DCS网络与通信.pdf

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1、DCSDCS的网络与通信技术的网络与通信技术的网络与通信技术的网络与通信技术主讲主讲:朱勇彬朱勇彬1.1.工业控制网络简介工业控制网络简介工业控制网络简介工业控制网络简介工业控制网络的发展历史工业控制网络的发展历史70年代中期以前，工业控制表现为年代中期以前，工业控制表现为就地控制，集中控制就地控制，集中控制70年代中期到年代中期到90年代初，工业控制年代初，工业控制表现为一直到目前为止还应用广泛的集散表现为一直到目前为止还应用广泛的集散控制系统（控制系统（DCS），虽然），虽然DCS技术已经技术已经发展到相当成熟的地步，但它仍然存在着发展到相当成熟的地步，但它仍然存在着许多缺点，其一就是一对

2、一的结构特点。许多缺点，其一就是一对一的结构特点。以太网的出现和飞速发展为工业控制网以太网的出现和飞速发展为工业控制网络提供了新的选择。目前以太网技术是最络提供了新的选择。目前以太网技术是最符合网络控制系统现场总线特点的技术符合网络控制系统现场总线特点的技术（数（数字式互连字式互连网络，网络，互操作性互操作性，开放性开放性和和高高网络网络性能性能）3种种技术技术就目前技术技术就目前国内情况国内情况和和不同不同的的工业现场工业现场环境也环境也是是各有优各有优缺点，缺点，孰优孰劣孰优孰劣要具体问题具体分析要具体问题具体分析1.1.工业控制网络简介工业控制网络简介工业控制网络简介工业控制网络简介工业

3、控制网络的工业控制网络的国内国内应用现应用现状状 集散控制系统（集散控制系统（DCS） 应用现应用现状：自状：自75年年问世问世以以来来，大约大约经历了经历了3次比次比较大较大的的变革变革，70年代年代操作站操作站的的硬件、操作硬件、操作系统系统、监视软件都监视软件都是是专专用的，用的，由各个由各个DCS厂家自己开厂家自己开发，发，也没有动态流程图也没有动态流程图，通信网络，通信网络基本上都基本上都是是轮轮询方式询方式的的；80年代通信网络年代通信网络较较多多使使用用令牌方式；令牌方式；90年代年代操作站操作站出现了通用系统，出现了通用系统，90年代年代末末通信通信网络网络有有的的开始部分遵循

4、开始部分遵循TCP/IP协议协议，有有的的采采用用以太网，以太网，DCS经经过过在在国内国内20多年的发展，已经多年的发展，已经广泛应用广泛应用于各于各工业工业领域并趋于领域并趋于成熟，成为目前的成熟，成为目前的工业控制的主工业控制的主流流近年来，为了使近年来，为了使DCSDCS更适用于工业生更适用于工业生产，新一代的产，新一代的DCSDCS做了一部分改进：做了一部分改进： 系统开放化系统开放化 采用通用工作站采用通用工作站 超大型化和微型化超大型化和微型化 通信介质多样化通信介质多样化 DCSDCS与与PLCPLC相互融合相互融合 软件不断丰富软件不断丰富DCSDCS发展方向发展方向发展发展

5、方向方向： 向综合方向发展向综合方向发展 向智能方向发展向智能方向发展 工业工业PCPC化化 现场总线控制系统（现场总线控制系统（现场总线控制系统（现场总线控制系统（FCSFCS） 应用现状应用现状应用现应用现状状：现场总线发展迅速，现在处于：现场总线发展迅速，现在处于群雄并起、百家争鸣的阶段，目前有群雄并起、百家争鸣的阶段，目前有4040多种，最有影响力的有多种，最有影响力的有5 5种，分别为种，分别为FFFF、ProfibusProfibus、HARTHART、CANCAN和和LonworksLonworks。 发展方向：发展方向：发展发展方向：方向：许多专家预测以太网将是它许多专家预测以

6、太网将是它们的最终发展方向，这些是由以太网的特们的最终发展方向，这些是由以太网的特点及现状决定的。点及现状决定的。 以太网：以太网：以太网以太网：工业自动化控制系统的网络结构发工业自动化控制系统的网络结构发展越来越分散化，同时系统越来越复杂，内展越来越分散化，同时系统越来越复杂，内部的连接要求越来越高速化紧密化，更多的部的连接要求越来越高速化紧密化，更多的是系统细分成了独立的控制孤岛，因此对网是系统细分成了独立的控制孤岛，因此对网络的要求也越来越高；价格因素也是目前很络的要求也越来越高；价格因素也是目前很关键的一方面；加之管控一体化的要求，更关键的一方面；加之管控一体化的要求，更加使以太网显示

