自动化专业英语(翻译)P5U1教学课件
英国野鸡大学-六年级信息技术教案
自动化专业英语(翻译)P5U1教学课件.txtゅ你不用一上线看见莪在线，就急着隐身，放
心。
莪不会去缠你。说好的不离不弃 现在反而自己却做不到╮
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July 28, 2007
自动化专业英语教程
教学课件
Email : wanghongwen@ http:
P5U1A
Automation Networking Application Areas
第五部分第一单元课文 A
自动化网络的应用领域
A
自动化网络的应用领域
1.课文内容简介:这篇文章是对《工业现场总线》,
《网络控制技术》的一种补充.主要
讲述如何根据不同
的控制要求选用不同的网络结构和通讯协议,较详细地
介绍了在工厂自
动化,过程自动化中常用的总线协议,
并对现场级,主站级的网络结构和通讯协议,均一化的
网络体系结构作了说明.
2.温习有关现场总线,自动化网络方面的内容. 3. 生词与短语
building
automation 楼宇自动化 harsh adj. 苛刻的 modulating n. 调制
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Automation Networking
Application Areas
第五部分第一单元课文 A
自动化网络的应用领域
calibration n. 校准,标度
commissioning n. 试车,试运转 hierarchy v. 层次,级别
marshaled n. 整顿,配置 superimposed adj. 有层次的
moderate adj. 缓和的 fault
tolerant 容错
transparency n. 透明 ongoing v. 使机械化
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Automation Networking Application Areas
第五部分第一单元课文A 第五部分第一单元课文
自动化网络的应用领域
4. 难句翻译
[1] For example, factory
automation and process automation are often used
in harsh
and hazardous environments where
people, nature, and expensive machinery are at
stake
or where a production interruption is
costly. These requirements contrast
significantly with building automation, for
example, where keeping costs low is a
main
driving force. 举例而言,工厂自动化与过程自动化通常应用在苛刻和危险
的场合.
而在这些场合,人员,环境及昂贵的机器设备处于危险
之中,或者生产的中断会造成巨大损失.
这些需求同追逐低成本 的楼宇自动化相比,有明显的差异.
[2] The network types ideal for
simple
discrete IO focus on low overhead and small data
packets, but they are
unsuitable for larger
messages like configuration download and the like.
对简单的
离散IO较为理想的网络类型注重低开销及小的数据
包,但它们不适用于组态下载等较大的
报文.
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Automation Networking Application Areas
第五部分第一单元课文A 第五部分第一单元课文
自动化网络的应用领域
5. 参考译文
A 自动化网络的应用领域
网络已应用于自动化的所有领域.在工厂自动化,过程自
动化及楼宇自动化的领域内,网
络完成各种各样的任务.而且,
由于不同的工业领域具有各自的特性和各种不同的要求,不同
自
动化网络所执行的任务也有明显的差异.此外,网络中设备的连 接,组态及数据的交换也
不同.
没有一种单一的总线能适用于所有工业控制;相反,每种总
线总是针对其所运用领域
的特点而优化的.举例而言,工厂自动
化与过程自动化通常应用在苛刻的和危险的场合.而在
这些场合,
人员,环境及昂贵的机器设备处于危险之中,或者生产的中断会
造成巨大损失.这
些需求同追逐低成本的楼宇自动化相比,有明 显的差异.
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自动化网络的应用领域
工厂自动化
在具有装配线的制造业类工厂中,如汽车,灌装与机械工业, 离散逻辑控制
处于主导地位,而传感器所
感受到的将只是是或否例如,是否有一个箱子处于流程机器
的前方.对简单
的离散IO较为理想的网络类型注重低开销及小的数据包,但它
们不适用于
组态下载(Configuration download)等较大的报文.这
些类型的网络有
Seriplex,Interbus-S及AS—I(AS—Interfa-
ce), 有时将它们称为传感器总线或比特(bit)
级总线.其他更为先进的 (bit)
离散逻辑协议则包括DeviceNet ,ControlNet ,及 PROFIBUS
(DP及FMS应用行规).这些总线有时被归类于设备
总线或字节(byte)级总线.工厂自动化含
有快速移动的机械,因
此同较慢的过程相比要有更快的响应.这些任务在传统上是由 PLC来
处理的. 过程自动化
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Automation Networking
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自动化网络的应用领域
对炼油,造纸,电力以及化工等过程对象而言
,连续的调节 性控制占支配地位.测量是模
拟的(此处意味着标量值是以数字
信号传送的),而执行则是调节性的.当然,过程工业也采用
一
些离散控制,而以离散为主的制造业也采用一些调节性控制.现
在,市场上已经存在现场
总线开关,它是用作通断传感器的小
型远程安装的IO模块.以前,是由集散控制系统(DCS)
或单回路 调节器完成这种工作.
