現(xiàn)場總線技術(shù)概述學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1現(xiàn)場現(xiàn)場(xinchng)總線技術(shù)概述總線技術(shù)概述第一頁，共42頁。v總線（總線（busbus）的概念由來已久，儀器儀表與計(jì)算機(jī)控）的概念由來已久，儀器儀表與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字通信用的總線有很多種。制系統(tǒng)數(shù)字通信用的總線有很多種。v總線按其長度分類：總線按其長度分類：v 1 1毫米毫米(ho m)(ho m)級(jí)級(jí): :芯片內(nèi)總線；芯片內(nèi)總線；v 2 2分米級(jí)分米級(jí): :機(jī)箱內(nèi)總線，如機(jī)箱內(nèi)總線，如Multi-busMulti-bus，STDSTD，PCLPCL，ISAISA，NIMNIM，CAMACCAMAC等；等；v 3 3十米級(jí)十米級(jí): :機(jī)柜間總線，如機(jī)柜間總線，如RS232-R

2、S530RS232-RS530，GPIBGPIB，F(xiàn)ast-busFast-bus，VMEVME，VXIVXI等；等；v 4 4千米級(jí)千米級(jí): :現(xiàn)場總線，如現(xiàn)場總線，如FFFF，ProfibusProfibus，WorldFIPWorldFIP等。等。一、總線一、總線(zn xin)(zn xin)的分類的分類返回返回(fnhu)(fnhu)第2頁/共42頁第二頁，共42頁。 現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線(Fieldbus)(Fieldbus)：是用于過程自動(dòng)化或制造自動(dòng)：是用于過程自動(dòng)化或制造自動(dòng)化中的，實(shí)現(xiàn)化中的，實(shí)現(xiàn)(shxin)(shxin)智能化現(xiàn)場設(shè)備（例如，變送器、智能化現(xiàn)場設(shè)備（例如，變

3、送器、執(zhí)行器、控制器執(zhí)行器、控制器) )與高層設(shè)備與高層設(shè)備( (例如主機(jī)、網(wǎng)關(guān)、人機(jī)接口設(shè)例如主機(jī)、網(wǎng)關(guān)、人機(jī)接口設(shè)備備) )之間互聯(lián)的，全數(shù)字、串行、雙向的通信系統(tǒng)。之間互聯(lián)的，全數(shù)字、串行、雙向的通信系統(tǒng)。通過它可以實(shí)現(xiàn)通過它可以實(shí)現(xiàn)(shxin)(shxin)跨網(wǎng)絡(luò)的分布式控制?？缇W(wǎng)絡(luò)的分布式控制。按照國際電工委員會(huì)按照國際電工委員會(huì)IECIEC標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場總線基金會(huì)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場總線基金會(huì)FFFF的定的定義義: :現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。1. 1. 定義定

4、義(dngy)(dngy)二、現(xiàn)場二、現(xiàn)場(xinchng)總線的定義總線的定義和分類和分類第3頁/共42頁第三頁，共42頁。(xinchng)(xinchng)總線控制系統(tǒng)的總線控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)和神經(jīng)中樞?；A(chǔ)和神經(jīng)中樞。第4頁/共42頁第四頁，共42頁。第5頁/共42頁第五頁，共42頁。（fieldbusfieldbus）：數(shù)據(jù)寬度為數(shù)據(jù)流）：數(shù)據(jù)寬度為數(shù)據(jù)流或模塊或模塊 (block) (block)。以報(bào)文通信為主，。以報(bào)文通信為主，除了對(duì)裝置除了對(duì)裝置(zhungzh)(zhungzh)進(jìn)行讀取進(jìn)行讀取數(shù) 據(jù) 外 ， 還 包 括 一 些 對(duì) 裝 置數(shù) 據(jù) 外 ， 還 包 括 一 些 對(duì)

5、 裝 置(zhungzh)(zhungzh)的操作和控制功能。的操作和控制功能。如如FFFF總線、總線、LonworksLonworks總線、總線、HartHart總總線等。線等。2.2.分類分類(fn (fn li)li)第6頁/共42頁第六頁，共42頁。（2）按應(yīng)用的行業(yè)來分）按應(yīng)用的行業(yè)來分: 過程控制過程控制 (連續(xù)生產(chǎn)過程連續(xù)生產(chǎn)過程)用現(xiàn)場總線，如用現(xiàn)場總線，如FF的的H1、Profibus PA等；等； 離散離散(lsn)控制用現(xiàn)場總線，如控制用現(xiàn)場總線，如Profibus DP、Device Net等；等； 樓宇自動(dòng)化用現(xiàn)場總線，如樓宇自動(dòng)化用現(xiàn)場總線，如Lon Works等等

