計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)場總線技術(shù)概述

1、工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系WWW.OUC.EDU.CNWWW.OUC.EDU.CNOCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-4現(xiàn)場總線工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)現(xiàn)場總線工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述劉蘭軍劉蘭軍工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-42課程公共郵箱fcs_, 登錄2010123456工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF

2、 CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-43計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1）了解現(xiàn)場總線與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系2）了解計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程3）掌握計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義、組成結(jié)構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)4）掌握工業(yè)自動化的發(fā)展過程5）掌握現(xiàn)場總線的定義、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)6）了解各種具體現(xiàn)場總線技術(shù)、現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-44計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義、組成結(jié)構(gòu)、

3、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工業(yè)自動化的發(fā)展過程現(xiàn)場總線的定義、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)各種具體現(xiàn)場總線技術(shù)、現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-45計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)1. 網(wǎng)絡(luò)資源流通傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)：交通運(yùn)輸網(wǎng)：物質(zhì)與人員流通，鐵路、公路、水路、航空 能源網(wǎng)：能源流通，煤炭、石油、天然氣、電力信息是與物質(zhì)、能源并列的第三大資源電信網(wǎng)：語音信號數(shù)據(jù)、文件、視頻電視網(wǎng)：多媒體信號數(shù)據(jù)、文件、視頻計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：數(shù)據(jù)、文件多媒體信號工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化

4、及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-46計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)2. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)計算機(jī)技術(shù)：處理器技術(shù)、存儲技術(shù)等通信技術(shù)：編碼技術(shù)、數(shù)據(jù)交換技術(shù)、信道共享技術(shù)、差錯控制技術(shù)、傳輸介質(zhì)等工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-47計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)3. 企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)企業(yè)信息化需求計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)現(xiàn)場自動控制、生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營管

5、理、辦公自動化、市場營銷等企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)市場營銷層生產(chǎn)管理層過程監(jiān)控層現(xiàn)場控制層因特網(wǎng)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-48計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4. 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)又稱現(xiàn)場總線，是應(yīng)用于企業(yè)信息網(wǎng)的現(xiàn)場控制層與過程監(jiān)控層的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。企業(yè)底層運(yùn)行信息工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)場總線）工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022

6、-5-49計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4. 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線：控制技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的融合計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場的具體應(yīng)用工廠底層網(wǎng)絡(luò)工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-410計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)5. 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)場總線）的特點(diǎn)1）現(xiàn)場設(shè)備的多樣性：產(chǎn)品多樣性、加工過程工藝多樣性2）網(wǎng)絡(luò)接口開放性：實(shí)現(xiàn)單元設(shè)備儀表間互連、互操作、互換3）高度的實(shí)時性、可靠性：產(chǎn)品質(zhì)量保證工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控

7、系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-411計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義、組成結(jié)構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工業(yè)自動化的發(fā)展過程現(xiàn)場總線的定義、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)各種具體現(xiàn)場總線技術(shù)、現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-412計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展1. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)雛形階段20世紀(jì)50年代、60年代，計算機(jī)技術(shù)與通

8、信技術(shù)結(jié)合美國半自動地面環(huán)境防空系統(tǒng)美國航空公司訂票系統(tǒng)組成：一臺中心計算機(jī)+若干終端（終端不具備自主處理能力）遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)或面向終端的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-413計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展2. 完成網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議研究、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)形成階段20世紀(jì)70年代，軟件資源、硬件資源、數(shù)據(jù)資源共享的需求美國國防部高級研究計劃局 ARPA 網(wǎng)公共數(shù)據(jù)網(wǎng) PDN局部網(wǎng) LN (環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)（Ethernet）)ARPA網(wǎng)：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定

9、義、分類；提出了資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)兩級網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)；研究了報文分組交換的數(shù)據(jù)交換方法；采用了層次結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議體系。（因特網(wǎng)從ARPA網(wǎng)發(fā)展而來）百家爭鳴，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議不統(tǒng)一，限制了發(fā)展。工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-414計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展3. 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化階段20世紀(jì)80年代1）國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）頒布了ISO/IEC7498國際標(biāo)準(zhǔn)，即開放系統(tǒng)互連參考模型 OSI RM；ISO與CCITT(國際電