本文将重点讨论三种与过程相关的网络:基金会现场总线
(FF),PROFIBUS
(PA应用行规)与HART.这些总线目前一般都
被笼统地称为现场总线,尽管有
些人会有争议,说其中有的不属
于现场总线.这三种协议在设计时已明确了现场仪表由总线
供电,
也规定了现场仪表应具备所定义的参数与指令用于设备管理,如
识别,诊断,材质及用
于校验及调试的功能.就规模而论,一般
认为,工业自动化网络所组成的局域网(LAN)跨越不
大于直径为
1km或2km的区域,而且一般限制在一幢建筑物或一群建筑物内.
显然,只能延伸
几米的网络是不够用的,而跨越城市或甚至全球 的网络则过大了.
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自动化网络的应用领域
现场与主站网络的层次
即使在过程工业的控制系统中,其体系结构的每一层次也都
具
有不同的网络特性.在现场端的许多仪表如变送器与阀门定位
器有其特定的需求,而在主站
级的工作站,链接设备与控制器则 有其它的需求(见图5-1A-1).
当现场总线开始发展时,
过程工业对现场级网络 提出了大量其他网络不 曾遇到的要求.因此.
需要考虑许多新的设
计 思路.在上层,所有来 自现场级网络的数据都 需要被集中到单一的主
站级网络中.
H ost lev el L inking D ev ice
F ield level
C onventio nal IO -subsystem
图 5-1A-1 双层自动化网络结构
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自动化网络的应用领域
同时,主站级网络还需执行所有与工厂自动化相关的任务. 现场级
在现场级,对于过程
仪表占主导地位的协议有HART,基金
会现场总线(FF)的H1及PROFIBUS 协议与其他
两个
协议有很大的不同.HART是所谓的智能(smart)协议,它是将数
字通信叠加在常规的4
—20mA的信号上而产生的组合.正因如此,
HART协议是从模拟向数字过渡过程中的一种理想
的中间解决方
案.HART与现有的模拟记录仪,控制器与指示仪兼容,而同时
它又使用数字通
信,使远程组态和诊断成为可能.尽管HA-RT协
议允许数台设备多挂接在一根双绞线上,但由
于数据更新速度低
(一般为每台设备0.5s),所以不经常使用这种连接方式.在绝大
多数的
系统中,HART设备采用点到点的连接方式,也就是每台
设备各用一根双绞线.同时,为了组态
及维护,可经常
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自动化网络的应用领域
地临时接上手持终端.基金会现场总线的H1与PROFIB-BUS PA
都完全是数字化的协议,
甚至都遵循IEC 61158-2标准而使用同
样的布线.然而除此之外,这两种协议之间存在着很大
的差异,
根据所需要的系统结构的不同,其中的一种协议可能比另一种更 适合.
在现场级有
着大量仪表,往往是成百上千.线路往往也很长,
网络电缆必须从控制室一直连接到现场,或
接到塔上,然后再分
支到遍及现场的所有设备.由于每个网络能多挂接的设备数量受
限制,
因此,即使是一个中等规模的工厂,也可能有多条网络电
缆引向现场,尽管线缆数量比点到点
的布线已减少了很多.现场
级网络从设计上使线缆可以延伸得很远,并允许现场设备从网络
中获得供电.这样,同一根双绞线不但可向设备供电而且同时传
送数字信号,从而避免了单独
供电用的电缆,既简化了布线又降 低了成本.
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自动化网络的应用领域
作为降低成本的另一种措施,设计者选择了适中的现场级网
络通信速度,以便可以使用
标准的,仪表等级的电缆而非特殊的
数据电缆.由于也不需要特殊的连接器,耦合器和集线器,
所以
可以完成简单而实用的连接.在多数场合下,常规仪表所使用的
电缆的等级完全可以满
足现场总线网洛的要求.这也使得当现有
的工厂采用现场总线时,有可能可以使用原有的电
缆.在可能出
现可燃流体的危险过程环境,本质安全常常是优先选用的保护措
施.所以现场
总线网络在设计上允许将安全栅安装在总线上.
