热工信息化技术与系统1.ppt

1、热工信息化技术与系统,能源与环境学院 刘振祥,课程目标：,掌握热工信息化系统的原理和相关技术； 学会系统分析、设计、编程和维护的方法； 掌握面向对象的软件开发技术和组件化软件技术。 掌握相关基础理论，并具有一定的动手能力，进行信息化软件开发实践，为今后的深入工作打下一个良好的基础。,课程主要内容：,热工信息化系统基础 工业数据通信技术基础 网络技术基础 串行通信及其软件 管理信息系统 软件技术与面向对象开发技术 组件化技术 COM原理与实现 SIS系统 Internet/Intranet技术,考核形式：,设计报告： 针对自己的专业方向，设计相应的计算机测控网络系统，包

2、括系统架构、对象测点布置、仪器仪表/计算机系统/控制设备/网络通信选型、接口设计、软件模块组成与功能等； 结合上述设计，撰写课程总结。 软件设计： 采用C+语言，开发上述系统中的网络软件、通信接口软件或COM软件。 撰写软件说明。,课程学习：,参考教材： 工业数据通信与控制网络，阳宪惠，清华大学出版社 分散控制系统与现场总线控制系统，白焰等，中国电力出版社； 分布式控制系统（DCS）的设计与应用实例，王常力等，电子工业出版社； 管理信息系统，常晋义，电力出版社； COM原理与应用，潘爱民，清华大学出版社； 其它相关参考： VC+、Windows、Winsock程序设计； MODBus、CAN及

3、其他现场总线标准资料； 硕士、博士论文； 工程项目技术方案； Internet其它资料；,热工信息化系统基础,概述 多种技术融合：控制理论、仪器仪表、计算机、网络通信等； 多种功能：检测、控制、优化、调度、物流、管理、经营、市场、决策等； 目标：增加产量、提高质量、提高效率、降低消耗、降低成本、确保安全； 特点：管控一体化、开放性、标准化、智能化、分散与集中相结合； 组成：软件、硬件和系统；,热工信息化系统基础,典型生产过程应用 连续过程（流程工业） 工程量数字量： 模拟量：温度、压力、流量、质量、液位及计算量等； 开关量：开关、状态、SOE； 脉冲量：频率； 连续调节（流程控制） 计算机监控

4、系统： 单机系统 双机冗余系统 分散控制系统（DCS） 现场总线控制系统（FCS）,控制器,执行器,流量变送器,流量,液位,控制器,液位变送器,热工信息化系统基础,典型生产过程应用 离散过程： 时间离散+参数幅度离散； 程序控制或逻辑控制； 动作时间、动作顺序、逻辑关系 PLC控制系统,热工信息化系统基础,典型生产过程应用 批量过程： 连续与离散混合； 配方改变则改变生产工艺流程； 测量自动化（智能化）： 单片机系统：Intel 80C51 嵌入式系统： ARM、X86、powerPC、网络模块； 操作系统：WinCE、Linux、VxWorks、C-OS、DOS等； DSP系统：数字信号处理

5、 软测量：对难以测量或者暂时不能测量的重要变量，选择另外一些容易测量的变量，通过构成某种数学关系来推断或者估计，以软件来替代硬件的功能,热工信息化系统基础,热工信息化系统体系结构 层次结构,热工信息化系统基础,热工信息化系统体系结构 -系统层次 管控一体化：企业经营决策、管理、计划、调度、过程优化、故障诊断、现场控制紧密联系在一起，进行综合信息处理，按市场需求，以尽可能低的资源、能量消耗，安全可靠地生产出电能产品，供应市场。这就必须将自动控制、办公自动化、经营管理、市场销售等各层次计算机（包括现场仪表内的微处理器）互连成网络，实现信息的沟通汇集与数据共享，因而企业网络中的信息是多层次的。,热工

6、信息化系统基础,热工信息化系统体系结构 -系统层次 现场控制层 ：现场在线仪表、现场设备和控制/信号采集仪器； 过程控制层：与现场设备连接的DCS系统、PLC系统、PCS系统，接收从现场控制层来的信息，并实现控制、优化计算、集中显示。 厂级实时生产管理层（SIS）： 负责从过程控制层中采集生产实时数据，集中置入实时数据库，进行全厂优化计算、集中监控、故障诊断等生产管理功能。 厂级信息管理层（MIS）： 企业的生产调度、计划、销售、库存、财务、人事等，一般由关系数据库收集整理； 经营决策层 （DSS）：对各种管理信息和生产信息进行深度的挖掘和分析，融合市场信息、国家政策等外界信息，最终生成经营决

