畢業(yè)設計（論文）電廠化學加藥系統(tǒng)的以太網(wǎng)和Web發(fā)布實現(xiàn)

1、常州信息職業(yè)技術學院常州信息職業(yè)技術學院 學生畢業(yè)設計（畢業(yè)論文）學生畢業(yè)設計（畢業(yè)論文） 系系 別：別： 電子與電氣工程學院電子與電氣工程學院 專專 業(yè)：業(yè)： 電氣自動化技術電氣自動化技術 班班 級：級： 電氣電氣 051 學學 生生 學學 號：號： 學學 生生 姓姓 名：名： 設計設計(論文論文)題目：題目：電廠化學加藥系統(tǒng)的以太網(wǎng)和電廠化學加藥系統(tǒng)的以太網(wǎng)和 web 發(fā)布實現(xiàn)發(fā)布實現(xiàn) 指指 導導 教教 師：師： 設設 計計 地地 點：點： 常州信息職業(yè)技術學院常州信息職業(yè)技術學院 起起 迄迄 日日 期：期： 2008.3.102008.5.16 畢畢業(yè)業(yè)設設計計（論論文文）任任務務書書

2、專業(yè) 電氣自動化電氣自動化 班級 電氣電氣 051 姓名 一、課題名稱：電廠化學加藥系統(tǒng)的以太網(wǎng)和電廠化學加藥系統(tǒng)的以太網(wǎng)和 webweb 發(fā)布實現(xiàn)發(fā)布實現(xiàn) 二、主要技術指標： 1、研究工控 scada 系統(tǒng)及工業(yè)網(wǎng)絡控制應用技術，成果形成書面材料； 、完成電廠化學加藥 scada 系統(tǒng)基于 adam-5000tcp 工業(yè)以太網(wǎng)控制器的硬件設計， 投入正常運行； 、完成系統(tǒng)人機界面 hmi 組態(tài)，實現(xiàn) web 發(fā)布，能通過 internet/intranet 瀏覽器實 現(xiàn)遠程瀏覽和監(jiān)控； 、完成畢業(yè)設計論文，理論性與實踐性結(jié)合。 三、工作內(nèi)容和要求： 1、掌握 scada 系統(tǒng)的設計原理和方法

3、，以及工業(yè)網(wǎng)絡控制應用技術； 2、熟悉電廠化學加藥 scada 系統(tǒng)項目背景知識； 3、掌握 adam-5000tcp 工業(yè)以太網(wǎng)控制器及系列智能模塊的性能和應用； 4、掌握基于 web 發(fā)布技術的 webaccess 組態(tài)軟件的 hmi 組態(tài)方法； 5、掌握采用工業(yè)以太網(wǎng)及 web 發(fā)布技術的電廠化學加藥 scada 系統(tǒng)設計、組態(tài)（含編程） 、 調(diào)試的全過程； 6、注重團隊協(xié)作與交流溝通，積極思考，獨立完成、完善論文，提出改進方案。 四、主要參考文獻： 1 姚立波,朱敏.工業(yè)控制技術及應用.常州信息職業(yè)技術學院 2 姚立波.研華工控項目指導手冊.常州信息職業(yè)技術學院 3 姚立波.工業(yè)網(wǎng)絡控

4、制技術在電廠凝水處理系統(tǒng)的應用.常州信息職業(yè)技術學院學 報.2006.6 4 研華公司.研華 webaccess 操作手冊.研華科技股份有限公司.2007.5 學 生（簽名） 2008 年 3 月 10 日 指 導 教師（簽名） 2008 年 3 月 10 日 教研室主任（簽名） 2008 年 3 月 10 日 系 主 任（簽名） 2008 年 3 月 10 日 畢業(yè)設計（論文）開題報告畢業(yè)設計（論文）開題報告 專業(yè)電氣自動化班級電氣 051姓名 設計（論文）題目設計（論文）題目電廠化學加藥系統(tǒng)的以太網(wǎng)和電廠化學加藥系統(tǒng)的以太網(wǎng)和 webweb 發(fā)布實現(xiàn)發(fā)布實現(xiàn) 一、選題的背景和意義： 1、研

5、華科技是 pc_based & eautomation 技術的世界領導廠商，采用研華 adam-5000tcp 工 業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品和 web 網(wǎng)頁發(fā)布技術的 webaccess 自動化軟件進行數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控組成 scada 系統(tǒng)，性價比優(yōu)勢明顯，性能穩(wěn)定可靠，實用性強，軟硬件組態(tài)快捷方便； 2、internet 科技日益滲透到生產(chǎn)、生活的各領域，自動化軟件 e 趨勢已發(fā)展成為整合 it 與 工廠自動化的關鍵。采用 webaccess 自動化軟件實現(xiàn) web 發(fā)布/瀏覽功能，逼真再現(xiàn)現(xiàn)場 畫面，可以在任何時間任何地點實時地掌控生產(chǎn)過程的每一個細節(jié)，以及現(xiàn)場的流程畫 面、過程數(shù)據(jù)、趨勢曲線、操作記錄

6、和報警等； 3、研華工控應用技術課程中已學習 adam-5000tcp 控制器及工業(yè)控制 scada 項目有關理論知 識，并進行相應實踐操作技能訓練； 4、電廠化學加藥 scada 系統(tǒng)來源于指導教師聯(lián)合企業(yè)的橫向課題。 二、課題研究的主要內(nèi)容： 1、掌握 scada 系統(tǒng)的設計原理和方法，以及工業(yè)網(wǎng)絡控制應用技術； 2、熟悉電廠化學加藥 scada 系統(tǒng)項目背景知識； 3、掌握 adam-5000tcp 工業(yè)以太網(wǎng)控制器及系列智能模塊的性能和應用，并在實驗室模擬現(xiàn) 場被控對象和傳感器等被控部件； 4、掌握基于 web 發(fā)布技術的 webaccess 組態(tài)軟件的 hmi 組態(tài)方法，組態(tài)各種監(jiān)控

7、畫面（包 括水汽品質(zhì)采集畫面，加氨系統(tǒng)監(jiān)控仿真圖、加聯(lián)氨系統(tǒng)監(jiān)控仿真圖、協(xié)調(diào)磷酸鹽系統(tǒng)監(jiān)控 仿真圖等功能） ； 5、掌握采用工業(yè)以太網(wǎng)及 web 發(fā)布技術的電廠化學加藥 scada 系統(tǒng)的設計、組態(tài)（含編程） 、 調(diào)試的全過程； 6、對工控 scada 系統(tǒng)及工業(yè)網(wǎng)絡控制應用技術進行研究，成果形成書面材料； 7、注重團隊協(xié)作與交流溝通，積極思考，獨立完成、完善論文，提出改進方案。 三、主要研究（設計）方法論述： 主要采用基于工作過程的六步法： 1、資訊：通過教科書、論文、因特網(wǎng)等途徑收集資料； 2、計劃：獨立制定畢業(yè)設計的任務及計劃書； 3、確定：與指導教師討論，共同確定計劃的可行性； 4、實

