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1、第五章,控制网络集成技术,DCS网络与现场总线控制网络的集成,DCS系统核心思想：分散采集控制，集中监视操作DCS网络与现场总线控制系统集成主要体现在现场通信协议的相容和组态、监控、操作软件的统一。实现DCS和现场总线集成主要有三种方式：现场总线集成在DCS的I/O设备层上原理：通过接口卡将现场总线挂接在DCS的I/O设备层上，来完成两者信息的映射。优点：结构简单 缺点：扩展规模受到接口卡的限制现场总线通过专用网关与DCS集成原理：通过网关实现通信协议的转换和信息的互访优点：系统扩展性好；缺点：结构复杂,现场总线的管理机通过LAN集成到DCS的网络层实质：借助计算机网络来实现集成优点：可实现分
2、散控制，对原有系统影响小缺点：需要进行多层转换，系统实时性差，因此应用较少现场总线控制系统网络之间的集成对于不同协议的现场总线系统进行集成可采用两种方式：硬集成：采用相应的网关加以实现软集成：采用过程控制用对象链接与嵌入（OPC）技术,OPC技术基础,OPC技术是实现现场设备级与过程管理级进行信息交互，实现控制系统开放性的重要方法，为多种现场总线之间的信息交换及控制网络与信息网络之间的信息交互提供途径。1、OPC规范基础COM/DCOM简介COM是一个由微软公司推出的开放的组件（功能独立的模块）标准。包括规范和实现两大部分：规范：定义了组件之间通信的机制，具有语言无关性实现：COM库，为COM
3、规范的具体实现提供核心服务,DCOM：建立在COM之上的一种规范和服务提供：使COM组件加入网络环境的透明网络协议实现：在分布式计算环境下不同进程之间的通信与协作OPC对象与接口OPC规范描述了OPC服务器需要实现的COM对象及其接口，定义了定制接口和自动化接口。定制接口：必须实现自动化接口：有选择实现2、OPC数据存取规范功能：对现场设备的在线数据进行存取分为定制接口规范和自动化接口规范两部分，功能类似。,OPC数据存取服务器包括：服务器对象：维护有关服务器的信息，并作为OPC组对象的包容器，可动态创建或释放组对象组对象：维护有关其自身的信息，提供包容OPC项的机制，逻辑上管理OPC项项对象
4、：表示与OPC服务器中数据的连接OPC项没有定义外部接口，所有对OPC项的操作都是通过包容该项的OPC组对象进行。操作方式：OPC服务器对象创建OPC组将组对象指针传递给客户用户直接操纵优点：数据存取速度高，易于功能扩展OPC服务器对象客户程序须首先创建该对象再通过其接口完成所需的功能。,OPC组对象客户程序对服务器进行数据存取时以组对象为单位，可创建多个组对象，并分别设置其属性。OPC客户程序对OPC服务器中数据的存取方式分为同步读写和异步通报方式。同步读写：客户方的调用函数一直运行到所有数据读写完成，适用于多个客户程序与服务器相连时异步通报：服务器程序定期刷新OPC项，并判断数值或品质是否
5、变化，若有则发给客户程序。允许服务器将读写操作排队，使客户方的调用函数立刻返回，操作完成后再通知客户。通信效率高OPC规范定义了两种数据源：内存数据源：值、品质、时间戳及相关设备信息设备数据源：现场设备中的数据注意：内存数据非实时数据,3、OPC报警与事件规范提供一种由服务器程序将现场报警和事件通知客户程序的机制，使工控软件可以按照统一标准处理现场的各种报警事件。OPC规范中，报警是一种需引起客户程序注意的非正常状态，可用OPC报警与事件服务器对象或其包容的对象来表示，对某个状态还可以定义它的子状态。事件是一种可以检测到的变化情况，可以和某种状态相关，也可不相关报警与事件规范支持两种类型的服务
6、器：简单事件服务器：检测报警事件并通知OPC客户程序复杂事件服务器：提供上述功能并可对报警和事件进行分类和过滤,OPC事件服务器主要包括：OPC事件服务器对象：服务器程序暴露的主要对象，事件预定对象及事件区域浏览对象均由其创建。客户通过该对象接口查询服务器提供的事件类别和参数及对状态进行管理。OPC事件预定对象：为客户程序指定某个需要得到通知的特定事件而创建，0NOPC事件区域浏览对象：为客户程序提供一种浏览服务器中生产过程区域的方法。4、OPC历史数据存取规范将历史信息看成某种类型的数据，用统一的标准把不同应用层次的数据集成起来历史数据服务器主要分为两种：简单趋势数据服务器：提供简单的原始数
