自動化畢業實習

2009年2月修訂自動化畢業實習

2009年2月修訂實習教學內容安排表地點：A303次數時間內容備注18：30~8：50介紹實習大綱、報告格式、內容要求等多媒體8：50~9：20FESTO過控基礎實習講解多媒體9：20~9：35休息9：35：11：30現場參觀、操作指導、答疑，講解原理圖、了解控制設備。分組操作、調試對照設備、原理圖14：30~15：00FESTO創新實習講解多媒體15：00~15：20休息15：20~17：30現場演示、觀摩、操作指導、答疑，消化控制原理。分組操作、調試對照設備、原理圖

次數時間內容備注28：30~9：20過程控制實驗系統實習講解多媒體9：20~9：35休息9：35：10：00現場參觀、操作指導、答疑，講解原理圖、了解控制設備。分組操作、調試對照設備、原理圖10：00~11：00EPA實驗內容實習講解多媒體11：00：11：30現場參觀、操作指導、答疑，講解原理圖、了解控制設備。分組操作、調試對照設備、原理圖14：30~16：30掛圖：“現代工業控制應用實例”“先進制造技術”“先進檢測技術”講解。指導、答疑對照掛圖16：30~16：40休息16：40~17：30座談、討論實習教學內容安排表地點：A303次數時間內容備注8：30~9：20過程控制實驗系統實習講解多畢業實習任務及目的

了解過程控制系統的發展歷程（DCS、FCS、EPA）。了解現代化工廠自動控制系統的構筑模式（三層結構：PCS、MES、ERP）。了解和掌握組成自動控制系統的信息形式（模擬、數字）、處理過程（采樣、變換、運算、驅動）和傳遞方法（有線、無線）。畢業實習任務及目的

了解過程控制系統的發展歷程（DCS、FC掌握具體控制對象（溫度、壓力、流量、液位）工藝的控制方法（簡單控制、單回路控制、串級控制、前饋控制、超馳控制等）。鞏固和加強自動化專業的理論知識，拓寬知識面，為畢業設計及今后走上工作崗位奠定必要的理論與實踐基礎。鍛煉和培養學生的動手能力和創新意識，使學生能夠獨立完成有一定難度的自動控制系統設計。畢業實習任務及目的

掌握具體控制對象（溫度、壓力、流量、液位）工藝的控制方法（簡

專題部分要求--基礎部分控制對象專題

要求掌握工業過程控制中對典型的液位、流量、壓力、溫度系統進行PID定值控制的方法；學習PLC、Burket控制器的使用方法；能進行PID參數的簡單整定；

專題部分要求--基礎部分控制對象專題

要求掌握工業過程控了解利用組態軟件繪制被控對象工藝流程圖的實現過程；用ActiveX技術實現新算法；使用數據采集板卡實現PC和現場實時交換數據，以達到實時控制的目的，觀察控制效果，驗證算法的可行性；給出開環、閉環、前饋控制的控制效果結論。分組選擇操作：溫度站□、壓力站□、流量站□、液位站□

專題部分要求—提高部分控制對象專題

了解利用組態軟件繪制被控對象工藝流程圖的實現過程；

專題部分了解過程控制實驗系統的原理，熟悉三種（C3000、DDC、EPA）控制的結構和功能；了解利用組態軟件編制監控系統的設計過程；掌握組成自動控制系統的信息形式（模擬、數字）、處理過程（采樣、變換、運算、驅動）和傳遞方法（有線、無線）。

專題部分要求—過程控制實驗系統對象專題

了解過程控制實驗系統的原理，熟悉三種（C3000、DDC、E了解先進制造技術的構成及與自動化專業的關系；了解先進檢測技術的構成及與自動化專業的關系；了解現代工業控制應用的構成及與自動化專業的關系；了解無線網絡技術的構成及與自動化專業的關系；

專題部分要求—先進技術掛圖專題

了解先進制造技術的構成及與自動化專業的關系；

專題部分要求—考核內容與方式

學生在實習過程中對所要求實習內容的掌握程度。學生在實習過程中的表現和出勤率。學生的實習筆記和實習報告。根據綜合情況評定成績，分為優、良、中、及格、不及格五個等級。注：出勤率30%，實習過程表現30%，實習報告40%。（3個學分）考核內容與方式

學生在實習過程中對所要求實習內容的掌握程度。畢業實習報告（每個實習地一份）

1.概述

1.1目的和任務（敘述大綱及任務書要求）

1.2總體結構（給出整個系統組成框圖、工藝流程圖，注明設備規格、性能指標參數等，能夠有效地表示工作環境規模和技術先進程度的數字量）2.系統的工作原理

2.1

工藝過程、系統要求及構成

2.2工作過程（各部分信號的獲取、變換、數據處理的工作原理及功能）畢業實習報告（每個實習地一份）

1.概述2.3控制方法及實現方式

2.4思考題3.

專題工作部分（對所完成工作在總體中的位置、和其它環節的相互關系、技術和控制上的要求等有較全面地描述；對所選專題進行詳細的分析和討論。具體工作特點和所完成的工作量。）4.總結畢業實習報告

2.3控制方法及實現方式畢業實習報告

了解PROFIBUS總線的原理，熟悉FESOT組網結構和功能；了解利用IXXAT系列CAN總線通訊模塊以及canAnalyser32——CAN總線分析開發工具軟件；實現CAN總線上位機與下位機節點間的相互通訊，采用自制應用層協議完成規定的工作流程，從而加深對CAN總線的理解。

專題部分要求—網絡化部分控制對象專題

了解PROFIBUS總線的原理，熟悉FESOT組網結構和功能FESTO過控基礎實習液位站流量站壓力站溫度站PLC站FESTO過控基礎實習液位站流量站壓力站溫度站PLC站1、敘述液位、流量、壓力、溫度物理量的標度變換原理。2、敘述液位、流量、壓力、溫度系統的傳遞函數。FESTO過控基礎實習--思考題FESTO過控基礎實習--思考題介紹過程控制系統的基本知識，分別以工業中典型的液位、流量、壓力、溫度系統為對象，從這些過程參數的重要性、安全性等問題入手，系統地介紹常用的檢測方法和控制手段；分析常用的單閉環控制系統的工作原理；結合FESTOPCS實驗設備，對4個控制系統進行實際操作演示和學習；FESTO過控基礎實習—內容介紹過程控制系統的基本知識，分別以工業中典型的液位、流量、壓掌握工業中對典型的液位、流量、壓力、溫度系統進行PID定值控制的方法；學習Burket控制器的使用方法；能進行PID參數的簡單整定；給出開環、閉環、前饋控制的控制效果結論。FESTO過控基礎實習—目的