6、； 車輛制造業(yè)用現(xiàn)場總線，如車輛制造業(yè)用現(xiàn)場總線，如CAN等；等； 飛機(jī)制造業(yè)用現(xiàn)場總線，如飛機(jī)制造業(yè)用現(xiàn)場總線，如Swift Net等；等； 農(nóng)業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)用現(xiàn)場總線，如農(nóng)業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)用現(xiàn)場總線，如P-Net等。等。 返回返回第7頁/共42頁第七頁，共42頁。三、現(xiàn)場三、現(xiàn)場(xinchng)(xinchng)總線控制系統(tǒng)總線控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)第8頁/共42頁第八頁，共42頁。第9頁/共42頁第九頁，共42頁。第10頁/共42頁第十頁，共42頁。返回返回(fnhu)(fnhu)第11頁/共42頁第十一頁，共42頁。 現(xiàn)場總線是現(xiàn)場儀表現(xiàn)場總線是現(xiàn)場儀表(ybio)(ybio)所采用的雙

7、向數(shù)字通信方式，將取代當(dāng)今現(xiàn)場儀表所采用的雙向數(shù)字通信方式，將取代當(dāng)今現(xiàn)場儀表(ybio)(ybio)廣泛采用的廣泛采用的4 420mA20mA標(biāo)準(zhǔn)模擬通信方式。標(biāo)準(zhǔn)模擬通信方式。1 1開放性開放性FCSFCS的現(xiàn)場總線的技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)是公開的，而的現(xiàn)場總線的技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)是公開的，而DCSDCS的制造廠商的技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)則是各有各的專利，彼此封鎖。的制造廠商的技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)則是各有各的專利，彼此封鎖。2 2全數(shù)字化全數(shù)字化DCSDCS的主機(jī)雖然是數(shù)字的，但現(xiàn)場儀表的主機(jī)雖然是數(shù)字的，但現(xiàn)場儀表(ybio)(ybio)則還是利用了模擬技術(shù)，屬于模擬儀表則還是利用了模擬技術(shù)，屬于模擬儀表(ybio)(ybio)

8、，因此，因此DCSDCS是一個(gè)數(shù)模混合的系統(tǒng)；而是一個(gè)數(shù)?；旌系南到y(tǒng)；而FCSFCS則是一個(gè)全數(shù)字化的系統(tǒng)。則是一個(gè)全數(shù)字化的系統(tǒng)。四、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)四、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的技術(shù)特點(diǎn)的技術(shù)特點(diǎn)第12頁/共42頁第十二頁，共42頁。 3雙向通信雙向通信 4.4.互可操作性與互用性互可操作性與互用性 互可操作性是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通互可操作性是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通；而互用性則意味著不同制造商性能類似；而互用性則意味著不同制造商性能類似(li s)(li s)的設(shè)備可的設(shè)備可進(jìn)行更換，實(shí)現(xiàn)相互替換。進(jìn)行更換，實(shí)現(xiàn)相互替換。第13頁/共4

9、2頁第十三頁，共42頁。返回返回(fnhu)(fnhu)第14頁/共42頁第十四頁，共42頁。五、五、FCSFCS與與DCSDCS的比較的比較(bjio)(bjio)第15頁/共42頁第十五頁，共42頁。第16頁/共42頁第十六頁，共42頁。第17頁/共42頁第十七頁，共42頁。第18頁/共42頁第十八頁，共42頁。返回返回(fnhu)(fnhu)第19頁/共42頁第十九頁，共42頁。返回返回(fnhu)(fnhu)六、現(xiàn)場總線六、現(xiàn)場總線(zn xin)通信協(xié)議模通信協(xié)議模型型第20頁/共42頁第二十頁，共42頁。返回返回(fnhu)(fnhu)六、現(xiàn)場總線六、現(xiàn)場總線(zn xin)通信協(xié)

