工厂自动化技术及其应用课件.ppt

1、Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.工厂自动化技术及其应用工厂自动化技术及其应用中科院沈阳自动化研究所中科院沈阳自动化研究所2022年年10月月8日星期六日星期六工厂自动化技术及其应用课件工厂自动化技术及其应用课件pptppt工厂自动化技术及其应用课件工厂自动化技术及其应用课件pptppt 2Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.汇 报 提 纲Shenyang Institute of Automation,Chinese Aca

2、demy of Science.中国科学院沈阳自动化研究所简介中国科学院沈阳自动化研究所简介 4Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.目前：目前：研究所发展基本情况研究所发展基本情况 5Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.研究所发展基本情况研究所发展基本情况 6Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.机器人学实验室机器人学实验室水下机器人研究室水下机器

3、人研究室光电信息光电信息研究室研究室现代装备研究室现代装备研究室自动化系统研究室自动化系统研究室工业信息学研究室工业信息学研究室高技术攻关高技术攻关应用示范应用示范研究与探索研究与探索高技术产业化高技术产业化新松机器人等新松机器人等所投资公司所投资公司事业法人事业法人研究开发实体研究开发实体创新结构布局：创新结构布局：“两个实体、四个层次两个实体、四个层次”企业法人企业法人产业化实体产业化实体 7Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.制造制造:制造技术制造技术:Longman词典对词典对“制造解释为制造解释为：“

4、通过通过机器机器进行进行(产品产品)制作或制作或生产，特别是适用于大批量生产，特别是适用于大批量”国际生产工程学会国际生产工程学会（1990年年）：制造是一个涉及制造工业中：制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称系列相关活动和工作的总称。把原材料变成产品，所采用的把原材料变成产品，所采用的一系列技术的统称。一系列技术的统称。先进制造技术先进制造技术(AMT)，是传统，是传统制造技术不断吸收机械、电子、制造技术不断吸收机械、电子、信

5、息、材料、能源以及现代化信息、材料、能源以及现代化管理等领域的成果，将其综合管理等领域的成果，将其综合应用于产品生产、设计、制造、应用于产品生产、设计、制造、检测、管理和售后服务全过程检测、管理和售后服务全过程的结果。的结果。它它是制造技术的最新是制造技术的最新发展阶段，是制造技术与现代发展阶段，是制造技术与现代高新技术结合而产生的完整的高新技术结合而产生的完整的技术群。技术群。二、工厂自动化的技术体系二、工厂自动化的技术体系 8Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.二、工厂自动化的技术体系二、工厂自动化的技术体

6、系p制造产品其本身的创新设计能力，即产品的竞争能力制造产品其本身的创新设计能力，即产品的竞争能力(制造制造-创造创造)现有产品的改进现有产品的改进 新产品的研发新产品的研发p生产产品的制造能力和管理水平，即制造产品的敏捷能力生产产品的制造能力和管理水平，即制造产品的敏捷能力(制造制造-智造智造)几个层面几个层面:制造单机设备层制造单机设备层 制造设备本身能力的提升制造设备本身能力的提升(智能化智能化)生产线生产线/制造系统制造系统 制造制造/检测检测/物流设备构成的系统（成套化和数字化）物流设备构成的系统（成套化和数字化）制造过程管理制造过程管理 制造执行过程的高效运行和过程改进（可视化和可控

7、化）制造执行过程的高效运行和过程改进（可视化和可控化）企业资源管理企业资源管理 企业运作的科学化和业务流程的优化企业运作的科学化和业务流程的优化企业竞争优势的两个关键：企业竞争优势的两个关键：9Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.先进制造技术的应用给企业赋予了新的特征先进制造技术的应用给企业赋予了新的特征:信息时代的信息时代的现代现代制造制造企业将是一个全面集成的企业将是一个全面集成的数字化企业数字化企业。管理数字化管理数字化产品设计数字化产品设计数字化生产过程数字化生产过程数字化制造装备数字化制造装备数字化企