掌握工業中對典型的液位、流量、壓力、溫度系統進行PID定值控①容器、管道；③手動球閥；（手動操作）④電機調速器、電磁閥；（執行機構）

FESTO過控元器件介紹FESTO過控元器件介紹⑤超聲波液位傳感器；（模擬輸出傳感器）

⑥電容接近傳感器；（開關量輸出傳感器）⑦Burkert控制器；FESTO過控元器件介紹⑤超聲波液位傳感器；（模擬輸出傳感器（8）壓力容器功能說明：用來存儲被加壓的介質FESTO過控元器件介紹（8）壓力容器功能說明：用來存儲被加壓的介質F（9）壓力傳感器功能說明：測量壓力，信號被放大后以電壓形式輸出特征曲線：1mbar=100paFESTO過控元器件介紹（9）壓力傳感器功能說明：測量壓力，信號被放大后以電壓形式輸Burket控制器面板使用介紹ABCDBurket控制器面板使用介紹ABCD*LCD顯示屏可以分兩行顯示參數，上行A區域顯示CO（操作變量）、PV（實際測量值）、SP（設定值）、F（比例控制中的PV1）；*C區域上邊出現長方形黑塊表示繼電器1正在加熱，下邊出現黑塊表示繼電器2正在冷卻，一般在溫度系統中這個區域才會有顯示；*下行B區域可顯示設定值或串級控制中主、輔控制器的設定值。Burket控制器面板使用介紹*LCD顯示屏可以分兩行顯示參數，上行A區域顯示CO（操作變操作演示手/自動操作切換按鈕連續按下按鈕，就會在手動、自動操作方式件切換，左上方LED燈亮表示控制器處于自動控制方式下。當選擇手動操作模式時，應通過按下按鈕DISPLAY使A區域顯示CO（操作變量）與之相配合，其中操作變量顯示區域內出現0~100之間的數字，其實際的物理意義為控制器輸出信號的百分比。Burket控制器面板使用介紹顯示鍵

連續按下按鈕，A區域顯示在SP、PV、CO、F間切換。操作演示手/自動操作切換按鈕連續按下按鈕，就會在手選擇鍵按住按鈕超過5秒，就會進入參數修改過程中，其中可修改的參數包括：控制參數（包括比例，微分，積分，死區等參數），設定值上下限選擇（當設定好此項時我們再更改SP參數指示就只能在此范圍內變化），檢測值上下限（此設置能起到限位報警的作用當實測值超出我們設定的上限或下限時控制器就會在LCD的B區域顯示報警信息，此時控制臺左上方的報警燈也會被點亮）；參數代碼和濾波時間常數等。配合SELECT按鈕選擇要修改的參數，ENTER確定，增加鍵和移位鍵修改數值大小，ENTER確定。在參數選擇模式時當LCD顯示結束設置信息時按下確認鍵即可退出此模式或者在設定好參數后等待一定的時間控制器就會自動退出此模式。

確認鍵當更改參數后按下此鍵可以確認此次更改參數的有效性；同時按住SELECT和ENTER超過5秒，進入控制方式配置過程中，配合SELECT選擇控制方式；按下表示確認當前操作并退出當前配置環境（此功能在本實驗中不會涉及，請勿調節！）。選擇鍵按住按鈕超過5秒，就會進入參數修改過程中，其中可修改的操作演示增加正在修改的某個參數的數值；手動控制方式下增加控制器輸出操作變量（U或I）的值；增加PWM信號脈沖寬度的值；不帶外部反饋的三點階躍控信號控制方式下打開繼電器1。主要作用為當需要改變可調參數值時，按下此鍵能夠選擇需更改參數的數據位（方向從右到左循環選擇，當某位被選中時，該位此時被閃爍的黑框包圍）；手動控制方式下的功能為減少正在修改的某個參數的數值即減少控制器輸出操作變量（CO）的值，減少PWM信號脈沖寬度的值；不帶外部反饋的三點階躍控信號方式下打開繼電器2。說明：在對控制器進行任何參數修改的過程中，控制器停止自動控制，處于手動控制方式下。減少鍵增加鍵Burket控制器面板使用介紹操作演示增加正在修改的某個參數的數值；手動控制方式下增加控制模擬終端模擬終端FESTO過控系統工藝流程FESTO過控系統工藝流程一、工作原理超聲波液位傳感器電機調速器電機/泵FESTO過控系統—液位站一、工作原理超聲波液位傳感器電機調速器電機/泵FESTO過控料位測量的一種;連續指示和極限位置發信號（即越限報警）；料位測量方法：靜壓式，浮力式，電氣式，超聲波式，核輻射式；二、液位測量三、直流電機調速調壓式（PWM)；調功；四、控制方式

液位控制系統按照控制方式的不同分為開環控制、閉環控制，單回路控制、串級控制、比值控制、解耦等多種方式。FESTO過控系統—液位站料位測量的一種;二、液位測量三、直流電機調速調壓式（PWM)五、閉環控制FESTO過控系統—液位站五、閉環控制FESTO過控系統—液位站六、液位控制系統接線圖FESTO過控系統—液位站六、液位控制系統接線圖FESTO過控系統—液位站FESTO過控系統—液位站FESTO過控系統—液位站流量傳感器比例閥電機調速器一、工作原理FESTO過控系統—流量站流量傳感器比例閥電機調速器一、工作原理FESTO過控系統—流二、流量測量

1、原理：

流量測量是檢測有多少物料和能量輸入設備，及有些設備輸出多少物料和能量的重要手段。了解物料傳輸的速率和數量對生產過程的技術分析和經濟核算等是很有必要的。通常把物料傳輸的速率稱為q，以單位時間內通過有壓管路或明渠有效截面的物料表示，即其中和分別是時刻和時相對于起算時刻通過的物料量。FESTO過控系統—流量站二、流量測量1、原理：流量測量是檢測有多少

q是時刻時的流量，也稱為時刻的瞬時流量。當物料用質量表示時，稱流量為“質量流量”,當物料用體積表示時，稱流量為“體積流量”。

()2、流量測量方法

a、容積法如果使流體以固定的﹑已知大小的體積逐次從流量計中排放流出，則計數排放次數，就可以求得通過儀器的流體總量。若測量排放的頻率，即可顯示容積流量。這就是容積法測流量的基本原理。其實例如標準體積管﹑橢圓齒輪流量計和刮板式流量等。

FESTO過控系統—流量站FESTO過控系統—流量站b、流速法當流通截面恒定時，根據一元流動的連續性方程，截面上的平均流速與體積流量成正比。于是各種與流速有關的物理現象便可作為建立流量計的基礎。實例：超聲波流量計﹑節流式流量計﹑動壓測量管﹑漩渦流量計﹑渦輪流量計﹑轉子流量計c、質量法給出質量流量信號的方法有直接式和間接式兩種。直接式質量流量計的原理是：在慣性系統中，按牛頓第二定律測量力和加速度來反映質量。實例：振動式流量計﹑雙渦輪式質量流量計FESTO過控系統—流量站b、流速法FESTO過控系統—流量站渦輪流量計

橢圓齒輪流量傳感器玻璃轉子流量計管道流量計

FESTO過控系統—流量站FESTO過控系統—流量站三、測控元件1、流量傳感器工作電壓5—12VDC；輸出13—1200HZ、5—12V的方波；透明的流體可以在其流動方向上被檢測到，通過測量室安裝的螺旋盤可使流體做圓周運動，并運動到輕質的三相轉子上。轉子的速度和流量成正比，并可通過光電遠紅外系統（二極管、光電晶體管）不帶反饋的檢測出來。集成的放大器可以提供穩定的方波信號，信號的幅值取決于所提供的電壓值（5~12VDC）。由于轉子設計的特殊之處，流體中可能會產生一些不能分解的氣泡，會隨著流體一起流動。FESTO過控系統—流量站三、測控元件FESTO過控系統—流量站任何位置都可安裝流量傳感器。流動的方向由傳感器殼體上的箭頭標示出來。測量設備穩定區域的上下浮動是不必要的。流速的浮動或震動對測量結果不會存在負面影響。在入口端有一個有保護作用的濾波器。注意：在操作時，請觀察所接電壓的極性，終端有顏色標記。工作電壓正極白色負極綠色輸出信號方波信號棕色FESTO過控系統—流量站任何位置都可安裝流量傳感器。流動的方2、比例閥

