通信与接口 谈英姿 tanyz@seu.edu.cn 东南大学自动化学院 2017年9月10日.

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1 通信与接口 谈英姿 东南大学自动化学院 2017年9月10日

2 通信与接口 通 : 从辵(chuò),甬(yǒng) 。本义:没有堵塞,可以通过 信: 从“人”，从“言”。意谓人言为信，诚也.
通信(communication)：按照达成的协议，信息在人、地点、进程和机器之间进行的传送。 接：从手,妾声。本义:两手交叉 口：出入通过的地方； 接口(interface)：两个不同系统(或子程序)交接并通过它彼此作用的部分 传统意义上的通讯”主要指电话、电报、电传。通讯的讯”指消息（message）,媒体讯息通过通讯网络从一端传递到另外一端。媒体讯息的内容主要是话音、文字、图片和视频图像。其网络的构成主要由电子设备系统和无线电系统构成，传输和处理的信号是模拟的。所以，通讯”一词应特指采用电报、电话等媒体传输系统实现上述媒体信息传输的过程。 通信”仅指数据通信，即通过计算机网络系统和数据通信系统实现数据的端到端传输。通信的信”指的是信息（information）,信息的载体是二进制的数据。数据则是可以用来表达传统媒体形式的信息，如声音、图像、动画等。 由于旧的通讯”系统早已实现了数字化、计算机网络化改造，因此可以认为目前的数据通信系统已涵盖了过去的通讯”系统的功能。按照这个结论，目前应多使用通信”一词表达互联网间与局域网内的数据传输，尽量少用或不用通讯”一词，以免引起概念上的误解。 按照达成的协议，信息在人、地点、进程和机器之间进行的传送。 《尔雅·释宫》云：“一达谓之道路，二达谓之歧旁，三达谓之剧旁，四达谓之衢，五达谓之康，六达谓之庄，七达谓之剧骖，八达谓之崇期，九达谓之逵。”古人命名一路畅通为“道路”，一分为二有分岔叫做“歧”，十字路口通达四个方向叫做“衢”，通达五个方向就叫做“康”，通达六个方向叫做“庄”，通达九个方向叫做“逵”（馗）。 2017年9月10日

3 课 程 简 介 课程要求 教学内容 考查方式 2017年9月10日

4 课程基本要求 了解工业通信网络模型; 掌握现场总线技术的概念、标准及其发展趋势; 掌握工业以太网技术的概念及其应用;
了解工业控制网络互联的接口技术; 掌握OPC接口技术; 了解RockWell集成架构技术及其工业自动化领域的发展趋势. 2017年9月10日

5 教学内容 工业控制网络 工业通信局域网技术 现场总线技术 工业以太网技术 OPC技术 Rockwell网络集成平台 XML语言技术
数据库技术的应用 2017年9月10日

6 教材及主要参考书 1.《工业通信网络与系统集成》 冯冬芹等编 科学出版社 2005 2.《深入浅出NetLinx网络架构 》
冯冬芹等编 科学出版社 2005 2.《深入浅出NetLinx网络架构 》 黄允凯 机械工业出版社 2009 2017年9月10日

7 绪论 工业自动化控制系统 工业通信网络模型 现场总线 工业以太网 2017年9月10日

8 工业自动化控制系统 什么样的技术，以何种方式实现什么样的目标和性能？ 2017年9月10日

9 测控能力发展 2017年9月10日

10 工业自动化仪表及控制系统发展进程 50’s 60’s 70’s 80’s 90’s 21cn 2017年9月10日 气动 电动 电Ⅲ型
电动单元组合仪表 DCS DCS/FCS 气动单元组合仪表 DCS/FCS/WCS 气动仪表 3-15 PSI KPa 50’s 电子仪表 模数混合仪表 全数字仪表 无线数字仪表 10-50 mA 0-20 mA 60’s 现场调校 隔爆型仪表/本质安全型仪表/无火化型仪表 4-20 mA 70’s 远程调校 仪表依赖不同的协议 智能型 HART DE BRAIN 80’s 现场总线 IEC 61158 良好的互操作性 90’s 无线仪表 IEC无线HART ISA100.11a 良好的扩展性 21cn 气动 电动 电Ⅲ型 模拟量 模拟量 混合型 数字型 无线数字型 信号与协议 特征与功能 2017年9月10日

11 电子商务时代制造业面临的挑战： e-Manufacturing The Emerging e-Business Enterprise
Suppliers e-Manufacturing Customers Seamless Coupling Seamless Coupling Build-to-Order Deliver with Speed & Accuracy Minimize Cycle Times Maximize Efficiency 2017年9月10日