7、出其优势加使以太网显示出其优势 充分考虑今后的发展需要，具有高传输速率，充分考虑今后的发展需要，具有高传输速率，目前到目前到1000M/S1000M/S 高传输安全性和可靠性，集线器技术的确定性高传输安全性和可靠性，集线器技术的确定性 几乎不需要考虑网络的拓扑结构几乎不需要考虑网络的拓扑结构 传输物理介质：双绞线、光纤、同轴电缆传输物理介质：双绞线、光纤、同轴电缆 集线器的应用可不需要考虑网络的扩展集线器的应用可不需要考虑网络的扩展 建立一个标准：一个新的工业控制总线标准建立一个标准：一个新的工业控制总线标准 与与ITIT连接，连接，“ “世界标准世界标准” ”的的TCP/IPTCP/IP技术

8、的应用技术的应用 在整个网络中的随机的网络存取技术在整个网络中的随机的网络存取技术 低成本高性能面向未来的开发低成本高性能面向未来的开发 工业以太网应用现状：工业以太网应用现状：工业以太网应用现工业以太网应用现状：状：工业以太网与现工业以太网与现场总线相比，它能提供一个开放的标准，场总线相比，它能提供一个开放的标准，是企业从现场控制到管理层实现全面的无是企业从现场控制到管理层实现全面的无缝的信息集成，解决了由于协议上的不同缝的信息集成，解决了由于协议上的不同导致的导致的“ “自动化孤岛自动化孤岛” ”问题，但从目前的发问题，但从目前的发展看，工业以太网在控制领域的应用主要展看，工业以太网在控制

9、领域的应用主要体现在以下几种形式体现在以下几种形式 混合混合EtherNet/FieldbusEtherNet/Fieldbus的网络结构的网络结构 这种结构实际上就是信息网络和控制网络的这种结构实际上就是信息网络和控制网络的一种典型的集成形式。以太网正在逐步向现一种典型的集成形式。以太网正在逐步向现场设备级深入发展，并尽可能的和其他网络场设备级深入发展，并尽可能的和其他网络形式走向融合，但以太网和形式走向融合，但以太网和TCP/IPTCP/IP原本不原本不是面向控制领域的，在体系结构、协议规是面向控制领域的，在体系结构、协议规则、物理介质、数据、软件、实验环境等诸则、物理介质、数据、软件、实

10、验环境等诸多方面并不成熟，而现场总线能完全满足现多方面并不成熟，而现场总线能完全满足现代企业对底层控制网络的基本要求，实现真代企业对底层控制网络的基本要求，实现真正的全分布式系统。因此，在企业信息层采正的全分布式系统。因此，在企业信息层采用以太网，而在底层设备级采用现场总线，用以太网，而在底层设备级采用现场总线，通过通信控制器实现两者的信息交换。通过通信控制器实现两者的信息交换。 基于基于WebWeb的网络监控平台的网络监控平台嵌人式以太网是最近网络应用热点，就是嵌人式以太网是最近网络应用热点，就是通过通过InternetInternet使所有连接网络的设备彼此互使所有连接网络的设备彼此互通，

11、从计算机、通，从计算机、PDAPDA、通信设备到仪器仪表、通信设备到仪器仪表、家用电器等。在企业内部，可以利用企业信息家用电器等。在企业内部，可以利用企业信息网络，进行工厂实时运行数据的发布和显示，网络，进行工厂实时运行数据的发布和显示，管理者通过管理者通过WebWeb浏览器对现场工况进行实时远浏览器对现场工况进行实时远程监控、远程设备调试和远程设备故障诊断和程监控、远程设备调试和远程设备故障诊断和处理。实现的最简单办法就是采用独立的以太处理。实现的最简单办法就是采用独立的以太网控制器，连接具有网控制器，连接具有TCP/IPTCP/IP界面的控制主机界面的控制主机以及具有以及具有RSRS- -

12、 232232或或RSRS- - 4.854.85接口的现场设接口的现场设备。以太网控制器在这里扮演了通用计算机网备。以太网控制器在这里扮演了通用计算机网络和现场各类设备之间的一个桥梁。络和现场各类设备之间的一个桥梁。 工业以太网发展方向：工业以太网发展方向：工业以太网发展工业以太网发展方向：方向： （一）（一） 工业以太网与现场总线相结合工业以太网与现场总线相结合工业以太网技术的研究还只是近几年才引工业以太网技术的研究还只是近几年才引起国内外工控专家的关注。而现场总线经过十起国内外工控专家的关注。而现场总线经过十几年的发展，在技术上日渐成熟，在市场上也几年的发展，在技术上日渐成熟，在市场上也

