工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)

1、工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)清華大學(xué)自動(dòng)化系清華大學(xué)自動(dòng)化系62783125-252陽憲惠陽憲惠第第1講講 工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)概述工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)概述主要內(nèi)容主要內(nèi)容化化第第1 1講講 工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)概述工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)概述控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場總線 vALLEN-BRADLEY789456123.0-F1F6F2F7F3F8F4F9F5F10PanelView550控制網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別控制網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 工業(yè)數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)工業(yè)數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)生產(chǎn)現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化連接網(wǎng)絡(luò)化連接 傳統(tǒng)控制系

2、統(tǒng)的一對(duì)一連接傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的一對(duì)一連接 網(wǎng)絡(luò)化連接網(wǎng)絡(luò)化連接 Multi-ControllersAOPIDAIPIDAOAINetwork-based control system控制器被控過程執(zhí)行器測量變送給定值被控參數(shù)控制器1執(zhí)行器1測量變送1測量變送n執(zhí)行器m生產(chǎn)過程現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)傳感器總線、設(shè)備總線和現(xiàn)場總線傳感器總線、設(shè)備總線和現(xiàn)場總線 早期的現(xiàn)場總線技術(shù)早期的現(xiàn)場總線技術(shù) 早期的現(xiàn)場總線（工業(yè)電話線），把傳感器、按鈕、執(zhí)行機(jī)構(gòu)早期的現(xiàn)場總線（工業(yè)電話線），把傳感器、按鈕、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等測量控制部件接到某種類型的控制器上，例如等測量控制部件接到某種類型的控制器上，例如PLCPLC或者是工或

3、者是工業(yè)計(jì)算機(jī)。業(yè)計(jì)算機(jī)。 對(duì)控制器的輸入包括按鈕、傳感器、接觸器的位置狀態(tài)與數(shù)值，對(duì)控制器的輸入包括按鈕、傳感器、接觸器的位置狀態(tài)與數(shù)值， 控制器的輸出用于驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈、接觸器、開關(guān)、調(diào)節(jié)閥門等?？刂破鞯妮敵鲇糜隍?qū)動(dòng)信號(hào)燈、接觸器、開關(guān)、調(diào)節(jié)閥門等。 第一個(gè)設(shè)備層現(xiàn)場總線：第一個(gè)設(shè)備層現(xiàn)場總線： 上世紀(jì)上世紀(jì)7070年代，在年代，在PLCPLC出現(xiàn)的同時(shí)，出現(xiàn)的同時(shí)，CulterCulter-Hammer-Hammer推出了第一個(gè)設(shè)備推出了第一個(gè)設(shè)備層現(xiàn)場總線系統(tǒng)。層現(xiàn)場總線系統(tǒng)。 P-NetP-Net 用于動(dòng)物飼養(yǎng)系統(tǒng)，奶制品廠，啤酒廠，農(nóng)業(yè)環(huán)境用于動(dòng)物飼養(yǎng)系統(tǒng)，奶制品廠，啤酒廠，農(nóng)業(yè)環(huán)境控

4、制等控制等 可以形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的系統(tǒng)可以形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的系統(tǒng) EIA-485EIA-485標(biāo)準(zhǔn)，屏蔽雙鉸線標(biāo)準(zhǔn)，屏蔽雙鉸線 傳輸速率為傳輸速率為76.8Kbps76.8Kbps 最大傳輸距離為最大傳輸距離為1200m1200m 每段最多可以連接每段最多可以連接125125個(gè)設(shè)備。個(gè)設(shè)備。 每幀數(shù)據(jù)為每幀數(shù)據(jù)為5656位當(dāng)數(shù)據(jù)大于位當(dāng)數(shù)據(jù)大于5656位時(shí)位時(shí) P-NetP-Net采用分段結(jié)構(gòu)的采用分段結(jié)構(gòu)的多主多主網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng), ,網(wǎng)絡(luò)中可以連網(wǎng)絡(luò)中可以連接多至接多至3232個(gè)主節(jié)點(diǎn)。個(gè)主節(jié)點(diǎn)。 P-Net多主網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 小結(jié)小結(jié) 從早期總線技術(shù)可以看出工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

5、。從早期總線技術(shù)可以看出工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。 它在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)種類、通信幀的長度、所處的工作環(huán)境、各種通信它在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)種類、通信幀的長度、所處的工作環(huán)境、各種通信技術(shù)參數(shù)、需要考慮解決的問題等方面，都具有區(qū)別于話音通信、計(jì)算技術(shù)參數(shù)、需要考慮解決的問題等方面，都具有區(qū)別于話音通信、計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)的顯著特征。機(jī)通信系統(tǒng)的顯著特征。 早期總線技術(shù)的缺點(diǎn)早期總線技術(shù)的缺點(diǎn) 大多是專有通信技術(shù)，自成系統(tǒng)，不具備開放性。不同生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品大多是專有通信技術(shù)，自成系統(tǒng)，不具備開放性。不同生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品之間不能相互通信，通信幀一般較短之間不能相互通信，通信幀一般較短 開放總線的典型范例開放

6、總線的典型范例CANCAN 有公開統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范有公開統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范 多個(gè)芯片制造商：多個(gè)芯片制造商：MotorolaMotorola、 IntelIntel、PhilipsPhilips、HitachiHitachi 開放性促進(jìn)了該技術(shù)的發(fā)展與推廣應(yīng)用開放性促進(jìn)了該技術(shù)的發(fā)展與推廣應(yīng)用 新型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)新型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變遷控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變遷 基地式氣動(dòng)儀表基地式氣動(dòng)儀表 氣動(dòng)、電動(dòng)系列的單元組合式儀表氣動(dòng)、電動(dòng)系列的單元組合式儀表 集中式數(shù)字控制系統(tǒng)集中式數(shù)字控制系統(tǒng) 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng) DCSDCS、PLCPLC 網(wǎng)絡(luò)化現(xiàn)場控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化

