數(shù)字控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)從入門到精通

前言

　　為了滿足工業(yè)與民用工程日益增長的功能需要，自動控制系統(tǒng)已經(jīng)由模擬控制進入了數(shù)字控制，由單一設(shè)備集中控制轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)分布式控制。隨著產(chǎn)品和工程質(zhì)量要求的不斷提高，生產(chǎn)過程自動化對產(chǎn)品部件或?qū)ο筮M行監(jiān)測、控制以及設(shè)備故障檢測的功能不斷增強?？刂葡到y(tǒng)的發(fā)展經(jīng)過了幾個重要階段，在機械運動控制和化工過程控制的早期階段，一般采用繼電器線路組合控制和電動儀表控制方式。繼電器由線圈電磁鐵吸合控制觸點閉合接通電動機或驅(qū)動器。繼電器組合控制的主要缺點是體積大、耗電量大、響應(yīng)速度慢和連線復雜。一旦控制任務(wù)發(fā)生變化，改變參數(shù)需更換繼電器，甚至要改變控制線路。電動儀表采用模擬控制器，測量和信號處理一般依靠運算放大器實現(xiàn)。由于采用模擬信號處理，電動儀表對抗干擾要求高，易受環(huán)境溫度、電磁干擾、振動的影響，并且功能單一、改變參數(shù)復雜。隨著可編程控制技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，大量的常規(guī)控制系統(tǒng)已被數(shù)字控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所取代。例如，無論在采用數(shù)字控制的過程中是何種控制對象，數(shù)字控制器都可以實現(xiàn)復雜的控制算法。由于數(shù)字控制器具有體積小、容易安裝、計算精確度高、速度快和無電氣觸點閉合的特點，數(shù)字控制網(wǎng)絡(luò)具有分布式串行通信和抗干擾能力強的優(yōu)點，使得數(shù)字控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被越來越廣泛的應(yīng)用。數(shù)字控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)在機器制造過程、能源工程、化學工業(yè)過程、交通車輛控制、環(huán)境工程、樓宇自動化等方面得到了成功的應(yīng)用?！　∫话闱闆r下，大專院校及研究生教材主要介紹控制系統(tǒng)原理，而對綜合系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用缺乏統(tǒng)一描述。企業(yè)現(xiàn)場工程師一般需進行專門的培訓，而這也往往是針對單一系統(tǒng)產(chǎn)品。為了幫助學生和現(xiàn)場工程技術(shù)人員掌握數(shù)字控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用方法，我們編寫了本書。全書共6章：第1章介紹數(shù)字控制器與控制系統(tǒng)概論，第2章介紹可編程序邏輯控制器，第3章介紹嵌入式儀表控制器，第4章介紹監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，第5章介紹現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，第6章介紹控制器與控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實例。　　在本書的編寫過程中，袁洪基、袁振明及中國工程院姬學也參加了部分工作，在此表示感謝；對提供資料的單位和個人一并表示感謝?！　∮捎诰幷咚接邢?，不足之處在所難免，懇請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

數(shù)字控制網(wǎng)絡(luò)是計算機網(wǎng)絡(luò)在專用領(lǐng)域的發(fā)展，具有特殊的結(jié)構(gòu)、協(xié)議和功能。本書介紹了數(shù)字控制網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架；給出了數(shù)字控制網(wǎng)絡(luò)的可編程序控制器、數(shù)字儀表控制器和系統(tǒng)監(jiān)控服務(wù)器的基本原理和應(yīng)用技術(shù)。通過大量的應(yīng)用實例，說明了在不同工業(yè)行業(yè)與民用工程數(shù)字控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的各種控制器、通信協(xié)議和現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用技術(shù)。本書可作為大專院校相關(guān)專業(yè)學生的學習參考書，也可作為電氣控制、儀表和系統(tǒng)工程技術(shù)人員的技術(shù)參考和培訓用書。