7、据存储功能,复合数据压缩与分析服务器：存储、压缩、汇总、分析、刷新及历史记录更新，保存历史数据及相应的注释信息。OPC对象与接口历史服务器对象：提供同步和异步存取历史数据的方法历史数据浏览器对象：为客户程序提供浏览历史数据地址空间的方法5、OPC批量过程规范提供了一种存取实时批量数据和设备信息的方法目的：使异构计算环境下不同的生产控制方案能有效地协同工作。OPC批量过程名称空间：一组定义好的名称的集合，用于标识不同的实体及其属性，可分为透明和不透明两种。OPC数据存取服务器使用的是不透明的名称空间。,OPC批量过程服务器实现了透明的名称空间，即数据项标识名已知，所有OPC批量过程服务器均须支持
8、名称空间中根名称下的OPC物理模型、OPC批量过程模型和OPC批量标识列表。OPC对象与接口OPC批量过程服务器是在数据存取服务器对象上增加接口扩展而来的，因此必须实现数据存取服务器对象中所有的必选接口。客户程序可通过新增的接口了解批量生产过程的进行、等待、完成情况及相关现场信息。注意：由于服务器采用了只读的名称空间，不能随意为OPC数据项命名。,6、OPC安全性规范OPC服务器为应用提供了重要的现场数据，若误修改会带来难以预料的后果，因此需防止未授权的操作。OPC安全性规范提供了一种专门的机制来保护这些敏感数据。OPC服务器中数据的安全机制是通过在OPC服务器对象上增加IOPCSecurit
9、yNT和IOPCSecurityPrivate可选接口来实现的。IOPCSecurityNT：采用NT安全认证进行访问控制IOPCSecurityPrivate：采用专用的安全认证这两个接口实现了不同层次的安全性，任何需要安全认证的OPC服务器至少实现一个接口，若允许无NT访问标识的客户进行访问，则需实现两个接口。,基于OPC技术的系统级集成方法,OPC技术为不同现场总线系统的集成提供了有效的软件实现手段。OPC模式：Client/Server（客户机/服务器），开发访问接口由硬件生产厂家或第三方厂家完成，OPC以Server的形式提供给Client，Client负责创建Server的对象及访
10、问Server支持的接口。OPC客户可以与几个OPC服务器通信，多个客户也可同时与一个OPC服务器交互。不同现场总线系统采用OPC技术实现集成见图512。优点：简单易行、工程开发量小缺点：节点间的通信慢，必须由应用软件管理，且必须连接多个不同的服务器，实时性差，不能体现现场总线控制功能分散的优点。,设备级集成,为了满足工业应用实时性要求，有必要实现不同现场总线在设备级的集成。途径：协议转换具体方法：实现不同现场总线之间的协议网关，将两种不同总线连接起来。转换两种方案：在任意两种协议之间进行转换，一对一选择一种总线协议作为公共转换对象，然后再向目标协议转换，多对一公共协议转换对象：以太网，各种现
11、场总线与以太网的互连具备了相当的技术基础目前，多总线设备级集成技术还不成熟，可借助一些现场总线公司开发的专用网关产品来实现。,两种集成方法对比基于OPC的多总线系统集成方法：优点：灵活通用，提供了与管理层软件通信的接口缺点：实时性较差，实现依赖于上位机，未能完全体现现场总线控制功能分散的优点基于OPC的多总线设备级集成方法：优点：实现了现场设备间的无缝连接，实时性好缺点：依赖于现场总线制造开发商所提供的相应网关产品。,控制网络和信息网络的集成,实现控制网络与信息网络的紧密集成是建立企业综合实时信息库的基础，为企业的优化控制、调度决策提供依据。控制网络与信息网络的集成，可以通过以下几种方法实现：