7、現(xiàn)場控制系統(tǒng) FCSFCS網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的特點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)了工業(yè)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)式遠(yuǎn)程傳輸與集中管理，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)式遠(yuǎn)程傳輸與集中管理，為遠(yuǎn)程監(jiān)視與操作提供了基礎(chǔ)條件為遠(yuǎn)程監(jiān)視與操作提供了基礎(chǔ)條件 無人值守機(jī)站無人值守機(jī)站 將控制功能模塊置入現(xiàn)場設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了全分布式控制系統(tǒng)將控制功能模塊置入現(xiàn)場設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了全分布式控制系統(tǒng) 支持總線供電支持總線供電 為自動(dòng)化系統(tǒng)與其它信息系統(tǒng)的溝通，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)的管理控為自動(dòng)化系統(tǒng)與其它信息系統(tǒng)的溝通，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)的管理控制一體化創(chuàng)造了條件制一體化創(chuàng)造了條件網(wǎng)絡(luò)集成式控制系統(tǒng)1999 User Training 2 1999 Fieldbus Fo

8、undation減少了接線與安裝減少了接線與安裝傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的4-20 mA儀表接線方式儀表接線方式,對(duì)每一設(shè)備，均需配置一個(gè)本安柵，一對(duì)接線對(duì)每一設(shè)備，均需配置一個(gè)本安柵，一對(duì)接線4-20 mAISISISIS多臺(tái)設(shè)備可以共用一個(gè)本安柵，一對(duì)接線多臺(tái)設(shè)備可以共用一個(gè)本安柵，一對(duì)接線ISFieldbus擴(kuò)大了操作視野擴(kuò)大了操作視野傳統(tǒng)傳統(tǒng) 4-20 mA只能看到只能看到 I/O 子系統(tǒng)子系統(tǒng)現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線視野可以擴(kuò)展到現(xiàn)場儀表視野可以擴(kuò)展到現(xiàn)場儀表控制器控制器控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線遠(yuǎn)程輸入遠(yuǎn)程輸入/輸出輸出子系統(tǒng)子系統(tǒng)控制器控制器控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)化、全分布式控制系

9、統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、全分布式控制系統(tǒng)AIPIDAOLASPT101PV101PIC101FFFFFF控制系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求 控制網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的地位與作用控制網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的地位與作用 。 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)互連網(wǎng)Internet企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)Intranet底層控制網(wǎng)Infranet企業(yè)資源規(guī)劃層ERP制造執(zhí)行層MES現(xiàn)場控制層FCSEthernet現(xiàn)場控制層FCS制造執(zhí)行層MESEthernet資源規(guī)劃層ERPEthernet調(diào)節(jié)閥溫度變送器溫度變送器溫度變送器調(diào)節(jié)閥Internet控制網(wǎng)絡(luò)ProfibusDevicenet(CAN)廣域網(wǎng)PCPC衛(wèi)星地面站中繼器路由器PLCPCH1以太網(wǎng)

10、段網(wǎng)關(guān)打印機(jī)繪圖儀Modem鍵盤、便攜機(jī)工作站TCP/Devicenet電話MotorPLCI/OI/OI/O服務(wù)器現(xiàn)場控制層FCS制造執(zhí)行層MES防火墻服務(wù)器資源規(guī)劃層ERP操作站現(xiàn)場控制層面臨的問題控制網(wǎng)絡(luò)與上層網(wǎng)絡(luò)的連接方式控制網(wǎng)絡(luò)與上層網(wǎng)絡(luò)的連接方式 通過網(wǎng)關(guān)連接控制網(wǎng)段與上層網(wǎng)絡(luò) 監(jiān)視操作計(jì)算機(jī)以太網(wǎng)段Server網(wǎng)關(guān)/控制器網(wǎng)橋控制網(wǎng)段控制網(wǎng)段采用PCI卡連接控制網(wǎng)段與上層網(wǎng)絡(luò) 監(jiān)視操作計(jì)算機(jī)PCI控制網(wǎng)段控制網(wǎng)段以太網(wǎng)段控制網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)化 IEC/17BIEC/17B 負(fù)責(zé)制定低壓開關(guān)裝置與控制裝置用控制設(shè)備之間的接口標(biāo)準(zhǔn)負(fù)責(zé)制定低壓開關(guān)裝置與控制裝置用控制設(shè)備之間的接口

11、標(biāo)準(zhǔn) 已通過的標(biāo)準(zhǔn)已通過的標(biāo)準(zhǔn)IEC62026IEC62026，包括，包括 第第2 2部分部分ASIASI 第第3 3部分部分 DeviceNetDeviceNet； 第第4 4部分智能分布式系統(tǒng)部分智能分布式系統(tǒng)SDSSDS（Smart Distributed SystemSmart Distributed System）; ; 第第5 5部分部分SenseplexSenseplex ISOISO 最早成為現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)的最早成為現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)的CANCAN（ISO11898ISO11898） 其它有實(shí)力、有發(fā)展前景的控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)其它有實(shí)力、有發(fā)展前景的控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù) LonWorksLonWorks; HART; HART；Modb