書籍目錄

前言第1章  數(shù)字控制器與控制系統(tǒng)概論  1.1　控制器結(jié)構(gòu)原理  1.2　數(shù)字控制系統(tǒng)組成原理  1.3　控制器與控制系統(tǒng)的發(fā)展    1.3.1　控制器與控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程    1.3.2　數(shù)字通信控制系統(tǒng)模型第2章　可編程序邏輯控制器  2.1　可編程序邏輯控制器的基本組成    2.1.1　可編程序邏輯控制器的模塊化結(jié)構(gòu)    2.1.2　可編程序邏輯控制器組成模塊的功能  2.2　可編程序邏輯控制器的編程方法  2.3　可編程序邏輯控制器的聯(lián)機通信    2.3.1　可編程序邏輯控制器通信系統(tǒng)的構(gòu)成    2.3.2　可編程序邏輯控制器高級通信協(xié)議的應(yīng)用    2.3.3　可編程序邏輯控制器各種通信應(yīng)用的建立  2.4　可編程序邏輯控制器的人機對話    2.4.1　人機交互界面    2.4.2　觸摸屏的工作原理    2.4.3　觸摸屏微處理器的結(jié)構(gòu)與特性分析  2.5　可編程序邏輯控制器的紙包裝噴涂生產(chǎn)應(yīng)用    2.5.1　噴涂流量控制系統(tǒng)    2.5.2　安全性儀表閥島    2.5.3　現(xiàn)場總線控制儀表    2.5.4　生產(chǎn)過程中的PLC控制    2.5.5　PLC應(yīng)用小結(jié)第3章　嵌入式儀表控制器  3.1　嵌入式儀表控制器的基本組成    3.1.1　現(xiàn)場總線儀表控制器的特點    3.1.2　現(xiàn)場總線儀表控制器的結(jié)構(gòu)  3.2　嵌入式儀表控制器的功能組態(tài)    3.2.1　現(xiàn)場總線儀表控制器的功能特點    3.2.2　現(xiàn)場總線儀表控制器的功能塊    3.2.3　現(xiàn)場總線儀表控制器的設(shè)備組態(tài)  3.3　嵌入式儀表控制器的數(shù)據(jù)傳輸  3.4　過程控制儀表控制器的類型    3.4.1　現(xiàn)場總線溫度測量儀表    3.4.2　現(xiàn)場總線壓力測量儀表　　3.4.3　現(xiàn)場總線流量測量儀表    3.4.4　現(xiàn)場總線變量轉(zhuǎn)換儀表    3.4.5　現(xiàn)場總線執(zhí)行器與定位器  3.5　鍋爐鍋筒水位儀表測控系統(tǒng)的應(yīng)用    3.5.1　鍋爐鍋筒水位的測量方式與比較    3.5.2　鍋爐鍋筒水位測量方式的選擇    3.5.3　鍋爐鍋筒水位控制系統(tǒng)的實現(xiàn)    3.5.4　控制系統(tǒng)應(yīng)用小結(jié)第4章　監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器  4.1　監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的基本結(jié)構(gòu)    4.1.1　系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)軟件的組成    4.1.2　組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)流  4.2　監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的組網(wǎng)過程    4.2.1　組態(tài)單用戶系統(tǒng)    4.2.2　組態(tài)多用戶系統(tǒng)    4.2.3　組態(tài)分布式系統(tǒng)    4.2.4　組態(tài)Web客戶機    4.2.5　組態(tài)瘦客戶機    4.2.6　組態(tài)中央歸檔服務(wù)器  4.3　監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的監(jiān)控功能    4.3.1  網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器監(jiān)控系統(tǒng)的特點    4.3.2　網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器監(jiān)控系統(tǒng)的功能    4.3.3　設(shè)備組態(tài)監(jiān)控軟件  4.4　容錯冗余監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器  4.5　基于服務(wù)器的電源屏監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用    4.5.1　服務(wù)器電源屏監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)目標    4.5.2　服務(wù)器電源屏監(jiān)控系統(tǒng)的硬件平臺    4.5.3　TCP/IP協(xié)議在txC/OSIl上的多任務(wù)運行    4.5.4　對客戶端表單報文的解析    4.5.5　系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用小結(jié)第5章　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)  5.1　現(xiàn)場總線的基本原理  5.2　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)　……第6章　控制器與控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實例參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　數(shù)字控制器與控制系統(tǒng)概論　　自動化系統(tǒng)的應(yīng)用覆蓋了航空航天、冶金、汽車、能源、交通、通信、家用電器等各個領(lǐng)域，極大地影響著社會的科研、生產(chǎn)和生活的各個方面。自動化技術(shù)的發(fā)展包括和綜合了幾乎絕大多數(shù)先進的應(yīng)用技術(shù)。自動化系統(tǒng)經(jīng)歷了從機械、電氣、集成電路到數(shù)字控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程。早期自動化系統(tǒng)的典型例子有中國的漏壺計時器和瓦特的蒸汽機調(diào)速器。　　現(xiàn)代工業(yè)和制造業(yè)大多是由復雜系統(tǒng)組成的生產(chǎn)過程，要實現(xiàn)大批量、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品生產(chǎn)離不開系統(tǒng)自動化。例如，汽車生產(chǎn)流水線要實現(xiàn)組裝、焊接、噴漆等復雜的工藝流程，需要包括成百上千個控制單元?！　∮捎诳刂葡到y(tǒng)越來越復雜且系統(tǒng)規(guī)模較大，傳統(tǒng)單一的控制器無法滿足實際的需要。因此，具有控制網(wǎng)絡(luò)功能的集散控制系統(tǒng)（Distributed Control Systern，DCS）和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（Fie1dbus Control System，F(xiàn)CS）就應(yīng)運而生。例如，石油化工生產(chǎn)過程普遍采用了集散控制系統(tǒng)?！　?.1　控制器結(jié)構(gòu)原理　　控制器是處理控制系統(tǒng)信息的主要設(shè)備，是保證系統(tǒng)對象正常工作的調(diào)節(jié)裝置。控制器的發(fā)展經(jīng)過了幾個過程，在機械運動控制和化工過程控制的早期階段，一般采用繼電器線路組合控制和電動儀表控制方式。繼電器由線圈電磁鐵吸合控制觸點閉合，接通電動機或驅(qū)動器。繼電器組合控制的主要缺點是體積大、耗電量大、響應(yīng)速度慢和連線復雜。一旦控制任務(wù)發(fā)生變化，改變參數(shù)需更換繼電器，甚至要改變控制線路。電動儀表采用模擬控制器，測量和信號處理一般依靠運算放大器實現(xiàn)。由于采用模擬信號處理，電動儀表對抗干擾要求高，易受環(huán)境溫度、電磁干擾、振動的影響，并且功能單一、改變參數(shù)復雜。隨著自動化技術(shù)和嵌入式微處理的發(fā)展，早期的繼電器控制基本被可編程序控制器取代，傳統(tǒng)的電動控制儀表被具有通信功能的數(shù)字儀表控制器取代。繼電器是由鐵心、線圈和觸點組成的元件。電動儀表是由輸入濾波器、采樣保持電路和模擬運算放大器組成的儀器。繼電器和電動儀表如圖1.1、圖1.2所示?！　　?/pre>








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