8、业数字化企业数字化 以以CIMSCIMS为核心的数为核心的数字化企业思想得到企业字化企业思想得到企业的认同，并将其作为信的认同，并将其作为信息化建设的目标。息化建设的目标。二、工厂自动化的技术体系二、工厂自动化的技术体系 10Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.制造装备制造装备PCS/NCSMES二、工厂自动化的技术体系二、工厂自动化的技术体系工厂自动化技术是先进制造技术的重要组成部分工厂自动化技术是先进制造技术的重要组成部分ERP制造业信息化制造业信息化工厂自动化工厂自动化制造能力和管理水平制造能力和管理水平

9、 11Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.三、相关单元技术及典型应用介绍三、相关单元技术及典型应用介绍1、制造执行系统技术（、制造执行系统技术（MES）2、网络化控制技术、网络化控制技术3、专用装备技术、专用装备技术 12Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.1270年年代末代末传统传统T-MES阶段：阶段：单一功能的车间级应用单一功能的车间级应用专用专用Point-MES Next-Generation MES:-2004年协同

10、制造执行系统年协同制造执行系统C-MES概念概念-具有开放式、客户化、可具有开放式、客户化、可配置、可伸缩等特性的新配置、可伸缩等特性的新型体系结构型体系结构-智能性智能性-WEB技术技术 80年代年代中期中期 90年代初年代初2000年年2004年年可集成可集成I-MES阶段阶段:-1990年年AMR MES概念概念-1992年年MESA成立成立-1997年年MES 白皮书白皮书-2000年年ISA 95 系列标准系列标准具有客户化、可重构、可具有客户化、可重构、可扩展和互操作等特性扩展和互操作等特性 发展阶段发展阶段:3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 13Shenyang

11、 Institute of Automation,Chinese Academy of Science.MES汇集了车间中用以管理和优化从定单下达到生汇集了车间中用以管理和优化从定单下达到生产完成全过程中的所有活动的硬件或软件组件，通过产完成全过程中的所有活动的硬件或软件组件，通过控制和利用准确的制造信息，对车间生产活动中的实控制和利用准确的制造信息，对车间生产活动中的实时事件做出快速响应，同时向企业决策支持过程提供时事件做出快速响应，同时向企业决策支持过程提供相关生产活动的重要信息。相关生产活动的重要信息。定义定义:Manufacturing Execution System Associa

12、tion，MESA 制造执行系统（制造执行系统（Manufacturing Execution System,MES）是一种面向车间层的生产管理和优化运行技术；是一种面向车间层的生产管理和优化运行技术；是位于企业上是位于企业上层生产计划和底层工业控制之间、面向车间层的管理信息系统。层生产计划和底层工业控制之间、面向车间层的管理信息系统。3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 14Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.MES在整个企业信息集成系统中承上启下，是生产活动与管理在整个企业信息集成系统中承上启

13、下，是生产活动与管理活动信息沟通的活动信息沟通的桥梁桥梁。MES采集从接受订货到制成最终产品全过程的各种数据和状态采集从接受订货到制成最终产品全过程的各种数据和状态信息，目的在于信息，目的在于优化和改善制造活动优化和改善制造活动。它强调是当前视角，即。它强调是当前视角，即精确的实时数据精确的实时数据。从对从对实时的要求实时的要求而言，如果说控制层要求的实时的时间系数为而言，如果说控制层要求的实时的时间系数为1，那么，那么,MES的时间系数为的时间系数为10,ERP的时间系数为的时间系数为100可控性可视性MES特征特征:3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 15Shenyang

14、Institute of Automation,Chinese Academy of Science.功能模型功能模型:MESA 资源分配及控制资源分配及控制 RA&C生产作业计划生产作业计划 O/DS 生产调度生产调度 DP质量管理质量管理 QM生产过程管理生产过程管理 PM 文档控制文档控制 DC数据采集数据采集 DC&A劳动力管理劳动力管理 LM设备维护管理设备维护管理 MM产品跟踪与追溯产品跟踪与追溯 PT&G 性能分析性能分析 PA3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 16Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy

15、of Science.MES标准的进展标准的进展:ANSI/ISA-95标准标准-企业与控制系统集成标准企业与控制系统集成标准（1）ANSI/ISA-95.00.01，企业企业-控制系统集成，第一部分：模型和术语；控制系统集成，第一部分：模型和术语；包括标准的术语和对象模型(信息交换)(Approved July 15,2000;2010:IEC/ISO 62264-1;GB/T 20720.1)（2）ANSI/ISA-95.00.02，企业企业-控制系统集成，第二部分：对象模型属性；控制系统集成，第二部分：对象模型属性；由第一部分中的定义的每一个对象的属性组成。(Approved Octob

16、er 17,2001;2010:IEC/ISO 62264-2;GB/T 20720.2)（3）ANSI/ISA-95.00.03，企业企业-控制系统集成，第三部分：制造控制系统集成，第三部分：制造过程过程管理管理活动活动模型；模型；集中在第三层（生产/MES层）上的功能和活动。(Approved June 6,2005;2010:IEC/ISO 62264-3;GB/T 20720.3)（4）ANSI/ISA-95.00.04，第四部分：第四部分：定义制造运作管理对象模型属性定义制造运作管理对象模型属性（制定中）（5）ANSI/ISA-95.00.05，第五部分：定义商业系统和制造业之间信息

17、交易第五部分：定义商业系统和制造业之间信息交易(Approved January 10,2007)3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 17Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.来源来源:美国美国 Logica MES Centre of Excellence公公司的司的MES Product Survey 2007/2008 报告报告国外国外MES行业分布行业分布:1 电子电子2 汽车汽车3 食品食品&饮料饮料4 机械机械&工具工具5 制药制药6 半导体半导体7 塑料塑料&橡胶橡胶3.1 制造执行

18、系统制造执行系统(MES)技术技术 18Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.国内的国内的MES应用集中在冶金、石化、汽车、烟草和电子等应用集中在冶金、石化、汽车、烟草和电子等几大行业。冶金、石化、汽车等为国内较早开始信息化建几大行业。冶金、石化、汽车等为国内较早开始信息化建设的行业，轻工、纺织等行业启动则较晚。设的行业，轻工、纺织等行业启动则较晚。流程流程/混合流程行业应用要好于离散行业混合流程行业应用要好于离散行业 我国已经应用和正在建设我国已经应用和正在建设MES的钢铁企业共有的钢铁企业共有30多家，多家，

19、他们的钢铁产量占全国钢铁总产量的他们的钢铁产量占全国钢铁总产量的50%以上。以上。烟草行业大约有烟草行业大约有1/3左右的生产厂已经实施了左右的生产厂已经实施了MES系统。系统。国内国内MES行业分布行业分布:3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 19Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.MESA 调查分析结果：调查分析结果：生产周期缩短生产周期缩短45%；数据输入时间缩短数据输入时间缩短75%；在制品减少在制品减少24%；文书工作减少文书工作减少61%；交货期缩短交货期缩短27%；不合格产品降低不

20、合格产品降低18%；文书丢失减少文书丢失减少56%。MES给企业带来的效益给企业带来的效益3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 20Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术MES相关技术：相关技术：制造执行系统平台与集成技术制造执行系统平台与集成技术基于基于MES标准的制造过程建模技术标准的制造过程建模技术数据采集与过程跟踪技术数据采集与过程跟踪技术 产品质量诊断产品质量诊断/控制控制/调整技术（调整技术（SPCDA）不同生产类型的高级排产与调度技术（

21、不同生产类型的高级排产与调度技术（APS）设备故障诊断与预防性维护技术设备故障诊断与预防性维护技术制造系统性能评价制造系统性能评价技术技术 21Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.自主研发了自主研发了MES开发与运行平台：开发与运行平台：MessageBusDB ManagerDataReaderDataWriterAlarm SPCGateWayMES应用套件应用套件生产管理生产管理过程跟踪过程跟踪建模工具建模工具工厂工厂模型模型产品产品模型模型事件事件模型模型执行执行模型模型异构数据异构数据源适配源适配器器

