ZXQ現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述

會(huì)計(jì)學(xué)1ZXQ現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述1．《網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)——現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》

陽(yáng)憲惠清華大學(xué)出版社2．《工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)》

陽(yáng)憲惠清華大學(xué)出版社3．《現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用技術(shù)》

李正軍機(jī)械工業(yè)出版社4．《現(xiàn)場(chǎng)總線工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》

夏繼強(qiáng)，刑春香北京航空航天出版社5．《現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)》

鄒益仁，馬增良，蒲維國(guó)防工業(yè)出版社6．《現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》

李正軍人民郵電出版社參考書：第1頁(yè)/共55頁(yè)(一)理解現(xiàn)場(chǎng)總線的概念、現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的特點(diǎn)、基本組成，掌握現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的構(gòu)建方法。(二)理解掌握數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)。(三)理解掌握控制網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)。(四)掌握現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、思路和方法。教學(xué)要求：第2頁(yè)/共55頁(yè)工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)是近年來(lái)發(fā)展形成的自控領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)與自控技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。

現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)，將對(duì)該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生重要影響。工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)；生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)集成式控制系統(tǒng)；是IT技術(shù)在自控領(lǐng)域的延伸;自控領(lǐng)域的IT技術(shù)。本課程講述數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識(shí)，多種總線的技術(shù)特點(diǎn)、通信與網(wǎng)絡(luò)規(guī)范、通信控制器、通信接口，控制網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用等。第3頁(yè)/共55頁(yè)第1章現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述

主要內(nèi)容1.1現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介1.2現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的特點(diǎn)1.3以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)1.4現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化第4頁(yè)/共55頁(yè)1.1現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)(網(wǎng)絡(luò))傳感器總線、設(shè)備總線和現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)早期的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)全分布式控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求第5頁(yè)/共55頁(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)用于連接多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制設(shè)備、在各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間傳遞信號(hào)的共享傳輸介質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)指以測(cè)量控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以雙絞線、屏蔽電纜、光纖、無(wú)線等傳輸介質(zhì)為紐帶，把位于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、具備了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力的測(cè)量控制設(shè)備連接組成的開放式網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線

第6頁(yè)/共55頁(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線

什么是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)？IEC規(guī)范中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的描述：現(xiàn)場(chǎng)總線是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備之間、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與監(jiān)控裝置之間實(shí)行雙向、串行、多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的技術(shù)。控制網(wǎng)絡(luò)：由多個(gè)分散在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、具有數(shù)字通信能力的測(cè)量控制儀表作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)而形成的網(wǎng)絡(luò)以現(xiàn)場(chǎng)總線作為通信連接的紐帶完成測(cè)量控制任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)第7頁(yè)/共55頁(yè)圖1.1簡(jiǎn)單控制網(wǎng)絡(luò)示意圖第8頁(yè)/共55頁(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：計(jì)算機(jī)、工作站、打印機(jī)、顯示終端控制網(wǎng)絡(luò)：除了以上設(shè)備之外，還有PLC、數(shù)字調(diào)節(jié)器、開關(guān)、馬達(dá)、變送器、閥門、按鈕等。為內(nèi)嵌有CPU、單片機(jī)或其它專用芯片的設(shè)備，或功能簡(jiǎn)單的非智能設(shè)備

工作環(huán)境計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：辦公室控制網(wǎng)絡(luò)：工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，酷暑嚴(yán)寒、粉塵、電磁干擾、震動(dòng)、易燃易爆環(huán)境（本質(zhì)安全），總線供電的需求

第9頁(yè)/共55頁(yè)任務(wù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：傳輸文件、圖象、話音等。許多情況下有人參與?？刂凭W(wǎng)絡(luò)：傳輸工業(yè)數(shù)據(jù)（圖象），承擔(dān)自動(dòng)測(cè)控任務(wù)。許多情況下要求自動(dòng)完成特點(diǎn)實(shí)時(shí)性可靠性的要求高數(shù)據(jù)幀包含的字節(jié)數(shù)少控制網(wǎng)絡(luò)是一類特殊的網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于離散、連續(xù)制造業(yè)，交通、樓宇、家電、以至農(nóng)、林、牧、漁等各行各業(yè)。第10頁(yè)/共55頁(yè)工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)工業(yè)數(shù)據(jù)通信在測(cè)量、控制設(shè)備的各功能單元之間、設(shè)備與設(shè)備之間、以及這些設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間傳遞數(shù)據(jù)信息的過(guò)程。工業(yè)數(shù)據(jù)通信:多個(gè)工業(yè)控制設(shè)備之間二進(jìn)制數(shù)據(jù)的交換過(guò)程它區(qū)別于電話、電報(bào)通信，也有別于計(jì)算機(jī)通信工業(yè)數(shù)據(jù)通信的內(nèi)容生產(chǎn)裝置運(yùn)行參數(shù)的測(cè)量值、控制量、閥門的工作位置開關(guān)狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)設(shè)備的資源信息與維護(hù)信息、零點(diǎn)量程調(diào)校信息系統(tǒng)組態(tài)、參數(shù)修改信息等

第11頁(yè)/共55頁(yè)工業(yè)數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的測(cè)量控制系統(tǒng)在設(shè)備間一對(duì)一的并行連線，即點(diǎn)到點(diǎn)布線傳送模擬信號(hào)