10、議通信協(xié)議模型模型 為滿足實(shí)時(shí)性、快速性的要求，實(shí)現(xiàn)低成本，現(xiàn)場總線通訊模為滿足實(shí)時(shí)性、快速性的要求，實(shí)現(xiàn)低成本，現(xiàn)場總線通訊模型采用簡化的型采用簡化的OSIOSI模型。采用模型。采用OSIOSI模型中的三個(gè)典型層：物理層、模型中的三個(gè)典型層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，在省去中間數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，在省去中間3-63-6層后，考慮現(xiàn)場總線的通層后，考慮現(xiàn)場總線的通信特點(diǎn)，設(shè)置信特點(diǎn)，設(shè)置(shzh)(shzh)一個(gè)現(xiàn)場總線訪問子層。它具有結(jié)構(gòu)簡單一個(gè)現(xiàn)場總線訪問子層。它具有結(jié)構(gòu)簡單、執(zhí)行協(xié)議直觀、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，也滿足工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的性能、執(zhí)行協(xié)議直觀、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，也滿足工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的性能

11、要求。總之，開放系統(tǒng)互連模型是現(xiàn)場總線技術(shù)的基礎(chǔ)，現(xiàn)場總要求?？傊_放系統(tǒng)互連模型是現(xiàn)場總線技術(shù)的基礎(chǔ)，現(xiàn)場總線參考模型既要遵循開放系統(tǒng)集成的原則，又要充分兼顧測控應(yīng)線參考模型既要遵循開放系統(tǒng)集成的原則，又要充分兼顧測控應(yīng)用的特點(diǎn)和特殊要求。目前世界有影響的幾種現(xiàn)場總線技術(shù)，都用的特點(diǎn)和特殊要求。目前世界有影響的幾種現(xiàn)場總線技術(shù)，都以國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連模型作為基本框架，并根據(jù)行業(yè)以國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連模型作為基本框架，并根據(jù)行業(yè)的應(yīng)用需要施加某些特殊規(guī)定后形成的標(biāo)準(zhǔn)，在較大范圍內(nèi)取得的應(yīng)用需要施加某些特殊規(guī)定后形成的標(biāo)準(zhǔn)，在較大范圍內(nèi)取得了用戶與制造商的認(rèn)可。了用戶與制造商的認(rèn)

12、可。第21頁/共42頁第二十一頁，共42頁。(一一)制訂標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)制訂標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)世界上制訂國際標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)世界上制訂國際標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)3個(gè)：個(gè)：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO(International Standard Organization) 國際電工委員會(huì)國際電工委員會(huì)IEC(International Electrotechnical Commission)國際電信聯(lián)盟國際電信聯(lián)盟ITU。另外另外(ln wi)還有歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)還有歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)CENELEC，制，制訂歐洲標(biāo)準(zhǔn)訂歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN。國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)各國都有制訂國家標(biāo)準(zhǔn)的組織，我國制訂國家標(biāo)準(zhǔn)各國都

13、有制訂國家標(biāo)準(zhǔn)的組織，我國制訂國家標(biāo)準(zhǔn)GB的的組織是全國標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)。組織是全國標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)。制訂現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)制訂現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)IEC/TC65/SC65C/WC6七、現(xiàn)場總線七、現(xiàn)場總線(zn xin)(zn xin)的國際標(biāo)準(zhǔn)的國際標(biāo)準(zhǔn)第22頁/共42頁第二十二頁，共42頁。第第2 2部分部分: :物理層規(guī)范和服務(wù)定物理層規(guī)范和服務(wù)定義；義；第第3 3部分部分: :數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)定義；數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)定義；第第4 4部分部分: :數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議規(guī)范；數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議規(guī)范；第第5 5部分部分: :應(yīng)用服務(wù)定義；應(yīng)用服務(wù)定義；第第6 6部分部分: :應(yīng)用層協(xié)議規(guī)范。應(yīng)用層協(xié)議規(guī)范。第23

14、頁/共42頁第二十三頁，共42頁。第24頁/共42頁第二十四頁，共42頁。 IEC62026 (IEC/TCl7/SCl7B)IIEC62026 共有共有4種現(xiàn)場總線種現(xiàn)場總線(zn xin)。即。即 AS-i、DeviceNet、SDS及及 Seriplex這這4種國際標(biāo)準(zhǔn)，包括種國際標(biāo)準(zhǔn)，包括5個(gè)部分。個(gè)部分。(1)第第1部分部分:總則總則 。(2)第第2部分部分: AS-i(Actuator Sensor Interface執(zhí)行器執(zhí)行器傳感器接口，德國傳感器接口，德國Siemens等公司支持等公司支持) 。(3)第第3部分：部分：Device Net(美國美國Rockwel1公司支持公司