12 传统工业自动化到 e-Manufacturing 统一的控制引擎、统一的开发环境实现全厂范围内所有控制任务
罗克韦尔 自动化 Complete Automation 控制及MES 集成平台 ERP / SCM / CRM JD Edwards 企业信息 管理系统 制造 执行系统 纵向集成： 标签一次定义，即可直接被控制编程、上位监控及MES使用。 模块化MES平台：提供数据分析、质量跟踪、排产以及网络化信息发布；与信息管理系统的无缝集成。 无须附加编程，可对所有控制设备网进行远程诊断和维护。 历史数据分析、设备效率评估、物料跟踪、质量跟踪、排产、信息发布等等 MES 制造执行系统 各种自动 控制系统 Factory Automation Process Automation 横向集成： 统一的控制引擎、统一的开发环境实现全厂范围内所有控制任务 Motion 伺服控制 传动 控制 Machine Safety SCADA RTU PLC ESD DCS Batch 国外ERP产品点评 功能强劲的SAP 　　SAP公司是ERP思想的倡导者，成立于1972年，总部设在德国南部的沃尔道夫市。SAP的主打产品R/3是用于分布式客户机/服务器环境的标准ERP软件，主要功能模块包括：销售和分销、物料管理、生产计划、质量管理、工厂维修、人力资源、工业方案、办公室和通信、项目系统、资产管理、控制、财务会计。R/3适用的服务器平台是：Novell、Netware、NT Server、OS400、Unix ，适用的数据库平台是：IBM DB2、Informix、MS SQL Server、Oracle ，支持的生产经营类型是：按定单生产、批量生产、合同生产、离散型、复杂设计生产、按库存生产、流程型，其用户主要分布在航空航天、汽车、化工、消费品、电器设备、电子、食品饮料等行业。 　　点评： 　　R/3的功能涵盖了企业管理业务的各个方面，这些功能模块服务于各个不同的企业管理领域。在每个管理领域，R/3又提供进一步细分的单一功能子模块，例如财务会计模块包括总账、应收账、应付账、财务控制、金融投资、报表合并、基金管理等子模块。SAP所提供的是一个有效的标准而又全面的ERP软件，同时软件模块化结构保证了数据单独处理的特殊方案需求。 　　目前，排名世界500强的企业，有一半以上使用的是SAP 的软件产品。因R/3的功能比较丰富，各模块之的关联性非常强，所以不仅价格偏高，而且实施难度也高于其他同类软件。R/3适用于那些管理基础较好经营规模较大的企业，普通企业选择R/3时，要充分考虑软件适用性和价格因素。 高度集成的Oracle 　　Oracle公司是全球最大的应用软件供应商，成立于1977年，总部设在美国加州。Oracle主打管理软件产品Oracle Applications R11i是目前全面集成的电子商务套件之一，能够使企业经营的各个方面全面自动化。Oracle企业管理软件的主要功能模块包括：销售定单管理系统、工程数据管理、物料清单管理、主生产计划、物料需求计划、能力需求管理、车间生产管理、库存管理、采购管理、成本管理、财务管理、人力资源管理、预警系统。Oracle适用的服务器平台是：DEC Open VMS、 NT、 Unix、 Windows 95/98，数据库平台是：Oracle，支持的生产经营类型是：按定单生产、批量生产、流程式生产、合同生产、离散型制造、复杂设计生产、混合型生产、按定单设计、按库存生产，其用户主要分布在：航空航天、汽车、化工、消费品、电器设备、电子、食品饮料行业。 　　Oracle凭借“世界领先的数据库供应商”这一优势地位，建立起构架在自身数据之上的企业管理软件，其核心优势就在于它的集成性和完整性。用户完全可以从Oracle公司获得任何所需要的企业管理应用功能，这些功能集成在一个技术体系中，而如果用户想从其它软件供应商处获得Oracle所提供的完整功能，很可能需要从多家供应商分别购买不同的产品，这些系统分属于不同供应商的技术体系，由不同的顾问予以实施，影响了各个系统之间的协同性。对于集成性要求较高的企业，Oracle无疑是理想的选择。但企业如果对开放性要求较高，Oracle显然无法胜任。 适宜“大批量生产”的JDE 　　J.D.Edwards公司于1977年在美国科罗拉多州丹福市创立，JDE系统是其提供的一套用于企业商务解决方案的软件产品。JDE系统的模块包含制造业、分销业、财务、人力资源管理，其中制造业部分由产品数据管理、厂房设备维修、车间控制、主生产计划、物料需求计划、能力需求计划等模块所组成；分销业部分由预测、需求计划、库存管理、销售定单处理、销售分析、采购定单处理、分销资源计划、仓库管理、电子数据交换（EDI）模块所组成；财务部分由总分类账和基础财务、财务模式、预算和分配、应收账、应付账、现金账、多国通货账、固定资产等模块组成。 　　JDE适用的服务器平台有：NT、OS/400、Unix、Digital VMS，适用的数据库平台是：IBM DB2、MS SQL Server、Oracle，支持的生产经营类型是：按定单装配、批量生产、按定单设计、合同生产、离散型、按定单制造、按库存生产、混合型生产、连续型、大批量生产。用户主要分布在汽车、化工、消费品、电器设备、电子、食品饮料、工业品、金属加工、制药业等行业。 　　JDE最早是适用于制造业的MRPII系统，后来发展成为适用于制造业、金融、分销、建筑、能源、化工、房地产及公用事业方面的商务软件。虽然JDE的用户遍及世界35个国家和地区，销售额也一直高居世界ERP软件供应商排名前五位，但JDE曾经一度被淡忘，因为它所采用的技术构架和编程技术没有多层客户机/服务器和面向对象编程那么热烈地被人们谈论。 　　JDE在系统稳定性和运行速度上有优异表现，特别适用于大量生产型的工业企业，而且实施总成本不高。JDE是完全基于IBM AS／400小型机开发的，在其他通用系统上的运行效果不理想。目前JDE也在向其他平台扩展。 实现“动态企业建模”的Baan 　　BAAN是一个为项目型、流程型以及离散型产业供应链提供ERP系统和咨询服务的公司。BAAN的软件家族产品支持企业一系列的业务过程，其中包括：制造、财务、分销、服务和维护业务。此外，BAAN公司还提供了Orgware——一套组织工具和软件工具，它能帮助企业减少实施时间和成本，并能帮助企业实现对系统的不断改进。BAAN ERP 适用的服务器平台是：NT、 OS/400、 Unix、 Windows 95/98、 IBM S390，适用的数据库平台是：IBM DB2、Informix、MS SQL Server、Oracle，支持的生产类型是按定单设计、复杂设计生产，用户主要分布在航空航天、汽车、化工、工业制造等行业。 　　BAAN通过Orgware系统件作为企业建模工具，以保证企业灵活运用软件，它强大的功能能满足企业现在的实际需求，也能满足企业将来的需求。Orgware把公司本身的业务处理流程作为输入，以标准的企业模型为参考，很快地配置系统来满足企业的需要和特殊要求。这样，企业的BAAN应用系统的模型就会快速地顺利地被确定下来。 　　