【正文】 粗纜或細(xì)纜） ? 銅線（雙絞線） ? 光纜 2）以太網(wǎng)四種不同的物理層 10BASE5 粗纜 10BASE2 細(xì)纜 10BASET 雙絞線 10BASEF 光纜 以太網(wǎng)媒體接入控制 MAC 四、 分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信 銅纜或銅線連接到以太網(wǎng)的示意圖 主機(jī)箱 主機(jī)箱 主機(jī)箱 雙絞線 DB15 連接器 集線器 BNC T 型接頭 收發(fā)器電纜 網(wǎng)卡 插入式 分接頭 MAU MDI 保護(hù)外層 外導(dǎo)體屏蔽層 內(nèi)導(dǎo)體 收發(fā)器 BNC 連接器 插口 RJ45 插頭 四、 分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信 以太網(wǎng)的最大作用距離 250 m 750 m 500 m 500 m 50 m 50 m 50 m 轉(zhuǎn)發(fā)器 網(wǎng)段 2 網(wǎng)段 3 轉(zhuǎn)發(fā)器 轉(zhuǎn)發(fā)器 轉(zhuǎn)發(fā)器 500 m 四、 分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信 （ 二 ） 分布式控制網(wǎng)絡(luò)通信 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型 傳輸 系統(tǒng) 輸入信息 輸入數(shù)據(jù) 發(fā)送 的信號(hào) 接收 的信號(hào) 輸出數(shù)據(jù) 源點(diǎn) 終點(diǎn) 發(fā)送器 接收器 調(diào)制解調(diào)器 PC 機(jī) 公用電話網(wǎng) 調(diào)制解調(diào)器 數(shù)字比特流 數(shù)字比特流 模擬信號(hào) 模擬信號(hào) 正文 正文 源系統(tǒng) 目的系統(tǒng) 傳輸系統(tǒng) 輸出信息 PC 機(jī) 四、 分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信 （ 二 ） 分布式控制網(wǎng)絡(luò)通信 模擬和數(shù)字的數(shù)據(jù) 、 信號(hào) 模擬數(shù)據(jù) 模擬信號(hào) 放大器 調(diào)制器 模擬數(shù)據(jù) 數(shù)字信號(hào) 編碼器 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 模擬信號(hào) 調(diào)制器 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 數(shù)字信號(hào) 數(shù)字發(fā)送器 四、 分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信 （ 二 ） 分布式控制網(wǎng)絡(luò)通信 數(shù)字信號(hào)通過實(shí)際的信道 實(shí)際的信道 （ 帶寬受限、有噪聲、干擾和失真 ） 輸入信號(hào)波形 輸出信號(hào)波形 (失真不嚴(yán)重 ) 輸入信號(hào)波形 實(shí)際的信道 （ 帶寬受限、有噪聲、干擾和失真 ） 輸出信號(hào)波形 (失真嚴(yán)重 ) 四、 分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信 （ 二 ） 分布式控制網(wǎng)絡(luò)通信 常用通信方式 雙工通信 半雙工 : 數(shù)據(jù)沿雙向交替?zhèn)魉?(同一時(shí)刻只能單項(xiàng)傳送，并且應(yīng)答公用一條信道 ) A發(fā)送 B接受 數(shù)據(jù)信道 應(yīng)答信道 A發(fā)送 B接受 數(shù)據(jù) 應(yīng)答 全雙工 : 是指將兩套半雙工通信設(shè)備合二為一，有 4條獨(dú)立信道。 2）網(wǎng)卡的重要功能： ? 進(jìn)行串行 /并行轉(zhuǎn)換； ? 對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存； ? 在計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序； ? 實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議。 總線網(wǎng) 匹配電阻 四、 分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 樹型結(jié)構(gòu) 樹型結(jié)構(gòu)是有多條總線結(jié)構(gòu)組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 匹配電阻 四、 分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 環(huán)型結(jié)構(gòu) 環(huán)型結(jié)構(gòu)中的每個(gè)站起到中繼器的作用 ， 可使用網(wǎng)絡(luò)分布的范圍比較大 ， 單向環(huán)型 ， 有序的數(shù)據(jù)流動(dòng) ， 通訊控制總線簡單 。 