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現(xiàn)場(chǎng)總線助力工業(yè)4 0 1 目錄 一 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介二 工業(yè)4 0概述三 現(xiàn)場(chǎng)總線助力工業(yè)4 0之智能工廠四 現(xiàn)場(chǎng)總線在工業(yè)應(yīng)用實(shí)例五 結(jié)束語(yǔ) 2 1 1現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)生的歷史背景1 2現(xiàn)場(chǎng)總線定義1 3 現(xiàn)場(chǎng)總線主要特點(diǎn)1 4 現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化狀況 一 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介 3 一現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介 1 1 現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)生的歷史背景第一代工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu) 氣動(dòng)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn) 0 2 1kgf cm2 第二代工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu) ACS 電氣信號(hào) 4 20mA 第三代工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu) CCS 集中式控制 第四代工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu) DCS 分布式控制體系結(jié)構(gòu) 第五代工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu) FCS 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 1 2 現(xiàn)場(chǎng)總線定義現(xiàn)場(chǎng)總線是現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室系統(tǒng)之間的一種開(kāi)放的 全數(shù)字化 雙向 多站的通信系統(tǒng) 主要用于工廠低層設(shè)備 傳感器及傳動(dòng)裝置等 的數(shù)據(jù)通信 4 一現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介 1 3 現(xiàn)場(chǎng)總線主要特點(diǎn)1 系統(tǒng)可靠性高 2 實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式互連網(wǎng)絡(luò) 3 安裝與接線費(fèi)用低 4 調(diào)節(jié)性能提高 5 系統(tǒng)組態(tài)簡(jiǎn)單 1 4 現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化狀況早在1985年 IEC 國(guó)際電工委員會(huì) 開(kāi)始著手制訂國(guó)際性現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn) 并將此標(biāo)準(zhǔn)命名為FieldBus 之后 ISA 美國(guó)儀表學(xué) SP50委員會(huì)也加入到此標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作中 目前 較流行的現(xiàn)場(chǎng)總線主要有FF Profibus LonWorks CAN HART P Net等 5 二 工業(yè)4 0概述 2 1什么是工業(yè)4 0 2 2工業(yè)發(fā)展史2 3工業(yè)4 0架構(gòu) 6 2 1什么是工業(yè)4 0 工業(yè)4 0是德國(guó)政府推行的 新一輪智能工廠計(jì)劃 是以智能制造為主題的第四次工業(yè)革命 7 2 2工業(yè)發(fā)展史 從工業(yè)1 0到工業(yè)4 0 1800 1900 2000 時(shí)間軸 今天 復(fù)雜程度 第一次工業(yè)革命創(chuàng)造了機(jī)器工廠的 蒸汽時(shí)代 第二次工業(yè)革命將人類帶入分工明確 大批量生產(chǎn)的流水線模式和 電氣時(shí)代 第三次工業(yè)革命應(yīng)用電子信息技術(shù) 進(jìn)一步提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平 第四次工業(yè)革命開(kāi)始應(yīng)用信息物理融合系統(tǒng) CPS 網(wǎng)絡(luò)化 智能化 1784年 出現(xiàn)了第一臺(tái)機(jī)械織布機(jī) 傳送帶方式于1870年開(kāi)始在辛辛那提屠宰場(chǎng)使用 1969年 美國(guó)Modicon公司推出084PLC 8 2 2工業(yè)發(fā)展史 從工業(yè)1 0到工業(yè)4 0 1800 1900 2000 時(shí)間軸 今天 復(fù)雜程度 