智能化、網(wǎng)絡化、綜合自動化的發(fā)展需求。,主要討論: 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的結構特點 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的技術特點 現(xiàn)場總線的優(yōu)點 現(xiàn)場總線的缺點 即從不同的角度討論現(xiàn)場總線系統(tǒng)的特點。,1.2 現(xiàn)場總線的特點,1.2.1 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的結構特點 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結構對比如下: 由圖能看出些什么?,,,,由上述結構圖可看出現(xiàn)場總線系
14、統(tǒng)的結構特點主要體現(xiàn)在: (1)傳統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)按控制回路進行連接。位于控制室的控制器與位于現(xiàn)場的測量變送器之間,控制器與位于現(xiàn)場的執(zhí)行器、開關、馬達之間均為一對一的物理連接。而在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中,設備之間采用網(wǎng)絡式連接,各現(xiàn)場設備作為總線上的一個網(wǎng)絡節(jié)點,同時掛接在一條總線上。,(2)現(xiàn)場總線系統(tǒng)中采用的是智能現(xiàn)場設備,因此能夠把原先DCS中處于控制室的控制計算功能模塊(如PID等)、輸入輸出功能模塊(如AI、AO等)置入現(xiàn)場設備,加上現(xiàn)場設備具有通信能力,現(xiàn)場的測量變送儀表可以與閥門等執(zhí)行機構直接傳送信號,因而控制系統(tǒng)的功能能夠不依賴控制室的計算機或控制儀表而直接在現(xiàn)場完成,實現(xiàn)了徹
15、底的分散控制。,(3)由于采用數(shù)字信號替代模擬信號,因而可實現(xiàn)一對電線上傳輸多個信號(包括多個運行參數(shù)值、多個設備狀態(tài)、故障信息),同時又為多個設備提供電源;現(xiàn)場設備以外不再需要模擬/數(shù)字、數(shù)字/模擬轉換部件。這樣就為簡化系統(tǒng)結構、節(jié)約硬件設備、節(jié)約連接電纜與各種安裝、維護費用創(chuàng)造了條件。,1.2.2 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的技術特點 現(xiàn)場總線系統(tǒng)在技術上具有以下5個特點。 (1)系統(tǒng)的開放性 開放是指對相關規(guī)范的一致與公開,強調對標準的共識與遵從。 系統(tǒng)的開放性體現(xiàn)在通信協(xié)議公開,不同廠商提供的設備之間可實現(xiàn)網(wǎng)絡互連和信息交換。用戶可按自己的需要,把來自不同供應商的產(chǎn)品組成適合控制應用
16、需求的系統(tǒng)。 現(xiàn)場總線的出現(xiàn),就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡的開放系統(tǒng)。通過現(xiàn)場總線構筑自動化領域的開放互連系統(tǒng)。,(2)互可操作性 互可操作性,是指網(wǎng)絡中互連的設備之間可實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息傳送與交換。如A設備可以接收B設備的數(shù)據(jù),也可以控制C設備的動作與所處狀態(tài)。 (3)通信的實時性與確定性 許多測控任務都有嚴格的時序要求和實時性要求。這就要求現(xiàn)場總線系統(tǒng)能提供相應的通信機制以滿足控制系統(tǒng)的實時性要求。 現(xiàn)場總線中的媒體訪問控制機制、通信模式、網(wǎng)絡管理與調度方式等影響通信實時性。(后面的章節(jié)將會述及這些內容),(4)現(xiàn)場設備的智能化與功能自治性 智能化主要體現(xiàn)在現(xiàn)場設備
17、的數(shù)字計算與數(shù)字通信能力。 功能自治性是指將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制計算等功能分散到現(xiàn)場設備,借助現(xiàn)場設備即可完成自動控制的基本功能,并可隨時診斷設備的運行狀態(tài)。,(5)對現(xiàn)場環(huán)境的適應性 現(xiàn)場總線工作在生產(chǎn)現(xiàn)場,應具有對現(xiàn)場環(huán)境的適應性。 在高溫、嚴寒、粉塵環(huán)境下能保持正常工作狀態(tài),具備抗震動、抗電磁干擾能力; 在易燃易爆環(huán)境下能保證本質安全,有能力支持總線供電。 上述技術特點是現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡有別于普通計算機網(wǎng)絡的重要方面。,1.2.3 現(xiàn)場總線的優(yōu)點 現(xiàn)場總線的特點使現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在設計、安裝、投運和檢修維護方面都體現(xiàn)出了優(yōu)越性。,(1)節(jié)省硬