13、开始了全面推广，并且形成了一定的市场。就开始了全面推广，并且形成了一定的市场。就目前而言，全面代替现场总线还存在一些问目前而言，全面代替现场总线还存在一些问题，需要进一步深入研究基于工业以太网的全题，需要进一步深入研究基于工业以太网的全新控制系统体系结构，开发出基于工业以太网新控制系统体系结构，开发出基于工业以太网的系列产品。因此，近一段时间内，工业以太的系列产品。因此，近一段时间内，工业以太网技术的发展将与现场总线相结合网技术的发展将与现场总线相结合 （二）（二） 工业以太网技术直接应用于工业工业以太网技术直接应用于工业现场设备间的通信已成大势所趋现场设备间的通信已成大势所趋随着以太网通信速

14、率的提高、全双随着以太网通信速率的提高、全双工通信、交换技术的发展，为以太网的通工通信、交换技术的发展，为以太网的通信确定性的解决提供了技术基础，从而消信确定性的解决提供了技术基础，从而消除了以太网直接应用于工业现场设备间通除了以太网直接应用于工业现场设备间通信的主要障碍，为以太网直接应用于工业信的主要障碍，为以太网直接应用于工业现场设备间通信提供了技术可能。现场设备间通信提供了技术可能。工业控制网络分类： 按交换技术划分：线路交换网、分组交换网。 按传输技术划分：广播网、非广播多路访问网、点到点网。 按拓扑结构划分：总线型、星型、环型、树型、全网状和部分网状网络。 按传输介质划分：同轴电缆、

15、双绞线、光纤、卫星通信网络。 按网络规模划分：局域网、城域网、广域网、网间网。 按传输速率划分：10M、100M、1000M工业控制网络的结构工业控制网络的结构 工业控制网络实际上可用生产金字塔工业控制网络实际上可用生产金字塔结构来描述它的结构，不同的厂家的网结构来描述它的结构，不同的厂家的网络层数不同，各层功能有所差异，但都络层数不同，各层功能有所差异，但都标明在整个工厂的自动化系统中，由下标明在整个工厂的自动化系统中，由下到上，在各层中发挥不同的作用，共同到上，在各层中发挥不同的作用，共同特点：上层负责生产管理，底层负责现特点：上层负责生产管理，底层负责现场控制与检测，中间负责生产过程的监

16、场控制与检测，中间负责生产过程的监控及优化。控及优化。 国际标准化组织国际标准化组织（ISOISO）对企业自动化）对企业自动化系统的建模进行了一系系统的建模进行了一系列研究后提出了这样的列研究后提出了这样的金字塔模式：金字塔模式：企企业业长长期期生产生产企企业业短短期期生产生产车车间间在线在线管理管理过程监过程监控控设备设备控制控制检测检测与与执行器驱执行器驱动动 实际上根据我们的习惯一般划分为这实际上根据我们的习惯一般划分为这样的模式样的模式 ：公司管理级公司管理级工工厂厂与与过程过程管理级管理级过程监过程监控控级级过程过程测量测量与控制与控制级级 无线网络，顾名思义是利用无线电波而非线缆来

17、实现无线网络，顾名思义是利用无线电波而非线缆来实现无无线网络，线网络，顾名思义顾名思义是是利利用用无无线线电波而非电波而非线线缆缆来来实实现现与计算机设备位置无关的网络数据传输系统，是现代与计算机设备位置无关的网络数据传输系统，是现代与与计算机设备位置无关计算机设备位置无关的网络数的网络数据传输据传输系统，是现代系统，是现代数据通信系统发展的一个重要方向。随着计算机网络数据通信系统发展的一个重要方向。随着计算机网络数数据据通信系统发展的一通信系统发展的一个个重重要方向要方向。随随着着计算机计算机网络网络技术、无线技术以及智能传感器技术的相互渗透、结技术、无线技术以及智能传感器技术的相互渗透、结

18、技术技术、无无线技术以线技术以及智及智能能传感器传感器技术的相技术的相互互渗透渗透、结结合，产生了基于无线技术的网络化智能传感器的全新合，产生了基于无线技术的网络化智能传感器的全新合，合，产生产生了了基于基于无无线技术的网络线技术的网络化智化智能能传感器传感器的的全全新新概念。这种基于无线技术的网络化智能传感器，使得概念。这种基于无线技术的网络化智能传感器，使得概念概念。这这种基于种基于无无线技术的网络线技术的网络化智化智能能传感器传感器，使使得得工业现场的数据能够通过无线链路直接在网络上传工业现场的数据能够通过无线链路直接在网络上传工业现场的数工业现场的数据据能能够够通通过过无无线线链路链路