8、施：獨立進行項目的軟硬件設計、組態(tài)、編程及調(diào)試，撰寫設計論文； 5、檢驗：與指導教師一起，對項目及論文進行審核、修改； 6、評價：與指導老師討論，并通過論文答辯，對本設計提出改進意見，修改完稿。 此外采用獨立實驗、請教老師并討論、請教專業(yè)公司技術人員、獨立收集資料等多種設 計方法。 四、設計（論文）進度安排： 時 間工 作 內(nèi) 容 2008.3.103.11 指導教師布置任務：明確課題具體內(nèi)容與要求，共同制定相關指導措施、 時間進度、聯(lián)系方法等 2008.3.123.13 開題報告：按要求撰寫開題報告，并得到指導教師批準后進行課題的實施 階段 2008.3.14 4.11 進行畢業(yè)設計課題研究

9、，含理論研究與實際項目的軟硬件設計、編程、調(diào) 試、運行等內(nèi)容 2008.4.125.11進行畢業(yè)論文的撰寫 2008.5.125.13指導教師檢查畢業(yè)設計實驗成果，審閱論文，提出修改意見 2008.5.14修改論文，形成終稿，準備答辯 2008.5.15論文答辯 2008.5.16對答辯意見進行論文修改，匯總論文相關資料，資料歸檔 五、指導教師意見： 該畢業(yè)設計課題以電廠化學加藥 scada 系統(tǒng)為設計載體，選擇工業(yè)以太網(wǎng)控制器為硬件 平臺，完全基于 web 發(fā)布的 webaccess 組態(tài)軟件為軟件平臺，技術先進；同時應對 scada 技 術、工業(yè)網(wǎng)絡技術等應用技術進行研究。設計中應考慮理論

10、性與實踐性進行有機結(jié)合。 同意開題，并按進度安排要求實施。 指導教師簽名：姚立波 2008 年 3 月 13 日 六、系部意見： 該課題以具體項目為研究載體，采用的技術先進，進度安排適當。 同意開題。 系主任簽名： 李眾 2008 年 月 13 日 電廠化學加藥系統(tǒng)的以太網(wǎng)和電廠化學加藥系統(tǒng)的以太網(wǎng)和 webweb 發(fā)布實現(xiàn)發(fā)布實現(xiàn) 目錄目錄 摘 要 .1 abstract .2 第一章 前 言 .3 第二章 scada 系統(tǒng)的原理和組成 .4 21 scada 系統(tǒng)的基本概念.4 211 scada 系統(tǒng)概述 .4 212 scada 系統(tǒng)的應用領域 .4 22 scada 系統(tǒng)的過去、現(xiàn)在

11、和將來.5 221 scada 系統(tǒng)發(fā)展歷程 .5 222.scada 系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的主要問題 .6 223 scada 系統(tǒng)發(fā)展前景 .7 23 scada 系統(tǒng)的整體介紹.7 231 scada 系統(tǒng)的功能要求 .7 232 scada 系統(tǒng)的構(gòu)成 .8 233 scada 的主站系統(tǒng) .9 234 scada 的通訊系統(tǒng) .9 235 scada 的遠方終端單元 .10 第三章 工業(yè)網(wǎng)絡控制應用技術 .11 31 網(wǎng)絡控制技術的應用現(xiàn)狀 .11 3.1.1 分布式控制系統(tǒng) dcs .11 3.1.2 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) fcs .11 3.1.3 工業(yè)以太網(wǎng) ie .12 3.1.4

12、web 自動化 .13 32 網(wǎng)絡控制應用技術的服務供應商-研華科技 .14 321 研華科技簡介 .14 322 研華與我院開展校企合作 .14 第四章 adam-5000tcp 工業(yè)以太網(wǎng)控制器及智能模塊 .15 41 adam-5000tcp 工業(yè)以太網(wǎng)控制器簡介.15 42 adam-5000 系列智能模塊介紹.15 43 adam-5000tcp 的硬件連線.17 44 adam-5000tcp 的測試.18 441adam-5000tcp-6000 utility 軟件的安裝 .18 442 adam-5000tcp/6000 utility 軟件的使用 .18 第五章 基于 we

13、b 網(wǎng)頁發(fā)布的 webaccess 組態(tài)技術 .21 51 webaccess組態(tài)軟件的功能特點 .21 52 webaccess 的系統(tǒng)架構(gòu).21 53 矢量繪圖工具 .22 54 設備通訊 .23 55 趨勢顯示和報警管理功能 .23 56 腳本語言 .23 第六章 電廠化學加藥 scada 系統(tǒng)控制描述 .24 61 系統(tǒng)總體框圖及控制要求 .24 62 本課題控制系統(tǒng)描述 .25 63 系統(tǒng)軟硬件配置說明 .26 64 化學加藥自動控制功能概述 .27 第七章 系統(tǒng)設計、調(diào)試及運行 .30 71 系統(tǒng)硬件配置 .30 72 系統(tǒng) i/o 分配表 .30 73 系統(tǒng) hmi 組態(tài) .35

14、 74 系統(tǒng)通訊組態(tài)及變量設置 .37 75 tcl 腳本編程.38 第八章 結(jié)束語 .41 答 謝 辭 .42 參考文獻 .43 畢業(yè)設計論文正文 電廠化學加藥系統(tǒng)的電廠化學加藥系統(tǒng)的 以太網(wǎng)和以太網(wǎng)和 webweb 發(fā)布實現(xiàn)發(fā)布實現(xiàn) 學學 生：生： 指導教師：指導教師： 2008.5 摘摘 要要 計算機、網(wǎng)絡通信技術與控制技術相結(jié)合，給傳統(tǒng)的工業(yè)自動化應用領域充入了新內(nèi)容， 特別是 internet 及 web 技術的發(fā)展，促進工業(yè)控制應用技術向網(wǎng)絡控制及 web 自動化的趨勢 發(fā)展。自動化生產(chǎn)設備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)， 即工控 scada 系統(tǒng)，是各行各業(yè)應用普及的 一類計算機智能控制系

15、統(tǒng)。本課題對 scada 控制及工業(yè)網(wǎng)絡控制應用技術進行了探索和研究， 并以電廠化學加藥 scada 系統(tǒng)項目的研發(fā)為重點，采用當今先進的工業(yè)以太網(wǎng)控制器 adam-500 0tcp 及完全基于 web 網(wǎng)頁發(fā)布的 webaccess 組態(tài)技術，設計開發(fā)了一種新型的完全基于 inter net 和 intranet 信息平臺的 scada 系統(tǒng)，實現(xiàn)了現(xiàn)場信息監(jiān)視與控制的自動化、網(wǎng)絡化和遠程 化，即只要需要，在任何時間和任何地點，都可以對工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行實時訪問和控制。整 個系統(tǒng)實用性強、操作簡單，可以推廣應用到交通、化工、鋼鐵等各領域。 關鍵詞：關鍵詞：工業(yè)以太網(wǎng)，web 發(fā)布，scada

16、 abstract the technical combination of computer ， network communication and control gives new contents to the traditional application area of industry automation. especially， with the development of internet and web browse technologies, the industry control application technology trends to network c

17、ontrol and web automation. the data acquisition and control system (scada) of automatic manufacture device is a kind of computer intelligent control system applied in many industry areas. in this paper, the application technology of scada control and industry network control is studied and searched.