可方便的控制中性氣體和液體；能用做遠程控制的最終控制元件，或用在閉環控制中；由電磁鐵線圈提高閥活塞的位置，使液體從接點1流動到接點2。工作電壓24VDC；輸入0—10V，或4—20mA、0—20mA；閥的開度與輸入電壓成正比。四、控制方式

流量控制系統按照控制方式的不同分為開環控制、閉環控制，單回路控制、串級控制、比值控制等多種方式。FESTO過控系統—流量站2、比例閥FESTO過控系統—流量站FESTO過控系統—流量站五、流量控制系統接線圖FESTO過控系統—流量站五、流量控制系統接線圖FESTO過控系統—流量站FESTO過控系統—流量站壓力傳感器比例閥電機調速器一、工作原理FESTO過控系統—壓力站壓力傳感器比例閥電機調速器一、工作原理FESTO過控系統—壓二、壓力檢測目前，壓力的檢測主要是通過各種傳感器和變送器來實現的。壓力傳感器是指將壓力信號轉變為電信號的裝置，在應用中一般分為表壓、密封表壓、差壓、絕壓、負壓，因而在壓力傳感器制造上出現了各種技術，如擴散硅技術、陶瓷電容技術、不銹鋼技術、濺射薄膜技術等等。根據不同的技術把壓力傳感器分成了不同的類型：FESTO過控系統—壓力站二、壓力檢測目前，壓力的檢測主要是通過（1）普通壓力傳感器（2）應變式壓力傳感器FESTO過控系統—壓力站（1）普通壓力傳感器（2）應變式壓力傳感器FESTO過控系統（3）濺射薄膜壓力傳感器（4）擴散硅壓力變送器FESTO過控系統—壓力站（3）濺射薄膜壓力傳感器（4）擴散硅壓力變送器FESTO過（5）防爆壓力傳感器/變送器（6）壓力數字表（7）智能壓力變送器FESTO過控系統—壓力站（5）防爆壓力傳感器/變送器（6）壓力數字表（7）智能壓力變三、壓力控制系統接線圖前面板的6個端子FESTO過控系統—壓力站三、壓力控制系統接線圖前面板的6個端子FESTO過控系統—壓FESTO過控系統—壓力站FESTO過控系統—壓力站一、工作原理溫度傳感器加熱棒電機/泵FESTO過控系統—溫度站一、工作原理溫度傳感器加熱棒電機/泵FESTO過控系統—溫度接觸法與非接觸傳感器測溫特性FESTO過控系統—溫度站二、測溫技術接觸法與非接觸傳感器測溫特性FESTO過控系統—溫度站二、測常用溫度計的種類及特性FESTO過控系統—溫度站常用溫度計的種類及特性FESTO過控系統—溫度站常用溫度計的種類及特性FESTO過控系統—溫度站常用溫度計的種類及特性FESTO過控系統—溫度站只要溫度傳感器測得的溫度不等于設定值，就會有偏差e存在，控制器內的PID算法根據e的值算出控制輸出量，進而調節加熱棒開關，使容器中液體溫度發生變化，直到等于給定值，加熱棒才停止加熱。FESTO過控系統—溫度站三、閉環控制只要溫度傳感器測得的溫度不等于設定值，就會有F四、溫度控制系統接線圖FESTO過控系統—溫度站四、溫度控制系統接線圖FESTO過控系統—溫度站FESTO過控系統—溫度站FESTO過控系統—溫度站FESTO過控提高實習液位站流量站壓力站溫度站PLC站液位系統流量系統壓力系統溫度系統PC+板卡PC+板卡PC+板卡PC+板卡Internet上位PC機FESTO過控提高實習液位站流量站壓力站溫度站PLC站液位系

FESTO實驗裝置在實際實驗過程中，存在一定的局限性。如控制算法單一、參數調整受限、控制過程反饋數據不直觀等。針對原有FESTO實驗裝置實驗功能的局限性，在不破壞原實驗裝置功能的基礎上，通過增加少量硬件接口和電纜，將傳感器信號通過PCI板卡引入PC機，PC機控制輸出信號通過PCI板卡輸出到執行器，由PC機替代原Burkert控制器實施控制，使兩套系統共享系統資源，拓寬實驗范圍，增強實訓性。FESTO過控提高實習—目的及意義FESTO實驗裝置在實際實驗過程中，存在一定的局限性FESTO過控提高實習—目的及意義

改造后，學生能夠在原有FESTO實驗學習基礎上，利用PC機控制方式提供的軟、硬件環境，通過PC機運行的組態軟件實現不同控制策略的選取和控制，使學生可以針對實驗對象的特性，驗證相應的控制算法，加深對過程控制系統的了解，拓展了學生的思維。FESTO過控提高實習—目的及意義改造后，學生

要求熟悉使用組態王軟件繪制出的被控對象工藝流程圖，利用VB、ActiveX技術實現新算法，并掌握使用數據采集板卡實現PC和現場設備實時交換數據的過程，達到實時控制的目的，觀察控制效果，驗證算法的可行性。被控對象選取FESTOPCS的四個獨立站。

FESTO過控提高實習—內容要求熟悉使用組態王軟件繪制出的被控對象工藝流程圖，組態軟件是指一些數據采集與過程控制的專用軟件，它們是自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境，使用靈活的組態方式，為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的工具。組態軟件提供了友好的人機交互界面，強大的通訊功能，適合于開發上位機的管理系統。

FESTO過控提高實習—組態軟件組態軟件是指一些數據采集與過程控制的專用軟件，它們是自動控制ActiveX是Microsoft的元素軟件標準。簡單地說，ActiveX技術是一種共享程序數據和功能的技術。ActiveX技術是Microsoft對OLE技術的更新和發展，Microsoft公司為了適應網絡的高速發展把它的OLE技術和OCX技術融為一體并加以改進形成聯合標準，改進之后賦予新名字ActiveX。也就是說，ActiveX中涵蓋了OLE的所有技術和功能，同時又具有許多新的特性，以適應網絡發展的需要。FESTO過控提高實習—ActiveXActiveX是Microsoft的元素軟件標準。簡單地說，ActiveX指的是一組包括控件、DLL和ActiveX文檔的組件，它通常以動態鏈接庫的形式存在，其設計思想是將一個程序（比如Flash動畫）嵌入到另一個程序中（這個程序通常被稱做容器，比如Authorware、Delphi、VB、VC、InternetExplorer等）。借助這種技術使得用戶在一個程序中所創建的信息可以被集成到其它程序所產生的文檔中。這樣就使它（如Flash動畫）可以隨意地應用到各種場合。FESTO過控提高實習—ActiveXActiveX指的是一組包括控件、DLL和ActiveX文檔ActiveX控件的數據輸入和函數功能執行都必須通過容器，因此ActiveX控件和容器之間必須有一些特定的接口協議。ActiveX控件必須具備如下的性能機制：屬性和方法：ActiveX控件必須提供屬性的名稱、方法的名稱及參數，通過這項機制，容器可以存取和改變ActiveX控件的屬性參數。