第一次工業(yè)革命 第二次工業(yè)革命 第三次工業(yè)革命 第四次工業(yè)革命 1784年 出現(xiàn)了第一臺(tái)機(jī)械織布機(jī) 傳送帶方式于1870年開(kāi)始在辛辛那提屠宰場(chǎng)使用 1969年 美國(guó)Modicon公司推出084PLC 工業(yè)發(fā)展史的自動(dòng)化維度 機(jī)械化 機(jī)械化 電氣化 電氣化 自動(dòng)化 自動(dòng)化 智能化 9 2 2工業(yè)發(fā)展史 從工業(yè)1 0到工業(yè)4 0 1800 1900 2000 時(shí)間軸 今天 復(fù)雜程度 第一次工業(yè)革命 第二次工業(yè)革命 第三次工業(yè)革命 第四次工業(yè)革命 1784年 出現(xiàn)了第一臺(tái)機(jī)械織布機(jī) 傳送帶方式于1870年開(kāi)始在辛辛那提屠宰場(chǎng)使用 1969年 美國(guó)Modicon公司推出084PLC 工業(yè)發(fā)展史的解放人的工作程度 解放 工 機(jī)器替代體力活 解放 工 機(jī)器替代體力活 解放 員 機(jī)器替代以定規(guī)則下的繁瑣勞動(dòng) 解放 師 機(jī)器替代部分可創(chuàng)造性勞動(dòng) 10 工業(yè)4 0 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息物理系統(tǒng) CPS 三個(gè)集成 縱向集成 橫向集成 端對(duì)端集成 四大主題 智能生產(chǎn) 智能工廠 智能服務(wù) 智能物流 九大技術(shù) 機(jī)器人 模擬技術(shù) 增強(qiáng)技術(shù) 系統(tǒng)整合 物聯(lián)網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)安全 大數(shù)據(jù) 云計(jì)算 3D打印 2 3工業(yè)4 0架構(gòu) 11 縱向集成 端到端集成及橫向集成的演進(jìn)路 工業(yè)4 0所要追求的就是在企業(yè)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)所有環(huán)節(jié)信息無(wú)縫鏈接 這是所有智能化的基礎(chǔ) 橫向集成 生態(tài) 端到端集成 產(chǎn)業(yè)鏈 縱向集成 車間 橫向集成是企業(yè)之間通過(guò)價(jià)值鏈以及信息網(wǎng)絡(luò)所實(shí)現(xiàn)的一種資源整合 是為了實(shí)現(xiàn)各企業(yè)間的無(wú)縫合作 提供實(shí)時(shí)產(chǎn)品和服務(wù) 圍繞產(chǎn)品全生命周期的價(jià)值鏈創(chuàng)造 通過(guò)價(jià)值鏈上不同企業(yè)資源的整合 實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì) 生產(chǎn)制造 物流配送 使用維護(hù)的產(chǎn)品全生命周期的管理和服務(wù) 工業(yè)大數(shù)據(jù)可能戰(zhàn)勝消費(fèi)大數(shù)據(jù) 成為橫向集成的爆破點(diǎn) 并成為未來(lái)制造生態(tài)的粘合劑 圖例說(shuō)明 綠色代表企業(yè)馬上可以實(shí)施 黃色代表企業(yè)實(shí)施有難度 紅色代表基本無(wú)企業(yè)可以實(shí)現(xiàn) 16 橫向集成 生態(tài) 2 3 1工業(yè)4 0架構(gòu) 三個(gè)集成 12 智能生產(chǎn) 主要涉及整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)物流管理 人機(jī)互動(dòng)以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用等 2 3 2工業(yè)4 0架構(gòu) 四大主題 智能物流 主要是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng) 互聯(lián)網(wǎng)等整合物流資源 充分發(fā)揮現(xiàn)有物流資源供應(yīng)鏈的質(zhì)量和效率 13 2 3 2工業(yè)4 0架構(gòu) 四大主題 智能服務(wù) 主要指能夠自動(dòng)辨識(shí)用戶的顯性和隱性需求 并且主動(dòng) 高效 安全 綠色地滿足其需求的服務(wù) 這個(gè)服務(wù)是什么呢 比如西門子生產(chǎn)一臺(tái)高鐵的牽引電機(jī) 以往就是直接賣一臺(tái)電機(jī)而已 現(xiàn)在這臺(tái)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中 會(huì)不斷的把數(shù)據(jù)傳回給西門子的工廠 這樣西門子就知道你的電機(jī)現(xiàn)在的運(yùn)行狀況 以及什么時(shí)候需要檢修了 高鐵廠商以往是怎么做的 一刀切 定一個(gè)時(shí)間 到時(shí)間了不管該不該修都去修一下 更我們汽車保養(yǎng)沒(méi)什么差別 現(xiàn)在西門子可以告訴你什么時(shí)候需要修什么時(shí)候需要養(yǎng)護(hù) 14 有四大關(guān)鍵點(diǎn) 一是要連接所有網(wǎng)絡(luò)以拿到數(shù)據(jù) 二是要有智能機(jī)器 三是大數(shù)據(jù) 將所有設(shè)備 所有人連接后 所有數(shù)據(jù)都大批量傳送到智能終端上 四是分析 得到數(shù)據(jù)后從中抓取出應(yīng)用趨勢(shì)來(lái) 