【正文】 prEN 50170的現(xiàn)場總線。 ISO/OSI模型也是它的參考模型。由Profibus Dp、 Profibus FMS、 ProfibusPA組成了 Profibus系列。 DP型用于分散外設(shè)間的高速傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用。 FMS意為現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開關(guān)等一般自動(dòng)化，而 PA型則是用于過程自動(dòng)化的總線類型，它遵從 IEC11582標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)技術(shù)是由西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的。它采用了 OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，由這兩部分形成了其標(biāo)準(zhǔn)第一部分的子集， DP型隱去了 3～ 7層，而增加了直接數(shù)據(jù)連接擬合作為用戶接口， FMS型只隱去第3～ 6層，采用了應(yīng)用層，作為標(biāo)準(zhǔn)的第二部分。 PA型的標(biāo)準(zhǔn)目前還處于制定過程之中，其傳輸技術(shù)遵從 IEC11582 (1 )標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)總線供電與本質(zhì)安全防爆。 2021年 6月 16日 60 ? Porfibus支持主 — 從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對(duì)總線的控制權(quán)，可主動(dòng)發(fā)送信息。對(duì)多主站系統(tǒng)來說，主站之間采用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點(diǎn)可在一個(gè)事先規(guī)定的時(shí)間內(nèi)擁有總線控制權(quán)，共事先規(guī)定好令牌在各主站中循環(huán)一周的最長時(shí)間。按Profibus的通信規(guī)范，令牌在主站之間按地址編號(hào)順序，沿上行方向進(jìn)行傳遞。主站在得到控制權(quán)時(shí)，可以按主 — 從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。主站可采取對(duì)所有站點(diǎn)廣播 (不要求應(yīng)答 ),或有選擇地向一組站點(diǎn)廣播。 ? Profibus的傳輸速率為 96～ 12kbps最大傳輸距離在12kbps時(shí)為 1000m， 15Mbps時(shí)為 400m，可用中繼器延長至 10km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接 127個(gè)站點(diǎn)。 2021年 6月 16日 61 CAN ? CAN是控制網(wǎng)絡(luò) ControlAreaNetwork的簡稱，最早由德國BOSCH公司推出，用于汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。其總線規(guī)范現(xiàn)已被 ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國際標(biāo)準(zhǔn)，得到了 Motorola、 Intel、 Philips、 Siemens、 NEC等公司的支持，已廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)域。 ? CAN協(xié)議也是建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連模型基礎(chǔ)上的，不過，其模型結(jié)構(gòu)只有 3層，只取 OSI底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和頂層的應(yīng)用層。其信號(hào)傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率最高可達(dá) 1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá) 1 0km/kbps,可掛接設(shè)備最多可達(dá) 110個(gè)。 ? CAN的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為 8個(gè)，因而傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低。當(dāng)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，具有自動(dòng)關(guān)閉的功能以切斷該節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)系，使總線上的其它節(jié)點(diǎn)及其通信不受影響，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。 2021年 6月 16日 62 ( 1 ) 如 何 確 保 通 信 的 實(shí) 時(shí) 性 與 確 定 性 網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)督與控制系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)地 ， 在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)傳輸現(xiàn)場過程信息和操作管理信息 。 根據(jù)不同的應(yīng)用要求響應(yīng)時(shí)間也不同 ，工業(yè)控制中的響應(yīng)時(shí)間通常在毫秒量級(jí) 。 網(wǎng)絡(luò)化的計(jì)算機(jī)監(jiān)督與控制系統(tǒng)的主要技術(shù)問題 2021年 6月 16日 63 (2)如何確保系統(tǒng)具有高可靠性 ?通信系統(tǒng)的任何故障都可能造成整個(gè)系統(tǒng)的崩潰，甚至威脅人身安全，因此通信系統(tǒng)必須具有較高的可靠性。按照一般的要求，現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)誤碼率應(yīng)小于 108，而且應(yīng)有較強(qiáng)的檢測(cè)和糾錯(cuò)能力，關(guān)鍵的軟硬件應(yīng)有必要的冗余，發(fā)生故障時(shí)可以在線切換。 