18、件數(shù)量與投資 現(xiàn)場總線系統(tǒng)中,由于分散在現(xiàn)場的智能設備能直接執(zhí)行多種傳感、控制、報警和計算功能(即功能自治性的技術特點),因而可減少變送器數(shù)量(不再需要單獨的調節(jié)器、計算單元等),也不再需要DCS的信號調理、轉換、隔離等功能單元及其復雜接線(因為在DCS中,測量變送儀表一般仍然為模擬儀表,控制計算功能模塊(如PID等)和輸入、輸出功能模塊(如AI、AO等)處于控制室) ,還可以用工控PC機作為操作站,從而節(jié)省硬件投資,并可減少控制室占地面積。,(2)節(jié)省安裝費用 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線簡單,一對雙絞線或一條電纜上通??蓲旖佣鄠€設備,因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少,連線設計與接頭校
19、對的工作量也大大減少。 當需要增加現(xiàn)場控制設備時,可就近連接在原有的電纜上而無需增設新的電纜,這既節(jié)省了投資,又減少了設計、安裝的工作量。 有關典型試驗工程的測算資料表明,可節(jié)約安裝費用60以上。,(3)節(jié)省維護開銷 由于現(xiàn)場控制設備具有自診斷與簡單故障處理能力并通過數(shù)字通信將相關的診斷維護信息送往控制室,用戶可以查詢所有設備的運行和診斷維護信息,以便盡早分析故障原因并快速排除,減少了維護停工時間。 同時,由于系統(tǒng)結構簡化,連線簡單而減少了維護工作量。 (4)用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權 用戶可自由選擇不同廠商提供的設備來集成系統(tǒng)(系統(tǒng)具有開放性的技術特點),即系統(tǒng)集成
20、過程中的主動權牢牢掌握在用戶手中。,(5)提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性 與模擬信號相比,由于現(xiàn)場總線設備的智能化、數(shù)字化,因此從根本上提高了測量與控制的精度,減少了傳送誤差。 同時,由于系統(tǒng)結構簡化,設備與連線減少,現(xiàn)場儀表內部功能加強,因此減少了信號的往返傳輸,提高了系統(tǒng)的工作可靠性。 此外,由于設備的標準化,功能的模塊化,因而現(xiàn)場總線系統(tǒng)還具有設計簡單,易于重構等優(yōu)點。,現(xiàn)場總線系統(tǒng)也存在問題: 現(xiàn)場總線系統(tǒng)中,網(wǎng)絡成為系統(tǒng)的一個組成部分。而網(wǎng)絡通信中數(shù)據(jù)包的傳輸延時、通信系統(tǒng)的瞬時錯誤和數(shù)據(jù)包的丟失、各數(shù)據(jù)包發(fā)送與到達次序的不一致等都有可能破壞傳統(tǒng)控制系統(tǒng)原本具有的確定性,
21、有可能對控制系統(tǒng)的性能產(chǎn)生負面影響。 如何使控制網(wǎng)絡滿足控制系統(tǒng)對通信實時性、確定性的要求是現(xiàn)場總線系統(tǒng)在設計和運行中應該關注的重要問題。,1.3 以現(xiàn)場總線為基礎的企業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng),1.3.1 企業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)的基本組成 以現(xiàn)場總線為基礎的企業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)如下圖所示。,,,,該系統(tǒng)按功能結構劃分為三個層次,從底向上依次為: 現(xiàn)場控制層(FCS,F(xiàn)ield Control System); 制造執(zhí)行層(MES,Manufacturing Execution System); 企業(yè)資源規(guī)劃層(ERP,Enterprise Resource Planning)。 各層之間的網(wǎng)絡連接與信
22、息交換,構成完整的企業(yè)網(wǎng)絡。,圖中,ERP與MES層大多采用以太網(wǎng)構成信息網(wǎng)絡,網(wǎng)絡節(jié)點多為各種計算機及外設,它們之間的網(wǎng)絡集成、它們與外界互聯(lián)網(wǎng)之間的信息交互解決得較好,信息集成相對容易。 圖中H1、PROFIBUS、LonWorks等現(xiàn)場總線網(wǎng)段與工廠現(xiàn)場設備連接,構成FCS,是企業(yè)網(wǎng)絡的基礎。目前FCS采用的控制網(wǎng)絡種類較多,再加上DCS、PLC、SCADA等,控制網(wǎng)絡從通信協(xié)議到網(wǎng)絡節(jié)點類型都與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡存在較大差異。這使得控制網(wǎng)絡之間、控制網(wǎng)絡與外部互聯(lián)網(wǎng)之間實現(xiàn)信息交換的難度加大,互聯(lián)和互操作存在較多障礙。,根據(jù)前面的分析,企業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)各層次的信息傳遞示意如下圖所示。該圖可看成是