业务流程重组（BPR）不利往往是影响ERP实施的重要因素，BAAN的动态建模思想和技术不仅有利于保障企业成功实施ERP系统，而且便于企业今后依据管理需要重新构建业务框架。业务流程重组有困难或者预计将来业务流程会发生改变的企业，选择BANN会有利于成功实施运用ERP系统。 为用户量体裁衣的SSA-BPCS 　　SSA成立于1981年，其总部设在美国芝加哥。SSA主要向用户提供的BPCS（Business Planningand ControI System商业计划与控制系统）套件包括财务、分销、制造三大部分，能满足企业在这三个管理领域的大部分需要。BPCS适用的服务器平台是：OS/400、Unix，适用的数据库平台是：Informix、Oracle，支持的生产类型是：按定单生产、按库存生产、批量生产、连续型、混合型、离散型，用户主要分布在汽车、化工、消费品、离散型、电器设备、电子、食品饮料、机器制造、金属加工、制药等行业。 　　SSA的BPCS系统的设计具有巧妙的功能和极大的使用弹性，各模块均包含许多用户自定义参数设计功能，可将系统加以裁剪组合，以符合用户特殊需求。 　　和BAAN一样，SSA为用户设计了快速实施系统的方案，以减少实施的时间成本和风险成本。由于BPCS强大的自定义功能，使实施BPCS的用户无需放弃原来的工作模版，而是根据用户的实际工作情况来裁剪组合系统，以便短时间内上线运用。“我们的软件是为快速实施所设计”、“我们保持着极短的时间--效益期”成为SSA打动用户的独特卖点。 　　对于客户化设置要求较多，或者对于实施时间要求较高的企业，采用SSA的BPCS会是一个不错的选择。 实现客户价值的SYMIX-SyteLine 　　Symix成立于1979年，是在微机服务器上开发MRPII软件的第一家软件公司。Symix 提供的软件产品SyteLine套件包含的主要功能模块是：总账、应收款系统、应付款系统、订单管理、采购管理、库存管理、资产管理、预算管理、成本管理、生产计划。适用的服务器平台是：NT，Unix，适用的数据库是：Progress、Oracle，支持的生产类型：按定单生产、按库存生产、离散型生产的企业。用户主要分布在汽车制造、电子电器、机械制造、金属加工等行业。 　　以客户为中心的商业模式这几年越来越受到重视，CRM（customer relationship management 客户关系管理）软件因此运应而生，逐步成为企业信息化建设的焦点。虽然CRM这一思想并非Symix确切地提出，但是Symix却将“以客户为中心”的生产经营理念最大程度地融合到软件中。 　　大多数CRM软件关注的是以客户为中心的营销服务工作，而Symix的CSRP（Customer Synchronized Resource Planning客户同步资源计划）系统更能以客户为导向，系统地组合企业各项生产经营资源，因此Symix自称CSRP是超越ERP的新型管理思想和软件系统。对于外部市场环境变化较快，或者完全根据客户需求生产的企业，选择Symix能较好地实现客户需求拢动式生产。 构建虚拟工厂的QAD－MFG／PRO 　　QAD公司于1979年在美国加州的卡宾特瑞创立，其软件产品MFG／PRO系统包含分销、制造、财务三大类别36个主要功能模块。适用的服务器平台是：NT、Unix，适用的数据库平台是：Progress、Oracle，支持的生产类型是：离散型、连续型、成批生产、备货生产、按订单生产和重复生产，用户主要分布在电子工业、汽车制造、医药工业和消费品工业等行业。 　　以戴尔和阿迪达斯为代表的虚拟工厂经营模式，在以信息技术为主的新经济时代有着特殊的经营优势。QAD的供应链管理系统就是用来帮助建立虚拟工厂的，这个“工厂”将涉及的不同研发者、供应者、装配者、包装者和批发者组织起来，使它们与客户要求保持一致，然后工厂在产品上标以统一商标并获得利润。QAD 集成的分布式MFG／PRO系统能运行于虚拟工厂的整个经营管理过程，以便使“工厂”将其客户与他们自己很好地结合起来，然后再与供应商，以及供应商的供应商联系在一起。MFG／PRO系统可以设置成一台机器多个数据库、多台机器单数据库、一台机器分开的数据库、多台机器分散的数据库，这种灵活的数据库配置，可以实现任意数目的用户机同时存取任意数目的数据库服务器，以确保虚拟工厂在不同地区不同信息环境下协同运作。 简便实用的四班—Fourth Shift 　　FOURTH SHIFT（四班）公司成立于1982年，总部位于美国明尼阿波利斯市。Fourth Shift软件包含40多个管理模块，覆盖生产、采购、销售、客户服务等集成子系统。适用的服务器平台是：Novell Netware、NT、Windows 95/98，适用的数据库平台是：MS SQL Server，支持的生产类型主要是离散型、按单生产，也可用于流程式连续生产型企业，用户主要分布在日用消费品、电子电器、计算机行业。 　　Fourth Shift是一套适于中小制造企业应用的软件系统，功能虽然不如SAP的软件丰富，但基本符合中小企业在生产管理、物流管理、财务管理等方面的需求，而且具有简便实用、成本低廉、实施期短（一般3—6个月完成实施）等特点。 　　虽然Fourth Shift在世界的管理软件销售排名不是很靠前，但在中国及其它亚太地区的市场表现不俗，这与Fourth Shift符合这些地区大部分企业的实际需求，以及Fourth Shift一直以来在产品和服务本地化方面所做的努力不无关系。 　　目前Fourth Shift的财务会计系统已经通过中国财政机构符合中国会计管理制度的评审。中小制造企业特别是离散型制造业在选择企业管理软件时，Fourth Shift可以作为首要考虑对象。 兼容并蓄的CA—MANMAN／X 　　CA（Computer Associates）公司是以开发大型机软件起家的软件产品公司。由美籍华人王嘉廉于1976年创立，总部设在美国纽约长岛。 　　CA的产品家族非常庞大，MANMAN／X是其提供的一个完整的制造业管理系统。该系统由制造、工程、财务、销售与售后服务、系统工具五大部分组成，其中每一部分又由各功能模块构成，例如：制造部分中包含了基础资料、库存管理、计划（MPS，MRP，CRP）管理、采购管理、车间控制和成本会计部分。 　　MANMAN／X不受工作平台或操作系统环境的限制，适用于Oracle、INGRES等各种关系型数据库并附带专有数据库系统。 　　CA软件最大的特点在于兼容并蓄的通用性和开放性。由于开放、模块化结构，MANMAN／X完全独立于计算机软／硬件环境，允许选择能最好工作的平台，适用的数据平台也非常广泛。同时系统能适应用户各种生产经营类型要求，包含了各种制造方法单独的或任何组合的应用，可以满足用户的许多特定需求。MANMAN／X提供的修改菜单和屏幕，以及自动生成应用程序的客户化开发工具，使用户具备了对迅速变化的市场和管理需求作相应调整的能力。 　　与Oracle 一样，CA提供给企业的是一个全面而完整的管理解决方案，企业办公及经营管理所涉及的软件产品，几乎都能从CA的软件家族中找到。与Oracle不同的是，CA具有软件产品领域的广泛性和软件本身的开放性。