第三讲 集成系统中的硬件集成_new.docVIP

第三讲 集成系统中的硬件集成 硬件集成主要依赖网络、网络设备、传输介质和网络接口，集成系统的硬件性能取决于拓扑结构的选择，取决于设备、传输介质和接口的性能以及他们的匹配和优化。 第一部分 车间级硬件集成──生产过程自动控制系统 一、系统功能描述 1.硬件的基本功能 (1) 主机（工业控制计算机）功能 主机主要完成的任务是Windows操作系统环境下，通过运行开发出来的控制系统的应用程序，实现下述功能： 1) 对整个生产过程进行全面的检测和管理，即通过模拟量输入模块，实现模拟量检测，通过开关量输入模块实现开关量检测，通过计数量输入模块实现计数量输入，响应越限报警。 2) 运行数学模型和算法，对生产过程进行合理的控制，即通过开关量输出模块实现开关量的控制，通过模拟量输出模块实现模拟量的调节。 3) 记录生产过程中的历史数据。 形成当班操作纪录。 通过显示和打印图形、报表、文本等方式报告生产过程运行情况。 通过声音、显示等手段向操作人员报警，提示生产过程中出现的某些问题，告知解决的方法。 通过上层网络进行数据通信，将生产过程中产生的关键数据传送到上一级部门乃至北京有关部门。 (2) 外围设备功能 1）模拟量输入 计算机通过多个模拟量输入模块对生产现场的温度、压力、流量、液位、成分等各种模拟信号进行监测，将仪表输出的电压信号转换成数字量，传送到计算机，作为对生产过程进行控制的依据。 2) 开关量输入 计算机通过多个开关量输入模块对生产现场的设备开关、开关型阀位等状态进行监测，作为对设备进行控制的依据。 计数量输入 计算机通过计数量输入模块接收生产现场的脉冲量参数（如设备转速、物品传动件数等），作为计算的依据。 越限报警 计算机通过模拟量输入模块判断参数是否越限（如压力、温度等工艺参数超越上限或下限），若越限，这输出报警信号，以便根据报警的不同类别作出不同的反映，及时进行处理，避免事故发生。 模拟量输出 计算机通过多个模拟量输出模块将计算机计算出的自动阀应调节的量转换成电流信号，驱动执行机构，进行模拟量调节。 4) 开关量输出 计算机通过多个开关量输出模块实现生产现场的设备的启停控制、阀位的控制（开关型阀门）等开关量的控制。 2.软件开发环境及工具 为了保证应用软件的开发进度，保证应用软件的技术水平和质量，除了为主机配备操作系统、为网络配备网络软件、为外围设备配备驱动程序外，还要购置下述开发环境和开发工具： ●组态软件 ●仿真开发工具 ●多媒体制作工具 ●外围模块驱动程序 具体要求见A、B、C三个方案中的说明。 3. 自动控制系统应用软件的功能 自动控制系统应用软件具有下述功能： 参数检测程序：可实现对生产过程工艺参数和设备状态的检测，对模拟量可按选点检测方式和巡回检测方式执行，对开关量可按扫描和选组检测的方式执行，对A/D转换器给出数字量按给定的模型和算法计算出参数的实际数量。 报警响应及处理程序：对越限报警进行类别判断，并作相应处理，对过程中断激活的报警按中断方式执行处理程序，对无危险事故的越限在检测时判断越限，调用越限处理程序。 开关量控制程序：根据总控程序的发出的指令，控制生产现场的开关量。 模拟量控制程序：总控程序根据模型和算法给出调节阀需要调节角度的数字当量，驱动模拟量输出模块，将调节数字量转换成电流信号，调节自动阀的阀位。 生产数据数据库管理程序：收集整理生产数据，形成数据库，记录历史数据，并向操作人员提供对这些数据的查询、检索和统计功能，以便总结管理经验，提高管理水平。 值班记录生成程序：对当班发生的情况予以记录，形成记录档案，以便健全岗位责任。 数据通信程序：实现本系统与上层网络的数据通信，将生产数据传送到基地和北京。 人机交互程序：本程序主要实现人机交互，即提供操作人员进行参数设定、实现输入输出和实现其它对系统干预的手段和方法，给操作人员显示系统运行状况，输出参数和图表。 系统主控程序：该程序是应用程序的核心部分，它根据系统流程控制的模型和算法控制整个生产过程的运行，并通过调用上述8个程序完成各种功能。 5．网络功能 本系统的网络有两层，这两层网络是： 生产过程控制层 这一层网络是过程控制系统内部的过程控制系统局域网络,其作用是实现仪表/执行机构与外围设备和计算机之间的通信。 企业局域网层 这一层网络是整个基地的LANSwitch或FDDI或ATM局域网络,称为企业局域网。企业局域网可连接InterNet或者通过专线连接远程客户。这一层网络实现基地个部门之间的通信以及基地与北京有关部门的通信。 二、系统的体系结构和方案选择 A方案：分布式数据采集及控制 (1) 基本原理 (这种控制方式通过多通道I/O模块实现数据采集、监测、控制等功能，是一种多站点结构。站点通过双绞线与主机相连。 (这种控制方式