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)（站）相互連接的形式，一般有總線型、環(huán)型、樹型和星型 E A B D 4 5 2 1 C 3 四、 分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 總線型結(jié)構(gòu) 優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)點(diǎn)增減和位置變動(dòng)容易 缺點(diǎn)： 網(wǎng)絡(luò)對總線的故障比較敏感 控制策略： 總線型是實(shí)行分散的控制策略，在網(wǎng)絡(luò)上可以方便地增加新站點(diǎn)或拆除故障站點(diǎn)，通常采用無源工作方式而不影響網(wǎng)絡(luò)的正常工作。 ① ⑤ 表示主機(jī)通信媒體之間的接口（插卡、適配器等） 167。 四、 分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信 （ 一 ） 分布式控制網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖 167。 現(xiàn)場總線構(gòu)造了網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng) 現(xiàn)場總線導(dǎo)致了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，形成了新型的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)，即現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) FCS FCS是繼 氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng) 、 電動(dòng)組合單元模擬儀表控制系統(tǒng) 、 集成式數(shù)字控制系統(tǒng) 和 集散控制系統(tǒng) DCS之后的新一代控制系統(tǒng)。 三、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 現(xiàn)場總線技術(shù) (4) 三、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 現(xiàn)場總線技術(shù) (5)現(xiàn)場總線的特點(diǎn) 現(xiàn)場總線 現(xiàn)場總線是應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在微機(jī)化測量設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，又稱為開放式、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò) 。 5) 因現(xiàn)場總線是雙向的，故可從控制室對現(xiàn)場儀表進(jìn)行標(biāo)定和調(diào)整。 3) 能傳送多個(gè)過程變量，可以實(shí)現(xiàn)在線故障診斷及線路故障檢測。 三、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 現(xiàn)場總線技術(shù) (2)現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu) 功能塊 設(shè)備描述語言 DDL 現(xiàn)場總線信息規(guī)范（ FMS） 系 統(tǒng) 管 理 網(wǎng) 絡(luò) 管 理 數(shù)據(jù)鏈路層 物理層 傳感器 控制器 PLC 執(zhí)行器 應(yīng)用層 現(xiàn)場 三、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 現(xiàn)場總線技術(shù) (3) 現(xiàn)場總線的優(yōu)勢 1) 大大縮減了布線費(fèi)用。 2） 80年代開始，智能變送器和其它智能儀表的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使得有必要采用數(shù)字通信取代原有的 4mA20mA信號(hào)傳遞。 一、 分布式控制理論與技術(shù)的發(fā)展 三、 發(fā)展過程 測控能力指數(shù) 按回路運(yùn)行 按過程運(yùn)行 過程優(yōu)化 管控一體化 50年代 19601980 19801990 19901998 時(shí)間 氣動(dòng)、模擬 電動(dòng)單元 數(shù)字 /模擬混合 DCS FCS 數(shù)字 開放標(biāo)準(zhǔn) 思考題： 某市中環(huán)線設(shè)計(jì)，其方案一采用環(huán)型 +星型、方案二采用星型 +星型、方案三采用環(huán)型 +環(huán)型，試說明各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)？ “分布式控制理論與技術(shù)”發(fā)展過程經(jīng)歷了哪幾個(gè)階段？每個(gè)階段有何特點(diǎn)？ 元器件、 PLC、計(jì)算機(jī)的發(fā)展對“分布式控制理論與技術(shù)” 有何促進(jìn)作用？ 