另外,由于设计者选择了适中的现场网络通
信速度,因此所
连接的设备并不需要耗费大量的CPU处理能力来快速处理通信.
结果是它们
也只消耗很少的功率.由于设备的低功耗意味着在线
路上的压降也低,因此,即使在长距离甚
至还使用了本质安全栅
的情况下,仍可以将几台设备用分支线接在同一个网络上.现场
级网
络的另一个突出优点是由布线自由而带来的网络拓扑结构上
的自由度.最后,这些现场总线
网络的设计还使它们可以在相当 恶劣并有电气干扰的现场环境中运行.
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第五部分第一单元课文A 第五部分第一单元课文
自动化网络的应用领域
主站级
在主站级,以太网标准已经成为占支配地位的布线技术(图51A-2
).有许多协议
是基于以太网布线的,它们包括基金会现场 总线(HSE),PROFInet,
Redundant ModbusTCP等
协议. Host level 使用现场总线及设备管
理软件的工厂会遇到带 Linking Device 宽需求
的激增,因此在
主站级必须具有高速网 Field level 络. 现场级网络从现场 仪表采集了如
此众多的
数据.结果使信息量剧 增.
图 5-1A-2 带冗余实用的主站级网络
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第五部分第一单元课文 A
自动化网络的应用领域
这一巨大的信息量是一个老式的专有控制级网络无法应对
的.以太网具备传送大量数据
所需的吞吐量,这些数据用于传统
工厂的操作和历史趋势,用于新增的远程诊断,维护及组态
功能,
以及用于对工厂自动化任务的快速响应.这些应用之所以选择以
太网,是因为其高速
度使其有能力传送所有的这些信息.此外,
以太网已经成为标准,并被广大技术人员深入了解,
也已获得广
泛的应用.用于以太网的各种各样的设备与解决方案都是现成的.
在许多应用中,
对主站级协议的关键要求之一是有效性.网
络必须能容错,也就是说在有故障时能启动和运
行.由于整个工
厂是通过该网络来操作并进行监控的,所以主站级网络的有效性
尤为关键.
停车具有极大的破坏性并会造成巨大损失;网络的彻
底崩溃将导致极其严重的后果.虽然以
太网源自办公环境,但在
工厂控制系统中可以采用坚固的工业级(与商业级不同)附件及布
线方案.主站级网络的设计允许冗余,以便使网络能容错 .
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第五部分第一单元课文 A
自动化网络的应用领域
采用多层冗余及工业增强型部件的工业级网络,能处理多个同时 发生的故障.
物理上的
远距离对主站级网络来说并不重要.因为它一般只
局限在控制室内,所以以太网所规定的距
离一般来讲是足够的.
作为公认的标准,以太网的一大优势是可以使用几种可供选择的
介质.
采用铜芯介质的以太网不适合现场,因为它不能延伸很长
的距离.因此它的应用局限于控制
室内(即主站总线而不是
现场总线然而,光纤及无线电以太网则可以延伸到很长 的距
离,所以适用于远程应用.
主站级网络将过程自动化系统中所有的子系统连接在一起.
除基
本控制功能以外,工厂里还经常有带辅助功能的成套设备,
如锅炉或压缩机.它们往往有随设
备自带的控制单元需要同系统
的其余部分集成起来(图5-1A-3).
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第五部分第一单元课文 A
自动化网络的应用领域
P
lant Inform ation O peration M aintenance
A dvanced C ontrol
P aper S canner
H ub
S afety S hutdow n
B asic C
ontrol B oiler C om pressors
T ank F arm
图 5-1A-3 带有分布式系统的标准主站级网络
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第五部分第一单元课文 A
自动化网络的应用领域
例如,一个炼油厂可能有安全停车系统,造纸厂有扫描架,而
化工厂可以有先进控制系统.
基于以太网标准协议的子系统可以 简单地接入到系统中.
主站级网络可以同工厂不同区域
的现场级网络连接在一起而
构成大系统.在各区域内部的控制及监测是可能的.主站级协议
可以直接地或通过历史数据库及其他工厂信息软件同企业商务系 统连为一体.
