[育儿理论经验]分布式控制课件.ppt

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 FieldbusFoundation 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 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 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FCSFCS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 RS485RS232现场总线 CANPROFIBUS 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 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 A E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 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 500m 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 0 10mA 4 20mA 0 20mA 0 5VDC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 PROFIBUS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32 127 带转发器 插头 9针传输速度 9 6kb 12mb距离 段 1200m 100m 9 6k 12Mb 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IEC1158 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32 126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 400m 1900m 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 80m 15Km 每段 速度 9 6Kb 12Mb 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灭火装置的联动控制 煤粉收尘器出入口风管温度及压力的实时检测 煤粉计量秤输送量实时显示及输送电机的速度控制 依照工艺流程 各设备组之间及组内设备之间的顺序起停控制及各设备在特定条件下的单击起停控制 六 应用2 煤粉制备控制系统3 控制方案选择 1 基于成熟的集散控制系统集散控制系统以其集中管理 集中操作与功能分散 危险分散的特点适应了工厂自动化的要求 在工控系统中应用较多 由三大部分组成 分散过程控制装置 操作管理装置 通信系统 2 基于IPC的分布式控制系统基于IPC的分布式控制系统结构往往采用嵌入式结构特点 并结合Ethernet技术构成分布式网络 实现模块化和组合化 采用IPC标准的各种控制模块如I O卡 A D卡 D A卡等 六 应用2 煤粉制备控制系统3 控制方案选择 3 基于IPC PLC的分布式控制系统以PLC构成系统的控制站 IPC构成系统的操作站PLC完成过程的数据采集和过程控制 IPC完成数据显示 人机界面操作和对整个工艺 控制系统的管理 以及报表打印等 4 基于IPC PLC 现场总线的分布式控制系统通过直接利用PLC的CPU上内置的现场总线接口或通过在PLC背板总线上安装现场总线通讯接口模块来扩展出现场总线 挂接各种支持该现场总线的传感器 执行器 驱动装置 智能仪表等PLC负责完成协调功能和更高层次的控制算法 六 应用2 煤粉制备控制系统4 控制方案选择优化该单元设备种类多样 现场I O地理位置分散 以及厂方的要求 系统采用多级分布式结构 控制方式为IPC PLC 现场总线由于现场设备只有部分具有PROFIBUS DP接口 这时应采用PROFIBUS SP现场设备加分散式I O混合使用的办法 分散式I O可作为通用的现场总线接口 是一种灵活的集成方案 系统共分为现场执行层 中间控制层和系统管理与监控层 六 应用2 煤粉制备控制系统5 控制方案 六 应用2 煤粉制备控制系统5 煤粉制备分布式控制系统结构 六 应用2 煤粉制备控制系统6 监控界面开发 六 应用3 造纸机分布式电力传动系统设计 1 造纸工艺流程 六 应用3 造纸机分布式电力传动系统设计 2 方案一 RS485 六 应用3 造纸机分布式电力传动系统设计3 方案二 六 应用3 造纸机分布式电力传动系统设计 4 方案三 六 应用3 造纸机分布式电力传动系统设计 5 方案四 6 DCS控制 六 应用3 造纸机分布式电力传动系统设计 7 造纸控制设备 六 应用3 造纸机分布式电力传动系统设计 4 武汉游泳馆健康监测分布式系统 六 应用 1 及时通过人机交互界面告知关键杆件的工作状态 当它们的最大等效应力趋近屈服强度极限时 及时报警 2 在屋面 V 型天窗出现积雪时 及时通过人机交互界面告知网架结构的积雪状况 3 安全预警系统应能长期自动运行