FESTO過控提高實習—ActiveXActiveX控件的數據輸入和函數功能執行都必須通過容器，因事件：ActiveX控件由這項機制通知容器在ActiveX控件中發生的事件，比如屬性參數的改變，用戶按下鼠標左鍵等。ActiveX控件一旦在Windows的Register數據庫中注冊后,就可以像其他Windows應用程序一樣發揮各自的功能。ActiveX控件是一個模塊化的靈活對象,如果某個應用程序或網頁需要增加一項特殊的功能,無須重寫整個程序,只要靈活地插入一個具有此項功能的ActiveX控件即可實現。FESTO過控提高實習—ActiveX事件：ActiveX控件由這項機制通知容器在ActiveX控ActiveX的優勢還在于它的動態可交互性,用戶可以動態地在過程中使用,通過改變它的屬性和參數,在應用程序中實現自己的特殊要求。如果要使用自己編寫的控件或者使用其他人提供的控件，首先，要在Windows中進行注冊。注冊方法：單擊Windows的開始菜單，選擇運行命令，在打開的對話框中輸入以下命令：regsvr32“ActiveX控件的文件名.ocx”FESTO過控提高實習—ActiveXActiveX的優勢還在于它的動態可交互性,用戶可以動態若要解除某一個ActiveX控件的注冊，則格式如下：regsvr32/u“ActiveX控件的文件名.OCX”

ActiveX控件的開發ActiveX控件的開發可以借助于VB、VC、Delphi等可視化應用程序，算法的實現就通過控件來實現，開發過程見“實驗步驟”。

FESTO過控提高實習—ActiveX若要解除某一個ActiveX控件的注冊，則格式如下：FEST現場傳感器和執行機構輸出和接收的一般都為模擬信號，如超聲波液位傳感器的輸出為4—20mA直流電流，電機調速器的輸入信號為-10V—+10V直流電壓；而PC機的輸入輸出是數字量。所以需要一個中間的轉換環節—數據采集和輸出板卡。

FESTO過控提高實習—數據采集板卡現場傳感器和執行機構輸出和接收的一般都為模擬信號，如超聲波液如北京科日新公司生產基于PCI總線的KPCI811多功能數據采集卡，直接插在IBM-PC/AT或與之兼容計算機內的PCI插槽中。構成實驗室、產品質量檢測中心等各種領域的數據采集、分析和數據處理系統，也可構成工業現場的過程監控系統。

FESTO過控提高實習—數據采集板卡如北京科日新公司生產基于PCI總線的KPCI811多功能數據其性能指標如下所示：模擬信號輸入（A/D）部分模擬通道輸入數：16路單端或8路雙端輸入模擬輸入電壓范圍：±5V、0～＋5V、0～＋10V模擬輸入阻抗：100MΩA/D分辨率：12Bit(4096)非線性誤差：±1LSB(最大)轉換時間：1us系統測量精度：0.1%三種采樣觸發方式：定時觸發、軟件觸發和外觸發高精度采樣周期、窄定時間隔（1/16微秒），寬定時范圍（1us-56us）；

FESTO過控提高實習—數據采集板卡其性能指標如下所示：FESTO過控提高實習—數據采集板卡模擬量輸出(D/A)部分D/A分辨率：12Bit(4096)模擬輸出電壓,電流范圍：±5V、0～＋5V、0～＋10V和4~20mA輸出輸出通道數：2路非線性誤差：±1LSB(最大)建立時間：10μS(0.01%精度)輸出阻抗：0.2Ω具有加電清零功能FESTO過控提高實習—數據采集板卡模擬量輸出(D/A)部分FESTO過控提高實習—數據采集板卡3個獨立的16位計數/定時器，信號與TTL電平兼容GATE計數器的計數使能輸入端內部已接有上拉電阻,以方便使用CLK、OUT輸出端滿足TTL電氣特性。低電平小于0.4V，高電平大于2.6VOUT的最大輸出驅動電流1毫安。開關量輸入輸出部分16路開關量輸入通道輸入電平與TTL兼容、16路輸出開關量輸出通道電平與TTL兼容；輸入TTL電平，吸入電流小于0.5毫安。FIFO存儲器深度：1K~32Kwords，寬度：12Bits，標志：滿、空、半滿

FESTO過控提高實習—數據采集板卡3個獨立的16位計數/定時器，信號與TTL電平兼容FESTO16路單端或8路雙端輸入模擬電壓（±5V、0～＋5V、0～＋10V）；2路模擬輸出電壓、電流（±5V、0～＋5V、0～＋10V和4~20mA）；3個獨立的16位計數/定時器，信號與TTL電平兼容；16路開關量輸入通道輸入電平與TTL兼容；16路輸出開關量輸出通道電平與TTL兼容。FESTO過控提高實習—數據采集板卡16路單端或8路雙端輸入模擬電壓（±5V、0～＋5V、0～＋數據采集板卡的配置及使用板卡的WINDOWS、組態王驅動安裝，測試參考板卡驅動安裝使用說明文檔。組態王下I/O設備的建立。以液位站為例，通過數據采集板卡實現PC和現場的數據實時雙向交換。

FESTO過控提高實習—數據采集板卡數據采集板卡的配置及使用FESTO過控提高實習—數據采集板卡點擊組態王工程瀏覽器中“設備”下“板卡”項中“新建”，彈出如圖所示的“設備配置向導”,在智能模塊找到“科日新”下的“KPIC811”，點擊“下一步”在“邏輯名稱”中添入“kpic811”，“地址”設為“0”，其它使用默認即可。FESTO過控提高實習—數據采集板卡點擊組態王工程瀏覽器中“設備”下“板卡”項中“新建”，彈出然后在“數據庫”中的“數據詞典”中新建“液位PV”，“變量類型”填“I/O實數”，最小值0，最大值300，最小原始值0，最大原始值4095（因為811A/D分辨率：12Bit(4096)）在“連接設備”中選“kpic811”，寄存器“AD0”，“數據類型”選“USHORT”，“讀寫屬性”為“只寫”。同樣，新建“液位OUT”，寄存器“DA0”，“數據類型”選“USHORT”，“讀寫屬性”為“只讀”，其他同上（因為811D/A分辨率：12Bit(4096)）。(結合運行組態工程進行)FESTO過控提高實習—數據采集板卡然后在“數據庫”中的“數據詞典”中新建“液位PV”，“變量類過程控制系統網絡化實習以太網（或FMS)過程控制系統網絡化實習以太網（或FMS)流程控制自動化技術是工業自動控制領域的熱點研究內容。它包括三個層面：位于最底層的是基礎自動化PCS系統，關注與設備相關的自動控制和優化，包括整個生產線的過程控制和單體設備基礎自動化，是整個流程型企業信息化的基礎。中間層是制造執行系統(MES)，進行生產作業的計劃、執行與監控以及生產實時數據的采集和管理。以上兩層面向生產過程控制，強調信息的時效性和準確性。

過程控制系統網絡化實習--目的及意義

流程控制自動化技術是工業自動控制領域的熱點研究內容。它包括三最上層是企業資源計劃（ERP）系統，管理整個企業的內部價值鏈和供應鏈，即銷售、采購、生產、庫存、質量、財務、人力資源等，強調所有這些業務的整合，強調計劃(銷售計劃、生產計劃、采購計劃等)的協調和控制。過程控制系統網絡化實驗以數字化工廠—現代化PCS過程控制系統實踐平臺為依托，實現對位于最底層的基礎自動化系統、中間層制造執行系統(MES)的了解，建立起對現代化工業企業控制系統模式的整體概念。

過程控制系統網絡化實習--目的及意義

最上層是企業資源計劃（ERP）系統，管理整個企業的內部價值鏈過程控制系統網絡化實習--數字化工廠模型過程控制系統網絡化實習--數字化工廠模型過程控制系統網絡化實習--過程控制系統網絡化模型過程控制系統網絡化實習--過程控制系統網絡化模型五代過程控制系統（PCS、ACS、CCS、DCS、FCS）以及現場總線控制系統的歷史發展概貌如圖過程控制系統網絡化實習--過程控制系統發展歷程五代過程控制系統（PCS、ACS、CCS、DCS、FCS）以計算機的微型化和普及推動著數字化、網絡化時代的到來，它們也成為工業控制應用領域進一步發展的主流。現場總線是實現自動化控制系統現場設備或儀表之間互連的通信網絡；當然，系統中各個節點上的儀表也都應當是數字化、智能型的設備。由此產生了新一代的控制系統——現場總線控制系統(FCS(FieldbusControlSystem))，它是現場通信網絡與控制系統的集成。