特别值得注
意的是,以太网并不是一个完整的协议.实质上,
以太网标准只规定了针对电缆的不同选项以
及在网络上的设备如
何访问总线.以太网并不规定数据的格式或数据的语义.即使结
合其他
技术如TCPIP和UDP,协议仍然是不完整的.一些控制
系统制造商已经使用以太网多年,但每
家提供的数据格式及功能
都各不相同.即使包含了TCPIP,市场上控制系统
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Automation Networking Application Areas
第五部分第一单元课文A 第五部分第一单元课文
自动化网络的应用领域
所采用的大多数以太网网络实际上都是专有的.这是因为尽管连
接在同一根线上而且不
存在什么矛盾,网络上的设备却无法相互
访问及解释彼此的信息.因此,当购买以太网的产品
及系统时,
要非常谨慎小心;它们往往不是所宣传的那样.TCP,UDP及IP 在第4章过程控制
中进行讨论. 更好的想法是寻找一个基于以太网的完全开放的协议,这样
不同的设备和子
系统甚至对等网络之间可以互相通信. 均一化的网络体系结构
由于它们的需求几乎相反,因
此现场级和主站级的需求有各
自不同的特点.因为现场级网络通信速度低,所以不适合主站
级
网络;而主站级网络在距离上受很大的限制,所以也不太可能在
现场级使用.现场级网络
取代了智能仪表及子系统的传统协议,
而主站级网络则取代了控制网络及商务网络.控制系
统的主站级
网络使用服商务网络相同的网络技术,因此它们可以无缝地集成
在一起.依靠一
个简单的路由器便可使纯粹的商务通信与纯粹的
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第五部分第一单元课文A 第五部分第一单元课文
自动化网络的应用领域
控制通信隔离开来,从而确保快速的响应.
为使系统的集成简化及紧密,重要的是选择一
个均一化的网
络体系结构,即它的上,下层协议基本上是一样的,而只是在不
同的介质上进
行传送.这样,就可确保其透明度,并使其在通信
映射及互操作性方面问题最少.幸运的是,已
经有了像这样的协
议组合较为理想的组合是基金会现场总线H1及HSE或 PROFIBUS
PA
和PROFInet.如果在主站级或在仪表与操作员间
的某个环节上使用专有协议,那么很可能会
丧失重要的功能及互
操作性,还将迫使工程师们在协议间去作艰巨耗时的参数映射.
在整个
系统内应用同一技术,可大大简化系统的初步工程设
计与配置以及后续的运行与管理.工程
师技术人员也可以在系统
的各个部分毫不费力地工作,而且不需要重新培训.
P5U1B
Evolution of Control System Architecture
第五部分第一单元课文 B
控制系统体系结构的演变
B
控制系统体系结构的演变
1.课文内容简介:主要介绍《网络控制技术》中的完全
集中的直接数字控制 (DDC)系统,
可编程逻辑控制器 (PLC) 体系结构,集散控制系统
(DCS)各自的优,缺点, 提出了现场控制
系统 (FCS)的概念,并以此为基础,给
出了主站的定义. 2.温习自动化网络结构方面的内容.
3. 生词与短语
close-knit adj. 紧密的 pneumatic adj. 气动的
predominantly adv. 卓越地,突出地
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Evolution of Control System Architecture
第五部分第一单元课文 B
控制系统体系结构的演变
incline
to 倾向于 christen v. 命名为 vulnerability n. 弱点
scalability n. 可
测量性 redundancy n. 冗余 handheld
terminal 手持终端
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Evolution of
Control System Architecture
第五部分第一单元课文 B
控制系统体系结构的演变
4. 难句翻译
[1] In
the pneumatic era the controller was typically
situated in the field and
there operated was
therefore no system to speak of.
在气动时代,控制
器一般位于现场并就地进行操作,因此毫 无系统可言. [2] When
introduced, the DCS was
christened because it
was less centralized than the DDC architecture.
By today's standards, however, the DCS is
considered centralized. DCS
之所以一开
始被冠名为分散的,是因为它没有 DDC 体系结构那么集中.但是,
如按今天的标准来衡
量,DCS 应该被认为是集中的.