10、話電報咨詢委員會)為OSI各層制訂標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，成為CCITT建議，包括X.21、X.29、X.75。2)ARPA網(wǎng)發(fā)展成為因特網(wǎng)，遵循TCP/IP協(xié)議，同樣具有層次性結(jié)構(gòu)和開放性，TCP/IP協(xié)議成為事實(shí)上的國際標(biāo)準(zhǔn)。3）局域網(wǎng)中Ethernet發(fā)展迅速，形成了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)化布線技術(shù)，z在辦公自動化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。4）光線傳輸介質(zhì)在高速和主干網(wǎng)絡(luò)中獲得廣泛應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)通信帶寬獲得長足發(fā)展。工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-415計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展4.

11、 網(wǎng)絡(luò)計算時代20世紀(jì)90年代以來1）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)高速化趨勢發(fā)展強(qiáng)勁： 廣域網(wǎng)（64K2M2.5G）；局域網(wǎng)（10M100M1G10G）。2）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)功能：數(shù)據(jù)、文字語音、圖像、視頻3）三網(wǎng)融合：電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。4）網(wǎng)絡(luò)計算：網(wǎng)格、云計算等。5）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)等。工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-416計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義、組成結(jié)構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工業(yè)自動化的發(fā)展過程現(xiàn)

12、場總線的定義、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)各種具體現(xiàn)場總線技術(shù)、現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-417計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念1. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義廣義觀點(diǎn)：以傳輸信息為主要目的，用通信線路將多個計算機(jī)連接起 來的計算機(jī)系統(tǒng)的集合。資源共享觀點(diǎn)：以能夠相互共享資源的方式連接起來，并各自具有獨(dú) 立功能的計算機(jī)系統(tǒng)的集合。用戶透明觀點(diǎn)：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個對用戶透明的、大的計算機(jī)系統(tǒng)， 該系統(tǒng)存在一個能自動為用戶管理資源的網(wǎng)絡(luò)操作系 統(tǒng)，由它調(diào)用完

13、成用戶任務(wù)的資源，又稱為分布式計 算機(jī)系統(tǒng)。工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-418計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念1. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義資源共享觀點(diǎn)：以能夠相互共享資源的方式連接起來，并各自具有獨(dú) 立功能的計算機(jī)系統(tǒng)的集合。主要特點(diǎn)：1）資源共享，軟件、硬件、數(shù)據(jù) 2）計算機(jī)具有自治特點(diǎn)，無主從之分 3）網(wǎng)絡(luò)中計算機(jī)遵循統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERS

14、ITY OF CHINA2022-5-419計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念2. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與組成資源子網(wǎng) + 通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)：主計算機(jī)系統(tǒng)、終端、軟件資源與數(shù)據(jù)資源 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)，向用戶提供資源和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)主機(jī)、終端：源節(jié)點(diǎn)、宿節(jié)點(diǎn)，端節(jié)點(diǎn) 主機(jī)：提供網(wǎng)絡(luò)資源服務(wù)，支持上網(wǎng) 終端：用戶訪問網(wǎng)絡(luò)的界面工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-420計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念2. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與組成資源子網(wǎng) + 通信子網(wǎng)通信子網(wǎng)：網(wǎng)

15、絡(luò)通信控制處理機(jī)、通信線路、其他通信設(shè)備 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸、存儲轉(zhuǎn)發(fā)等業(yè)務(wù)通信控制處理機(jī)：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn)、中間節(jié)點(diǎn)工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-421計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念3. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓?fù)洌簩?shí)體點(diǎn)，連接實(shí)體的線路線，研究點(diǎn)、線、面關(guān)系網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究內(nèi)容：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的連通關(guān)系，即通信子網(wǎng)的 連通關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性：與網(wǎng)絡(luò)性能、可靠性、費(fèi)用密切相關(guān)，是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的關(guān)鍵。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計的目的：在考慮主機(jī)和終端位置、保