19、直直接接在网络在网络上上传传输、发布和共享输、发布和共享输输、发发布布和和共享共享 ，无线通讯技术能够在工厂环境下，无线通讯技术能够在工厂环境下，无无线通线通讯讯技术技术能能够够在工在工厂环境厂环境下下，为各种智能现场设备、移动机器人以及各种自动化设为各种智能现场设备、移动机器人以及各种自动化设为为各种各种智智能能现场现场设备设备、移移动动机器人机器人以以及及各种自动各种自动化设化设备之间的通信提供高带宽的无线数据链路和灵活的网备之间的通信提供高带宽的无线数据链路和灵活的网备之间备之间的通信提供的通信提供高高带宽带宽的的无无线数线数据链路据链路和和灵活灵活的网的网络拓扑结构，在一些特殊环境下有

20、效地弥补了有线网络拓扑结构，在一些特殊环境下有效地弥补了有线网络络拓扑拓扑结构，在一结构，在一些些特特殊殊环境环境下下有有效效地地弥补弥补了了有有线网线网络的不足，进一步完善了工业控制网络的通信性能。络的不足，进一步完善了工业控制网络的通信性能。络的络的不不足足，进进一步一步完善完善了工业控制网络的通信了工业控制网络的通信性能性能。无线通信的发展和工业应用无线通信的发展和工业应用无无线通信的发展和工业应用线通信的发展和工业应用 目前，在工业自动化领域中无线通讯技术目前，在工业自动化领域中无线通讯技术协议主要是：对于可用于现场设备层的协议主要是：对于可用于现场设备层的无无线短程网线短程网，采用的

21、主流协议是，采用的主流协议是IEEE IEEE 802.15.4802.15.4（ZigBeeZigBee）；对于大数据容）；对于大数据容量的短程无线通信，则是量的短程无线通信，则是IEEE IEEE 802.15.3802.15.3；而对于适应较大传输覆盖面；而对于适应较大传输覆盖面和较大信息传输量的无线局域网，采用的和较大信息传输量的无线局域网，采用的是是IEEE 802.11IEEE 802.11系列。其中应用的重点系列。其中应用的重点是无线短程网和无线局域网是无线短程网和无线局域网发展方向发展方向发展发展方向方向: :1 1）当前重要的发展方向是通信协议的标准化。如无线）当前重要的发展

22、方向是通信协议的标准化。如无线系统与现有系统的共存性（系统与现有系统的共存性（CoCo- - existenceexistence），不同），不同厂家设备的相互可操作性以及系统之间的相互协作性，厂家设备的相互可操作性以及系统之间的相互协作性，这些都有赖于制定能被普遍接受的无线通信协议。这些都有赖于制定能被普遍接受的无线通信协议。 2 2）无线无线局域网今后的研究方向主要集中在安全性、可局域网今后的研究方向主要集中在安全性、可靠性、能耗性、移动漫游、靠性、能耗性、移动漫游、网络网络管理以及与其它移动通管理以及与其它移动通信系统之间的关系等问题上。其发展方向有：更高的通信系统之间的关系等问题上。其

23、发展方向有：更高的通讯速率；研发智能天线进一步提高频谱利用率，增加覆讯速率；研发智能天线进一步提高频谱利用率，增加覆盖范围；与盖范围；与WimaxWimax （微波存取全球互通（微波存取全球互通Worldwide Worldwide Interoperability for Microwave Access)Interoperability for Microwave Access)融融合，支持高速、移动接入。合，支持高速、移动接入。3 3）现场总线的无线传输的可行性正在评估，无）现场总线的无线传输的可行性正在评估，无线通讯技术将会和现场总线技术更加紧密结合。线通讯技术将会和现场总线技术更加紧

24、密结合。4 4）无线传输目前尚处在发展的早期阶段。无线）无线传输目前尚处在发展的早期阶段。无线技术首先会用在楼宇自动化、自动抄表、事故响技术首先会用在楼宇自动化、自动抄表、事故响应、设备监控等领域得到应用。当前较适宜应用应、设备监控等领域得到应用。当前较适宜应用的行业有：汽车制造、食品加工、制药和设备资的行业有：汽车制造、食品加工、制药和设备资产跟踪等。产跟踪等。5 5）由于工厂无线技术种类较多，技术特征差异）由于工厂无线技术种类较多，技术特征差异比较大，无线通信只是现有有线通信系统的一种比较大，无线通信只是现有有线通信系统的一种发展和重要补充，决非一种替代，工业控制网络发展和重要补充，决非一