18、 we designed a new scada system based on chemical disposal scada system of electric plant by using advanced internet technology. we used industry ethernet controller adam-5000tcp and webaccess configuration software. through web network, we can both gain and control industry field data whenever and

19、wherever if necessary. the whole system is used easily, and could be applied in industry areas of traffic, chymistry ,steel,etc. keywords: industry ethernet, web browse, scada 第一章第一章 前前 言言 隨著計算機、網(wǎng)絡通信及控制技術的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)控制領域向網(wǎng)絡化、集成化、分布化、 web 自動化發(fā)展，普遍采用網(wǎng)絡控制系統(tǒng) ncs（networked control system） 。網(wǎng)絡控制系統(tǒng)即 網(wǎng)絡化的控制系統(tǒng)，通

20、常根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)而分成三種基本通信方法，即分布式控制系 統(tǒng) dcs、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（fcs）及工業(yè)以太網(wǎng)，它們構(gòu)成當今工業(yè)控制的主流。同時 internet 及 web 技術的發(fā)展，促進工業(yè)控制系統(tǒng)向 web 自動化的趨勢發(fā)展。工控系統(tǒng)通過 ncs 將現(xiàn)場各種設備的信號傳輸?shù)浆F(xiàn)場控制層（一般采用 plc 或智能模塊） ，再將控制層信息傳輸 到信息監(jiān)控層（一般采用工業(yè)控制計算機 ipc）及企業(yè)管理層（mis 網(wǎng)） ，形成了系統(tǒng)信息傳輸 的神經(jīng)網(wǎng)絡，并通過 web 技術向 intranet 或 internet 發(fā)布信息，從而完成了從底層到上層信 息共享的目的。 網(wǎng)絡控制技術應用于各行各

21、業(yè)并帶動其發(fā)生具大變化。在電力行業(yè)，新建電廠容量向超臨 界、超超臨界機組發(fā)展，這些機組大量采用了先進的技術和設備，對現(xiàn)場自動控制提出了越來 越高的要求?；瘜W水處理系統(tǒng)作為火電廠/核電廠二回路的供血系統(tǒng)，在生產(chǎn)工藝日趨復雜化 的同時，大量采用了工業(yè)控制領域最新研究技術成果，特別是工業(yè)網(wǎng)絡控制技術，形成了綜合 化的控制模式。所謂綜合化控制即是把電廠所有的化學水子系統(tǒng)合為一套 dcs 控制系統(tǒng)，取消 傳統(tǒng)的操作模擬盤，現(xiàn)場采用下位機（plc、智能模塊、智能儀表）和上位工控機組成的二級 控制結(jié)構(gòu)，利用下位機對各個子系統(tǒng)中的設備分別進行數(shù)據(jù)采集和控制，上位工控機和下位機 之間通過數(shù)據(jù)通信總線進行數(shù)據(jù)交換

22、。而隨著電廠信息化建設的要求，這些現(xiàn)場監(jiān)控信息被廣 泛要求傳輸?shù)诫姀S mis 網(wǎng)上，以方便各級瀏覽、查詢或根據(jù)權(quán)限發(fā)布控制命令。 在電廠綜合化的化學水處理系統(tǒng)中，化學加藥自動控制系統(tǒng)是必不可少的子系統(tǒng)，主要實 現(xiàn)對整個電廠水汽熱力循環(huán)系統(tǒng)中水和汽的品質(zhì)參數(shù)監(jiān)控，并根據(jù)參數(shù)品質(zhì)要求，實現(xiàn)加氨、 加聯(lián)氨和協(xié)調(diào)磷酸鹽的自動控制，這對于保證熱力系統(tǒng)水汽品質(zhì)，確保鍋爐、汽輪機、熱力管 道等重要設備的長期安全、穩(wěn)定、可靠運行，起著十分重要的作用。在工程設計中，常常將這 個子系統(tǒng)作為一個相對獨立的 scada 系統(tǒng)進行設計。 本畢業(yè)設計以出口印尼 indorama 電廠兩臺 300mw 火力發(fā)電機組的化學加

23、藥系統(tǒng)監(jiān)控為設 計對象和控制模型，硬件采用研華公司先進的工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品 adam-5000tcp 及其 5000 系列智 能模塊，人機界面 hmi 采用研華公司發(fā)布的完全基于瀏覽器技術的 webaccess 軟件（在組態(tài)軟 件市場中，該軟件構(gòu)思新穎，技術領先） ，組成為一個工控 scada 系統(tǒng)。該系統(tǒng)已在實驗室調(diào) 試通過，并可完全應用于電廠控制現(xiàn)場及應用于其它控制領域。 第二章第二章 scada 系統(tǒng)的原理和組成系統(tǒng)的原理和組成 2 21 1 scadascada 系統(tǒng)的基本概念系統(tǒng)的基本概念 scada（supervisory control and data acquisition）-數(shù)

24、據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)具有信 息完整，效率高，能正確掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)，能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)點。它對提 高系統(tǒng)運行的可靠性、安全性與經(jīng)濟效益，減輕調(diào)度員的負擔，實現(xiàn)調(diào)度自動化與現(xiàn)代化，提 高調(diào)度的效率和水平方面有著不可替代的作用。 2 21 11 1 scadascada 系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述 scada 系統(tǒng)作為生產(chǎn)過程和設備管理自動化最為有效的計算機軟硬件系統(tǒng)之一，它包含兩 個層次的含義：一是分布式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，即智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，也就是通常所說的下位機； 另一個是數(shù)據(jù)處理和顯示系統(tǒng)，即上位機 hmi（human machine interface）-人機界面系統(tǒng)。 scada 系統(tǒng)是以

25、計算機為基礎的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)。它可以對現(xiàn)場的運行設備進 行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等各項功能。 2 21 12 2 scadascada 系統(tǒng)的應用領域系統(tǒng)的應用領域 下位機一般意義上通常指硬件層上的各種數(shù)據(jù)采集設備，如各種 rtu、 ftu、plc 及各種 智能控制設備等等。這些智能采集設備與生產(chǎn)過程和事務管理的設備或儀表相結(jié)合，能感知設 備各種參數(shù)的狀態(tài)，并將這些狀態(tài)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過特定數(shù)字通信網(wǎng)絡傳遞到 hmi 系統(tǒng)中。必要的時候，這些智能系統(tǒng)也可以向設備發(fā)送控制信號。上位機 hmi 系統(tǒng)在接受這些 信息后，以適當?shù)男问?/p>

