集散控制与现场总线第二版刘国海

工业4.0时代的工业控制网络

王彤

（哈尔滨工业大学（威海）信息与电气工程学院 威海 264200）

摘 要：德国自2013年正式提出“工业4.0”战略以来，加紧将信息通信技术应用到工业生产中，建立信息物理系统（CPS），通过智能工厂和智能生产，对工业产品制造、物流管理等各个环节进行智能化全程控制，以促进工业生产的智能化、数字化、网络化和服务化发展，并催生出新型商业模式和生产方式。目前，中国工业存在要素成本上升迅速、产能过剩矛盾突出、国际产业链低端锁定等诸多难题，有必要借鉴德国工业4.0战略的基本思路和实施机制，借助于正在迅速发展的新产业革命的技术成果，加快推进工业生产制造方式、产业组织和商业模式等方面的创新，加快促进工业生产的全面转型升级。 关键词：德国工业4.0；工业控制网络；智能工厂；前景发展；中国工业的发展升级 中图分类号：TP391 文献标识码：A 国家标准学科分类代码：

Industrial control network developing in the age of industrial 4.0

Wangtong

（Academy of electronic information and electric

本答案仅供参考。

第1章 绪论

1.1 什么是过程计算机控制系统？它由哪几部分组成？通过具体示例说明。

答：它是指由被控对象、测量变送装臵、计算机和执行装臵构成，以实现生产过程闭环控制

的系统，它综合了计算机过程控制和生产工艺过程。例如温度控制系统。

1.2 计算机控制工业生产过程有哪些种类型？

答：计算机控制工业生产过程一般有五种类型：

操作指导控制系统；直接数字控制系统；监督控制系统；集散控制系统；现场总线控制系统。

1.3 计算机控制系统的硬件一般有哪几大主要组成部分？各部分是怎样互相联系的？其中过程通

道有几种基本类型？它们在系统中起什么作用？

答：计算机控制系统的硬件一般包括：主机、外部设备、过程输入输出设备。两个过程通道，

一个是输入通道，另一个为输出过程通道。

输入过程通道包括：A/D通道----把模拟信号转换成数字信号后再输入； DI通道-----直接输入开关量信号或数字量信号。

输出过程通道包括：D/A通道----把数字信号转换成模拟信号后再输出； DO通道-----直接输出开关量信号或数字量信号。 1.4 直接数字控制系统

本答案仅供参考。

第1章 绪论

1.1 什么是过程计算机控制系统？它由哪几部分组成？通过具体示例说明。

答：它是指由被控对象、测量变送装臵、计算机和执行装臵构成，以实现生产过程闭环控制

的系统，它综合了计算机过程控制和生产工艺过程。例如温度控制系统。

1.2 计算机控制工业生产过程有哪些种类型？

答：计算机控制工业生产过程一般有五种类型：

操作指导控制系统；直接数字控制系统；监督控制系统；集散控制系统；现场总线控制系统。

1.3 计算机控制系统的硬件一般有哪几大主要组成部分？各部分是怎样互相联系的？其中过程通

道有几种基本类型？它们在系统中起什么作用？

答：计算机控制系统的硬件一般包括：主机、外部设备、过程输入输出设备。两个过程通道，

一个是输入通道，另一个为输出过程通道。

输入过程通道包括：A/D通道----把模拟信号转换成数字信号后再输入； DI通道-----直接输入开关量信号或数字量信号。

输出过程通道包括：D/A通道----把数字信号转换成模拟信号后再输出； DO通道-----直接输出开关量信号或数字量信号。 1.4 直接数字控制系统

缩写词全称：

（1） SCC：Supervisory Computer Control 计算机监督控制 （2） DDC: Direct Digital Control 直接数字控制 （3） DCS：Distributed Control System 集散控制系统

（4） CIMS：Computer Integrated Manufactured System 计算机集成制造系统 （5） FCS：Fieldbus Control System 现场总线控制系统

（6） CIPS：Computer Integrated Process System 计算机集成过程系统 （7） PLC：Programmable Logic Controller 可编程逻辑控制器

关于DCS:

集散型控制系统，又称分布式控制系统。是计算机技术（Computer），通信技术（Communication），图形显示技术（CRT）,控制技术（Control）的发展产物。 主要特点：可靠性高，灵活的扩展性，完善的自主控制性，完善的通信网络。 设计思想：危险分散，控制功能分散，操作和管理集中。

DDZ_II DDZ_III:电动单元组合仪表

II特点：

（1） 采用0-

1．集散控制系统DCS与现场总线控制系统FCS的比较 1．1 概述FCS、DCS

FCS是在DCS的基础上发展起来的，FCS顺应了自动控制系统的发展潮流，它必将替代DCS。这已是业内人士的基本共识。然而，任何新事物的发生，发展都是在对旧事物的扬弃中进行的，FCS与DCS的关系必然也不例外。FCS代表潮流与发展方向，而DCS则代表传统与成熟，也是独具优势的事物。特别是现阶段，FCS尚没有统一的国际标准而呈群雄逐鹿之势，DCS则以其成熟的发展，完备的功能及广泛的应用而占居着一个尚不可完全替代的地位。本人认为：现场总线控制系统FCS应该与集散式控制系统DCS相互兼容。 无论是FCS或者是DCS，它们最终是为了满足整个生产过程而进行的系统控制（PCS）。 首先以工程成本与效益看，现场总线的根本优势是良好的互操作性；结构简单，从而布线费用低；控制功能分散，灵活可靠，以及现场信息丰富。然而这些优势是建立在 FCS系统初装的前提下，倘诺企业建立有完善的DCS，现在要向FCS过渡，则必须仔细考虑现有投资对已有投资的回报率。充分利用已有的DCS设施，现有DCS的布线以及成熟的DCS控制管理方式来实现FCS是我们应选之途。