25、种替代，工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展将向有线和无线相结合方向发展 近年来，以太网、互联网等网络架构已越来越广泛近年来，以太网、互联网等网络架构已越来越广泛的应用于自动化工业领域，取代传统的串口通信将成为的应用于自动化工业领域，取代传统的串口通信将成为自动化系统通信的主流。无线局域网技术在工业控制中自动化系统通信的主流。无线局域网技术在工业控制中的应用，主要包括数据采集、视频监控等，帮助用户实的应用，主要包括数据采集、视频监控等，帮助用户实现移动设备与固定网络的通讯或移动设备之间的通讯，现移动设备与固定网络的通讯或移动设备之间的通讯，且坚固、可靠、安全。它适用于各种工业环境，即使在且

26、坚固、可靠、安全。它适用于各种工业环境，即使在极恶劣的情况下也能够保证网络的可靠性和安全性。在极恶劣的情况下也能够保证网络的可靠性和安全性。在设备层则将现场感应器、检测器、设备层则将现场感应器、检测器、PLCPLC、读卡器或其、读卡器或其他设备，互相连接形成一个无线传感器控制网络，作为他设备，互相连接形成一个无线传感器控制网络，作为信息系统内管理收集数据的工具。现在最终用户和系统信息系统内管理收集数据的工具。现在最终用户和系统集成商都对无线传感器网络技术表现出了越发浓郁的兴集成商都对无线传感器网络技术表现出了越发浓郁的兴趣。工厂无线通讯的发展前景看好，国内业界应该更紧趣。工厂无线通讯的发展前景

27、看好，国内业界应该更紧密地关注该项技术密地关注该项技术 在工业应用中，往往有不同厂家控在工业应用中，往往有不同厂家控制系统的数据共享，或因某即成系统不能制系统的数据共享，或因某即成系统不能满足控制需要而加上额外系统等原因，而满足控制需要而加上额外系统等原因，而需要将两种不同系统进行互联，经常用到需要将两种不同系统进行互联，经常用到的就是的就是PLCPLC和和DCSDCS的互联的互联 某化工厂原有一套某化工厂原有一套HONEYWELL TPSHONEYWELL TPS系系统，其中一些逻辑点的扫描速率要求是统，其中一些逻辑点的扫描速率要求是0.1S,0.1S,过去由过去由HONEYWELL DCS

28、HONEYWELL DCS控制，控制，但其最快扫描时间是但其最快扫描时间是0.25S0.25S，依靠，依靠DCSDCS无无法很好地满足工艺要求，在今年的改造中法很好地满足工艺要求，在今年的改造中决定用决定用PLCPLC代替代替DCSDCS对这些数据的采集与对这些数据的采集与控制，但数据要与控制，但数据要与DCSDCS共享，并由共享，并由DCSDCS操操作站来实现对作站来实现对PLCPLC的监控的监控 同一厂家的同一厂家的PLCPLC与与DCSDCS互联互联 如果如果DCSDCS、PLCPLC是同一个厂商开发是同一个厂商开发的，的， PLCPLC作为作为DCSDCS网络上一个结点，在网络上一个结

29、点，在设计时已经有通讯接口，他们两个系统的设计时已经有通讯接口，他们两个系统的总线用桥连接起来，用户不用作工作。总线用桥连接起来，用户不用作工作。 如如HONEYWELLHONEYWELL的的TDC3000TDC3000，可以把逻辑，可以把逻辑管理器（管理器（LMLM）和过程管理器（）和过程管理器（HPMHPM）接到）接到UCNUCN上。连在上。连在LCNLCN上的操作站能看到上的操作站能看到DCSDCS、PLCPLC的数据。从数据量和传输速度两个指标都的数据。从数据量和传输速度两个指标都很理想，但逻辑管理器是很理想，但逻辑管理器是HONEYWELLHONEYWELL自己自己生产的生产的, ,

30、价格比较贵，而且是早期的产品，现在价格比较贵，而且是早期的产品，现在已经停产，一些技术指标与常用的已经停产，一些技术指标与常用的PLCPLC有区有区别。其它通用的别。其它通用的PLCPLC如如ABAB的的PLCPLC只能连在只能连在LCNLCN上，通过上，通过GATEWAYGATEWAY接口（接口（PLCGPLCG）与）与PLCPLC相连，这种办法的缺点是相连，这种办法的缺点是GATEWAYGATEWAY的的价格比较高。价格比较高。 缺点：缺点：所有软硬件都是同一厂家的，与所有软硬件都是同一厂家的，与其它厂商的设备连网有一定的困难，而且其它厂商的设备连网有一定的困难，而且价格昂贵。价格昂贵。现