CA兼容并蓄的风格不仅体现在软件产品上，而且体现在企业经营上。 　　在中国，CA正在走本地化的资本和文化融合之路，目前已经和包括联想、安易在内的许多计算机软硬件厂商合作，共同开拓本地市场。由于CA兼容并蓄的风格，使企业选择CA不仅选择了一个开放的软件系统，而且选择了全方位的系统支持和持续发展的保障。有资料称CA是世界第二大独立软件供应商，但在企业管理软件领域，目前CA的表现与SAP、Oracle等“大腕”级软件供应商相比还有差距。 我对JDE和IFS不熟，我们在选型时对SAP和oracle到是进行了比较认真的考查。但针对化工企业，我到黑龙江省的龙涤化纤去考查过，他们用的是oracle，而且效果挺好。我个人觉得SAP是从离散业的MRP II起家的，而oracle起步晚一点，不那么专注于离散制造业，而且它的电子商务套件的观念也比较新一点，也许对化工企业更好一点。 关于你提到了贵企业目前存在的问题，应该说每一个准备上ERP的企业都存在，上ERP的目的不正是要解决这些问题么？我的观点是企业上ERP的提高管理水平是相辅相成的过程，不可能等企业的管理都完善了再上ERP，也不可能今天上了ERP明天企业就现代化了。我们就是要通过上ERP规范企业流程、加强基础数据的准确性，促进企业管理水平的提高，促进员工素质的提高。之所以都说上ERP难，其难点也就在这里。 This breaks down the enterprise in to 4 sections. RSI is in 3 of the 4. Control/process – This is a 20B industry (not including Process) RA is ranked 3rd and derives ~6B today in total revenue. RSI will continue to serve this layer and come out with new products like RSNeworx, RSGuardian, Pocket Logic, ….. Data and Visualization – This is a $250M product industry. RSI currently ranks 3rd with around 9% market share.We will continue to move forward with RSView32 as our core with Stealth (v7.0) planned for We will continue to embed the latest in Internet and MS technology to keep in step with the “OPEN” concept. Information – The top 30 companies in the Manufacturing arena make up 16B in product and services. RSI has created the Information Automation Business Unit (IABU) to go after this area. We are beginning to release products to server the Manufacturing BusinessWare arena with the BizWare suite of products like RSSQL, RSHistorian, ComplianceTrack and others. These products combined with server technology put us ahead of our main competitors. Although the SW product market is sizable, the services industry continues to be a growing industry dwarfing the product business at least 5 times. Enterprise – this industry is dominated by SAP, Oracle Apps, JDEdwards…. Companies have spent the last 3-5 years implementing these MRP/ERP systems and are now ready to start connecting with the MFG facility. RA controls the plant and they own the enterprise. RSI provides the tools to link the 2 together and the Information SP’s provide the expertise to connect. 2000 SP will focus on the information layer Emergency Shutdown Device紧急停车系统的缩写 ESD是英文Emergency Shutdown Device紧急停车系统的缩写。这种专用的安全保护系统是90年代发展起来的，以它的高可靠性和灵活性而受到一致好评。 ESD紧急停车系统按照安全独立原则要求，独立于DCS集散控制系统，其安全级别高于DCS。在正常情况下，ESD系统是处于静态的，不需要人为干预。作为安全保护系统，凌驾于生产过程控制之上，实时在线监测装置的安全性。只有当生产装置出现紧急情况时，不需要经过DCS系统，而直接由ESD发出保护联锁信号，对现场设备进行安全保护，避免危险扩散造成巨大损失。具有关资料，当人在危险时刻的判断和操作往往是滞后的、不可靠的，当操作人员面临生命危险时，要在60s内作出反应，错误决策的概率高达99.9%。因此设置独立于控制系统的安全联锁是十分有必要的，这是作好安全生产的重要准则。该动则动，不该动则不动，这是ESD系统的一个显著特点。 为何要独立设置ESD系统呢？当然一般安全联锁保护功能也可由DCS来实现。但是对于较大规模的紧急停车系统应按照安全独立原则与DCS分开设置，这样做主要有以下几方面原因： （1）降低控制功能和安全功能同时失效的概率，当维护DCS部分故障时也不会危及安全保护系统; （2）对于大型装置或旋转机械设备而言，紧急停车系统响应速度越快越好。这有利于保护设备，避免事故扩大；并有利于分辨事故原因记录。而DCS处理大量过程监测信息，因此其响应速度难以作得很快； （3）DCS系统是过程控制系统，是动态的，需要人工频繁的干预，这有可能引起人为误动作；而ESD是静态的，不需要人为干预，这样设置ESD可以避免人为误动作. 不同应用中 的控制要求 顺控&联锁/ 定位/ 同步/ 故障安全/ 远程采集/ 过程控制 用户 消费品、汽车制造、水处理、电力、冶金以及石化等各行各业