22、实时实时历史库历史库OPCRS232质量管理质量管理产品管理产品管理效率分析效率分析Calculation MgrMES企业集成连接器企业集成连接器ERPCRMInfo Publish EngineData Mining EngineMES信息门户信息门户持久存储持久存储 SQL Server 2005SQL Server 2005SDK核心服务核心服务3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 22Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术制造过程建模方法与

23、可视化技术：制造过程建模方法与可视化技术：产品模型产品模型-工厂模型关联工厂模型关联执行模型执行模型-工厂模型关联工厂模型关联执行模型执行模型-产品模型关联产品模型关联生生产产线线参参数数工工位位车车间间 23Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.制造过程建模方法与可视化技术：制造过程建模方法与可视化技术：3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术工厂模型：生产线工厂模型：生产线/工艺段工艺段/设备设备 实现工艺段与质量检测点和保证工艺参数的设备及控制变量的关联实现工艺段与质量检测点和保证工艺参数的设备及

24、控制变量的关联 实现生产线实现生产线/设备模型与状态信息和生产信息的关联设备模型与状态信息和生产信息的关联 24Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.间隙测量及垫片自动选装系统间隙测量及垫片自动选装系统带钮距传感器的电动拧紧工具带钮距传感器的电动拧紧工具带位移和压力传感器的压装机带位移和压力传感器的压装机基于图像的自动识别系统基于图像的自动识别系统关键设备的数据采集与集成：关键设备的数据采集与集成：(可视化可视化)3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 25Shenyang Institute of

25、Automation,Chinese Academy of Science.变速箱综合性能加载试验台变速箱综合性能加载试验台发动机综合性能试验台发动机综合性能试验台关键设备的数据采集与集成：关键设备的数据采集与集成：(可视化可视化)3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 26Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.磁导航带磁导航带RFID定位的定位的AGV物流小车物流小车工业智能打标机工业智能打标机RFID托盘跟踪托盘跟踪手持手持PDA物料扫描物料扫描关键设备的数据采集与集成：关键设备的数据采集与集成：

26、(可视化可视化)3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 27Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.防错装控制产品产品A零件所在料位零件所在料位产品产品B零件所在料位零件所在料位产品产品A计划执行计划执行产品产品B计划执行计划执行MES应用系统应用系统PLC利用料架上的利用料架上的指示灯，指示指示灯，指示操作者获取正操作者获取正确的物料确的物料智能料架智能料架工艺执行、质量、工艺执行、质量、防错漏防错漏等在线控制能力等在线控制能力(可控化可控化)3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 28S

27、henyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.MES应用系统应用系统产品产品A计划执行计划执行产品产品B计划执行计划执行PLC工位计算机工位计算机压机压机工艺执行、质量工艺执行、质量、防错漏等在线控制能力、防错漏等在线控制能力(可控化可控化)3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 29Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.物料跟踪示例物料跟踪示例:Part APart BPart C分总成APart MPart N总装配线基于事件

28、基于事件&时间序列的制造过程跟踪和追溯能力时间序列的制造过程跟踪和追溯能力 (可控化可控化)3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 30Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.基于事件和时间序列的过程跟踪与控制模型基于事件和时间序列的过程跟踪与控制模型ERP计划计划跟踪过程跟踪过程工位工位料架料架人员人员离线质量离线质量零件零件详细排产详细排产总装计划总装计划总总装装过过程程投料投料总装开始总装开始总装结束总装结束使用零件信息使用零件信息班组登录班组登录压压机机拧拧紧紧工工具具测测试试料架料架实际工艺参

29、数、设备状态、人员操作实际工艺参数、设备状态、人员操作品种品种数量数量供应商供应商料架料架设设备备投料投料使用零件信息使用零件信息品种品种数量数量供应商供应商分装开始分装开始分装结束分装结束分分装装过过程程生生产产过过程程实际工艺参数、设备状态、人员操作实际工艺参数、设备状态、人员操作实际工艺参数、设备状态、人员操作实际工艺参数、设备状态、人员操作实际工艺参数、设备状态、人员操作实际工艺参数、设备状态、人员操作时序时序质量信息质量信息质量信息质量信息3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 31Shenyang Institute of Automation,Chinese Acad