31、在有一个新的名词：现在有一个新的名词：技术毒品技术毒品，只要第一次购买某一厂商的产品，以后必只要第一次购买某一厂商的产品，以后必须买它的产品，否则没有办法互连。现在须买它的产品，否则没有办法互连。现在传统传统DCSDCS没有互连的通用平台。没有互连的通用平台。 不同厂家支持相同协议的互联不同厂家支持相同协议的互联不同厂家不同厂家支持支持相相同协议同协议的的互互联联传统传统DCSDCS和和PLCPLC互联大部分都是把互联大部分都是把PLCPLC作为一个部件，当成作为一个部件，当成DCSDCS的输入、输出。的输入、输出。DCSDCS厂商专门开发出一块接口卡厂商专门开发出一块接口卡 和互连的软件，在

32、和互连的软件，在DCSDCS的的I/OI/O总线上，总线上，PLCPLC和其它和其它DCSDCS的的I/OI/O板板的地位是一样的。接口卡上的的地位是一样的。接口卡上的RS232RS232串行口和串行口和PLCPLC主机或主机或PLCPLC总线通讯。在总线通讯。在DCSDCS的控制器的控制器的功能块上必须有能读、写的功能块上必须有能读、写PLCPLC数据的功能数据的功能块，和总线通讯要软件捆绑，经组态后能把数块，和总线通讯要软件捆绑，经组态后能把数据送到据送到DCSDCS网络上，然后送到操作站上网络上，然后送到操作站上 HoneywellHoneywell公司开发了公司开发了PLCPLC的的S

33、ISI互连卡，把互连卡互连卡，把互连卡SISI插在控制器的机柜插在控制器的机柜中，经过组态，中，经过组态，PLCPLC的数据就可以写进的数据就可以写进DCSDCS。在。在DCSDCS的操作站的显示器上就可的操作站的显示器上就可以显示。以显示。 横河公司的系统，也有横河公司的系统，也有ModbusModbus协协议卡（议卡（PXPX卡），也可接收卡），也可接收PLCPLC的信号的信号 优点：优点：简单易行，价格低廉，所以为目前简单易行，价格低廉，所以为目前应用最多的互联方式应用最多的互联方式 缺点：缺点：在操作站上反映比较慢，在现场考在操作站上反映比较慢，在现场考查，查，PLCPLC的某个状态有

34、变化，在操作站的某个状态有变化，在操作站上显示出来，大约几秒，如果送的数据上显示出来，大约几秒，如果送的数据少，反映能快一些少，反映能快一些 无相同协议的互联无相同协议的互联如果PLC也有通用操作站，两台操作站的监控软件是相同的，这时两台操作站安装以太网卡，两台可以连到以太网上，把两台操作站当成服务器，在以太网的客户机上能互看信息。即使两台操作站的监控软件不同，如都带有OPC服务器，经组态后，也可以互看信息。所示的互连办法有两种办法，如果服务器与客户机采用相同的监控软件，服务器上应该有DCS、PLC的驱动软件SERVERRSERVERREthernetCLIENTCLIENT OPCOPC技术

35、技术OPC(OLE OPC(OLE ForprocessForprocess contro1)contro1)是建立在微软是建立在微软的的OLE(OLE(即现在的即现在的ActiveX)ActiveX)、COMCOM与与DCOMDCOM技术技术基础上，由基础上，由OPCOPC基金会组织制定的用于过程控制和基金会组织制定的用于过程控制和制造业自动化中应用软件开发的一组包括接口、方制造业自动化中应用软件开发的一组包括接口、方法和属性的标准。法和属性的标准。OPCOPC为工业自动化系统中的各种为工业自动化系统中的各种不同的现场器件之间的通信提供了一个公共接口，不同的现场器件之间的通信提供了一个公共接

36、口，即为不同的应用之间交换数据提供了一种标准的机即为不同的应用之间交换数据提供了一种标准的机制。现在已经公布的制。现在已经公布的OPCOPC标准相当于一个通用的驱标准相当于一个通用的驱动程序，它取代了原来基于动程序，它取代了原来基于PCPC的各种应用程序的各种应用程序(HMI(HMI、SCADASCADA、先进控制、智能控制等、先进控制、智能控制等) )与现场与现场工业自动化设备及管理层工业自动化设备及管理层MISMIS通信时所需的互不兼通信时所需的互不兼容的各种驱动程序容的各种驱动程序 对于客户应用程序而言，底层的现场设备是透对于客户应用程序而言，底层的现场设备是透明的，它在调用现场设备的数

