【正文】 DCS中的分散功能塊 FCS的變革 (1) 現(xiàn)場總線對自動化領(lǐng)域的變革 用一對通信線連接多臺數(shù)字儀表代替一對信號線只能連接一臺儀表； 用多變量、雙向、數(shù)字通信方式代替單變量、單向、模擬傳輸方式； 用多功能的現(xiàn)場數(shù)字儀表代替單功能的現(xiàn)場模擬儀表； 用分散式的虛擬控制站代替集中式的控制站； 用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) FCS代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分散控制系統(tǒng)DCS； 變革傳統(tǒng)的信號標準、通信標準和系統(tǒng)標準； 變革傳統(tǒng)的自動化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計方法和安裝調(diào)試方法。 (2) FCS對 DCS的變革 ① FCS的信號傳輸實現(xiàn)了全數(shù)字化，從最底層的傳感器和執(zhí)行器就采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，逐層向上直至最高層均為通信網(wǎng)絡(luò)互連。 ②前面圖示的 FCS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是全分散式，它廢棄了傳統(tǒng)的 DCS的輸入 /輸出單元和控制站，由現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表取而代之，即把 DCS控制站的功能化整為零，分散地分配給現(xiàn)場儀表，從而構(gòu)成虛擬控制站，實現(xiàn)徹底的分散控制。 ③ FCS的現(xiàn)場設(shè)備具有互操作性，不同廠商的現(xiàn)場設(shè)備既可互連也可互換，并可以統(tǒng)一組態(tài)，徹底改變傳統(tǒng) DCS控制層的封閉性和專用性。 ④ FCS的通信網(wǎng)絡(luò)為開放式互連網(wǎng)絡(luò)，既可同層網(wǎng)絡(luò)互連，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互連，用戶可極方便地共享網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。 ⑤ FCS的技術(shù)和標準實現(xiàn)了全開放，無專利許可要求，可供任何人使用。 (1) 模擬儀表的缺點 ①一對一結(jié)構(gòu) ②可靠性差 ③失控狀態(tài) ④互換性差 (2) 現(xiàn)場總線的優(yōu)點 ①一對 N結(jié)構(gòu) ②可靠性高 ③可控狀態(tài) ④互換性 ⑤互操作性 ⑥綜合功能 ⑦分散控制 ⑧統(tǒng)一組態(tài) ⑨開放式系統(tǒng) (1) ISA/SP50 (2) PROFIBUS (3) ISP和 ISPF (4) World FIP (5) HART和 HCF (6) FF(現(xiàn)場總線基金會 ) 五種典型的現(xiàn)場總線 1. CAN(控制器局域網(wǎng)絡(luò) ) 2. LONWORKS(局部操作網(wǎng)絡(luò) ) 3. PROFIBUS(過程現(xiàn)場總線 ) 4. HART(可尋址遠程傳感器數(shù)據(jù)通路 ) 5. FF(現(xiàn)場總線基金會 )現(xiàn)場總線 FF現(xiàn)場總線技術(shù) FF現(xiàn)場總線標準共有四層協(xié)議，即 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應用層和用戶層 。 (Physical Layer) 物理層定義了傳送數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)，信號波形的幅度限制，以及傳輸介質(zhì)，波特率、功耗和網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)。 (Data Link Layer) 這一層由上下兩部分組成：下層部分功能是對傳輸介質(zhì)傳送的信號進行發(fā)送、接收控制；上層部分功能是對數(shù)據(jù)鏈路進行控制，保證數(shù)據(jù)傳送到指定的裝置。 (Application Layer) 現(xiàn)場總線訪問子層 FAS和現(xiàn)場總線報文規(guī)范 FMS兩部分構(gòu)成了應用層。 現(xiàn)場總線訪問子層提供 3類服務(wù)：發(fā)布 /索取，客戶機 /服務(wù)器，報告分發(fā)，這 3類服務(wù)被稱為虛擬通信關(guān)系 VCR。 用戶層規(guī)定了標準的 “ 功能塊 ” 供用戶組態(tài)成為系統(tǒng)。利用功能塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、控制和輸出功能。每一個功能塊包含一種對數(shù)據(jù)進行處理的算法。用戶為每一個功能塊定義一個名稱，稱為塊標記。在同一網(wǎng)絡(luò)中名稱必須唯一。數(shù)據(jù)被分解成輸入、輸出和內(nèi)部變量。 工業(yè)以太網(wǎng) 以太網(wǎng)是當今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標準，組建于七十年代早期。 Ether(以太網(wǎng)）是一種傳輸速率為 10Mbps的常用局域網(wǎng)（ LAN）標準。 所謂工業(yè)以太網(wǎng) (Industrial Ether)，就是應用于工業(yè)自動化領(lǐng)域的以太網(wǎng)技術(shù)。 