23、前圖的簡化形式。,從圖中可見,除現(xiàn)場控制層FCS外,上面的ERP和MES都采用以太網(wǎng)。,,,,1.3.2 現(xiàn)場總線系統(tǒng)在企業(yè)網(wǎng)絡中的作用 早期企業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)的結構復雜,功能層次較多,包括從過程控制、監(jiān)控、調度、計劃、管理到經(jīng)營決策等。 隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和普及,企業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)的結構層次趨于扁平化,同時對功能層次的劃分也更為簡化。底層為控制網(wǎng)絡所處的現(xiàn)場控制層(FCS),最上層為企業(yè)資源規(guī)劃層(ERP),而將傳統(tǒng)概念上的監(jiān)控、計劃、管理、調度等多項控制與管理功能交錯的部分,都包括在中間的制造執(zhí)行層(MES)中。,現(xiàn)場總線系統(tǒng)在企業(yè)網(wǎng)絡中的作用主要是為自動化系統(tǒng)傳遞數(shù)字信息,借助現(xiàn)場總線把控制設
24、備連成控制系統(tǒng)。 通過現(xiàn)場總線傳輸?shù)臄?shù)字信息主要包括生產(chǎn)裝置運行參數(shù)的測量值、控制量、閥門的工作位置、開關狀態(tài)、報警狀態(tài)、設備的資源與維護信息、系統(tǒng)組態(tài)、參數(shù)修改、零點量程調校信息等。它們是企業(yè)信息的重要組成部分。 企業(yè)的管控一體化系統(tǒng)需要控制信息的參與,生產(chǎn)的優(yōu)化調度需要集成不同裝置的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。這些都需要在現(xiàn)場控制層內部,在FCS與制造執(zhí)行層(MES)、企業(yè)資源規(guī)劃層(ERP)各層間,方便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息共享。,1.3.3 現(xiàn)場總線與上層網(wǎng)絡的互聯(lián) 由于現(xiàn)場總線所處的特殊環(huán)境及所承擔的實時控制任務是普通局域網(wǎng)和以太網(wǎng)難以取代的,因而現(xiàn)場總線至今依然保持著它在現(xiàn)場控制層的地位和
25、作用。 但是,現(xiàn)場總線需要同上層的信息網(wǎng)絡、與外界的互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)信息交換,以拓寬控制網(wǎng)絡的作用范圍,實現(xiàn)企業(yè)的管控一體化。,目前,現(xiàn)場總線與上層網(wǎng)絡的連接方式一般有以下三種: 一是采用專用網(wǎng)關完成不同通信協(xié)議的轉換,把現(xiàn)場總線網(wǎng)段或DCS連接到以太網(wǎng)中。 下圖給出了通過網(wǎng)關連接現(xiàn)場總線網(wǎng)段與上層網(wǎng)絡的示意圖。,,二是將現(xiàn)場總線網(wǎng)卡和以太網(wǎng)卡都置入工業(yè)PC的PCI插槽(廣義上應該是PC的IO總線插槽)內,在PC內完成數(shù)據(jù)交換,如下圖所示。,,三是將Web服務器直接置入PLC或現(xiàn)場控制設備內,借助Web服務器和通用瀏覽工具實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的動態(tài)交互。 這是互聯(lián)網(wǎng)技術在生產(chǎn)現(xiàn)場直接應用的結果,但它需要有一直延伸到工廠底層的以太網(wǎng)支持。正是因為控制設備內嵌Web服務器,使得現(xiàn)場總線的設備有條件直接通向互聯(lián)網(wǎng),與外界直接溝通信息。而在這之前,現(xiàn)場總線設備是不能直接與外界溝通信息的。,現(xiàn)場總線與上層信息網(wǎng)絡的連接使互聯(lián)網(wǎng)信息共享的范圍延伸到設備層,同時也拓寬了測量控制系統(tǒng)的視野和工作范圍,為實現(xiàn)跨地區(qū)的遠程控制與遠程故障診斷創(chuàng)造了條件。 人們可以在千里之外查察看生產(chǎn)現(xiàn)場的運行狀態(tài),方便地實現(xiàn)偏遠地段生產(chǎn)設備的無人值守,遠程診斷生產(chǎn)過程或設備的故障,在辦公室查詢并操作家中的各類電器等設備。,
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