7、策信息。,热工信息化系统基础,热工信息化技术及发展趋势 自动化系统 PC-Base低成本工业控制自动化 工业PC、I/O装置、监控装置、控制网络； PLC的广泛应用 向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展； 向大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能性方面发展； 面向测控管一体化设计的集散控制系统 标准化、模块化和系列化设计； 分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调； 综合性、开放性、专业性、易维护性发展趋势； 引进各种先进控制理论，提高系统的控制性能； 适应不同规模的需求 向低成本综合化自动化系统的方向发展,热工信息化系统基础,热工信息化技术及发展趋势 自动化系统

8、 现场总线技术 连接智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双向串行、多节点的通信总线 现场仪表的智能化/数字化、控制功能分散化、控制系统开放化 降低成本、组合扩展容易、安装及维护简便 智能控制系统 模拟人类学习和自适应的能力，能学习、存储和运用知识，能在逻辑推理和知识推理的基础上进行信息处理，能对复杂系统进行有效的全局性控制，能自主地驱动智能机器实现其目标的过程。 研究范围：模糊逻辑控制、专家控制、神经网络控制、分级递阶智能控制系统、学习控制系统等。,热工信息化系统基础,热工信息化技术及发展趋势 控制系统的发展 初级控制系统 时间：20世纪50年代以前； 特点：所用的设备主要是安装在生产

9、现场、具有简单测控功能的基地式仪表，信号基本上都是在本仪表内起作用。此阶段的控制系统均简单、初级控制系统。 模拟仪表控制系统 时间：60年代至70年代后期； 特点：以电子管、晶体管、集成电路为核心的气动和电动单元组合式仪表两大系列，它们分别以压缩空气和直流电源作为动力，用于对防爆要求较高的化工生产和其他行业，防爆等级为本质安全型，在仪表内部实行电压并联传输，外部实行电流串联传输，以减小传输过程的干扰。,热工信息化系统基础,热工信息化技术及发展趋势 控制系统的发展 集中式数字控制系统 时间：80年代初； 特点：使用数字信号代替模拟信号，并研制出直接数字控制系统，用数字计算机代替控制室内的仪表来完

10、成控制系统功能。用一台计算机取代控制室的所有仪表。解决了信号传输及抗干扰问题。 集散控制系统（DCS） 组成：由数字调节器、可编程控制（PLC）以及多台计算机构成； 特点：当一台计算机出故障时，其他计算机立即接替该计算机的工作，使系统继续正常运行。在DCS系统中，测量仪表、变送器一般为模拟仪表，控制器多为数字式，因而它又是一种模拟数字混合系统。但是各厂家的产品互换与互操作有一定的局限性。,热工信息化系统基础,热工信息化技术及发展趋势 控制系统的发展 现场总线控制系统（FCS） 特点：把基于封闭、专用的解决方案变成了基于公开化、标准化的解决方案，即可以将来自不同厂商而遵守同一协议规范的自动化设备

11、通过现场总线控制系统把DCS集中与分散结合的集散系统结构变成了新型全分布式系统结构，把控制功能彻底下放到现场。,18,传统泵/阀控制系统结构示意图,P&V 1,P&V 2,P&V 3,P&V 4,P&V 5,CPU,I/O, AD/DA etc. Modules,19,现场总线泵/阀控制系统结构示意图,P&V 1,P&V 2,P&V 3,P&V 4,P&V 5,CPU,DeviceNet 接口,Network Scanner,热工信息化系统基础,热工信息化技术及发展趋势 典型DCS产品 新华XDPS-400+ ABB IndustrialIT SIEMENS SIMATIC PCS 7 SIE

12、MENS T3000 Honeywell TPS,热工信息化系统基础,热工信息化技术及发展趋势 软件系统 嵌入式软件系统： 智能仪器 底层开发、基于OS的开发（WindowsCE、Linux,VxWorks) 组态软件： “组态”的概念是伴随着DCS出现的； 支持各种工控设备和常见的通信协议； InTouch(Wonderware)、iFix(Intellution)、WinCC(Siemens) ForceControl(三维)、组态王、各种DCS组态软件,热工信息化系统基础,热工信息化技术及发展趋势 软件系统 通信协议与接口： 串行通信：MODBus、485/232/422； 网络通信：TCP/IP、Winsock、OPC； 现场总线：Profibus、CAN、FF、Device NET, 数据库系统： 文件系统、嵌入式数据库、内存数据库、 实时/历史数据库(PI、eDNA、iHistrian、InSQL、OpenDB）、 关系数据库（Oracle、SQL Server、Sybase、DB2、MySQL),热工信息化系统基础,热工信息化技术及发展趋势 软件系统 C/SB/S： Internet/Intranet技术：ASP.NET、J2EE、Javascript、VPN 中间件：通信、数据 面向服务架构（SOA） 瘦客户端胖客户端