16、證一定的響應(yīng)時間、吞吐量、可靠性的前提下，通過選擇合適的線路、線路容量、連接方式、流量分配，使整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理、便于維護(hù)、易于擴(kuò)展、成本經(jīng)濟(jì)。工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-422計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念3. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1）星形拓?fù)渲醒牍?jié)點(diǎn)：負(fù)責(zé)通信控制，可與網(wǎng)絡(luò)中任何節(jié)點(diǎn)通信非中央節(jié)點(diǎn)：非中央節(jié)點(diǎn)不能直接通信，需通過中央節(jié)點(diǎn)交換數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)：（1）控制簡單，便于管理：相當(dāng)于集中管理 （2）便于維護(hù)，故障隔離容易缺點(diǎn)：（1）中央節(jié)點(diǎn)風(fēng)險大，

17、負(fù)擔(dān)重，一旦故障，全網(wǎng)癱瘓 （2）不能均衡合理的發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的最大作用 （3）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間單獨(dú)連線，安裝費(fèi)用高工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-423計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念3. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2）總線拓?fù)浯嬖谝粭l公共傳輸媒體，各節(jié)點(diǎn)均經(jīng)總線接口并聯(lián)在該總線上優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)點(diǎn)通信負(fù)擔(dān)均衡 （2）易于擴(kuò)充，可靠性高 （3）廣播信息，易于同步 （4）電纜少，安裝費(fèi)用低缺點(diǎn)：（1）信號衰減，通信距離受限，遠(yuǎn)距離需加中繼 （2）一旦某節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故

18、障，不易隔離 （3）需要媒體訪問控制、地址識別，帶來額外軟硬件開銷工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-424計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念3. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3）環(huán)形拓?fù)涿總€節(jié)點(diǎn)均有一個輸入口和輸出口，各節(jié)點(diǎn)依次相連，數(shù)據(jù)單向傳輸優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)點(diǎn)通信負(fù)擔(dān)均衡 （2）傳輸延遲確定，適合于有特定時間要求的場合 （3）增加或減少節(jié)點(diǎn)方便 （4）電纜少，安裝費(fèi)用低缺點(diǎn)：（1）一旦某節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，全網(wǎng)癱瘓 （2）需要一定的環(huán)維護(hù)工作，帶來額外軟硬件開

19、銷工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-425計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念3. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)4）樹形拓?fù)渫瑢哟喂?jié)點(diǎn)不能直接通信，需通過高層次節(jié)點(diǎn)，是星形拓?fù)涞臄U(kuò)展適合于統(tǒng)計等具有信息匯聚要求的場合工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-426計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念3. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)5）網(wǎng)形拓?fù)洌o規(guī)

20、則網(wǎng)）每個節(jié)點(diǎn)與相鄰節(jié)點(diǎn)相連，線路連接高冗余優(yōu)點(diǎn)：可靠性高缺點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高 （2）節(jié)點(diǎn)需具有路由選擇算法和流量控制算法在廣域網(wǎng)中應(yīng)用廣泛（高可靠性）工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-427計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念4. 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類1）按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星形、總線、環(huán)形、樹形、網(wǎng)形2）按網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍：廣域網(wǎng)WAN：遠(yuǎn)程網(wǎng)，幾十至幾千公里，國家、洲際局域網(wǎng)LAN：十公里以下，辦公室、辦公樓城域網(wǎng)MAN：介于WAN與LAN之間，城市中大型企

21、業(yè)、機(jī)關(guān)聯(lián)網(wǎng)3）按網(wǎng)絡(luò)使用的交換方式：電路交換網(wǎng)、報文交換網(wǎng)、報文分組交換網(wǎng)4）按照用途：公共網(wǎng)、科研網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、商業(yè)網(wǎng)等工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-428計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義、組成結(jié)構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工業(yè)自動化的發(fā)展過程現(xiàn)場總線的定義、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)各種具體現(xiàn)場總線技術(shù)、現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNI

22、VERSITY OF CHINA2022-5-429計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 工業(yè)自動化的發(fā)展過程1. 人工控制階段20世紀(jì)50年代前，基地式氣動儀表控制系統(tǒng)1） 氣動測量儀表，功能簡單，安裝在現(xiàn)場，無互連，儀表處于封閉 狀態(tài)2） 操作人員直接在現(xiàn)場儀表上調(diào)整被控對象參數(shù)工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-430計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 工業(yè)自動化的發(fā)展過程2. 模擬控制階段20世紀(jì)50年代，氣動、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)1） 現(xiàn)場儀表 + 集中控制室2） 現(xiàn)場：

23、氣動、電動組合單元模擬儀表，模擬信號0.020.1MPa、420mA、15V3） 集中控制室：集中監(jiān)控生產(chǎn)過程問題：模擬信號傳輸困難，抗干擾能力差，難滿足速度、精度需求工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-431計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 工業(yè)自動化的發(fā)展過程3. 集中式數(shù)字控制階段20世紀(jì)60年代至70年代中期，集中式數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制（DDC）、集中型計算機(jī)控制、分層計算機(jī)控制1）DDC：由一臺計算機(jī)替代一組模擬控制器，數(shù)字化，閉環(huán)控制2）集中型計算機(jī)控制：用一臺計

24、算機(jī)替代控制室的所有儀表盤，實(shí) 現(xiàn)過程監(jiān)視、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存 儲、報警等過程控制的全部功能工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-432計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 工業(yè)自動化的發(fā)展過程3. 集中式數(shù)字控制階段2）集中型計算機(jī)控制：用一臺計算機(jī)替代控制室的所有儀表盤，實(shí) 現(xiàn)過程監(jiān)視、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存 儲、報警等過程控制的全部功能問題：風(fēng)險集中、主機(jī)負(fù)擔(dān)重、開發(fā)困難3）分層計算機(jī)控制：過程現(xiàn)場控制 + 集中顯示操作過程現(xiàn)場控制：現(xiàn)場控制儀表獨(dú)立工作，可接受上位計

25、算機(jī)的設(shè) 定值，可將現(xiàn)場信息送給上位計算機(jī)集中顯示操作：顯示參數(shù)，并進(jìn)行優(yōu)化計算，最優(yōu)參數(shù)下傳已具有了集散式控制系統(tǒng)的初步概念工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-433計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 工業(yè)自動化的發(fā)展過程4. 集散式數(shù)字控制階段20世紀(jì)70年代中期，集散式數(shù)字控制系統(tǒng) DCSDCS在邏輯結(jié)構(gòu)上分為過程控制級、控制管理級和生產(chǎn)管理級，體現(xiàn)了管理的集中性和控制的分散性。DCS：集中管理部分、分散控制監(jiān)測部分、通信部分集中管理部分：工程師站（組態(tài)和維護(hù)）、操作站（監(jiān)視

26、和操 作）、管理計算機(jī)（全系統(tǒng)信息管理和優(yōu)化控制）分散控制監(jiān)測部分：控制站、監(jiān)測站、現(xiàn)場控制站通信部分：數(shù)據(jù)、指令、信息的傳遞DCS系統(tǒng)軟件：實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信軟 件、組態(tài)軟件、各種應(yīng)用軟件工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-434計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 工業(yè)自動化的發(fā)展過程4. 集散式數(shù)字控制階段集散式控制系統(tǒng) DCS 是一場革命，但仍存在問題：1）信息化問題：如集散式控制系統(tǒng)無法診斷現(xiàn)場儀表，影響了信息 完整性2）數(shù)字化問題：系統(tǒng)中仍有模擬

27、測量儀表3）互操作和互換性問題：各廠家產(chǎn)品協(xié)議不統(tǒng)一，產(chǎn)品不能互換、 互操作工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-435計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 工業(yè)自動化的發(fā)展過程5. 現(xiàn)場總線控制階段20世紀(jì)80年代中期以后，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) FCS1）全分布式系統(tǒng)：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場控制設(shè)備之間及其與更高管理層之間的聯(lián)系：向下深入到每臺儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制功能徹底下放到現(xiàn)場；向上連接到上產(chǎn)管理、企業(yè)經(jīng)營的方方面面。2）全數(shù)字化系統(tǒng)：模擬儀表被符合現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的雙向通信

