1、工业控制系统概述工业控制系统概述工业控制系统概述工业控制系统概述工业控制系统定义工业控制系统定义工业控制系统由来工业控制系统由来为何诞生了工控系统为何诞生了工控系统？计算机的发展计算机的发展+传感器技术传感器技术+光机电技术发展光机电技术发展减轻劳动程度，减低生产成本，提高生产效率减轻劳动程度，减低生产成本，提高生产效率 工业控制自动化技术是一种运用工业控制自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术算机和其他信息技术，对工业生产过程实现，对工业生产过程实现检测、控制、优化、检测、控制、优化、调度、管理和决策调度、管理和决策，达到，达到增加产量、提高质量、
2、降低消耗、确增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全保安全等目的的综合性技术，主要包括等目的的综合性技术，主要包括工业自动化软件、硬件工业自动化软件、硬件和系统和系统三大部分。三大部分。工业控制系统概述工业控制系统概述工业控制系统结构工业控制系统结构管理自动化过程自动化基础自动化PC机机PLCDCSPC机机工业控制系统概述工业控制系统概述工业控制系统产品结构工业控制系统产品结构工业控制系统设计流程工业控制系统设计流程 分析整体功能及需求 器件选型采购编程设计 现场调试 投产分析整体功能及流程，确定参分析整体功能及流程，确定参数及控制点，完成设计规划数及控制点，完成设计规划按照需求分析及参数确定器
3、件按照需求分析及参数确定器件型号及整体报价然后采购型号及整体报价然后采购对控制系统进行上位机界面编对控制系统进行上位机界面编程或控制程序编程，绘制电气程或控制程序编程，绘制电气设计图纸等技术文档设计图纸等技术文档验证设计，修改设计中的问题验证设计，修改设计中的问题验证无误后系统将投入生产验证无误后系统将投入生产FCSDCS结构一对多：一对传输线接多台仪表，双向传输多个信号。一对一：一对传输线接一台仪表，单向传输一个信号。可靠性可靠性好：数字信号传输抗干扰能力强，精度高。可靠性差：模拟信号传输不仅精度低，而且容易受干扰。失控状态操作员在控制室既可以了解现场设备过现场仪表的工作情况，也能对设备进行
4、参数调整，还可以预测或寻找故障，使设备始终处于操作员的过程监控与可控状态之中。操作员在控制室既不了解模拟仪表的工作情况，也不能对其进行参数调整，更不能预测故障，导致操作员对仪表处于“失控”状态。控制控制功能分散在各个智能仪器中。所有的控制功能集中在控制站中。互换性用户可以自由选择不同制造商提供的性能价格比最优的现场设备和仪表，并将不同品牌的仪表互连，实现“即插即用”。尽管模拟仪表统一了信号标准（420mA DC），可是大部分技术参数仍由制造厂自定，致使不同品牌的仪表互换性差。仪表智能仪表除了具有模拟仪表的检测、变换、补偿等功能外，还具有数字通信能力，并且具有控制和运算能力。模拟仪表只具有检测、
5、变换、补偿等功能。FCS与与DCS系统选择系统选择现场总线选择现场总线选择l 基金会现场总线基金会现场总线 FF分低速分低速H1和高速和高速H2两种通信速率，前者传输速率为两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，秒，通信距离可达通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。后者传输速率为，可支持总线供电和本质安全防爆环境。后者传输速率为1Mbit/秒和秒和2.5Mbit/秒，通信距离为秒，通信距离为750m和和500m，支持双绞线、光缆和无线发射，支持双绞线、光缆和无线发射.l CAN总线总线 信号传输采用短帧结构，传信号传输采用短帧结构，传 输时间短，有较强的抗干扰能
6、力。通讯距离最输时间短，有较强的抗干扰能力。通讯距离最远可达远可达 10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达，通讯速率最高可达40M/1Mbp/s，网络节点数实际可达，网络节点数实际可达110个个.l Lonworks 总线总线 支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通讯速率从支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通讯速率从300bit/s至至1.5M/s不等，直接通信距离可达不等，直接通信距离可达2700m（78Kbit/s），被广泛应用在楼宇自），被广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运输、工业过程控制等行业动化、家庭自动化、保安系统、办公设
7、备、交通运输、工业过程控制等行业 l DeviceNet总线低成本，简单。总线低成本，简单。l PROFIBUS总线总线 由由PROFIBUS-DP、PROFIBUSFMS、PROFIBUSPA系列组成。系列组成。DP用于分散外设间高速数据传输，适用于加工自动化领域。用于分散外设间高速数据传输，适用于加工自动化领域。FMS适用于纺织、楼宇自适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。动化、可编程控制器、低压开关等。PA用于过程自动化的总线类型。用于过程自动化的总线类型。PROFIBUS支持支持主主-从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等
8、几种传输方式。PROFIBUS的传输速率的传输速率为为9.6Kbit/s至至12Mbit/s，最大传输距离在，最大传输距离在9.6Kbit/s下为下为1200m，在，在12Mbit/s小为小为200m，可采用中继器延长至，可采用中继器延长至10km，传输介质为双绞线或者光缆，最多可挂接，传输介质为双绞线或者光缆，最多可挂接127个站个站点。点。PLC选择及使用选择及使用选型注意事项选型注意事项一、输入输出（一、输入输出（I/O）点数的估算）点数的估算 常根据统计的输入输出点数，再增加常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展的可扩展 余量余量二、存储器容量的估算二、存储器容量的估算