過程控制系統網絡化實習--現場總線控制系統(FCS）計算機的微型化和普及推動著數字化、網絡化時代的到來，它們也成現場總線（1）應用在生產現場，在微機化測量控制設備之間實現雙向串行節點數字通信的系統。也可稱為開放式、數字、多點通信的底層控制網絡。（2）現場總線控制系統：是一個開放的通信網絡，又是一種全分布控制系統。是連接智能設備的紐帶，實現基本控制，補償計算、參數修改、報警、顯示、監控優化及控管一體化的綜合自動化功能。

過程控制系統網絡化實習--現場總線現場總線過程控制系統網絡化實習--現場總線（3）2000年宣布的國際標準中，將下列6種總線列入國際標準；形成多種總線共同競爭的局面。

PROFIBUSINTERBUS-SDERICENET(基于CAN)FOUNDATIONFILDBUSHICONTROLNETCANOPEN(基于CAN)過程控制系統網絡化實習--現場總線（3）2000年宣布的國際標準中，將下列6種總線列入國際標準FCS除了它的數字化、節點智能化、開發式、互換性能好、布線簡單的特征外，其最大優點表現在既可以把系統對各節點的控制功能和權利充分下放給節點本身的微處理器，必要時又可以由監控中心的虛擬控制平臺實施集中控制，同時它又可以使得各節點之間直接通信。由此，可以想象在一個復雜、實時性很強、節點之間相互緊密關聯的自控系統中，FCS的優勢最為明顯。過程控制系統網絡化實習--FCS的網絡特點FCS除了它的數字化、節點智能化、開發式、互換性能好、布線簡

是一種高速確定性網絡，用于對時間有苛刻要求的應用場合的信息傳輸。他為對等通信提供實時控制和報文傳送服務。他作為控制器和I/O設備之間的一條高速鏈路，綜合了現有各種網絡的能力。其特點是：①對同一鏈路上I/O實時互鎖。對等報文傳送和編程操作時均具有相同的帶寬。②對于離散和連續過程控制應用場合，均具有確定性和可重復性。

過程控制系統網絡化實習–控制網網絡過程控制系統網絡化實習–控制網網絡CAN(ControllerAreaNetwork)總線，又稱控制器局域網，是Bosch公司在現代汽車技術中領先推出的一種多主機局部網，由于其卓越的性能，極高的可靠性，獨特靈活的設計和低廉的價格，現已廣泛應用于工業現場控制、智能大廈、小區安防、交通工具、醫療儀器、環境監控等眾多領域。CAN已被公認為幾種最有前途的現場總線之一。CAN總線規范已被ISO國際標準組織制訂為國際標準，CAN協議也是建立在國際標準組織的開放系統互連參考模型基礎上的，主要工作在數據鏈路層和物理層。用戶可在其基礎上開發適合系統實際需要的應用層通信協議，由于CAN總線極高的可靠性，從而使應用層通信協議得以大大簡化。

過程控制系統網絡化實習–CAN總線CAN(ControllerAreaNetwork)總過程控制系統網絡化實習–CAN總線過程控制系統網絡化實習–CAN總線過程控制系統網絡化實習–CAN總線過程控制系統網絡化實習–CAN總線過程控制系統網絡化實習–CAN總線過程控制系統網絡化實習–CAN總線過程控制系統網絡化實習–CAN總線特點（1）CAN是目前為止惟一有國際標準的現場總線；（2）CAN為多主方式工作，網絡上任一節點均可在任意時刻主動地向網絡上其他節點發送信息，而不分主從；（3）在報文標識符上，CAN上的節點分成不同的優先級，可滿足不同的實時要求；（4）CAN采用非破壞總線仲裁技術；（5）CAN節點只需要通過對報文的標識符濾波即可以實現點對點、一點對多點及全局廣播等方式傳送接收數據；（6）CAN的直接通信距離最遠可達10Km（速率5kbps以下）；通信速率最高可達1Mbps（此時通信距離最長為40m）；

過程控制系統網絡化實習–CAN總線特點（1）CAN是目前過程控制系統網絡化實習–CAN總線特點（7）CAN上的節點數主要取決于總線驅動電路，目前可達110個；（8）報文采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，保證了數據出錯率極低；（9）CAN的每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果；（10）硬件化底層協議（物理層和數據鏈路層）（11）CAN的通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活；（12）CAN節點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關閉輸出功能，以使總線上其他節點的操作不受影響；（13）CAN總線具有較高的性價比。

過程控制系統網絡化實習–CAN總線特點（7）CAN上的節點過程控制系統網絡化實習–CAN總線結構與組成

CAN通訊協議主要描述設備之間的信息傳遞方式。CAN層的定義與開放系統互連模型OSI一致。CAN的規范定義了模型的最下面兩層：數據鏈路層和物理層，其中數據鏈路層又劃分為邏輯鏈路控制子層（LLC）和媒體訪問控制子層（MAC），應用層協議可以由CAN用戶定義成適合特別工業領域的任何方案，如已在工業控制和制造業領域得到廣泛應用的協議標準DeviceNet，以及在汽車工業中被大量使用的CANOpen協議等。具體分層結構如圖所示。

過程控制系統網絡化實習–CAN總線結構與組成CAN通訊協過程控制系統網絡化實習–CAN總線結構與組成

過程控制系統網絡化實習–CAN總線結構與組成為了滿足現代控制系統既要集中管理又要分散實時控制的要求，CAN現場總線數據采集與控制系統總體結構如圖所示，主要由上位機監控站和若干個現場CAN智能測控節點構成，通過相應的網關還可與其他類型網絡進行通信。

過程控制系統網絡化實習–CAN總線網絡結構傳輸機構執行機構檢測機構CANBUS上位機其他網絡CAN控制器CAN控制器CAN控制器網關為了滿足現代控制系統既要集中管理又要分散實時控制的要求，CACAN總線上的節點是網絡上的信息接收和發送站，智能節點能通過編程設置工作方式、ID地址、波特率等參數。它主要由單片機和可編程的CAN通信控制器組成，具體結構如圖所示。過程控制系統網絡化實習–CAN總線節點結構CAN總線上的節點是網絡上的信息接收和發送站，智能節點能通詳見：CAN總線實驗平臺實驗手冊V1.0過程控制系統網絡化實驗-CAN實驗指導書過程控制系統網絡化實習–IXXAT系列CAN總線通訊/測試模塊

詳見：CAN總線實驗平臺實驗手冊V1.0過程控制系統網絡化過程控制系統網絡化實習–CAN總線傳輸一、CAN總線的位數值表示二、CAN總線的通信距離過程控制系統網絡化實習–CAN總線傳輸一、CAN總線的位數過程控制系統網絡化實習–CAN總線傳輸三、CAN報文的幀結構