26、如聲音、圖形、圖象等方式顯示給用戶，以達到監(jiān)視的目的，同時數(shù)據(jù) 經(jīng)過處理后，告知用戶設備各種參數(shù)的狀態(tài)（報警、正常或報警恢復） ，這些處理后的數(shù)據(jù)一 般會保存到數(shù)據(jù)庫中，也可以通過網(wǎng)絡系統(tǒng)傳輸?shù)讲煌谋O(jiān)控平臺上，還可能與別的系統(tǒng)（如 mis，gis）結(jié)合形成功能更加強大的系統(tǒng)；hmi 還可以接受操作人員的指示，將控制信號發(fā)送 到下位機中，以達到控制的目的。 上位機與下位機結(jié)合的 scada 系統(tǒng)，作為操作員平臺和中央監(jiān)控系統(tǒng)，可以廣泛地應用到 工業(yè)生產(chǎn)和設備管理的各個領域，主要有： 1、 樓宇自動化 開放性能良好的 scada 系統(tǒng)可作為樓宇設備運行與管理子系統(tǒng)，監(jiān)控房屋設施的各項設備 事務，

27、如門警、電梯運營、消防系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、水工、備用電力系統(tǒng)等的自動化 管理； 2、 生產(chǎn)線管理 用于監(jiān)控和協(xié)調(diào)生產(chǎn)線上各種設備正常有序的運營和產(chǎn)品數(shù)據(jù)的配方管理； 3、 無人工作站系統(tǒng) 用于集中監(jiān)控無人看守系統(tǒng)的正常運行，這種無人值班系統(tǒng)廣泛分布在以下行業(yè)： 無線通訊基站網(wǎng)； 郵電通訊機房空調(diào)網(wǎng)； 電力系統(tǒng)配電網(wǎng)； 鐵路系統(tǒng)電力系統(tǒng)調(diào)度網(wǎng)； 鐵路系統(tǒng)道口，信號管理系統(tǒng)； 壩體、隧道、橋梁、機場和碼頭等安全監(jiān)控網(wǎng)； 石油和天然氣等各種管道監(jiān)控管理系統(tǒng)； 地鐵、鐵路自動收費系統(tǒng)； 交通安全監(jiān)測； 城市供熱、供水系統(tǒng)監(jiān)控和調(diào)度； 鋼鐵工業(yè)高爐安全監(jiān)控系統(tǒng)； 環(huán)境、天文和氣象無人檢測網(wǎng)絡的管理

28、； 各種工業(yè)鍋爐監(jiān)控保護系統(tǒng)； 其它各種需要實時監(jiān)控的設備等。 4、 機械人、機械臂系統(tǒng) 用于監(jiān)視和控制機械人的生產(chǎn)作業(yè)； 5、 其它生產(chǎn)行業(yè) 如大型輪船生產(chǎn)運營、糧庫質(zhì)量和安全監(jiān)測、設備維修故障檢測、高速公路流量監(jiān)控和記 費系統(tǒng)等。 許多行業(yè)在應用了 scada 系統(tǒng)后，取得了很大的社會和經(jīng)濟效益，主要在以下方面：可極 大提高生產(chǎn)和運行管理的安全性能和可靠程度；生產(chǎn)配方管理的自動化可大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量 和生產(chǎn)的效率，降低生產(chǎn)人員面臨惡劣工作環(huán)境的可能性，保證工作過程中第一位的人員的安 全性；可大大減少不必要的人工浪費，通過生產(chǎn)過程的集中控制和管理，極大地提高企業(yè)作為 一個整體效率的競爭能力；

29、系統(tǒng)通過對設備生產(chǎn)趨勢的保留和處理，可提高預測突發(fā)事件的能 力，在緊急情況下的快速反應和處理能力可極大地減少生命和財產(chǎn)的損失，從而可帶來潛在的 社會和經(jīng)濟效益，等。 2 22 2 scadascada 系統(tǒng)的過去、現(xiàn)在和將來系統(tǒng)的過去、現(xiàn)在和將來 2 22 21 1 scadascada 系統(tǒng)發(fā)展歷程系統(tǒng)發(fā)展歷程 scada（supervisory control and data acquisition）系統(tǒng)，全名為數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控 制系統(tǒng)。scada 系統(tǒng)自誕生之日起就與計算機技術的發(fā)展緊密相關。scada 系統(tǒng)發(fā)展到今天已 經(jīng)經(jīng)歷了四代。 1、第一代 scada 系統(tǒng) 是基于專用計算機和

30、專用操作系統(tǒng)的 scada 系統(tǒng)，如電力自動化研究院為華北電網(wǎng)開發(fā)的 sd176 系統(tǒng)，以及日本日立公司為我國鐵道電氣化遠動系統(tǒng)所設計的 h-80m 系統(tǒng)。這一階段從 計算機運用到 scada 系統(tǒng)時開始，大致到 70 年代。 2、第二代 scada 系統(tǒng) 是 80 年代基于通用計算機的 scada 系統(tǒng)，這一時期，廣泛采用 vax 等計算機以及其它通 用工作站，操作系統(tǒng)一般是通用的 unix 操作系統(tǒng)。在這一階段，scada 系統(tǒng)在電網(wǎng)調(diào)度自動化 中與經(jīng)濟運行分析，自動發(fā)電控制（agc）以及網(wǎng)絡分析結(jié)合到一起，構(gòu)成了 ems 系統(tǒng)（能量 管理系統(tǒng)） 。 第一代與第二代 scada 系統(tǒng)的共同

31、特點是基于集中式計算機系統(tǒng)，并且系統(tǒng)不具有開放性， 因而在系統(tǒng)維護、升級以及聯(lián)網(wǎng)等方面構(gòu)成很大困難。 3、第三代 scada 系統(tǒng) 90 年代，按照開放的原則，基于分布式計算機網(wǎng)絡以及關系數(shù)據(jù)庫技術，能夠?qū)崿F(xiàn)大范 圍聯(lián)網(wǎng)的 scada 系統(tǒng)稱為第三代。這一階段是我國 scada/ems 系統(tǒng)發(fā)展最快的階段，各種最新 的計算機技術都匯集進 scada/ems 系統(tǒng)中。這一階段也是我國對電力系統(tǒng)自動化以及電網(wǎng)建設 投資最大的時期。 4、第四代 scada 系統(tǒng) 目前已進入第四代 scada 系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要特征是采用 internet 技術、面向?qū)ο蠹夹g、 神經(jīng)網(wǎng)絡技術以及 java 技術等計算

32、機及網(wǎng)絡技術，繼續(xù)擴大 scada 系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的集成， 綜合安全經(jīng)濟運行以及商業(yè)化運營的需要。 scada 系統(tǒng)在電氣化鐵道遠動系統(tǒng)的應用技術上也已經(jīng)取得突破性進展，應用上也有迅猛 的發(fā)展。由于電氣化鐵道與電力系統(tǒng)有著不同的特點，在 scada 系統(tǒng)的發(fā)展上與電力系統(tǒng)的道 路并不完全一樣。在電氣化鐵道遠動系統(tǒng)上已經(jīng)成熟的產(chǎn)品有我國自行研制開發(fā)的 hy200 微機 遠動系統(tǒng)以及由西南交通大學開發(fā)的 dwy 微機遠動系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)性能可靠、功能強大，在 保證電氣化鐵道供電安全，提高供電質(zhì)量上起到了重要的作用。 2 22 22.scada2.scada 系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的主要問題系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存