13 工业通信网络模型 现场控制网络 过程控制/监控网络 管理信息网络 2017年9月10日
设备层：将底层的设备直接联接到车间控制器上，采集各种各样的、不同厂商的、距离远近不同的现场设备的数据，对其进行配置、监视和控制 控制层：它在各个PLC之间及其与各智能化控制设备之间，进行控制数据的交换、控制的协调、网上编程和程序维护、远程设备配置和查、排错误，也可以连接各种人机界面产品进行监控 信息层：提供上层计算机系统通过以太网访问车间级的数据，主要为全厂范围控制系统的数据汇集和监视 2017年9月10日

14 罗克韦尔自动化：面向未来的 Logix FCS 控制方案
RSVIEW SE Remote Clients RSVIEW SE Work Stations Ethernet Redundant Server Industry PC based on Win2000/CE ControlNet Redundant 或 EtherNet/IP ControlLogix Fieldbus Foundation DeviceNet 或 ControlNet 或 RIO Starter FLEX I/O PanelView Sensor/ Switch Drive FLEX Ex I/O One control architecture, one company with the right solution for your application 2017年9月10日

15 现场总线 根据国际电工委员会ＩＥＣ61158标准定义,现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间数字式、串行、多点通信的数据总线。 现场总线是面向工厂底层自动化及信息集成的数字化网络技术。 现场总线技术可促进现场仪表的智能化、控制功能分散化、控制系统开放化，是工业领域技术发展趋势。 人们制订ＩＥＣ61158标准的初衷是将纷乱杂呈的各种总线归纳成一种统一的标准,既方便制造商的产品生产,又便于用户选用。 但最终通过的ＩＥＣ61158标准,经多方争执和妥协,最后容纳了八种互不兼容的协议。 这八种协议在ＩＥＣ61158中分别为八种类型: 类型1　ＩＥＣ技术报告(即ＦＦＨ1) 类型2　ＣｏｎｔｒｏＮｅｔ(美国Ｒｏｃｋｗｅｌｌ公司支持) 类型3　Ｐｒｏｆｉｂｕｓ(德国西门子公司支持) 类型4　Ｐ Ｎｅｔ(丹麦ＰｒｏｃｅｓｓＤａｔａ公司支持) 类型5　ＦＦＨＳＥ(即原ＦＦＨ2,美国ＦｉｓｈｅｒＲｏｓｅｍｏｕｎｔ公司支持) 类型6　ＳｗｉｆｆＮｅｔ(美国波音公司支持) 类型7　ＷｏｒｌｄＦＩＰ(法国Ａｌｓｔｈｏｍ公司支持) 类型8　Ｉｎｔｅｒｂｕｓ(德国ＰｈｏｅｎｉｘＣｏｎｔａｃｔ公司支持) 2017年9月10日