過程控制系統網絡化實習–CAN總線傳輸三、CAN報文的幀結①SOF：所有站都必須同步于首先開始發送的那個站的幀起始前沿②仲裁場

遠程請求：RTR=顯性數據幀；=隱性遠程幀幀格式：IDE=顯性標準幀；=隱性擴展幀替代遠程請求：SRR擴展幀=隱性③控制場：④數據場：由0-8字節數據組成

⑤CRC場：1位隱性位界定，8位CRC⑥

應答場ACR2位：應答間隙=2隱性（發送器發出） 1顯性（接收器回應）

應答界定符=1隱性⑦幀結束：由7個隱性位組成

過程控制系統網絡化實習–CAN總線傳輸①SOF：所有站都必須同步于首先開始發送的那個站的幀起始前沿⑴數據幀⑵遠程幀：用來請求總線上遠程節點發送自己想要接收的某種數據，無數據域且RTR=1，其余同數據幀⑶錯誤幀：兩個場組成，第一場由來自各站的錯誤標志疊加，第二場為出錯界定符。報文傳輸過程中任何一個節點出錯，即于下一位開始發送出錯幀，通知發送端停止發送。⑷超載幀：超載條件①要求延遲發送（最多兩次）②在間歇場檢測到顯性位活動⑸幀間空間

①無錯②有錯認可過程控制系統網絡化實習–CAN總線傳輸錯誤標志：6個連續顯性位認可錯誤標志：6個隱性位⑴數據幀過程控制系統網絡化實習–CAN總線傳輸錯誤標志：1、

曼徹斯特波形的跳變有幾層含義？2、

物理層的主要功能是什么？3、

終端器的作用是什么？4、數據鏈路層的主要功能是什么？

（操作演示）過程控制系統網絡化實習–CAN總線思考題1、

曼徹斯特波形的跳變有幾層含義？過程控制系統網絡化實過程控制系統網絡化實習–PROFIBUS過程控制系統網絡化實習–PROFIBUSPROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術。可實現現場設備層到車間級監控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案。PROFIBUS是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產商的現場總線標準。廣泛適用于制造業自動化、流程工業自動化和樓宇、交通、電力等其他領域自動化。(2)PROFIBUS由三個兼容部分組成：PROFIBUS-DP（DecentralizedPeriphery分布式外圍設備）PROFIBUS-PA(ProcessAutomation過程自動化)PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification現場總線報文規范)

過程控制系統網絡化實習–PROFIBUSPROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監控和現過程控制系統網絡化實習–PROFIBUS簇

過程控制系統網絡化實習–PROFIBUS簇PROFIBUSPA適用于過程自動化控制模式。PA將自動化系統和過程控制系統與壓力、液位、溫度、流量傳感器等現場設備連接起來，用來代替4~20mA的模擬信號。從而提高了控制系統的靈活性、可靠性。低功耗的現場設備（如溫度傳感器）由兩線制總線供電，數字信號也在同一條總線上傳輸。傳感器/執行器安裝在生產現場，而耦合器和控制器則安裝在控制室內，IEC61158-2指出儀表總線上最多能連接32臺現場設備，但由于現場系統不能滿足理想條件，實際應用中可以連接28臺設備。過程控制系統網絡化實習–PROFIBUS基本特性

PROFIBUSPA適用于過程自動化控制模式。PA將自PROFIBUSDP用于自動化系統中單元級控制設備與分布式I/O的通信，可以取代4~20mA模擬信號的傳輸。通信時采用ISO/OSI參考模型的物理層作為第一層，通信介質可以由電、光、紅外以及混合等多種方式，傳輸速率為9.6K~12Mbit/，每個DP從站的輸入數據和輸出數據的最大值為244B，使用屏蔽雙絞線電纜時最長通信距離為9.6km，使用光纜時最長通信距離為90km，最多可連接127個從站。

PROFIBUSDP設備主要分為以下三類：1、一類DP主站（DPM1）是系統的中央處理器，DPM1在預定的周期內與分布式的從站循環地交換信息，并對總線通信進行控制與管理。過程控制系統網絡化實習–PROFIBUS基本特性

PROFIBUSDP用于自動化系統中單元級控制設備與分2、二類主站（DPM2）是DP網絡中的編程、診斷和管理設備。DPM2除了具有一類主站的功能外，在與一類主站進行數據通信的同時，可以讀取DP從站的輸入/輸出數據和當前的組態數據，可以給DP從站分配新的總線地址。3、DP從站是進行輸入信息采集和輸出信息發送的外圍設備，它只與組態它的DP主站交換用戶數據，可以向該主站報告本地診斷中斷和過程中斷。過程控制系統網絡化實習–PROFIBUS基本特性

2、二類主站（DPM2）是DP網絡中的編程、診斷和管理設PROFIBUS-FMS用于車間級監控網絡，是一個令牌結構、實時多主網絡。主要用于系統級和車間級的不同供應商的自動化系統之間傳輸數據，處理單元級（PLC和PC）的多主站數據通信，為解決復雜的通信任務提供了很大的靈活性，但通信的實時性要求低于現場層。過程控制系統網絡化實習–PROFIBUS基本特性

PROFIBUS-FMS用于車間級監控網絡，是一個令牌結PROFIBUS提供了三種數據傳輸類型：·用于DP和FMS的RS485傳輸（采用的電纜是屏蔽雙絞銅線）過程控制系統網絡化實習–PROFIBUS傳輸技術PROFIBUS提供了三種數據傳輸類型：過程控制系統網絡化實過程控制系統網絡化實習–PROFIBUS傳輸技術用于PA的IEC1158-2傳輸

過程控制系統網絡化實習–PROFIBUS傳輸技術用于PA的I

·光纖傳輸技術(1)PROFIBUS系統在電磁干擾很大的環境下應用時，可使用光纖導體，以增加高速傳輸的距離。

(2)可使用兩種光纖導體，一是價格低廉的塑料纖維導體，供距離小于50米情況下使用。另一種是玻璃纖維導體，供距離大于1公里情況下使用。

(3)許多廠商提供專用總線插頭可將RS-485信號轉換成光纖導體信號或將光纖導體信號轉換成RS-485信號。過程控制系統網絡化實習–PROFIBUS傳輸技術·光纖傳輸技術過程控制系統網絡化實習–PROFIBUS傳輸過程控制系統網絡化實習–PROFIBUS總線存取協議過程控制系統網絡化實習–PROFIBUS總線存取協議(1)三種PROFIBUS（DP、FMS、PA）均使用一致的總線存取協議。該協議是通過OSI參考模型第二層（數據鏈路層）來實現的。它包括了保證數據可靠性技術及傳輸協議和報文處理。(2)在PROFIBUS中，第二層稱之為現場總線數據鏈路層（FieldbusDataLink—FDL）。介質存取控制（MediumAccessControl—MAC）具體控制數據傳輸的程序，MAC必須確保在任何一個時刻只有一個站點發送數據。(3）PROFIBUS協議的設計要滿足介質存取控制的兩個基本要求：

·在復雜的自動化系統（主站）間的通信，必須保證在確切限定的時間間隔中，任何一個站點要有足夠的時間來完成通信任務。

過程控制系統網絡化實習–PROFIBUS總線存取協議(1)三種PROFIBUS（DP、FMS、PA）均使用一致

·在復雜的程序控制器和簡單的I/O設備（從站）間通信，應盡可能快速又簡單地完成數據的實時傳輸。

因此，PROFIBUS總線存取協議，主站之間采用令牌傳送方式，主站與從站之間采用主從方式。(4)令牌傳遞程序保證每個主站在一個確切規定的時間內得到總線存取權（令牌）。在PROFIBUS中，令牌傳遞僅在各主站之間進行，海明距離