33、在的主要問題 基于 pc 機和 windows 平臺的 scada 上位機系統(tǒng)是目前發(fā)展的趨勢，特別是基于 nt/2000/xp 平臺的 scada 系統(tǒng)。目前，國際和國內(nèi)市場上基于以上兩種平臺，應用比較廣泛的 scada 上位機組態(tài)系統(tǒng)有：wondware 的 intouch、西門子公司的 wincc、澳大利亞的 citech、 美國 interlution 公司的 ifix、意大利 logosystem 的 logview 等，這些組態(tài)軟件較好地解決 了傳統(tǒng) scada 上位機系統(tǒng)的功能，主要有： 1、數(shù)據(jù)采集與控制信息發(fā)送 提供基于進程間通訊的數(shù)據(jù)采集方法（主要表現(xiàn)為開發(fā) dde 服務程

34、序） ，并且已開發(fā)了常 用的多種智能數(shù)據(jù)采集設備的服務程序； 2、報警處理 具有多點同時報警處理功能，提供報警信息的顯示、登錄，部分提供用戶應答功能； 3、歷史趨勢顯示與記錄 提供基于專用實時數(shù)據(jù)庫的監(jiān)控點數(shù)據(jù)的記錄、查詢和圖形曲線顯示； 4、針對管理和控制的需要，這些系統(tǒng)還提供以下工業(yè)過程控制和管理中相當有幫助的功能： 配方管理功能：控制系統(tǒng)按一定的配方完成生產(chǎn)管理； 網(wǎng)絡通訊功能：提供非透明網(wǎng)絡通訊機制，可以構(gòu)筑上位機的分布式監(jiān)控處理功能； 開放系統(tǒng)功能：提供基于 dde 數(shù)據(jù)交換機制與其它應用程序交換數(shù)據(jù)，部分提供 odbc 與 其它系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)連接。 但是這些系統(tǒng)在完成以下功能時具有

35、明顯的缺陷： 1、與企業(yè) mis 系統(tǒng)的結(jié)合性能差； 2、不具備 gis 功能； 3、網(wǎng)絡通訊不透明，不適合開發(fā)現(xiàn)代企業(yè)基于局域或?qū)＞€網(wǎng)的網(wǎng)狀層次結(jié)構(gòu)監(jiān)控管理系 統(tǒng)； 4、數(shù)據(jù)采集速度有待進一步提高； 5、系統(tǒng)事故追憶能力差； 6、缺乏高效能的控制任務調(diào)度算法的支持。 針對國內(nèi)的需要，這些系統(tǒng)有明顯的弱點： 1、本地化差：雖然部分系統(tǒng)已經(jīng)漢化，但是中國市場中某些行業(yè)規(guī)范，他們很難滿足； 2、價格昂貴：這些系統(tǒng)，動則上萬美元，很難為國內(nèi)一般應用所接受。 同國外系統(tǒng)相比，大部分國產(chǎn)通用系統(tǒng)具有較高的性能價格比，本地化能力較強，如三維 科技公司的力控、北京亞控科技公司的組態(tài)王等。但多數(shù)產(chǎn)品仍有諸如與

36、 mis 集成能力差、 gis 功能薄弱、多任務調(diào)度能力差，事故追憶和診斷能力缺乏等致命的弱點，要滿足企業(yè)級和 行業(yè)部門級大型集中監(jiān)控管理 gis 系統(tǒng)的要求，還需要一定的時間。而且人力資源以及資金限 制使得它們可能在很長時間內(nèi)只能維持對現(xiàn)有系統(tǒng)功能的維護和補充。在這種情況下，國內(nèi)對 于大型監(jiān)控項目的開發(fā)還需要系統(tǒng)集成公司開發(fā)專用的結(jié)合 mis、gis 和 scada 的系統(tǒng)來滿足 需要。 2 22 23 3 scadascada 系統(tǒng)發(fā)展前景系統(tǒng)發(fā)展前景 scada 系統(tǒng)在不斷發(fā)展，不斷完善，其技術進步一刻也沒有停止過。當今，隨著計算機技 術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，scada 系統(tǒng)提出了新的要求。

37、概括地說，有以下幾點： 1 scada/ems 系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的廣泛集成 scada 系統(tǒng)是電力系統(tǒng)自動化的實時數(shù)據(jù)源，為 ems 系統(tǒng)提供大量的實時數(shù)據(jù)。同時在模 擬培訓系統(tǒng)，mis 系統(tǒng)等系統(tǒng)中都需要用到電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)，而沒有這個電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)信息，所 有其它系統(tǒng)都成為“無源之水” 。所以 scada 系統(tǒng)如何與其它非實時系統(tǒng)的連接成為 scada 研 究的重要課題；現(xiàn)在 scada 系統(tǒng)已經(jīng)成功地實現(xiàn)與 dts（調(diào)度員模擬培訓系統(tǒng)） 、企業(yè) mis 系統(tǒng) 的連接。scada 系統(tǒng)與電能量計量系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、水調(diào)度自動化系統(tǒng)、調(diào)度生產(chǎn)自動化 系統(tǒng)以及辦公自動化系統(tǒng)的集成成為 scada 系

38、統(tǒng)的一個發(fā)展方向。 2 變電所綜合自動化 以 rtu、微機保護裝置為核心，將變電所的控制、信號、測量、計費等回路納入計算機系 統(tǒng)，取代傳統(tǒng)的控制保護屏，能夠降低變電所的占地面積和設備投資，提高二次系統(tǒng)的可靠性。 變電所的綜合自動化已經(jīng)成為有關方面的研究課題，我國東方電子等公司已經(jīng)推出相應的產(chǎn)品， 但在鐵道電氣化上還處于研究階段。 3 專家系統(tǒng)、模糊決策、神經(jīng)網(wǎng)絡等新技術研究與應用 利用這些新技術模擬電網(wǎng)的各種運行狀態(tài)，并開發(fā)出調(diào)度輔助軟件和管理決策軟件，由專 家系統(tǒng)根據(jù)不同的實際情況推理出最優(yōu)化的運行方式或處理故障的方法，以達到合理、經(jīng)濟地 進行電網(wǎng)電力調(diào)度，提高運輸效率的目的。 4 面向?qū)ο?/p>

39、技術、internet 技術、及 java 技術的應用 面向?qū)ο蠹夹g（oot）是網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫設計、市場模型設計和電力系統(tǒng)分析軟件設計的合適 工具，將面向?qū)ο蠹夹g（oot）運用于 scada/ems 系統(tǒng)是發(fā)展趨勢。 隨著 internet 技術的發(fā)展，瀏覽器界面已經(jīng)成為計算機桌面的基本平臺，將瀏覽器技術 運用于 scada/ems 系統(tǒng)，將瀏覽器界面作為電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的人機界面，對擴大實時系統(tǒng) 的應用范圍，減少維護工作量非常有利；在新一代的 scada/ems 系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的 mmi 界面將保 留，主要供調(diào)度員使用，新增設的 web 服務器供非實時用戶瀏覽，將逐漸統(tǒng)一為一種人機界面。 jav