工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議有多種，如 HSE、 ProfiNet、Ether/IP、 Modbus TCP等，它們在本質(zhì)上仍基于以太網(wǎng)技術(shù)（即 ）。 應用層 表示層 會話層 傳輸層 網(wǎng)絡(luò)層 數(shù)據(jù)鏈路層 物理層 ISO/OSI 模型 TCP/UDP IP IEEE 傳輸層 應用層 工業(yè)以太網(wǎng) 圖 816 工業(yè)以太網(wǎng)通信模型 系統(tǒng)集成與集成自動化系統(tǒng) 系統(tǒng)集成的含義與框架 集成自動化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 綜合自動化技術(shù) 系統(tǒng)集成的含義與框架 系統(tǒng)集成 (System Integration)可理解為：按系統(tǒng)整體性原理，將原來沒有聯(lián)系或聯(lián)系不緊密的元素組成為具有一定功能的，滿足一定目標、相互聯(lián)系、彼此協(xié)調(diào)工作的新系統(tǒng)的過程、技術(shù)與科學。由而引出系統(tǒng)集成工程，系統(tǒng)集成技術(shù)，系統(tǒng)集成方法或理論，系統(tǒng)集成體系結(jié)構(gòu)或框架以及系統(tǒng)集成商（者）等。 （ 1）控制網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的集成框架 FCS和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的集成技術(shù)可以有以下兩種框架： ①網(wǎng)間連接技術(shù) （如下圖所示） ② OPC技術(shù) OPC是用于過程控制的對象鏈接嵌入技術(shù)。 FCS和企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的集成 （ 2）控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成框架 1）現(xiàn)場總線與分布控制系統(tǒng)（ DCS） 輸入輸出總線 的集成 DCS FCS 2）現(xiàn)場總線與分布式控制系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò) 的集成 3）現(xiàn)場總線與分布式控制 系統(tǒng) 的集成 DCS FCS 集成自動化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 所有系統(tǒng)集成都包括系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、物理集成、信息集成、功能集成、經(jīng)營集成和人機集成等方面的內(nèi)容。 (1) 系統(tǒng)集成的核心 信息集成 (2) 系統(tǒng)集成的基礎(chǔ) 物理集成 (3) 系統(tǒng)集成的目標 功能集成 (4) 系統(tǒng)集成的關(guān)鍵 人機集成 (5) 系統(tǒng)集成的靈魂 經(jīng)營集成 (6) 系統(tǒng)集成的約束 價值集成 (7) 系統(tǒng)集成的保證 技術(shù)集成 綜合自動化技術(shù) 1. 計算機集成制造系統(tǒng)（ CIMS） CIMS 應用到流程工業(yè)又稱 CIPS，也叫流程工業(yè)綜合自動化系統(tǒng)，體系結(jié)構(gòu)可按功能劃分為五層，自下而上依次是控制層、監(jiān)控層、調(diào)度層、管理層、決策層，各層之間的聯(lián)系如下圖所示。 三層結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于： （ 1）更適合于扁平化 的現(xiàn)代企業(yè)結(jié)構(gòu) （ 2）生產(chǎn)成本較低 （ 3）適用范圍廣 計劃（ ERP）系統(tǒng)的 功能和特點 （ MES）的功能和特點 分布式測控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計舉例 基于 PLC的 Profibus分布式測控網(wǎng)絡(luò) 基于 PC串行總線的測控網(wǎng)絡(luò) 測控網(wǎng)絡(luò)應用設(shè)計舉例 基于 PLC的 Profibus分布式測控網(wǎng)絡(luò) 基于 PC串行總線的測控網(wǎng)絡(luò) RS485總線的測控網(wǎng)絡(luò) ADAM6000模塊的工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu) 測控網(wǎng)絡(luò)應用設(shè)計舉例 習 題 工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)通常有哪 4種拓撲結(jié)構(gòu)？各有什么特點？ 工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)常用的傳輸訪問控制方式有哪 3種？各有什么優(yōu)缺點？ 敘述集散系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場控制站的功能是什么？ 集散系統(tǒng)有那些主要特點？ 現(xiàn)場總線的特點？現(xiàn)場總線與集散控制系統(tǒng)的區(qū)別？ 現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)是什么？