提高設(shè)備狀態(tài)的檢測(cè)和預(yù)測(cè)水平 2 3 2工業(yè)4 0架構(gòu) 四大主題 智能工廠 15 工業(yè)4 0代構(gòu)建智能工廠正被全球制造業(yè)領(lǐng)域不約而同地選為下一個(gè)中長(zhǎng)期的發(fā)展愿景 同時(shí)也是我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要突破口 而智能工廠的精髓就在于網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)領(lǐng)域的延伸 發(fā)揮信息化的作用 智能工廠不僅是生產(chǎn)的自動(dòng)化 通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控制程 確保生產(chǎn)順暢 還可協(xié)助制造業(yè)者整合各廠生產(chǎn)管理 物流管理及倉(cāng)庫(kù)管理 實(shí)時(shí)匹配產(chǎn)能的需求與規(guī)模 避免大興土木 同時(shí)迅速提高產(chǎn)能 滿足客戶定制化訂單的實(shí)時(shí)生產(chǎn)需求 三 現(xiàn)場(chǎng)總線助力工業(yè)4 0之智能工廠 16 現(xiàn)場(chǎng)總線可從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備獲取大量豐富信息 能夠更好的滿足工廠自動(dòng)化及CIMS系統(tǒng)的信息集成要求 現(xiàn)場(chǎng)總線是數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò) 可實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài) 故障 參數(shù)信息傳送 系統(tǒng)除完成遠(yuǎn)程控制 還可完成遠(yuǎn)程參數(shù)化工作 也是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)體系中的重要組成部分和工廠信息化的基礎(chǔ) 它的構(gòu)建也就成為智能工廠建設(shè)的重要環(huán)節(jié) 三 現(xiàn)場(chǎng)總線助力工業(yè)4 0之智能工廠 17 邁向智能工廠的同時(shí) 需順應(yīng)工業(yè)控制市場(chǎng)的既定潮流 由于制造現(xiàn)場(chǎng)可能混合采用不同供貨商不同通訊協(xié)議的控制系統(tǒng) 例如半導(dǎo)體業(yè)者的制程控制與廢水處理系統(tǒng)便未必選自同一供貨商 又如石化業(yè)者因園區(qū)建期分段 各期選用的控制系統(tǒng)也是不盡相同 再如車廠 家電制造工廠 制造現(xiàn)場(chǎng)更是混合一般商用計(jì)算機(jī)與工業(yè)控制器 三 現(xiàn)場(chǎng)總線助力工業(yè)4 0之智能工廠 18 挑戰(zhàn) 但是現(xiàn)場(chǎng)總線通訊協(xié)議百家爭(zhēng)鳴 布建工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)并非易事 此外打造智能工廠必須以既有的設(shè)備 系統(tǒng)為基礎(chǔ) 目前工廠自動(dòng)化市場(chǎng)由西門子 Siemens 洛克威爾 Rockwell Beckhoff等工業(yè)自動(dòng)化大廠所主導(dǎo) 這些大廠經(jīng)長(zhǎng)期的可靠度及穩(wěn)定性驗(yàn)證 此生態(tài)不太可能有變化 因此工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)便需兼容于大廠所制定的PROFINET PROFIBUS EtherNet IP DeviceNet EtherCAT等多種通訊協(xié)議 三 現(xiàn)場(chǎng)總線助力工業(yè)4 0之智能工廠 19 四 現(xiàn)場(chǎng)總線在工業(yè)應(yīng)用實(shí)例 4 1現(xiàn)場(chǎng)總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用4 2現(xiàn)場(chǎng)總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用4 3小結(jié) 20 4 1現(xiàn)場(chǎng)總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 硬件節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 21 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 1現(xiàn)場(chǎng)總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 22 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于造氣爐控制系統(tǒng) 從根本上實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)分散 信息集中 管控一體化的全新分布式控制模式 基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的造氣爐智能控制系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展 