40、a 語言綜合了面向?qū)ο蠹夹g和 internet 技術，將編譯和解釋有機結(jié)合，嚴格實現(xiàn)了面 向?qū)ο蟮乃拇筇匦裕悍庋b性、多態(tài)性、繼承性、動態(tài)聯(lián)編，并在多線程支持和安全性上優(yōu)于 c+，以及其它諸多特性，java 技術將導致 ems/scada 系統(tǒng)的一場革命。 2 23 3 scadascada 系統(tǒng)的整體介紹系統(tǒng)的整體介紹 2 23 31 1 scadascada 系統(tǒng)的功能要求系統(tǒng)的功能要求 從傳統(tǒng)用戶的角度來講，scada 系統(tǒng)主要要解決以下三個問題： 1、設備各種參數(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和控制信息的發(fā)送 這部分涉及兩層含義：一是怎樣采集設備參數(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)。它通常由智能設備生產(chǎn)廠家解決， 作為下位機在

41、市場中出售，并提供可編程的通訊協(xié)議和協(xié)議處理芯片；二是設備生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù) 如何傳遞到上位機系統(tǒng)處理。目前上位機通常通過標準串口或 io 卡運行專用的上層采集模塊， 從下位機中實時地采集設備各種參數(shù)和發(fā)送控制信息；解決問題效率的高低表現(xiàn)在采集周期的 長短上，這也是衡量一個系統(tǒng)是否適合于某個行業(yè)的一個重要指標。目前上位機可達到平均毫 秒級的采集周期。 2、監(jiān)控參數(shù)的圖形動畫表達和報警處理 報警作為監(jiān)控的一個重要目的，是所有上位機系統(tǒng)必須解決的問題。如果說各種圖形、圖 象、動畫、聲音等方式用于表達設備的各種參數(shù)運行狀態(tài)是必不可少的話，那么若上位機系統(tǒng) 不能有效處理設備的報警狀態(tài)，所有的表現(xiàn)形式都是多余

42、的。評價上位機系統(tǒng)可靠性和高效性 的一個重要指標是看它能否不遺漏地處理多點同時報警。 3、追憶和趨勢分析 監(jiān)控的另外一個目的是評價生產(chǎn)設備的運轉(zhuǎn)情況和預測系統(tǒng)可能發(fā)生的事故。在發(fā)生事故 時能快速地找到事故的原因，并找到恢復生產(chǎn)的最佳方法。從這個意義出發(fā)，實時歷史數(shù)據(jù)的 保留和系統(tǒng)操作情況記錄變得非常重要。因而評價一個 scada 系統(tǒng)，其功能強弱最為重要的指 標之一就是對實時歷史數(shù)據(jù)記錄和查詢的準確和高效。 現(xiàn)代計算機軟硬件技術的發(fā)展和應用的需要，要求 scada 系統(tǒng)還需解決以下一些問題： 1、與 mis 系統(tǒng)的結(jié)合 在現(xiàn)代企業(yè)中，生產(chǎn)過程管理和企業(yè)日常事物管理的結(jié)合是不可分割的，信息流的分

43、層次 流動適合于不同的管理需要，而且地域和行政部門的分布在企業(yè)集團化管理的趨勢下變得越來 越明顯，因此現(xiàn)代 scada 系統(tǒng)除了生產(chǎn)設備的分布式管理之外，上位機系統(tǒng)的分布式要求變得 越來越重要。評價一個 scada 系統(tǒng)功能的強弱，其網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫功能是一個不可缺少的評價指標。 2、與地理信息系統(tǒng)（gis）的結(jié)合 scada 系統(tǒng)應用的眾多領域中，對地理信息系統(tǒng)的要求越來越高。從這種角度上說，將一 個適合于工業(yè)和事物管理的地理信息系統(tǒng)嵌套于 scada 系統(tǒng)中，將帶來不可估量的效益，這也 是評價 scada 系統(tǒng)的一個重要指標。 為了滿足以上要求，從計算機軟硬件技術要求來看，scada 系統(tǒng)涉及到

44、 it 技術的方方面 面，集中強調(diào)以下幾種技術的綜合利用： 1、通訊技術：面臨多種通訊協(xié)議模式，如 ascii、rtu 等，通訊方式表現(xiàn)為同步、異步和 主被動結(jié)合等，通訊媒體包括有線和無線方式； 2、計算機網(wǎng)絡技術：應用表現(xiàn)為標準局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、撥號網(wǎng)絡、串口組網(wǎng)等等，協(xié)議 包括 tcp/ip、專用協(xié)議等，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)囊括點對點、客戶/服務器等方式； 3、分布式數(shù)據(jù)庫技術：強調(diào)實時高性能數(shù)據(jù)庫的應用，及與通用數(shù)據(jù)庫的開放接口等等； 4、編譯技術：由于 scada 系統(tǒng)應用領域的特殊性，不同的應用監(jiān)控要求不一樣，因而， scada 系統(tǒng)通常提供可編程功能。由于效率要求和保護二次開發(fā)知識產(chǎn)權(quán)要求，設計

45、一個好的 專用語言,并提供一個好的編譯系統(tǒng)將是至關重要的； 5、操作系統(tǒng)技術：scada 系統(tǒng)面臨的應用需要一個多任務、并發(fā)控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，因此 在開發(fā)系統(tǒng)時需要引入先進的調(diào)度算法和運行機制； 6、可靠性保障技術：由于 scada 系統(tǒng)應用的特殊性，系統(tǒng)通常需要提供多種可靠性保障 技術，包含硬件如備用網(wǎng)絡設備、備用數(shù)據(jù)采集設備；軟件如備用運行系統(tǒng)、軟件多機熱備技 術等。 7、多媒體技術：需要結(jié)合動畫、聲音、圖形圖象等多媒體技術的綜合應用，以便真實客 觀地反映各設備生產(chǎn)過程的狀態(tài)和方便事務管理要求； 8、圖形用戶界面技術：scada 系統(tǒng)用戶的計算機應用能力參差不齊，方便易學的圖形用 戶界面是極

46、為必要的。 2 23 32 2 scadascada 系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)的構(gòu)成 scada 系統(tǒng)主要包括三部分：主站端，通訊系統(tǒng)和遠程終端單元。 1、主站：一般采用先進的計算機，有良好的圖形支持，現(xiàn)在采用 pc 計算機和 windows 系 統(tǒng)居多，在歷史上曾經(jīng)有很多系統(tǒng)采用 unix 系統(tǒng)和 xwindows 圖形界面。一個主站可能的分站 數(shù)量從幾十到幾百、幾千個不等。 2、通訊系統(tǒng)：非常復雜，有線的包括音頻電纜、載波電纜、光纖、電力載波等，無線的 包括電臺、衛(wèi)星、微波等。 3、遠程終端單元(rtu or telecontrol )：品種也很多，大的系統(tǒng)由很多機柜組成，小的 系統(tǒng)可能就是一個小盒