二、分布式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 常規(guī)模擬儀表與計(jì)算機(jī)控制相結(jié)合 報(bào)警 操作臺(tái) 顯示 計(jì) 算 機(jī) 執(zhí)行器 常規(guī)儀表 信號(hào)變送 A/D D/A 生 產(chǎn) 過 程 打印 二、分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 報(bào)警 操作臺(tái) 顯示 打印 計(jì) 算 機(jī) D/A CPU/可編程控制器 測量與變送單元 A/D 通訊口 生 產(chǎn) 過 程 執(zhí)行機(jī)構(gòu) ． 溫度 ． 流量 ． 壓力 ． 成分 二、分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 模擬控制與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 模擬系統(tǒng) 數(shù)字系統(tǒng) yK 調(diào)節(jié)器算法 調(diào)節(jié)閥 被控對象 eK A/D D/A + CPU系統(tǒng) 輸出 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 被控對象 模擬調(diào)節(jié)儀表 測量變送儀表 設(shè)定值 + e 輸出 檢測變送單元 二、分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 集散控制系統(tǒng)的組態(tài)方式 單回路系統(tǒng)的組態(tài)舉例流量控制系統(tǒng)圖 + SV 線性化 補(bǔ)償 報(bào)警檢測 報(bào)警檢測 濾波器 輸出限幅 壓力 PID A/D 信號(hào)變換器 D/A 定位器 流量 溫度 壓力 二、分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 集散控制系統(tǒng)的組態(tài)方式 PID調(diào)節(jié)器的處理程序 處理 讀輸入 調(diào)節(jié)器 超量程檢測 線性化 修正運(yùn)算 濾波 控制模式 特殊線性化 熱 電 偶線性化 熱 電 阻線性化 開 方 運(yùn) 算 P I D P 開關(guān)控制 輸出 三、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 DCS系統(tǒng)的發(fā)展 (1)與 PLC 技術(shù)相融合 傳統(tǒng)的 DCS是由回路儀表控制系統(tǒng)發(fā)展而來 ， 在回路調(diào)節(jié)與模擬量控制等方面具有一定優(yōu)勢 (2) 與現(xiàn)場總線技術(shù)相結(jié)合 依據(jù) IEC61158規(guī)范和現(xiàn)場總線基金會(huì) FF(Fieldbus Foundation)的定義 :現(xiàn)場總線是一種服務(wù)于生產(chǎn)現(xiàn)場 、 能夠在微機(jī)化測量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 。 古典控制理論的產(chǎn)生； 控制方式為單入 /單出和單臺(tái)設(shè)備控制 ； 控制參數(shù) 為速度、溫度、壓力、成份、流量、單個(gè)參數(shù)； 第一階段 第二階段 第四階段 晶體管的出現(xiàn) 。 采用單個(gè)設(shè)備對某一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行局部控制 勞動(dòng)生產(chǎn)率低、產(chǎn)品質(zhì)量不高。智能變送、 智能調(diào)節(jié)。 分布式控制理論與技術(shù) 袁佑新 202209 授 課 內(nèi) 容 一、分布式控制理論與技術(shù)的發(fā)展過程 二、分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 三、分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 四、分布式控制的網(wǎng)絡(luò)與通信 五、 PROFIBUS現(xiàn)場總線 六、分布式控制系統(tǒng)應(yīng)用 武漢市環(huán)線及城市出入口交通控制系統(tǒng)建設(shè)方案 車輛檢測器 卡口車輛監(jiān)測與記錄系統(tǒng) 視頻監(jiān)測系統(tǒng) 民警電臺(tái)、 122報(bào)警信息 交通狀況預(yù)測及事件檢測 管理員確認(rèn) 專家系統(tǒng)提出建議方案 信息處理系統(tǒng) 信息采集系統(tǒng) 可變情報(bào)扳車輛檢測器 可變限速標(biāo)志 交通廣播 交通控制和信息發(fā)布系統(tǒng) 環(huán)線及城市出 /入口交通控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 一、 分布式控制理論與技術(shù)的發(fā)展 一、范 例 信息采集系統(tǒng) 信息采集系統(tǒng) 信息采集系統(tǒng) 車輛檢測器、卡口車輛監(jiān)測與記錄系統(tǒng)、視頻監(jiān)測系統(tǒng)、民警電臺(tái)及 122報(bào)警臺(tái) 交通狀態(tài)預(yù)測及事件檢測、管理員確認(rèn)、專家系統(tǒng)提出建議方案 可變情報(bào)板車輛檢測器、可變限速標(biāo)志、交通廣播 武漢市環(huán)線及城市出入口交通控制系統(tǒng)建設(shè)方案 中環(huán)線交通控制系統(tǒng)建設(shè)方案一 武漢市環(huán)線及城市出入口交通控制系統(tǒng)建設(shè)方案 數(shù)字光端機(jī) 站點(diǎn) 1