2021年 6月 16日 64 ?(3)如何保證系統(tǒng)有較好的可擴(kuò)展性包括網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用擴(kuò)充，網(wǎng)絡(luò)容量擴(kuò)充，以及網(wǎng)絡(luò)配置靈活等。 ?(4)如何保證系統(tǒng)具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力 2021年 6月 16日 65 ２ .網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)督控制理論 分解與協(xié)調(diào) ? 分解與協(xié)調(diào) ：網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)監(jiān)督與控制系統(tǒng)主要用來解決對(duì)復(fù)雜大系統(tǒng)的控制問題。 ? 復(fù)雜大系統(tǒng)其特點(diǎn)是參數(shù)多、維數(shù)高、多目標(biāo)、分散性與關(guān)聯(lián)性。 ? 解決復(fù)雜系統(tǒng)或大系統(tǒng)的維數(shù)災(zāi)問題．通常采用遞階控制或分散控制的方法。 ? 遞階控制是將整個(gè)系統(tǒng)分解為若干個(gè)子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)由其直接控制器進(jìn)行控制，整個(gè)系統(tǒng)再由協(xié)調(diào)器進(jìn)行總體協(xié)調(diào)管理。 2021年 6月 16日 66 ? 網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)監(jiān)督與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)大體上可分為三個(gè)階段。 ? 第一階段是系統(tǒng)分析與方案論證階段。 ? 第二階段是系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段。針對(duì)所論證的方案，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括各子系統(tǒng)的軟件與硬件設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。 ? 第三階段是系統(tǒng)總體評(píng)價(jià)、分析與協(xié)調(diào)階段。 2021年 6月 16日 67 網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)監(jiān)督與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 開始 系統(tǒng)分析與建模 各子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 模型簡化分解評(píng)價(jià) 總體分析評(píng)價(jià)與協(xié)調(diào) 符合要求？ 完成設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)調(diào) 試運(yùn)行修改 2021年 6月 16日 68 硬件設(shè)計(jì)含兩個(gè)層次 ? 其一是部件設(shè)計(jì)，部件設(shè)計(jì)與單計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)類似，不同點(diǎn)是，在網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)監(jiān)督與控制系統(tǒng)中各部件必須協(xié)調(diào)工作，因此必需有通信功能和可編程功能。 ? 其二是系統(tǒng)集成，網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)監(jiān)督與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并不一定要從部件開始設(shè)計(jì)，目前已有許多智能部件可供使用，因此設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)監(jiān)督與控制系完全可以用系統(tǒng)集成的方法完成。 2021年 6月 16日 69 軟件設(shè)計(jì) ? 網(wǎng)絡(luò)軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)，主要是網(wǎng)絡(luò)化操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)化文件管理系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)化語言等。 ? 許多中小型軟件公司已經(jīng)開發(fā)了適用于工業(yè)過程控制中廣泛使用分級(jí)網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組態(tài)軟件。一般組態(tài)軟件能按系統(tǒng)的配置選用硬件驅(qū)動(dòng)程序 ,進(jìn)行硬件組態(tài) ,具有圖形界面程序設(shè)計(jì)和簡易的后臺(tái)語言設(shè)計(jì)功能 ,在可靠性方面還具有完善的用戶管理功能等；工業(yè)控制組態(tài)軟件是一種功能完善的應(yīng)用程序，組態(tài)軟件是一種容易使用的軟件，使用它可以大大減輕用戶編程的工作量。 2021年 6月 16日 70 優(yōu)化控制算法設(shè)計(jì) ?網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)監(jiān)督與控制系統(tǒng)是由許多智能模塊通過連網(wǎng)構(gòu)成的。設(shè)計(jì)中要解決系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的功能分配，系統(tǒng)總體性能的實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化，保證系統(tǒng)的控制與管理功能以及對(duì)可靠性、安全性、保密性等方面的要求等。其關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)總體性能的優(yōu)化。目前比較成熟的優(yōu)化方法是靜態(tài)優(yōu)化技術(shù)，也就是分解與協(xié)調(diào)的優(yōu)化方法。