28、全數(shù)字智能儀表代替。3）全開放性系統(tǒng)：現(xiàn)場總線協(xié)議的完全開放使不同生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品之間可以互換、互操作。工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-436計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 工業(yè)自動化的發(fā)展過程6. 工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展的特點(diǎn)1）計算機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的作用越來越大2）信息集成度越來越高3）控制功能越來越接近現(xiàn)場4）現(xiàn)場儀表的測控能力越來越強(qiáng)工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF

29、CHINA2022-5-437計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義、組成結(jié)構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工業(yè)自動化的發(fā)展過程現(xiàn)場總線的定義、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)各種具體現(xiàn)場總線技術(shù)、現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-438計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 現(xiàn)場總線、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)及其特點(diǎn)1. 現(xiàn)場總線定義國際電工委員會IEC61158標(biāo)準(zhǔn)定義：現(xiàn)場總線是應(yīng)用在制造或過程區(qū)域現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信

30、的數(shù)據(jù)總線?，F(xiàn)場總線又稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-439計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 現(xiàn)場總線、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)及其特點(diǎn)2. 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)定義現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是指以現(xiàn)場總線為技術(shù)核心的工業(yè)控制系統(tǒng)，是一種新型網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)英文縮寫 FCS（Fieldbus Control System）。工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN

31、 UNIVERSITY OF CHINA2022-5-440計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 現(xiàn)場總線、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)及其特點(diǎn)3. 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) VS 傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)：一對一設(shè)備連線現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)：通過總線將各個設(shè)備簡單串聯(lián)工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-441計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 現(xiàn)場總線、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)及其特點(diǎn)3. 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)1）現(xiàn)場設(shè)備具有智能自治特點(diǎn)：可測、執(zhí)行、數(shù)據(jù)處理、控制。2）提高系統(tǒng)精度和自診斷

32、功能：可獨(dú)立調(diào)節(jié)、數(shù)字信號傳輸精度高、 具有故障診斷和數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能。3）降低了設(shè)計、安裝費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用：減少了隔離器、端子柜、變送器、獨(dú)立調(diào)節(jié)器、信號調(diào)理轉(zhuǎn)換模塊等；減少了復(fù)雜連線和校對；減小了控制室的占用面積等；故障自診斷方便了系統(tǒng)維護(hù)。4）組態(tài)和修改容易：總線拓?fù)?，組態(tài)軟件，系統(tǒng)易于擴(kuò)展。工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-442計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義、組成結(jié)構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工業(yè)自動化的發(fā)展過程現(xiàn)場總線的定義

33、、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點(diǎn)各種具體現(xiàn)場總線技術(shù)、現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-443計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 幾種現(xiàn)場總線技術(shù)簡介、現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)1. CAN總線控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN（Controller Area Network），德國BOSCH公司推出，最初用于汽車總線。特點(diǎn)：1）采用短幀結(jié)構(gòu)，抗干擾能力強(qiáng)；2）支持多主通信、優(yōu)先級通信，采用非破壞性總線仲裁技術(shù)；3）通信速率高，通信距離遠(yuǎn)；4）僅定義了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議1993年11月成為ISO國際

34、標(biāo)準(zhǔn)ISO11898，已廣泛應(yīng)用于道路交通運(yùn)輸工具和工業(yè)控制領(lǐng)域。工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-444計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 幾種現(xiàn)場總線技術(shù)簡介、現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)2. FF總線基金會現(xiàn)場總線 FF（Fieldbus Foundation），1994年FF基金會推出，是IEC61158標(biāo)準(zhǔn)總線中的一種。低速標(biāo)準(zhǔn)（H1）、高速標(biāo)準(zhǔn)（H2）、結(jié)合以太網(wǎng)技術(shù)的高速以太網(wǎng)HSEFF在化工、電力等連續(xù)流程工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用較廣。工程學(xué)院工程學(xué)院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-445計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線概述 幾種現(xiàn)場總線技術(shù)簡介、現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)3. PROFIBUS總線由西門子公司等13家企業(yè)和5家科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合研制。PROFIBUS-FMS:工廠、樓宇自動化中的單元級，用