30、emy of Science.产品质量产品质量故障原因查找故障原因查找生产线效率分析生产线效率分析及生产节拍的改进及生产节拍的改进根据跟踪信息根据跟踪信息进行控制进行控制查找同该批次物料查找同该批次物料关联的所有产品关联的所有产品产品生产过程产品生产过程工艺参数查询工艺参数查询查找问题产品查找问题产品所用物料的批次所用物料的批次查找问题产品查找问题产品相关的操作人员相关的操作人员生产过程生产过程跟踪跟踪基于事件基于事件&时间序列的制造过程跟踪和追溯能力时间序列的制造过程跟踪和追溯能力 (可控化可控化)3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 32Shenyang Institute

31、of Automation,Chinese Academy of Science.物料配送清单及批次采集物料配送清单及批次采集基于事件基于事件&时间序列的制造时间序列的制造过程跟踪和追溯能力过程跟踪和追溯能力 (可控化可控化)关键工艺关键工艺测试数据参数测试数据参数柴油机产品的制造过程档案：柴油机产品的制造过程档案：(物料批次、试漏物料批次、试漏/拧紧拧紧/试车工艺参数、人员、操作时间试车工艺参数、人员、操作时间)基于生产过程跟踪模型的典型应用基于生产过程跟踪模型的典型应用-朝阳柴油机总装朝阳柴油机总装MES系统系统3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 33Shenyang In

32、stitute of Automation,Chinese Academy of Science.基于生产过程跟踪模型的典型应用基于生产过程跟踪模型的典型应用宇通客车宇通客车MES系统系统基于事件基于事件&时间序列的制造过程跟踪和追溯能力时间序列的制造过程跟踪和追溯能力 (可控化可控化)3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 34Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.基于事件基于事件&时间序列的制造时间序列的制造过程跟踪和追溯能力过程跟踪和追溯能力 (可控化可控化)基于生产过程跟踪模型的典型应用基于生

33、产过程跟踪模型的典型应用-宇通客车宇通客车MES系统系统3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 35Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.基于事件基于事件&时间序列的制造时间序列的制造过程跟踪和追溯能力过程跟踪和追溯能力 (可控化可控化)基于生产过程跟踪模型的典型应用基于生产过程跟踪模型的典型应用-宇通客车宇通客车MES系统系统3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 36Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.

34、瓶颈车间的调度问题瓶颈车间的调度问题 (优化优化)基于生产过程跟踪模型的典型应用基于生产过程跟踪模型的典型应用-宇通客车宇通客车MES系统系统3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 37Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.l计划排产生产周期压缩计划排产生产周期压缩 涂装车间现平均单车实际生产周期约涂装车间现平均单车实际生产周期约5555小时，计划排产压缩生产周期约小时，计划排产压缩生产周期约1010小小时时l计划排产吊装满足率计划排产吊装满足率 由于计划排产采用依据吊装计划的倒排产算法，理论上由于计

35、划排产采用依据吊装计划的倒排产算法，理论上100%100%满足吊装。满足吊装。l计划排产设备利用率计划排产设备利用率 现涂装车间设备利用率约现涂装车间设备利用率约50%50%，详细计划排产提高设备利用率到约，详细计划排产提高设备利用率到约70%70%瓶颈车间的调度问题瓶颈车间的调度问题 (优化优化)3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术 38Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.MES应用与合作：应用与合作：3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术汽车行业装配生产线汽车行业装配生产线 大同变

36、速箱装配生产线大同变速箱装配生产线MESMES系统系统 陕西陕西FASTFAST变速箱装配生产线变速箱装配生产线MESMES系统系统 株洲欧格瑞变速器装配试验线株洲欧格瑞变速器装配试验线MESMES系统系统 东风朝阳柴油机总装生产线东风朝阳柴油机总装生产线MESMES系统系统 浙江万里扬变速箱装配生产线浙江万里扬变速箱装配生产线MESMES系统系统 郑州宇通客车生产线郑州宇通客车生产线MESMES系统系统行业应用行业应用离散加工企业离散加工企业 沈阳第一机床厂沈阳第一机床厂MESMES系统系统 长春长春5555所柔性制造系统所柔性制造系统MESMES系统系统流程流程&混合流程混合流程 鞍钢冷轧