HD=4。(5)主站得到總線存取令牌時可與從站通信。每個主站均可向從站發送或讀取信息。因此，可能有以下三種系統配置：

·純主—從系統

·純主—主系統

·混合系統

過程控制系統網絡化實習–PROFIBUS總線存取協議·在復雜的程序控制器和簡單的I/O設備（從站）間通信，應(6)如圖是一個由3個主站、7個從站構成的PROFIBUS系統。3個主站之間構成令牌邏輯環。當某主站得到令牌報文后，該主站可在一定時間內執行主站工作。在這段時間內，它可依照主—從通訊關系表與所有從站通信，也可依照主—主通訊關系表與所有主站通信。過程控制系統網絡化實習–PROFIBUS總線存取協議(6)如圖是一個由3個主站、7個從站構成的PROFIBUS(7)在總線系統初建時，主站介質存取控制MAC的任務是制定總線上的站點分配并建立邏輯環。在總線運行期間，斷電或損壞的主站必須從環中排除，新上電的主站必須加入邏輯環。

(8)第二層的另一重要工作任務是保證數據的可靠性。PROFIBUS第二層的數據結構格式可保證數據的高度完整性。

(9)PROFIBUS第二層按照非連接的模式操作，除提供點對點邏輯數據傳輸外，還提供多點通信，其中包括廣播及有選擇廣播功能。

過程控制系統網絡化實習–PROFIBUS總線存取協議(7)在總線系統初建時，主站介質存取控制MAC的任務是制定Profibus現場總線FMS通信方式過程控制系統網絡化實習–FESTO各從站進行FMS方式

Profibus現場總線FMS通信方式過程控制系統網絡化實習1、利用WinCC組態軟件對FESTO過程控制系統各從站進行FMS方式配置的步驟。2、利用WinCC組態軟件、STEP7配置各從站進行組態的步驟。