15、支持)。 (4)第第4部分部分: SDS(Smart Distributed System靈巧式靈巧式分散型系統(tǒng)，美國分散型系統(tǒng)，美國Honeywe11公司支持公司支持)。(5)第第5部分：部分：Seriplex(串聯(lián)多路控制總線串聯(lián)多路控制總線(zn xin) )。第25頁/共42頁第二十五頁，共42頁。返回返回(fnhu)(fnhu)第26頁/共42頁第二十六頁，共42頁。（一）（一） CANCAN：控制局域網(wǎng)絡(luò)：控制局域網(wǎng)絡(luò) (Control Area Network) 德國德國Bosch公司推出、最早用于汽車內(nèi)部監(jiān)測部件與控制公司推出、最早用于汽車內(nèi)部監(jiān)測部件與控制部件的數(shù)據(jù)通信部件的

16、數(shù)據(jù)通信(tng xn)網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在己經(jīng)逐步應(yīng)用到其他控網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在己經(jīng)逐步應(yīng)用到其他控制領(lǐng)域。制領(lǐng)域。成為成為ISO11898標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。CAN協(xié)議是建立在協(xié)議是建立在ISO/OSI模型基礎(chǔ)上的，采用了模型基礎(chǔ)上的，采用了OSI底層底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和高層的應(yīng)用層。的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和高層的應(yīng)用層。信號(hào)傳輸介質(zhì)為雙絞線。信號(hào)傳輸介質(zhì)為雙絞線。最高通信最高通信(tng xn)速率為速率為lMbps(通信通信(tng xn)距離距離40m)，最遠(yuǎn)通信，最遠(yuǎn)通信(tng xn)距離可達(dá)距離可達(dá)l0km(通信通信(tng xn)速率為速率為5kbps)，節(jié)點(diǎn)總數(shù)可達(dá)，節(jié)點(diǎn)總數(shù)可達(dá)110個(gè)個(gè).CA

17、N的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)個(gè)，因而傳輸?shù)臅r(shí)間短，受干擾的概率低，每幀信息均有，因而傳輸?shù)臅r(shí)間短，受干擾的概率低，每幀信息均有CRC校驗(yàn)和其他檢錯(cuò)措施，通信校驗(yàn)和其他檢錯(cuò)措施，通信(tng xn)誤碼率極低。誤碼率極低。八、幾種典型八、幾種典型(dinxng)的現(xiàn)場總線的現(xiàn)場總線第27頁/共42頁第二十七頁，共42頁。采用的采用的Lon TalkLon Talk通信協(xié)議被封裝在通信協(xié)議被封裝在NeuronNeuron神經(jīng)元芯片神經(jīng)元芯片中。中。第28頁/共42頁第二十八頁，共42頁。第29頁/共42頁第二十九頁，共42頁。第30

18、頁/共42頁第三十頁，共42頁。第31頁/共42頁第三十一頁，共42頁。標(biāo)準(zhǔn)的頻移鍵控標(biāo)準(zhǔn)的頻移鍵控FSK技術(shù)。技術(shù)。通信速率為通信速率為12OObps，單臺(tái)設(shè)備的，單臺(tái)設(shè)備的最大通信距離為最大通信距離為30OOm，多臺(tái)設(shè)，多臺(tái)設(shè)備互連的最大通信距離為備互連的最大通信距離為1500m.通信介質(zhì)為雙絞線，最大節(jié)點(diǎn)數(shù)為通信介質(zhì)為雙絞線，最大節(jié)點(diǎn)數(shù)為15個(gè)。個(gè)。HART采用可變長幀結(jié)構(gòu)，每幀最采用可變長幀結(jié)構(gòu)，每幀最長為長為25個(gè)字節(jié)，尋址范圍為個(gè)字節(jié)，尋址范圍為015。第32頁/共42頁第三十二頁，共42頁。返回返回(fnhu)(fnhu)第33頁/共42頁第三十三頁，共42頁。 九、現(xiàn)場九、現(xiàn)場(xinchng)總線的現(xiàn)總線的現(xiàn)狀狀第34頁/共42頁第三十四頁，共42頁。第35頁/共42頁第三十五頁