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Evolution of Control System Architecture
第五部分第一单元课文 B
控制系统体系结构的演变
[3] One
of the possibilities that a standard programming
language and powerful
communications features
enable is the ability to perform control that is
distributed
into the field devices rather than
a central controller.
标准的编程语言同强有力的
通信功能相结合的结果之一是将
控制分散到现场设备中,而不集中在一个控制器上.
5. 参考译文
B
控制系统体系结构的演变
现场的信号传输与系统的体系结构在发展上是紧密相联的.
信号传输的每一次改进都导
致了系统在更大程度上的分散化以及 对现场仪表更好的访问.在气动时代
,控制器一般位于
现场并就 地进行操作,因此毫无系统可言.随着模拟电流回路的出现,可
以将现场仪表的信
号传输到位于控制室的中央控制器 ,然后再
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Evolution of Control System
Architecture
第五部分第一单元课文 B
控制系统体系结构的演变
向现场的调节阀门发出控制信号.在完全集中的直接数字控制
(DDC) 体系机构中 , 全
部的控制策略是在计算机中完成的.由于
所有的功能集中在一台计算机中,即使是计算机的
一个单一的故
障也会使整个系统及其所有的回路失效.由于这个原因,一种常
见的做法是在
现场采用后备的就地气动调节器.这样, 一旦 DDC 出现故障,它马上就
可以投入运行.显然,
集中的体系结构有着 相当严重的有效性问题. 到了20
世纪70年代初期,更为分散的
可编
程逻辑控制器(PLC)及集散控制系统体系结构(DCS)便应运 而生了. DCS 和
PLC 体系结构
DCS 与 PLC 是随着数字通信的到来而诞生的.但其体系结
构还是基于4~20mA 的现场变送
器与阀门定位器而进行设计的. 然而,DCS 比 DDC
在控制方面有了很大的进步,因为它将控
制 分散在几个较小型的控制器中,而每个控制器处理 30
个左右的 控制回路.这样,一个故
障只会影响工厂的一部分,而不像 DDC
中影响工厂全部.换言之, 较大程度的分散增加了系
统的有 效性.这是第一个好处.
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Evolution of Control System
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第五部分第一单元课文 B
控制系统体系结构的演变
第二个好处是可以更好地组织组态.用户可分开管理针对各个独
立的工厂单元的组态与
控制器. DCS和 PLC 的体系结构的特点 在于有常规IO(输入输出)
子系统或巢窝其中
I0 模板组合 通过一个 IO
子系统网络分别连入其各自的中央控制器.现场仪
表的主体是
常规的模拟设备.通过控制层网络,控制器彼此间以
及控制器同工作站间组成网络.在最顶层,
还可以有一个工厂层
网络将工作站连接到商务环境.经过多年的演变,DCS 可以带
有同使用
专有协议的智能仪表相兼容的通信接口,因而也可提供
某种程度的组态与检查.并非所有的
智能仪表协议都允许同时传 输 4~20mA
与通信.这就使得许多用户无法使用通信功能.此 外,
大多数 DCS 不提供 HART
接口,因为所有的 DCS 系统制造 商都有与其竞争的专有协议.因
此,工厂倾向于从系统供应商,
而不是第三方,购买现场仪表. 一个 DCS 系统通常有多达 4
层
不同的网络,每层都有其不同的技术,即:设备,IO 子系统, 控制器以及商务与全厂的集
成 (
见图 5-1B-1).
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第五部分第一单元课文 B
控制系统体系结构的演变
Business Plant-level
Gateway Console Control-level Controller RIO-level
IO-subsystem 4-20 mA & Device-level
图
5-1B-1 具有多重网络级别的传统分布式系统和可编程序控制器结构
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第五部分第一单元课文 B
控制系统体系结构的演变
所有这些硬件及网络的层次使系统变得相当复杂而且昂贵.DCS
之所以一开始被冠名为
分散的,是因为它没有 DDC
体系结构那么集中.但是,如按今天的标准来衡
量,DCS
应该被认为是集中的.这种体系结构相对来讲是脆弱的,因为哪
怕一个故障也会产生
大范围的影响.正是由于这一脆弱性,控制 器, IO
子系统网络,I0模块等不得不采取冗余
技术,以避免整
体失控.当然,每个层次的冗余意味着复杂的结构和昂贵的价格. FCS 体系结
构 基金会现场总线
(FF) 规范同其他网络技术的独特差异在于, 它不仅是一个通信协议,
而且还是一个建立控制策略的编程语
言.标准的编程语言同强有力的通信功能相结合的结果
之一是将
控制分散到现场设备中,而不集中在一个控制器上.例如,通常
将作为回路一部分
的阀门定位器当作调节器使用.它只在自身回 路执行
PID功能块,而不参与其他回路.这种
基于现场设备能力
的新型体系结构已不再以控制器为核心,所以被称为现场控制系 统
(FCS), 它可以取代
DCS(见图5-1B-2).