37、薄板厂鞍钢冷轧薄板厂MESMES系统系统 吉林烟草工业公司延吉卷烟厂制丝车间吉林烟草工业公司延吉卷烟厂制丝车间MESMES系统系统 吉林烟草工业公司延吉卷烟厂厂级吉林烟草工业公司延吉卷烟厂厂级MESMES系统系统 39Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.MES应用与合作：应用与合作：3.1 制造执行系统制造执行系统(MES)技术技术国内唯一国内唯一GE 智能平台高级解决方案供应商智能平台高级解决方案供应商 国际联合实验室国际联合实验室 40Shenyang Institute of Automation,Chi

38、nese Academy of Science.三、相关单元技术及典型应用介绍三、相关单元技术及典型应用介绍1、制造执行系统技术（、制造执行系统技术（MES）2、网络化控制技术、网络化控制技术3、专用装备技术、专用装备技术 41Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.3.2 网络化控制技术网络化控制技术网络网络控制控制系统系统(Networked Control System，NCS），），即网络化的即网络化的控制控制系统，又称为系统，又称为控制控制网络。分布式网络。分布式控制控制系统或系统或称集散称集散控制控制系

39、统（系统（DCS）、工业以太网和现场）、工业以太网和现场总线总线系系统统(FCS)都属于网络都属于网络控制控制系统。这体现了系统。这体现了控制控制系统正向网络系统正向网络化、集成化、分布化、节点智能化的方向发展。化、集成化、分布化、节点智能化的方向发展。42Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.3.2 网络化控制技术网络化控制技术现场总线技术：现场总线技术：现场现场总线总线（Fieldbus）是一种数字化的串行双向通信）是一种数字化的串行双向通信系统。这一技术可将所有现场设备（系统。这一技术可将所有现场设备（传感

40、器、变送器、执行传感器、变送器、执行器和数据采集模板器和数据采集模板等）与等）与控制控制器用一根电缆（光缆或器用一根电缆（光缆或无线无线）连接在一起，形成设备及车间级的数字化通信网络，可完成连接在一起，形成设备及车间级的数字化通信网络，可完成现场状态监测、现场状态监测、控制控制、远程参数化等功能。、远程参数化等功能。自动控制自动控制和显示系统和显示系统PLF现场总线现场总线车间现场设备车间现场设备 43Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.减少连线和安装传统的传统的 4-20 mA 连线连线每台设备需要一个安全栅

41、每台设备需要一个安全栅和一对连线和一对连线现场总线连线现场总线连线多台设备共用一个安全栅多台设备共用一个安全栅和一根总线和一根总线控制器控制器控制系统网络控制系统网络现场总线现场总线4-20 mA输入输入/输出输出子系统子系统I.S.I.S.I.S.I.S.控制器控制器控制系统网络控制系统网络3.2 网络化控制技术网络化控制技术现场总线技术优点：现场总线技术优点：44Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.提高控制功能的分散性传统型传统型现场总线型现场总线型有些控制和有些控制和 I/O 功能可以转功能可以转移到现场

42、仪表移到现场仪表。控制器控制器控制系统网络控制系统网络现场总线现场总线4-20 mA输入输入/输出输出子系统子系统PIDPIDAI AIAOAO控制器控制器控制系统网络控制系统网络3.2 网络化控制技术网络化控制技术现场总线技术优点：现场总线技术优点：45Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.增加信息的交互量传统传统 4-20 mA单变量单变量单向单向现场总线现场总线多变量多变量双向双向控制器控制器控制系统网络控制系统网络现场总线现场总线输入输入/输出输出子系统子系统控制器控制器控制系统网络控制系统网络3.2 网