47、子。 2 23 33 3 scadascada 的主站系統(tǒng)的主站系統(tǒng) scada 系統(tǒng)的主站過去很多著名的系統(tǒng)是基于 unix 操作系統(tǒng)和 xwindow 圖形界面的。 隨著計算機系統(tǒng)的發(fā)展，特別是 pc 技術的發(fā)展，pc 機和 pc 機上運行的操作系統(tǒng)扮演越 來越重要的角色。 龐大的主站系統(tǒng)一般包括如下內(nèi)容： 1、通訊前置系統(tǒng)，主要負責解析各種不同的規(guī)約，完成通訊接口數(shù)據(jù)處理（含數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)） 。 包括前置計算機，串口池或 modem 池，機架，防雷措施和網(wǎng)絡接口。 2、實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，主要包括運行實時數(shù)據(jù)庫的服務器。 3、工程師工作站，負責系統(tǒng)的組態(tài)、畫面制作和系統(tǒng)的各種維護。 4、生產(chǎn)調(diào)度工

48、作站，是監(jiān)控系統(tǒng)的主要用戶，顯示和瀏覽畫面，實現(xiàn)各種報警等。 5、多監(jiān)控工作站，主要用于大系統(tǒng)，單個工作站已經(jīng)無法監(jiān)控的情況，這時根據(jù)需要設 立多個監(jiān)控工作站，每個工作站實現(xiàn)不同的子任務。 歷史數(shù)據(jù)庫服務器，是 scada 系統(tǒng)保存歷史數(shù)據(jù)的服務器。 6、web 服務器，是當今 scada 主站系統(tǒng)的一種流行趨勢，只要用戶裝有瀏覽器軟件，得 到相應的授權(quán)，就可以從 web 服務器訪問相應 web 服務器的數(shù)據(jù)。 7、上層應用工作站，主要用于實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的管理工作。在電力系統(tǒng)的應用有潮 流分析，負荷預測，事故追憶，電網(wǎng)穩(wěn)定性分析，能量管理等。在自來水行業(yè)的應用有管網(wǎng)壓 力損耗分析，管網(wǎng)經(jīng)濟

49、性分析，管網(wǎng)漏失分析等。在采油工程上，包括示功圖顯示，示功圖分 析，泵況分析等應用。 scada 主站系統(tǒng)，大的系統(tǒng)可能有幾十個至上百個工作站，多個服務器。為了保證系統(tǒng)的 可靠性，采用雙前置系統(tǒng)，多服務器系統(tǒng)，兩個網(wǎng)絡。但是對于簡單的 scada 主站系統(tǒng)可能只 有一臺計算機，運行一套軟件。 各種不同應用的 scada 系統(tǒng)，大部分是相同的或者類似的。但是各個行業(yè)有各個行業(yè)的特 點，每個行業(yè)所關心的東西也不一樣。比如電力行業(yè)非常關心每個線路電壓、電流、功率，而 對于自來水行業(yè)則關心管道的壓力、流量等，這樣就形成了不同行業(yè)的系統(tǒng)。也有通用的人機 界面系統(tǒng)，但是這種界面一般無法滿足各個行業(yè)的特殊需

50、要。 2 23 34 4 scadascada 的通訊系統(tǒng)的通訊系統(tǒng) scada 通訊系統(tǒng)豐富多彩，以前一般分為有線和無線兩類，隨著通訊技術的發(fā)展，基于各 種網(wǎng)絡的通訊方式發(fā)展很快，這種通訊方式很難歸結(jié)到有線或者無線的范疇，所以也單獨作為 一類。 有線方式有：音頻電纜，架空明線，載波電纜，同軸電纜，光纖，電力載波等。在有線上 傳輸大體分為基帶傳輸和調(diào)制傳輸，基帶傳輸在介質(zhì)上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，一般要經(jīng)過信號變 化。調(diào)制解調(diào)傳輸是經(jīng)過模數(shù)變換的傳輸。很多介質(zhì)既可以作為基帶傳輸也可以作為調(diào)制傳輸。 無線方式主要包括: 電臺、微波、衛(wèi)星、光線、聲波等手段。 網(wǎng)絡方式是通訊系統(tǒng)架構(gòu)在一個計算機網(wǎng)絡之上，

51、比如幀中繼，atm，ip 網(wǎng)。這種通訊方 式可能是有線的也可能是無線的，甚至多次跨越無線和有線。其性能也明顯區(qū)分于有線和無線 系統(tǒng)。比如不用考慮誤碼，不用考慮報文的大小，不考慮系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)，但是網(wǎng)絡的時延可 能比較大。通過 gprs 網(wǎng)絡或者 cdma 傳輸 scada 系統(tǒng)數(shù)據(jù)就是典型的例子。 2 23 35 5 scadascada 的遠方終端單元的遠方終端單元 scada 系統(tǒng)遠程終端單元有一個專門的詞匯 rtu。現(xiàn)在術語中稱為 telecontrol。 rtu 一般由通訊處理單元、開關量采集單元、脈沖量采集單元、模擬量采集單元、模擬量 輸出單元，開關量輸出單元和脈沖量輸出單元等構(gòu)成。

52、還有一些其他的接口方式，比如電力變 壓器的分接頭，氣象的格雷碼接口，水文的 bcd 碼接口等。 遠方的通訊一般和 rtu 安裝在一起，這樣便于接線。 現(xiàn)在的 rtu 除了完成本身的數(shù)據(jù)采集工作和協(xié)議處理之外，還要完成和各種 ied 設備的接 口和協(xié)議轉(zhuǎn)換工作。而且 rtu 的通訊處理單元的能力越來越強大，而相應的采集工作卻在逐漸 弱化，由各種 ied 設備代替了。 rtu 在中國電力系統(tǒng)的最大發(fā)展就是用交流采樣算法直接計算線路的電壓、電流、有功功 率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、諧波等，取代了傳統(tǒng)的電力變送器，降低了成本，降低了接 線復雜度，減少了誤差環(huán)節(jié)，提高了精度。如今綜合保護、遠動、計量的

53、設備已經(jīng)出現(xiàn)，而傳 統(tǒng)的遠動已經(jīng)基本退出了歷史舞臺。 第三章第三章 工業(yè)網(wǎng)絡控制應用技術工業(yè)網(wǎng)絡控制應用技術 3 31 1 網(wǎng)絡控制技術的應用現(xiàn)狀網(wǎng)絡控制技術的應用現(xiàn)狀 3.1.13.1.1 分布式控制系統(tǒng)分布式控制系統(tǒng) dcsdcs dcs （distributed control system）又稱集散控制系統(tǒng)，是一種穩(wěn)定、可靠、安全的工 業(yè)控制方式，目前廣泛應用于國內(nèi)各種工業(yè)控制現(xiàn)場。其基本思想是分散控制、集中管理，典 型結(jié)構(gòu)是上、下位機系統(tǒng)及其通信網(wǎng)絡，上位機稱為操作站，下位機稱為控制站，操作站處于 信息監(jiān)控層，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的控制操作、過程狀態(tài)及報警狀態(tài)顯示、歷史數(shù)據(jù)的收集和各種趨 勢