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第五部分第一单元课文 B
控制系统体系结构的演变
Host-level
Router
Linking router device
Field-level
图 5-1B-2 带有现场设备控制的现场控制系统
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第五部分第一单元课文 B
控制系统体系结构的演变
FCS 不再将每台现场设备看作外设.由于它的分散性,FCS
的 体系结构具有很多优点,如
较高的有效性,较大的规模弹性及较 低的成本.FCS的体系结构从
DCS 的概念演变而来,并
且在 DCS 概念的基础上更进一步,其结果就是系统更加分散,因而
降低了在发生故障时的脆
弱性.在 FCS 体系结构中处于现场级
网络的仪表通过链路设备同位于主站级网络的工作站
相连接.因 此,在 FCS
中只有两个网络层.通常,现场仪表执行在过程工
业占自动化任务中
大部分的调节性控制.链路设备或中央控制器
可以完成离散逻辑和顺序控制.当控制在现场
设备中完成时,所
需中央控制器的数量急剧减少,在某些情况下甚至完全不需要中
央控制器.
这就大大地降低了系统的成本.换言之,应用总线技
术将不单是在电缆上获得节省.由于中央
控制器被从以计算为主
的调节性控制中解脱出来,它可以从事于执行其他较高性能的控 制
任务,从而改善控制.由于在
FCS 中不再由一个控制器处理 多个回路,这样便避免了一个单
一故障影响大部分工厂的状况.
但在 FCS系统
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Control System Architecture
第五部分第一单元课文 B
控制系统体系结构的演变
中依然存在处理离散 I0
及控制的中央控制器,因为这些功能一 般很少网络化.当工厂
使用中央控制器时,如果要获得高的有效
性,就应当采取冗余技术.乍听起来 , 很难想象小
型现场设备控
制器能取代一台单元控制器来控制一个大型的工厂.其秘密
在于每台设备
只处理一个回路.通过将成千上万台设备用网络连
接在一起,它们所集结的众多微处理器的
能力将超过早期的系统.
控制的任务被分割成部分,并分散到并行工作的现场设备中去,
而
每台设备只对其自己的回路负责.由这些设备同时工作而构成
的真正的多任务系统,是只靠
单一的处理器不可能实现的.最终
结果是系统具有非常好的性能,而且加入的设备越多,系统
的能
力越强.能力的增强使得有可能不必将模拟数值转变为整数.而
对于集中控制系统,浮
点运算并不总是可能的,因为它会太多地
增加处理器负荷.目前,浮点运算的格式已贯穿现场
总线设备的 整个控制策略.
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Architecture
第五部分第一单元课文 B
控制系统体系结构的演变
主站与系统 由于 4~20mA
的信号只单向地携带单个信息,所以操作员无
法确定模拟设
备内到底发生了什么,也不可能在系统的操作台上
完成组态,诊断及其他检查任务.在应用了
智能仪表的场合下,
则可用手持终端来获得一些额外的信息.常规的甚至是智能的设
备不能
被认为是集成在控制系统中的,因为它们无法被操作员完
全访问.操作员的视野只能延伸到
控制器, 还可能到达 IO 子系
统,但不可能更远.因为现场仪表是多个孤立的实体,它们被
看
作独立于控制系统之外,而不是系统的一个组成部分. 而在 FCS
中,现场仪表是整个系统
的一个有机部分.过去
所谓的系统部分只剩下工作站及链路设备.直接与主站级网 络相连
的工作站则被简称为主站
(host) ( 见图5-1B-3)
P5U1B
Evolution
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第五部分第一单元课文
B
控制系统体系结构的演变
H ost S y s te m
L in k in g d e v ic e s
Fig.
5-1B-3 现场设备,主站均是系统的一部分 现场设备,
1