16 典型工业现场 DCS Proprietary Bus mA 4 -20 mA 4 -20 mA 2017年9月10日

17 当今的通信 Many different types of proprietary digital communications-
Interfaces Distributed Control System Network Computer PLC Programmable Controller (PLC) Networks PLC - DCS Controller PLC PLC PLC Motor Drives Proprietary Busses M Remote I/O cards & terms Remote I/O 4-20mA or proprietary digital Electrical Signals Simple Sensors & Switches Two wire Transmitters & Control Elements Many different types of proprietary digital communications- Limited information from the field available to the control room. 2017年9月10日 4 4 4

18 Interoperable devices
A Plant with Fieldbus Maintenance DCS High Speed Fieldbus (100 Mbits/s)* *Fast Ethernet Low Speed Fieldbus (31.25 Kbits/s) Interoperable devices 2017年9月10日

19 Before 2017年9月10日

20 After 2017年9月10日

21 BEFORE 256 I/O 2017年9月10日

22 AFTER 4,000 Fieldbus ‘I/O’ 2017年9月10日

23 目前现场总线标准（20种） 2007年出版，有效期至2012年 类型 名称 1 TS61158现场总线 11 TC-net实时以太网 2
CIP现场总线 12 Ether CAT实时以太网 3 PROFIBUS 现场总线 13 Ethernet Power Link 实时以太网 4 P-NET现场总线 14 EPA实时以太网 5 FF的HSE高速以太网 15 Modbus-RTPS实时以太网 6 Swift Net(被撤销) 16 SERCOSⅠ，Ⅱ现场总线 7 World FIP现场总线 17 V-NET/IP实时以太网 8 INTER BUS现场总线 18 CC-Link现场总线 9 FF的HI现场总线 19 SERCOSⅢ实时以太网 10 PROFINET实时以太网 20 HART现场总线 类型6 SwiftNet将被撤消，主要是因为市场推广应用不理想，而且也不经常出席会议之故，他主要是美国制造飞机的波音公司推出的。至于HART是4-20mA向现场总线过渡的产品，他在4-20mA的信号上再叠加一个数字信号，因为不是全数字化，严格来讲，不能算是现场总线，放在里边，可能只是HART的应用层协议而已。 2017年9月10日 2007年出版，有效期至2012年

24 EPA国际标准制定 2002年初， “十一五”863重点项目： “基于高速以太网技术的现场总线控制设备”启动，开始了EPA技术的研发；
2003年年初，SAC/TC124向国家标准委领导作了EPA技术进入国际标准的工作汇报，得到了国家标准委领导的大力支持； 2003年5月19日，德国西门子公司和美国罗克韦尔公司联合向IEC/SC65C提交了新工作项目65C/306/NP“测量和控制数字数据通信 实时应用中基于ISO/IEC8802-3的通信网络行规（RTE）”，明确指出行规仅包含IEC61784涉及的七个通信行规集，这实际上已将包括EPA在内的一些基于实时以太网的解决方案拒之门外。 2017/9/10 24