43、络化控制技术网络化控制技术现场总线技术优点：现场总线技术优点：46Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.扩大了操作视野传统传统 4-20 mA只能看到只能看到 I/O 子系统子系统现场总线现场总线视野可以扩展到现场仪表视野可以扩展到现场仪表控制器控制器控制系统网络控制系统网络现场总线现场总线远程输入远程输入/输出输出子系统子系统控制器控制器控制系统网络控制系统网络3.2 网络化控制技术网络化控制技术现场总线技术优点：现场总线技术优点：47Shenyang Institute of Automation,Chine

44、se Academy of Science.过程自动化（PA）Foundation Fieldbus H1 Profibus PA HART 工厂自动化（FA）DeviceNet/ControlNet Profibus DP CANopen Modbus3.2 网络化控制技术网络化控制技术主流的现场总线技术：主流的现场总线技术：48Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.工业以太网工业以太网(Ethernet)技术技术3.2 网络化控制技术网络化控制技术 随着计算机领域的局域通信逐步被以太网垄断，过程随着计算机领域

45、的局域通信逐步被以太网垄断，过程控制控制领领域中上层的通信也逐步统一到以太网和快速以太网。以太网域中上层的通信也逐步统一到以太网和快速以太网。以太网被用于网络被用于网络控制控制系统已成为一种发展趋势系统已成为一种发展趋势；以太网技术以太网技术具有具有数字式互联网络、互操作性、开放性和高网数字式互联网络、互操作性、开放性和高网络性能络性能，是最符合网络是最符合网络控制控制系统现场系统现场总线总线的的特点特点，工业，工业以太以太网网成为现场总线技术的发展方向；成为现场总线技术的发展方向；49Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Sc

46、ience.现场总线向工业以太网方向发展 Foundation Fieldbus-HSE（HighSpeedEthernet）Profibus-PROFINET DeviceNet/ControlNet-EtherNet/IP Modbus-Modbus IDA EPA（国内自主标准）Ethernet POWERLINK EtherCAT SERCOS III 要满足：实时性、确定性、可靠性工业要求工业以太网工业以太网(Ethernet)技术技术3.2 网络化控制技术网络化控制技术 50Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Sc

47、ience.工业工业无线无线技术技术3.2 网络化控制技术网络化控制技术 非接触传输，特别适用于恶劣环境或振动、高速旋转对象的监控 降低安装成本、持续降低运行维护成本 更换方便，便于升级 减少接插件故障，移动自由且不受限制 工厂测控模式的变革 传统认为成本过高，无法大规模部署传感器进行监测的应用成为可能。51Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.工业工业无线无线技术技术3.2 网络化控制技术网络化控制技术 ARC预测：20102015年，工厂设备健康维护相关市场将以每年200的速度增长。美国总统科技顾问委员会在“

48、面向21世纪的联邦能源研究与发展规划”中指出：工业无线技术的应用将使工业生产效率提高10，并使排放和污染降低25。52Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.Wireless HART标准于2008年9月成为国际标准 ISA100.11a标准于2009年4月正式发布 WIA-PA（国内自主标准）标准于2008年10月成为国际标准工业工业无线无线技术技术3.2 网络化控制技术网络化控制技术 53Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.工业

49、工业无线无线技术技术3.2 网络化控制技术网络化控制技术Emerson智能无线网络产品智能无线网络产品 (基于基于Wireless HART标准)54Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.工业工业无线无线技术技术3.2 网络化控制技术网络化控制技术Honeywell无线产品(基于ISA100.11a标准)55Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.工业自动化仪表方面：工业自动化仪表方面：支持支持FF H1、Profibus PA标准设

50、标准设备开发备开发 在保持功耗（在保持功耗（60A）低于同类）低于同类产品指标的前提下产品指标的前提下 内嵌内嵌4K SRAM，能有效简化芯，能有效简化芯片用户的开发工作量片用户的开发工作量 符合符合HARTHART协议国际标准，低功协议国际标准，低功耗和性能指标完全达到国外同耗和性能指标完全达到国外同类先进产品水平。类先进产品水平。3.2 网络化控制技术网络化控制技术 56Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Science.FF/HART/Profibus PAFF/HART/Profibus PA现场总线芯片现场总线芯片