將為造氣爐的高水平自動(dòng)化提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持 4 1現(xiàn)場(chǎng)總線在煤化工控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 23 4 2現(xiàn)場(chǎng)總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 4 2 1 項(xiàng)目概述我國(guó)的鍋爐產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛 但運(yùn)行熱效率低 浪費(fèi)能源 污染環(huán)境 自動(dòng)化改造的任務(wù)十分緊迫 我國(guó)工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)發(fā)展大致經(jīng)過(guò)五個(gè)階段 手工控制階段 專用儀表控制階段 電動(dòng)單元組合控制階段 計(jì)算機(jī)控制階段 分布式控制系統(tǒng)DCS 現(xiàn)場(chǎng)總線控制階段 經(jīng)典的PID控制往往不易達(dá)到最佳的控制狀態(tài)采用更先進(jìn)的控制策略勢(shì)在必行 24 4 2 2 工藝流程簡(jiǎn)介燃料和空氣按一定比例進(jìn)入鍋爐內(nèi)燃燒 生成熱量傳給蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生飽和蒸汽 經(jīng)過(guò)過(guò)熱器使飽和蒸汽成為有一定溫度和壓力的過(guò)熱蒸汽 并且匯集到過(guò)熱聯(lián)箱 經(jīng)主氣閥供負(fù)荷設(shè)備使用 燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣除了將飽和蒸汽變成過(guò)熱蒸汽外 通過(guò)省煤器預(yù)熱鍋爐的給水 通過(guò)煙道引導(dǎo) 經(jīng)過(guò)除塵器和引風(fēng)機(jī)處理 達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn) 最后通過(guò)煙囪進(jìn)入大氣 4 2現(xiàn)場(chǎng)總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 25 4 2 3 工藝流程圖 26 4 2 4SY 2008GL鍋爐監(jiān)控器原理框圖 27 4 2 5 控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)由各子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制 降低了產(chǎn)品成本 系統(tǒng)穩(wěn)定 可靠 精度高 維護(hù)成本低 系統(tǒng)互換性 采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) 實(shí)現(xiàn)多級(jí)分層控制 集中管理 信息共享 主 輔工作站集中在中央控制室 便于設(shè)備和人員的集中管理 4 2現(xiàn)場(chǎng)總線在鍋爐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 28 1 從工廠底層自動(dòng)化及信息集成技術(shù)角度看 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)不是一項(xiàng)單純的以芯片換電纜的技術(shù) 是計(jì)算機(jī)及其數(shù)字化通信技術(shù)向工廠底層 即設(shè)備層的延伸 如同其他領(lǐng)域發(fā)生的一樣 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是工廠底層通信技術(shù)的一次數(shù)字化革命 也必將對(duì)工業(yè)4 0的實(shí)現(xiàn)起到重大影響 2 工廠底層自動(dòng)化及信息集成技術(shù)是實(shí)現(xiàn)全廠自動(dòng)化及CIMS系統(tǒng)的基礎(chǔ) 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展 使其傳統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變革 并帶來(lái)傳統(tǒng)系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)異特性 4 3小結(jié) 29 五 結(jié)束語(yǔ) 現(xiàn)場(chǎng)總線屬于尚在發(fā)展之中的技術(shù) 我國(guó)在這一技術(shù)領(lǐng)域還剛剛起步 在工業(yè)4 0的大背景下 自動(dòng)化系統(tǒng)與設(shè)備將朝著現(xiàn)場(chǎng)總線體系結(jié)構(gòu)的方向前進(jìn) 也必然向著趨于開(kāi)放統(tǒng)一的方向發(fā)展 成為大家都遵守的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 同時(shí) 現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展也必將促進(jìn)工業(yè)4 0藍(lán)圖的實(shí)現(xiàn) 30 Thankyou 31