25 突破封锁 2003年7月，SAC/TC124通过中国IEC国家委员会向IEC/SC65C 推荐四名EPA专家组专家参加306/307项目。
2003年8月28日至8月29日，IEC/SC65C/WG11工作组会议（RTE第1次会议）在西班牙马德里召开，中国代表团的三名专家参加了本次会议。在本次会议上，我国专家向工作组介绍了EPA协议的结构框架，并联合了法国、加拿大、日本、澳大利亚、意大利等国的专家们对RTE项目的范围提出了质疑，经过艰苦努力，最终使项目发起公司做出了让步，在标准范围中加入了如下两点：a)标准定义RTE第1、2层，同时定义集中子层（映射，接口等），以便使高层协议和服务可以访问ISO/IEC8802 系统；b)标准包含必要的RTE管理实体。从而使EPA协议加入国际标准成为可能。 25 2017/9/10

26 技术准备 2003年12月，应SC65C总协调人PHINNEY的要求，在充分调研和广泛征求专家意见的基础上，我国先后向国际上提交了两个工作建议：EPA建议和安全建议。这两个建议将在法国召开的工作组会议上进行讨论。并将EPA协议英文版提交给65C秘书长和WG11发起人。 组织准备 2003年，6-12月间，国家标准委有关领导在国内会见各大自动化公司领导层时，多次就EPA的工作与他们进行了卓有成效的沟通。 2003年，11-12月间，国家标准委高新技术部、仪表所和全国工业过程测量和控制标准化技术委员会组团访问美国、加拿大，在此期间分别与：65C主席、秘书长、加拿大国家委员会、SC65C总协调人、MODBUS协会负责人、施耐德公司负责人、罗克韦尔公司代表等进行了卓有成效的会谈，争取到他们对EPA提案的支持。 26 2017/9/10

27 取得成果 2004年1月19日～22日，IEC/SC65C联合工作组第2次会议在法国召开，会议一致通过在2004年11月以前，将包括我国自主开发的工业控制网络协议EPA在内的6种目前非国际标准以太网技术作为IEC的PAS文件出版； EPA成为目前IEC正在制定的国际标准IEC 的9种子集之一，编号为CPF14，将EPA协议纳入到正式国际标准中； 中国代表团为与会各大总线公司的技术代表做了EPA技术及其安全策略的专题讲座，并回答专家提问，取得了良好效果，扩大EPA技术的国际影响； 中国专家在WG13会议上所作的安全策略和方法报告得到WG13各位专家的重视，我国专家承担了IEC 的部分标准编写工作； 会上与我们的合作伙伴达成一致，共同推进实时以太网的国际标准化工作，为EPA将来的PAS文件投票和纳入正式国际标准打下了良好基础； 2007年，列入国际标准IEC 和IEC61158。 27 2017/9/10

28 工业以太网 在技术上与商用以太网international standard IEEE (Ethernet)兼容，在实时性、可靠性、环境的适应性等方面能满足工业现场的需要，是一种典型的工业通信网络。 工业以太网的特性： 通信确定性与实时性 稳定性与可靠性 2017年9月10日

29 应用实例 冶金行业- 大型高炉控制 高炉控制系统特点 罗克韦尔自动化全新的 Logix FCS控制系统
应用实例 冶金行业- 大型高炉控制 高炉控制系统特点 罗克韦尔自动化全新的 Logix FCS控制系统 -- LogixStation 控制站 -- Logix FCS 服务器及软件包 Logix FCS 高炉控制系统解决方案 高炉煤气 高炉 铁矿石 竖炉 BF-gas holder 煤 石灰 球团 CP-gas 烧结 烧结分部 焦炭 焦化厂 喷煤 Stoves (3) 热风 Oxygen 1100 °C 氧气厂 Air 矿渣 0.5 Mt/a 铁水 2.4 Mt/a 脱硫 高炉煤气 发电站

30 高炉控制系统特点1 复杂的高炉工艺系统本身，决定了高炉控制系统中有多个子系统（槽下及上料、热风炉、喷煤、高炉本体及煤气清洗控制、炉顶、水渣及液压站等等）以及相关辅助系统，包含大量输入输出点（1000～4000AI/AO、4000~8000DI/DO），同时涉及到复杂的多回路过程控制和大量的顺序/联锁控制。

31 典型要求 传统方法:仪表和电气专业人员分别选择DCS和 PLC共同实现高炉控制。
DCS特点：过程控制回路响应要求并不快 - 几十甚至几百ms，但能保证模拟信号的周期性采样和处理，以获得稳定的高精度控制；功能块图编程等。) 当前，简单地选择由传统知名PLC或DCS厂商提供的新一代集成控制系统：单一系统方便维护并且减少备品备件。 2017年9月10日

32 注意事项 选用PLC厂商方案：如何保证稳定并且高精 度的过程控制?画面点数限制？
选用DCS：能否提供对于称重及变频器等网络的通讯接口？能否提供可集成炼铁厂甚至整个钢铁厂内其他系统如烧结等的一体化实时数据库？ 2017年9月10日

33 高炉控制系统特点2 较大范围内的大量现场设备要求高炉控制系统应更易于实施和维护。 典型要求：
国际标准的开放工业现场总线技术，不仅减少接线、采 集更多的现场信息，还能实现现场设备的网络化集中组态 、诊断和维护。 注意事项： 从过程仪表（如压力变送器等等）到电气现场设备（如 变频器等等）是否全面支持？是否集成简单易用的网络组 态及维护软件工具，并且在线组态引起的相关信息传递不 应对系统实时控制有任何影响？在任何一点均可对系统内 设备进行编程组态？面向未来的可扩展性及无缝集成？