（操作演示）過程控制系統網絡化實習–PROFIBUS總線思考題1、利用WinCC組態軟件對FESTO過程控制系統各從站進

隨著計算機控制、通信、網絡技術的發展，以太網技術在工業控制中的應用成為當前控制領域的研究熱點。以太網存在通信不確定性，不能滿足實時性要求，成為應用于工業現場設備層網絡的主要障礙。EPA是EthernetforPlantAutomation的縮寫，它基于以太網(IEEE802.3)和無線局域網(IEEE802.11)、藍牙(IEEE802.15)等信息網絡COTS(CommercialOfTheShelf)通信技術以及TCP(UDP)AP協議，是一種適用于工業自動化控制系統裝置與儀器儀表間、工業自動化儀器儀表間數據通信的工業控制網絡技術。過程控制系統網絡化實習–EPA總線特點隨著計算機控制、通信、網絡技術的發展，以EPA標準是我國第一部工業以太網標準。通過分析現場設備層信息的實時性要求，提出了EPA系統應用于工業現場設備層的實時通信解決方案。在研究EPA所定義的系統管理、網絡拓撲結構、通信模型、時鐘同步和應用層服務等功能基礎上，重點分析EPA系統的實時特性，討論EPA實時通信調度方法。進一步研究在網絡節點數、交換機級聯級數和帶寬確定情況下，設備遞交時間，時鐘同步精度，網絡吞吐量，非實時通信帶寬和實時通信帶寬等實時性能指標的測試目的、測試方法和測試評判，以及實時性能指標間的相互影響和綜合指標集的測試方法。過程控制系統網絡化實習–EPA總線特點EPA標準是我國第一部工業以太網標現場總線的出現給工業自動化帶來一場深層次的革命，但多種現場總線互不兼容，不同公司的控制器之間不能相互實現高速的實時數據傳輸，信息網絡存在協議上的鴻溝導致出現“自動化孤島”等，這一些不足之處阻礙了現場總線的進一步發展。隨著控制、計算機、通信、網絡技術的發展，以太網以其成熟的技術、開放和統一的標準、廣泛的應用和高傳輸速率等優勢，彌補了現場總線的缺陷。工業以太網作為一種新興、統一、快速發展的標準，滿足了工業網絡在開放性、互聯性、帶寬方面提出的高要求，因此，從信息集成的角度出發，要達到“管控一體化”的最佳狀態，現場總線與以太網相結合將會是最佳的方案，也是現場總線未來發展的方向。這一結合，為工業控制網絡產生了新的活力，勢必將推動工業控制領域的又一次變革和發展。過程控制系統網絡化實習–EPA總線特點現場總線的出現給工業自動化帶來一場深層次的革命，但多種現場總EPA網絡拓撲結構如圖所示，它由兩個網段組成：監控級L2網段和現場設備級L1網段。現場設備級L1網段用于工業生產現場的各種現場設備（如變送器、執行機構、分析儀器等）之間以及現場設備與L2網段的連接；監控級L2網段主要用于控制室監控設備、裝置以及人機接口之間的連接。過程控制系統網絡化實習–EPA網絡拓撲結構EPA網絡拓撲結構如圖所示，它由兩個網段組成：監控級L2網段過程控制系統網絡化實習–EPA網絡拓撲結構過程控制系統網絡化實習–EPA網絡拓撲結構每個EPA設備的功能由至少一個功能塊實例、EPA應用訪問實體、EPA系統管理實體、EPA套接字映射實體、EPA鏈接對象、通信調度管理實體以及UDP/IP協議等幾個部分組成。當某個EPA設備的用戶層功能塊生成一個數據后，把數據傳遞給EPA應用層實體。EPA應用層實體接受到數據后，通知EPA套接字映射實體把報文向下傳遞，經過UDP和IP打包后，把數據暫時存在處于數據鏈路層的通信調度管理實體(CSME)。通信調度管理實體(CSME)按照調度規則，把數據發送到以太網上。過程控制系統網絡化實習–EPA通信過程每個EPA設備的功能由至少一個功能塊實例、EPA應用訪問實體處于以太網另一端的設備在接收到該報文后，首先通過通信調度管理實體，判斷是否為給CSME的報文，不是就繼續向上送。IP和UDP在經過校驗和解包后，把數據通過套接字映射實體傳遞給EPA應用層，EPA應用層通過查找鏈接關系找到相應功能塊實例后便把數據發送給相應功能塊實例進行處理。過程控制系統網絡化實習–EPA通信過程處于以太網另一端的設備在接收到該報文后，首先通過通信調度管理過程控制系統網絡化實習–EPA通信過程過程控制系統網絡化實習–EPA通信過程網橋：EPA網橋是一個微網段與其他微網段或者與監控級L2網段連接的設備。一個EPA網橋至少有兩個通信接口，分別連接兩個微網段。EPA網橋是可以組態的設備，具有以下功能：①通信隔離一個EPA網橋必須將其所連接的本地所有通信流量限制在其所在的微網段內，而不占用其他微網段的通信帶寬資源。這里所指的通信流量包括以廣播、一點對多點傳輸的組播以及點對點傳輸的單播等所有類型的通信報文所占的帶寬資源。過程控制系統網絡化實習–EPA基本設備網橋網橋：EPA網橋是一個微網段與其他微網段或者與監控級L2網段②報文轉發與控制一個EPA網橋還必須對分別連接在兩個不同微網段、或一個微網段與監控級L2網段的設備之間互相通信的報文進行轉發與控制。即連接在一個微網段的EPA設備與連接在其他微網段或L2網段的EPA設備進行通信時，其通信報文由EPA網橋負責控制轉發。一般推薦每個L1微網段使用一個EPA網橋。但在系統規模不大，整個系統為一個微網段時，可以不使用EPA網橋。過程控制系統網絡化實習–EPA基本設備網橋②報文轉發與控制過程控制系統網絡化實習–EPA基本設備網橋主控制器：EPA現場控制器是一個特殊的現場設備，完成現場控制層的大部分控制功能，并且能夠參與到現場控制層的調度中，其同其他設備一樣完成所有的EPA協議相關的同步，調度，設備管理和服務。過程控制系統網絡化實習–EPA基本設備主控制器主控制器：EPA現場控制器是一個特殊的現場設備，完成現場控信號采集基本設備：是EPA現場設備的組成部分，主要完成現場信號的測量和采集，并通過EPA通信棧發送給監控層。以下是各類現場卡件的具體介紹。VC（標準信號輸入卡）：根據組態對外接信號點（電流或電壓）進行采樣，并對原始所得的數據進行轉換(標定等)得到所需要的數據后發送到EPA協議棧。過程控制系統網絡化實習–EPA基本設備信號采集信號采集基本設備：是EPA現場設備的組成部分，主要完成現場信DI（4點開關量信號輸入卡）：EPA系統中的DI模塊是四點的開關量輸入模塊，能夠快速響應干觸點信號和電平信號的輸入，實現數字量信號的準確采集，模塊具有信號通道的自檢功能。信號通道統一隔離，進行了電磁兼容性的設計，具有脈沖群抑制和浪涌的吸收保護功能。DO（4點開關量信號輸出卡）： 根據組態及從EPA協議棧收到的輸出狀態要求的數據，將控制命令轉換成開關量信號的輸出，并完成DO卡4路通道的自檢，將自檢結果等寫入發送緩沖區。過程控制系統網絡化實習–EPA基本設備信號采集DI（4點開關量信號輸入卡）：EPA系統中的DI模塊是四點的DA（單點模擬信號輸出卡）：根據組態及主控制器下發來的數據，輸出相應的模擬信號，并對設備和輸出信號進行自檢，并將自檢的結果，發送到EPA協議棧，拱上位機對設備進行診斷使用。TC（單點熱電偶信號輸入卡）：根據組態對外接信號點（主要為溫度）進行采樣，主要通過一次采集－100mv～+100mv的電壓值，并對原始所得的數據進行轉換(標定等)得到所需要的數據后發送到EPA協議棧。RTD（單點熱電阻信號輸入卡）根據組態對外接電阻信號點進行采樣，并對原始所得的數據進行轉換(標定等)得到所需要的數據后發送到EPA協議棧。過程控制系統網絡化實習–EPA基本設備信號采集DA（單點模擬信號輸出卡）：根據組態及主控制器下發來的數據，EPA智能儀表：符合EPA協議的智能儀表，是完整的EPA現場總線解決方案中必不可少的構成部分。組成支持EPA現場總線協議的智能變送器，在全數字通信基礎上實現對現場信號的實時測量與傳輸。其軟件部分采用此項目仿真平臺作為底層，用戶層則使用具體儀表各自采樣程序實現。過程控制系統網絡化實習–EPA基本設備智能儀表EPA智能儀表：符合EPA協議的智能儀表，是完整的EPA現場在以太網通信過程中，其報文競爭機制CSMA/CD難以保證信息的確定性和實時性，為了解決這個問題，我們在OSI七層中的數據鏈路層和網絡層之間增加了一個調度管理機制——CSME。CSME全稱為CommunicationScheduleManagementEntity,即通信調度管理實體，主要完成對數據報文的調度管理，實現確定性通信。過程控制系統網絡化實習–EPA分時確定性調度機制在以太網通信過程中，其報文競爭機制CSMA/CD難以保證信息在具體實現上，CSME定義了一個通信宏周期，并將其分為周期數據發送時間和非周期數據發送時間。在周期數據發送時間，各個設備根據時間組態有秩序地發送周期數據，并在周期數據發送完畢之后發送非周期數據聲明報文。在非周期數據發送時間，各個設備則是根據優先級的調度按優先級的高低發送數據。并在數據發送完畢后發送非周期數據結束聲明報文。如圖所示。過程控制系統網絡化實習–EPA分時確定性調度機制在具體實現上，CSME定義了一個通信宏周期，并將其分為周期數過程控制系統網絡化實習–EPA分時確定性調度機制D6D5D4D3D2D1時間通信宏周期T周期報文發送階段Tp非周期報文發送階段Tn周期報文非周期數據聲明報文非周期報文非周期數據發送結束聲明報文過程控制系統網絡化實習–EPA分時確定性調度機制D6D5D周期數據是指與過程有關的數據，如需要按控制回路的控制周期傳輸的測量值、控制值，或功能塊輸入、輸出之間需要按周期更新的數據。周期報文的發送優先級應為最高。在非周期報文傳輸階段Tn，每個EPA設備向網絡上發送的報文是包含非周期數據的報文。非周期數據是指用于以非周期方式在兩個通信伙伴間傳輸的數據，如程序的上下載數據、變量讀寫數據、事件通知、趨勢報告等數據，以及諸如ARP、RARP、HTTP、FTP、TFTP、ICMP、IGMP等應用數據。非周期報文按其優先級高低、IP地址大小及時間有效方式發送。過程控制系統網絡化實習–EPA分時確定性調度機制周期數據是指與過程有關的數據，如需要按控制回路的控制周期傳輸IEEE1588標準定義了一個協議，這個協議能夠在度量和控制系統中實現精確的時鐘同步，協議在諸如網絡通信、局部計算等技術中已得到實施。這個協議也適用于通過支持多點傳送信息的局域網通信的系統，并不只限于以太網中。協議能夠使異種系統實現同步，盡管這些系統包括各種各樣不同的內在的精確時鐘、穩定性。協議支持系統范圍的時鐘同步，這種同步能在小網絡到本地時鐘計算資源范圍內實現亞微秒的精確同步。 它通過PTP協議通過計算本地時鐘和網絡上主時鐘的偏差來不斷調整本地時鐘，保證本地時鐘和網絡時鐘的同步。過程控制系統網絡化實習–EPA時間同步機制IEEE1588標準定義了一個協議，這個協議能夠在度量和控UDP是一個簡單的面向數據報的運輸層協議：進程的每個輸出操作都正好產生一個UDP數據報，并組裝成一份待發送的IP數據報。 UDP不提供可靠性，它把應用程序傳給IP層的數據發送出去，但是并不保證它們能到達目的地。 UDP首部的各字段：源端口號+目的端口號+UDP包長度+校驗和（各2字節，共8字節）。端口號表示發送進程和接收進程。UDP長度字段指的是UDP首部和UDP數據的字節長度。UDP檢驗和覆蓋UDP首部和UDP數據，UDP的檢驗和是可選的。

在本EPA系統中，網絡中傳輸的是UDP報文。因此，我們的一切對數據的操作，都是基于UDP層之上。通過UDP解包后，再判斷是否屬于CSME或EPA應用層的報文。過程控制系統網絡化實習–UDP/IP介紹UDP是一個簡單的面向數據報的運輸層協議：進程的每個輸出操作EPA通訊協議報文分為EPA應用訪問實體和EPA管理訪問實體，所有報文遵照EPA報文格式，使用UDP端口號為0x88bc，報文類型包括請求報文和相應的正響應和負響應，以及不必須回應的聲明類報文。⑴、系統管理服務類①設備聲明報文（無證實）EM_DeviceAnnunciation服務是一條無證實的服務。EPA設備以15s為周期，周期性的發送此服務請求，通知組態應用其在網絡上的存在。多數情況下，這條服務是以廣播的形式發送的。測試方法：填寫將要收到的聲明報文，并等待30s，收到則測試通過。過程控制系統網絡化實習–EPA服務系統管理EPA通訊協議報文分為EPA應用訪問實體和EPA管理訪問實體②設備查詢服務（無證實）EM_FindTagQuery服務是一條無證實的服務。該