54、的顯示及報表生成與打??；控制站處于現(xiàn)場控制層，是對現(xiàn)場物理信號(包括模擬及開關信 號)進行實時采集并進行數(shù)據(jù)處理、控制運算，或?qū)⒔Y(jié)果傳送到上位機；系統(tǒng)的網(wǎng)絡負責各種 控制站之間、操作站與控制站之間以及操作站之間的數(shù)據(jù)通信和聯(lián)絡。自 1975 年 honeywell 公司推出了 tdc2000 dcs 系統(tǒng)以來，分布式控制系統(tǒng)在三十年的發(fā)展過程中逐步完善、成熟， 從 70 年代由各 dcs 廠家自己開發(fā)，操作站軟硬件都是專用，通信網(wǎng)絡基本采用輪詢方式，到 80 年代通信網(wǎng)絡較多采用令牌方式，再到 90 年代操作站出現(xiàn)了通用系統(tǒng)，而到 90 年代末通信 網(wǎng)絡已開始出現(xiàn)以太網(wǎng)產(chǎn)品，遵循 tcp/ip

55、 協(xié)議。dcs 已發(fā)展成為一種相當成熟的工業(yè)控制方式。 dcs 也存在許多缺點，如一對一結(jié)構(gòu)、采用單向信號傳輸、布線及調(diào)試成本高、互操作性 相對較差等，而這些恰恰是后起之秀現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的優(yōu)勢。然而 dcs 仍獲得廣泛應用，這 是因為，控制現(xiàn)場很多設備不是智能儀表，不能直接與現(xiàn)場總線相連；fcs 總體價格比較昂貴； dcs 也在不斷采用新技術，如與 plc 很好地融合、滲透和集成，普遍采用 ipc 作為其操作站， 人工智能技術應用于 dcs 各級等，dcs 呈現(xiàn)出向綜合化和智能化發(fā)展的趨勢。因此，dcs 不會 隨著 fcs 的發(fā)展而馬上退出現(xiàn)場過程控制的舞臺，特別是在電廠等安全、可靠是第一位

56、的應用 領域。 3.1.23.1.2 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) fcsfcs 現(xiàn)場總線控制技術 fcs（field control system）產(chǎn)生于 20 世紀 80 年代，是在 dcs 基礎 上發(fā)展起來的，在智能現(xiàn)場設備、自動化系統(tǒng)之間提供了一個全數(shù)字化的、雙向的、多節(jié)點的 通信鏈路。fcs 的出現(xiàn)促進了現(xiàn)場設備的數(shù)字化和網(wǎng)絡化，并且使現(xiàn)場控制的功能更加強大。 與 dcs 系統(tǒng)相比，fcs 最大的特點是大大減少了布線及由此引起的調(diào)試、安裝、維護等其它成 本，因而獲得了廣泛應用，發(fā)展非常迅速。目前現(xiàn)場總線的種類有 40 多種，全國自動化系統(tǒng) 工程師資格認證（asea）推薦的國內(nèi)較為

57、流行的現(xiàn)場總線有 profibus- dp、devicenet、lonworks、modbus、ethernet/ip 五種。 fcs 技術具有傳統(tǒng) dcs 所無法比擬的優(yōu)越性，但現(xiàn)場總線未能實現(xiàn)統(tǒng)一的國際標準，影響 了 fcs 的推廣，加之 fcs 技術還在發(fā)展和改進中，它在電廠的應用滯后于制造、化工等其它工 業(yè)部門。考慮到 dcs 技術的成熟和高可靠性，現(xiàn)場智能設備的配套只能逐步實施，以及許多業(yè) 內(nèi)專家擔心 fcs 存在通信線路的瓶頸效應等綜合因素，一般認為目前適宜在電廠輔機 dcs 基礎 上局部采用 fcs，組成混合系統(tǒng)，稱之為 fdcs（fieldbus distributed con

58、trol system） ，如 圖 3-1 所示。 圖 3-1 fdcs 系統(tǒng)框圖 多種現(xiàn)場總線并存顯然不利于其廣泛應用，雖然國際標準化組織試圖制訂統(tǒng)一的標準，但 群雄割據(jù)形成的局面很難實現(xiàn)一統(tǒng)。尋求一種通用總線成為工業(yè)控制的新興研究課題。以太網(wǎng) 具有現(xiàn)場總線開放性、互操作性、互換性、可集成性、數(shù)字化信號傳輸?shù)忍攸c，許多專家預測 以太網(wǎng)將會成為取代現(xiàn)場總線的一種最佳選擇和最終發(fā)展方向?，F(xiàn)在許多總線產(chǎn)品已支持以太 網(wǎng)，如 siemens 公司的 plc 提供了專用的以太網(wǎng)接口模塊，研華科技的新型智能模塊在以前 modbus 基礎上向上支持以太網(wǎng)。 3.1.33.1.3 工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng) ie

59、ie 在現(xiàn)場總線標準處于激烈的爭論之際，以太網(wǎng)技術已進入工業(yè)現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡領域，產(chǎn) 生了工業(yè)以太網(wǎng) ie（industrial ethernet） 。以太網(wǎng)是 ieee802.3 所支持的局域網(wǎng)標準，采用 帶碰撞檢測的載波偵聽多路訪問方式（csma/cd） 。目前不僅在辦公自動化領域內(nèi)，而且在各個 企業(yè)的生產(chǎn)管理網(wǎng)絡都得到廣泛應用。由于它技術成熟，連接電纜和接口設備價格相對較低， 帶寬迅速增長，十兆、百兆、千兆及以上以太網(wǎng)產(chǎn)品在不同領域得到廣泛應用，可以滿足現(xiàn)場 設備對通信速度增加而原有總線技術已不能滿足的需求。 以太網(wǎng)技術應用于實時性要求很高的工業(yè)控制領域，關鍵要采取有效手段避免 csma

60、/cd 中 的碰撞。由于通信帶寬的大幅提高；采用全雙工交換式以太網(wǎng)交換機，以星形拓撲結(jié)構(gòu)為其端 口上的每個網(wǎng)絡節(jié)點提供了獨立帶寬，使連接在同一個交換機上面的不同設備不存在資源爭奪， 隔離了載波偵聽；以及采用 5 類線將接收、發(fā)送信號分開，這些技術改善了網(wǎng)絡通信的實時性， 使以太網(wǎng)有條件真正應用于工業(yè)控制現(xiàn)場。adam-5000tcp 控制器是研華科技股份有限公司推出 的一款工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品。 近年，隨著工業(yè)自動化領域中逐漸采用以太網(wǎng)產(chǎn)品，成立了工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會(iea)和工業(yè) 自動化開放網(wǎng)絡聯(lián)盟(laona)等組織，還制訂有關標準(如 ethernetip 等)，以推進以太網(wǎng)在 工業(yè)自動化中的應用