现场网络

1、CAN总线的主要技术特点、技术规范、报文帧类型、帧结构、网络控制体系以及常见的CAN通信控制器 主要技术特点:

?CAN网络上的节点不分主从

–任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，通信方式灵活 ?CAN采用非破坏性的总线仲裁技术 -载波监听多路访问、逐位仲裁 -先听再讲

-当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而节省了总线冲突的仲裁时间。 ?CAN网络上的节点具有不同的优先级 –可满足对实时性的不同要求

–高优先级的数据可在134微秒内得到传输

?通过报文滤波可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式收发数据，无需专门的“调度”

?CAN的直接通信距离

–最远可达10km（速率5kbps以下）；

–通信速率最高可达1Mbps(此时通信距离最长为40m）。 ?CAN总线上的节点数决定于总线驱动电路，一般为 –可达110个； ?报文标识符：

–CAN2.0A为2032种

–CAN2.0B扩展帧的报文标识符几乎不受限制 ?CAN为短帧结构，传输时间短，受干扰概率低

?CAN节点具有良好的检错功能，出错率低–节点中均有错误检测、标定和自检能力。

锅炉二次风门电源分散设计 和采用现场总线控制的尝试与研究

田松 河北电力勘测设计研究院电控室

摘要：本文探讨了锅炉二次风门的供电和控制方式的设计优化，目的是在保证安全可控的前提下节省电缆提高控制水平，希望能起到抛砖引玉的作用对常规的设计方式有一个创新。

关键词：现场总线、FF、现场总线控制系统（FCS） 一 问题提出。

锅炉的二次风执行机构的布置有规律性和比较集中的特点，以上海锅炉厂的四角喷燃型锅炉为例：600MW工程的锅炉二次风执行机构每个角25台，四个角100台，1000MW工程的锅炉二次风执行机构每个角32台，四个角128台。在以往的设计过程中采用集中一个电源柜，布置在配电间或电子设备内，对100多台分布在锅炉四角的执行器进行供电和控制，采用这种常规的方式需要耗费大量的电缆和施工量，在各大集团均在优化设计降低造价的背景下，如何节省这部分电缆，就成为摆在我们面前的一个课题，需要对常规设计方式进行改进和创新。 二 采用就地放置电源接线柜的设计节省电缆。

我们根据现场实际经验和计算优化提出可以通过采用在锅炉四角布置电源接线柜的电源分散设计方式，将电源开关布置在就地电源柜中，并对控制电缆进行集中，这样就可以节省大量的电源和控制电缆

4-6试求下列函数的初值和终值

2

(1)X(z)

1 z 1T2z(z 1)

(3)X(z)

(z 1)3

解

(1)

10z 1

(2)X(z)

(1 z 1)25z2

(4)X(z)

(z 1)(z 2)2

2

z 1 z 1

z 1

x(0) limX(z) lim

z z 1

x( ) lim(z 1)X(z) lim(z 1)

2

21 z 1

10z 1

(2)x(0) limX(z) lim 0

z z (1 z 1)2

10z 1

x( ) lim(z 1)X(z) lim(z 1)

z 1z 1(1 z 1)2

T2z(z 1)

(3)x(0) limX(z) lim 0

z z (z 1)3

T2z(z 1)x( ) lim(z 1)X(z) lim(z 1) 3z 1z 1(z 1)5z2

(4)x(0) limX(z) lim 5

z z (z 1)(z 2)

5z2

x( ) lim(z 1)X(z) lim(z 1) 5

z 1z 1(z 1)(z 2)

4-9S平面与Z平面的映射关系z e解

(1)S平面的虚轴，映射到Z平面为

。

(2)S平面的虚轴，当 由0趋向∞变化时，Z平面上轨迹的变化。

从（1，0）绕单位圆逆时针旋转无穷圈

(3)S平面的左半平面，

课后训练

一、单选题

1、世界各国普遍采用的复式记账法是（ ） A．收付记账法 B．增减记账法 C．左右记账法 D．借贷记账法

2、复式记账法与单式记账法相比较，下列说法正确的是（ ） A．两者都有利于检查账户记录的正确性

B．两者都能清晰地反映经济业务的过程和结果 C．两者都有一套账户体系

D．两者的账户都有相互对应关系

3、复式记账法是对每一个经济业务都以相同的金额在两个或两个以上账户中进行登记，其登记的账户一定是（ ）

A．资产类账户 B．权益类账户

C．相互关联的账户 D．总分类账户和明细分类账户 4、在借贷记账法下，账户之间最本质的差别是（ ）

A．账户的格式 B．账户的结构

C．账户的用途 D．账户的性质

5、在借贷记账法下，借和贷两字用以标明（ ） A．记账的规则

课后训练

一、单选题

1、世界各国普遍采用的复式记账法是（ ） A．收付记账法 B．增减记账法 C．左右记账法 D．借贷记账法

2、复式记账法与单式记账法相比较，下列说法正确的是（ ） A．两者都有利于检查账户记录的正确性

B．两者都能清晰地反映经济业务的过程和结果 C．两者都有一套账户体系

D．两者的账户都有相互对应关系

3、复式记账法是对每一个经济业务都以相同的金额在两个或两个以上账户中进行登记，其登记的账户一定是（ ）

A．资产类账户 B．权益类账户

C．相互关联的账户 D．总分类账户和明细分类账户 4、在借贷记账法下，账户之间最本质的差别是（ ）

A．账户的格式 B．账户的结构

C．账户的用途 D．账户的性质

5、在借贷记账法下，借和贷两字用以标明（ ） A．记账的规则