9、按数字量按数字量I/O点数的点数的1015倍，加上模拟倍，加上模拟I/O点数的点数的100倍，以此数为内存的总字数（倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量考虑余量三、控制功能的选择三、控制功能的选择 包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择功能和处理速度等特性的选择(四四)编程功能编程功能 五种标准化编程语言：顺序功能图（五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（）、梯形图（LD）、）、功能模块图（功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（）
10、三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（）、结构文本（ST）两种文本）两种文本语言语言(五五)诊断功能诊断功能 包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。(六六)处理速度处理速度 PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好好(七七)输出方式及电源选择输出方式及电源选择 按照设计需求提供继电器输出或晶体管输出并注意出按照设计需求提供继电器输出或晶体管输出并注意出书功率和供电要求书功
11、率和供电要求上位机软件选择上位机软件选择组态软件组态软件组态软件，又称组态监组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自控软件系统软件。译自英文英文SCADA,即即 Supervisory Control and Data Acquisition（数据采集与监视控（数据采集与监视控制）。它是指一些数据制）。它是指一些数据采集与过程控制的专用采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控软件。它们处在自动控制系统监控层一级的软制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能自动控制系统监控功能的
12、、通用层次的软件工的、通用层次的软件工具。具。国内外组态软件一览国内外组态软件一览1.如何与现场设备之间进行数据采集和数如何与现场设备之间进行数据采集和数据交换。据交换。2.将采集到的数据与上位机图形界面的相将采集到的数据与上位机图形界面的相关部分连接。关部分连接。3.实时数据的在线监测。实时数据的在线监测。4.数据报警界限和系统报警。数据报警界限和系统报警。5.实时数据的存储、历史数据的查询。实时数据的存储、历史数据的查询。6.各类报表的生成和打印输出。各类报表的生成和打印输出。7.应用系统运行稳定可靠。应用系统运行稳定可靠。8.拥有良好的与第三方程序的接口，方便数拥有良好的与第三方程序的接
13、口，方便数据共享。据共享。工业控制系统发展缩影工业控制系统发展缩影70年代汽车生产线年代汽车生产线90年代汽车生产线年代汽车生产线现代汽车生产线现代汽车生产线工业控制系统发展现状及展望工业控制系统发展现状及展望工业控制系统发展现状及展望工业控制系统发展现状及展望DCS市场市场PLC市场市场工业工业PC市场市场2010年我国工控机市场规模为年我国工控机市场规模为170207亿亿元人民币，其中：工业元人民币，其中：工业PC机及机及OEM产品产品 3540亿元；嵌入式计算机及控制器亿元；嵌入式计算机及控制器 2530亿元；亿元；PLC装置装置 2530亿元；亿元；DCS系统系统 3035亿元；现场总
14、线控制系统亿元；现场总线控制系统 12亿元；亿元；数控系统（数控系统（CNC）2430亿元；进口成套亿元；进口成套设备配套控制设备设备配套控制设备 3040亿元。亿元。Emerson（艾默生）艾默生）SiemensSiemens（西门子）西门子）MITSUBISHIMITSUBISHI（三菱）三菱）RockwellRockwell（罗克维尔）（罗克维尔）OMRONOMRON（欧姆龙）（欧姆龙）B&R（贝加莱）（贝加莱）Schneider（施耐德）施耐德）YOKOGAWA（横河）（横河）GEGE（通用通用）Panasonic（松下）松下）ABAB（艾伦艾伦-布拉德利）布拉德利）台达台达和利时和利
15、时（国内最大）（国内最大）安控安控兰州全志兰州全志南京嘉华（民营）南京嘉华（民营）南京亚锐（台资）南京亚锐（台资）浙大中控浙大中控国国 外：外：国国 内：内：目前，世界上有目前，世界上有200200多家多家PLCPLC厂商，厂商，400400多品多品种的种的PLCPLC产品，产品，PLCPLC产品可按地域分成产品可按地域分成三大流派三大流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品。一个流派是日本产品。厂商销售额市场份额西门子2,32438.58%欧姆龙87115.46%施耐德68913.44%罗克韦尔5509.13%三菱505.28.
16、39%GE 2403.98%台达2223.69%光洋862.43%松下821.36%其他3893.46%合计6,024.20100.00%工业控制系统发展现状及展望工业控制系统发展现状及展望工业自动化系统集成市场工业自动化系统集成市场工业自动化系统集成市场工业自动化系统集成市场工业控制系统发展现状及展望工业控制系统发展现状及展望工业控制系统发展现状及展望工业控制系统发展现状及展望一、一、以工业以工业PC为基础的低成本工业控制自动化将成为为基础的低成本工业控制自动化将成为主流主流二、二、PLC在向微型化、网络化、在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发化和开放性方向发展展三、三、面向测控管一体化设计的面向测控管一体化设计的DCS系统系统四、四、控制系统正在向现场总线（控制系统正在向现场总线（FCS）方向发展）方向发展五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型五、仪器仪表技术在向数字化、智能化、网络化、微型化方向发展化方向发展六、六、数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展七、七、工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展工业控制网络将向有线和无线相结合方向发展八、八、工业控制软件正向先进控制方向发展工业控制软件正向先进控制方向发展工业控制系统发展趋势工业控制系统发展趋势