37、据时，无需知道明的，它在调用现场设备的数据时，无需知道具体的数据格式。具体的数据格式。OPCOPC把开发访问接口的任务把开发访问接口的任务放在硬件生产厂家或第三方厂家，以服务器的放在硬件生产厂家或第三方厂家，以服务器的形式提供给客户，并规定了一系列的接口标形式提供给客户，并规定了一系列的接口标准，而客户负责创建服务器的对象及访问服务准，而客户负责创建服务器的对象及访问服务器支持的接口。最终用户按照器支持的接口。最终用户按照OPCOPC标准开发的标准开发的在客户机上运行的应用程序，可以通过在客户机上运行的应用程序，可以通过OPCOPC服服务器与任何数据源交换数据，不必知道数据源务器与任何数据源交

38、换数据，不必知道数据源的特性。硬件和数据库的开发商根据自己产品的特性。硬件和数据库的开发商根据自己产品的特性，并遵循的特性，并遵循OPCOPC标准开发的标准开发的OPCOPC服务服务器，则可适用于任何应用软件。器，则可适用于任何应用软件。 OPCOPC基金会已经陆续公布的标准包括：基金会已经陆续公布的标准包括：OPC OPC DA(DA(数据访问数据访问) )，OPC HDA(OPC HDA(历史数据访历史数据访问问) )，OPC A & E(OPC A & E(报警与事件报警与事件) )，OPC OPC Batch(Batch(批处理批处理) )，OPC Security(OPC Secur

39、ity(安全安全) )。除上述标准外，除上述标准外，OPCOPC标准还在不断发展，增标准还在不断发展，增加功能，正处于开发阶段的标准包括：加功能，正处于开发阶段的标准包括：OPC OPC ComPlexDataComPlexData( (复杂数据复杂数据) )，OPC OPC CommonICommonIO(O(公共输入输出公共输入输出) )，还有正，还有正在扩展的新功能，如在扩展的新功能，如OPCxMLOPCxML( (可扩展标记可扩展标记语言语言) )，OPC DX(OPC DX(以太网数据交换以太网数据交换) )。小结：小结： 到目前为止，到目前为止，PLCPLC、老一代、老一代DCSD

40、CS互连还互连还没有统一模式，各种没有统一模式，各种DCSDCS、PLCPLC都要具都要具体讨论采用那一种办法，最常用的是采用体讨论采用那一种办法，最常用的是采用ModbusModbus协议，协议，RS232RS232和和RS485RS485或或EthernetEthernet传输信息。传输信息。MODBUSMODBUS协议简介协议简介协议协议简介简介MODBUS协议是应用于控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器和其它设备之间可以进行通信。它已成为一种通用工业标准。通过MODBUS协议，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络。标准的Modbus口使用RS- 232C兼容串行

41、接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验等。控制器能直接或经由Modem组网。 MODBUSMODBUS协议将通讯参与者规定为协议将通讯参与者规定为“ “主主” ”（MASTERMASTER）和）和“ “从从” ”（SLAVESLAVE）。主设备可）。主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信设备通信, ,而从设备之间不能通信。主设备与从而从设备之间不能通信。主设备与从设备之间通信的报文形式为请求设备之间通信的报文形式为请求/ /响应帧方式，响应帧方式，在同一在同一MODBUSMODBUS网络中仅一台设备（主设网络中仅

42、一台设备（主设备）能初始化传输（查询）备）能初始化传输（查询）, , 其它设备（从设其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数据（功能码）作备）根据主设备查询提供的数据（功能码）作出相应反应，不需握手。如果单独通信，从设出相应反应，不需握手。如果单独通信，从设备返回一个消息作为回应，如果是以广播方式备返回一个消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应查询的，则不作任何回应查询查询回应周期回应周期 MODBUSMODBUS协议有两种通讯传输模式，一种是协议有两种通讯传输模式，一种是协议有协议有两两种种通通讯传输模讯传输模式式，一，一种种是是ASCIIASCII模式，另一种是模式，另一种是

43、模模式式，另另一一种种是是RTURTU模式。模式。模模式式。ASCIIASCII模式模式模模式式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到的主要优点是字符发送的时间间隔可达到的主的主要优要优点是点是字字符发符发送送的的时间间隔可达时间间隔可达到到1 1秒秒秒秒而不产生错误。而不产生错误。而而不产生不产生错误错误。RTURTU模式的主要优点是：在同模式的主要优点是：在同模模式式的主的主要优要优点是点是：在在同同样的波特率下，可比样的波特率下，可比样样的的波波特特率下率下，可可比比ASCIIASCII方式传送更多的数方式传送更多的数方式方式传送更传送更多的数多的数据。用户选择想要的模式，包括串口通信参数