34 高炉控制系统特点3 高炉对于连续生产的要求，决定了高炉控制系统的高可靠性和高可用性。 典型要求：
热备冗余的控制站，冗余的现场总线和网络，冗余服务器 的上位监控系统（Sever/Client结构时）。 考虑到高炉现场恶劣的工作环境，如粉尘、高温和各种电 磁干扰，在选择先进的控制系统同时，还应保证对与控制 系统相关的信号采集部分（如变送器、行程开关以及现场 I/O站等）和执行机构部分都应采用同样高品质的产品。 注意事项： 控制站能否保证无扰切换？网络切换速度？冗余服务器？？

35 高炉控制系统特点4 典型要求： 高炉控制系统应能与不同专家模型系统紧密耦合，提供的实 时数据和关系型数据库的双向接口。 注意事项：
复杂的物理和化学反应过程，决定了高炉控制实际是相互紧密耦合的典 型多输入多输出系统。为了真正降低焦比或能耗，提高炉龄，必须采用 多个专家模型系统，根据实际生产运行数据进行运算，同时为基础自动 化级的子系统的许多控制任务提出给定值要求。同时，工厂管理系统也 需要相关的生产运行数据。 典型要求： 高炉控制系统应能与不同专家模型系统紧密耦合，提供的实 时数据和关系型数据库的双向接口。 注意事项： 该接口是否完全双向？？是否稳定高速？？能够跨平台运行（对实时数 据库能否提供OPC Sever或DDE Server的接入方式？？对关系型数据库 能否提供针对SQL Sever或Oracle的最佳接口方式，保证数据的快速优 化连接？？数据压缩功能？？）

36 LogixStation 控制站 LogixStation 构成： － LogixTM 控制平台 － NetLinxTM 开放透明网络
DeviceNet ControlNet Ethernet FF H1 ProfiBus LogixStation 构成： － LogixTM 控制平台 单一平台同时支持顺序控制、传动控制、过程控制 模块化组合实现SCADA、DCS、PLC、分布式传动等不同系统 － NetLinxTM 开放透明网络 国际标准现场总线（FF H1及FF HSE、ControlNet、DeviceNet、Profibus等）与信息管理网络无缝集成，全面满足制造自动化与过程自动化的需要 提供各种工业标准通讯方式的接口，实现多种异种网络的互联

37 Logix FCS高炉自动化控制系统配置图

38 Logix FCS高炉服务器软件- 统一的分布式开发环境
RSView Studio 单一的开发软件，既能进行操作员面板画面编程（任何运行RSView ME的现场操作员面板/Win CE/2000)；还能进行RSView SE编程。 ME的应用程序可以直接导入到SE应用程序 “Bridging the gap between machine & supervisory level systems”

39 Raw Materials Prep & Processing Processing & Finishing
可扩展性：炼铁甚至全厂的数据采集监控 Iron Ore Limestone Coal Pellets Sinter Crusher Coke Ovens Slag Blast furnace Molten Iron Oxygen Lime & Flux Scrap Direct Reduction Electric Furnace Ladle Metallurgy Raw Materials Prep & Processing Blast furnance Slab Continuous Casting Hot Strip Pickling Cold Annealing Temper Rolling Welded Pipe Steel Plate Drawn Bars Hot Rolled Bars Billet Bloom Rods Tube Rounds Seamless Pipe Structural Shapes Rails Processing & Finishing Continuous Caster Continuous Process Lines Wire Bar&rod Mill Iron Making

40 Logix FCS高炉服务器软件- 流程操作与控制一体化的“面板”功能
ActiveX faceplates are provided for several instructions which are typically used by operator: Alarm Enhanced Select Totalizer Ramp Discrete 2-State Device Discrete 3-State Device Enhanced PID ActiveX faceplates may be dropped into any ActiveX container application, such as RSView or other operator interface products.

41 Logix FCS高炉服务器软件 - PIDE 自动整定和优化功能
1. Assign the autotune tag to the loop. 2. Configure the autotune parameters. 3. Run the autotuner and accept or modify the new values.

42 槽下及上料子系统 Of all the industries, steel mills were the slowest in accepting ac drives for all applications. The migration from dc started with pumps and fans, runout tables and auxiliary drives in process lines. Today users are specifying ac for all strip propulsion drives in process lines as well as in most rolling mills.

43 炉体及煤气清洗子系统

44 炉顶及出铁场子系统

45 热风炉及余热回收子系统

46 水渣及液压站子系统

47 制粉及喷吹子系统

48 Logix FCS高炉控制－ 混配料控制子系统

49 Logix FCS高炉控制－ 混配料控制子系统

50 Logix FCS高炉控制－

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54 Logix FCS高炉控制－

55 Logix FCS高炉控制－

56 相关网站 中国自动化网 中华工控网 2017年9月10日