12、1、控制网络和信息网络之间加入转换接口实现：通过硬件实现，在底层网段与中间监控层之间加入中继器、网桥、路由器等专门硬件设备，使控制网络作为信息网络的扩展与之紧密集成。特点：功能较强，但实时性差信息网络采用TCP/IP的以太网，未考虑数据传输的实时性，信息上传和操作频繁时，转换接口瓶颈,2、基于DDE技术的控制网络和信息网络的集成控制网络和信息网络之间具有中间系统或共享存储器工作站时，采用DDE（动态数据交换）方式实现两者的集成。实质：各应用程序通过共享内存来交换信息DDE概述实质：是一种协议，DDE协议使用共享内存在应用程序之间传输数据，完成应用程序之间的数据交换术语：对话：两个应用程序之间交
13、换数据通道：传输对话客户机应用程序：启动对话服务器应用程序：应答客户机,应用程序名：唯一，可执行文件名由应用程序名减去它的EXE扩展名得到任务识别码：唯一，当同时复制几个应用程序时，它能够识别其中特定的一个条目：对话期间能在两个应用程序之间传送的那部分数据主题：定义DDE对话主事件的信息，对应用程序来说就是文件名系统：许多应用程序识别的一个特殊的DDE主题，总是保持可用DDE协议协议应用程序：能够实时的进行数据交换特点：可同时占用几个DDE对话；既可为客户机应用程序，又可为服务器应用程序；可采用多种格式传输信息,客户机和服务器应用程序自动确定一个恰当的格式传输信息数据单元的识别DDE协议采用地
14、址系统识别，分三级应用程序：DDE服务器名主题：逻辑数据内容条目：数据交换中通过的数据对象DDE通信两个应用程序之间的所有DDE通信是在一个通道中发生的。DDE通信功能包括：启动、请求、推动、执行、终止启动：打开通道，包含两个参数：服务器应用程序名和主题；返回一个通道号（作为其他功能识别的参数）,请求：获得数据，参数：通道号和条目，条目是指识别返回的实际数据推动：向服务器应用程序发送数据。参数：通道号、条目（识别发送的数据类型）和数据（发送到服务器的实际数据）执行：向服务器应用程序发送命令。参数：通道号、执行串（包括服务器执行命令）终止：关闭通道。通道号DDE技术在控制网络和信息网络集成中的应
15、用书图517优点：具有较强的实时性，比较容易实现，可采用标准的Windows技术缺点：涉及到复杂的协议转换时，软件开销大，只适合配置简单的小型系统,3、采用统一的协议标准实现控制网络和信息网络的集成最终解决方案当前存在的问题：控制网络和信息网络采用了面向不同应用的协议标准，两者集成时需要某种数据格式的转换机制，增加了系统的复杂性。此外，当前多种现场总线标准并存，信息网络协议也不尽相同，要实现统一的协议标准还有很长的路要走。4、控制网络和信息网络集成采用数据库访问技术集成方式：控制网络采用以太局域网，控制网络工作站采用Windows操作系统平台，信息网络采用开放数据库系统,访问数据库的应用编程接
16、口类型：ODBC API（开放式数据库连接）ODBC是一种建立数据库驱动程序的开放标准，以统一的方式访问不同的数据库系统。特点：用它生成的程序与数据库系统无关固有连接API根据特定的数据库进行固有连接编程特点：只适用于某一种数据库系统，无互操作性，但访问速度较快JDBC API（Java数据库连接）面向Java语言，可实现数据库与应用程序之间双向、全动态、实时的数据交换5、控制网络和信息网络集成采用OPC技术参看前面章节,控制网络和信息网络互连集成的若干关键问题实时性问题在信息网络上建立分布式关系型数据库系统，运用DDE和ODBC技术实现数据的存储访问，仅能满足一般工业生产过程的监控要求。解决
17、方法：工业现场：分布式实时数据库系统Intranet：分布式信息数据库系统通信处理机：设置实时数据库系统，主要通过重新设计传统数据库系统的结构，提高其实时性能来实现。实现途径有两种：将实时数据库的部分数据或大部分数据放入内存，但性能提高不明显将实时数据库数据全部放入内存，使用大容量内存作为载体,基于Web环境的网页与远程数据库连接问题连接技术主要有CGI（计算机图形接口）、ASP（动态服务器网页）、API（应用编程接口）、JDBC（Java数据库连接技术）、CORBA（公共对象请求代理体系结构）/DCOMASP可分为IDC、ADO、RDS三种方式，RDS是目前基于Web的最好的远程数据库访问方式。网络安全问题网络中必须解决的问题，提高网络安全性措施：采用较安全的操作系统采用防火墙技术，防止非法用户访问采用口令系统，制定合法用户的使用权限等级采用数据加密技术,