44、据。用户选择想要的模式，包括串口通信参数据据。用。用户户选择选择想想要要的的模模式式，包包括串口括串口通信通信参参数数（波特率、校验方式等），在配置每个控制器（波特率、校验方式等），在配置每个控制器（波波特特率率、校验校验方式方式等等），在），在配配置置每每个个控制控制器器的时候，在一个的时候，在一个的的时时候候，在一，在一个个ModbusModbus网络上的所有设备都网络上的所有设备都网络网络上上的的所所有有设备设备都都必须选择相同的传输模式和串口参数。必须选择相同的传输模式和串口参数。必须必须选择相选择相同同的的传输模传输模式式和和串口参串口参数。数。 ASCIIASCII（美国标准信息交

45、换代码）模式（美国标准信息交换代码）模式换行回车LRC低字节LRC高字节数据n.数据1数据数量功能代码地址:RTU （远程终端单元）模式CRC高字节CRC低字节数据n.数据1数据数量功能代码地址当用ASCII模式时，在消息中的每个8Bit字节都作为两个ASCII字符发送，这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误当用 RTU模式时，在消息中的每个8Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符 ，这种方式的主要优点是：在同样的波特率下，可比ASCII方式传送更多的数据 两种传输模式中（两种传输模式中（ASCIIASCII或或RTURTU），传），传输设备以将输设备以将ModbusM

46、odbus消息转为有起点和消息转为有起点和终点的帧，这就允许接收的设备在消息起终点的帧，这就允许接收的设备在消息起始处开始工作，读地址分配信息，判断哪始处开始工作，读地址分配信息，判断哪一个设备被选中（广播方式则传给所有设一个设备被选中（广播方式则传给所有设备），判知何时信息已完成。部分的消息备），判知何时信息已完成。部分的消息也能侦测到错误并且能设置为返回结果。也能侦测到错误并且能设置为返回结果。通信系统通信系统硬件硬件组组成成及及连连接接MODBUS协议运行在RS232/RS485标准的接口系统中，实际应用中，可根据现场情况决定用哪一种：RS232只能实现一对一的连接，其传输速率局限于20

47、kbps，并且传输距离在没有MODEM的情况下只在15米左右（用户可以用MODEM扩展传输距离）；RS485最多可驱动32台设备，其传输距离在100kbps时可达1200米。 HONEYWELL TPSHONEYWELL TPS系统通过系统通过SI SI IOP(SerialIOP(SerialInterface Input/Output Processor)Interface Input/Output Processor)及其对应的及其对应的FTAFTA（Field Termination AssemblyField Termination Assembly）进行串行）进行串行通讯。每个通讯

48、。每个IOPIOP可带一个或两个可带一个或两个FTA,FTAFTA,FTA通过电源适通过电源适配卡与配卡与IOPIOP进行连接，其进行连接，其FTAFTA有两种，一种是有两种，一种是AllenAllen- -Bradley SI FTA (Model MUBradley SI FTA (Model MU- - TSIA12)TSIA12)，只有，只有RS232RS232接口，用来与接口，用来与AB PLCAB PLC相连，另一种是相连，另一种是MODBUS SI FTA (Model MUMODBUS SI FTA (Model MU- - TSIM12)TSIM12)，可与其，可与其它任何标

49、准它任何标准RS232/485RS232/485接口的设备相连，其接口的设备相连，其RS232RS232接口为接口为2525针母头。针母头。SIEMENS PLCSIEMENS PLC可装载可装载MODBUSMODBUS主站主站/ /从站从站(RTU(RTU格式格式) )驱动有驱动有CP341CP341或或CP441CP441- - 2 2两种两种串行通讯卡，有串行通讯卡，有RS232/20mA(TTY)/RS485RS232/20mA(TTY)/RS485三种不三种不同传输接口类型，其同传输接口类型，其RS232RS232接口为接口为9 9针公头。两者连针公头。两者连接方法如下表所示。接方法如下表所示。系统地GND75GND系统地数据接收端RXD22TXD数据发送端数据发送端TXD33RXD数据接收端用途名称管脚号管脚号名称用途Siemens RS232接口管脚定义HONEYWELL RS232接口管脚定义HONEYWELL与SIEMENS RS232接口管脚定义与连接方法RS485RS485的连接定义的连接定义