現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)：一對(duì)導(dǎo)線上可掛接多個(gè)傳感器、執(zhí)行器、開關(guān)、按鈕、控制設(shè)備等，總線是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間數(shù)字信號(hào)的傳輸介質(zhì)，成為數(shù)字信息的公共傳輸通道控制網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)）按網(wǎng)絡(luò)連接方式構(gòu)建數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的串行傳輸，形成數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模三、兩個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)單系統(tǒng)成千上萬(wàn)臺(tái)設(shè)備的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)一個(gè)汽車組裝生產(chǎn)線可能有多達(dá)25萬(wàn)個(gè)I/O點(diǎn)石油煉制過(guò)程的一個(gè)普通裝置也會(huì)有上千臺(tái)測(cè)量控制設(shè)備

第12頁(yè)/共55頁(yè)圖1.2基于現(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)示例溫度變送器監(jiān)控計(jì)算機(jī)溫度測(cè)量值一組程序現(xiàn)場(chǎng)總線第13頁(yè)/共55頁(yè)通信設(shè)備

發(fā)送器（transmitter）數(shù)據(jù)通信過(guò)程中將通信信號(hào)發(fā)送到傳輸介質(zhì)（總線）上的發(fā)送電路接收器(receiver)數(shù)據(jù)通信過(guò)程中從傳輸介質(zhì)（總線）上接收通信信號(hào)的接收電路收發(fā)器(transceiver)將接收器、發(fā)送器組合在一起，借助公用的電路元件進(jìn)行發(fā)送和接收信號(hào)的電子裝置現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般均作為收發(fā)器第14頁(yè)/共55頁(yè)數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE（DataCommunicationEquipment)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的通信信號(hào)并發(fā)送到傳輸介質(zhì)上的電路設(shè)備，以及把從傳輸介質(zhì)上接收到的通信信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)的電路設(shè)備。如調(diào)制解調(diào)器、電纜驅(qū)動(dòng)器、多路復(fù)用輸出器數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(DataTerminalEquipment)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源設(shè)備或數(shù)據(jù)用戶設(shè)備DTE一般與通信信號(hào)的調(diào)制、編碼無(wú)關(guān)，也不直接連接在傳輸介質(zhì)上。通信設(shè)備

第15頁(yè)/共55頁(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(Fieldbusdevice)泛指連接在現(xiàn)場(chǎng)總線上的通信實(shí)體與控制設(shè)備既具備某種測(cè)量控制功能（DTE），也具有數(shù)據(jù)通信的能力（DCE）總線主設(shè)備(busmaster)有能力掌管總線通信權(quán)的設(shè)備叫做總線主設(shè)備在一條總線段上可連接多個(gè)主設(shè)備某一時(shí)刻，一條總線段上只能有一個(gè)主設(shè)備執(zhí)行其主設(shè)備的功能總線從設(shè)備(busslaver)沒有能力對(duì)總線主動(dòng)發(fā)起通信，只能接收總線信號(hào)、對(duì)查詢作出相應(yīng)響應(yīng)的設(shè)備稱為總線從設(shè)備。從設(shè)備也被稱之為基本設(shè)備通信設(shè)備

第16頁(yè)/共55頁(yè)終端器（terminator）在網(wǎng)段兩端連接成對(duì)線纜導(dǎo)體的終點(diǎn)，用以防止發(fā)生信號(hào)反射的電子器件。不同類型現(xiàn)場(chǎng)總線終端器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有所區(qū)別。有的終端器只是一個(gè)電阻，有的終端器是電阻電容組合電路；其阻值應(yīng)等于連接電纜的特征阻抗。中繼器(repeater)將輸入端口接收到的通信信號(hào)在整形放大后，轉(zhuǎn)發(fā)到輸出端口下游節(jié)點(diǎn)的有源設(shè)備。中繼器可增加總線的傳輸距離和掛接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)的數(shù)量通信設(shè)備

第17頁(yè)/共55頁(yè)

報(bào)文與協(xié)議報(bào)文（message）泛指通信過(guò)程中傳送的信息，包括文本、命令、參數(shù)值、圖片、聲音等報(bào)文屬于通信系統(tǒng)中的軟件現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中的報(bào)文信息包括原始數(shù)據(jù)、測(cè)控參數(shù)值、操作指令等第18頁(yè)/共55頁(yè)協(xié)議(protocol)指一套事先約定好的、共同遵守的規(guī)約通信協(xié)議（CommunicationProtocol）規(guī)定通信報(bào)文內(nèi)容、格式、次序安排、通信何時(shí)進(jìn)行以及通信如何進(jìn)行等內(nèi)容的一組規(guī)則。參與通信的各方需要根據(jù)通信協(xié)議控制數(shù)據(jù)通信過(guò)程，理解通信報(bào)文中數(shù)據(jù)的含義總線協(xié)議(BusProtocol)總線上的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備如何使用總線的一整套規(guī)則是一套事先規(guī)定的、必須共同遵守的規(guī)約報(bào)文與協(xié)議

第19頁(yè)/共55頁(yè)圖1.3現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)示例現(xiàn)場(chǎng)總線第20頁(yè)/共55頁(yè)傳感器總線、設(shè)備總線和現(xiàn)場(chǎng)總線

傳感器總線屬于位(Bit)級(jí)總線，其通信幀的長(zhǎng)度只有幾個(gè)數(shù)據(jù)位或十幾位如ASI（ActuatorSensorInterface）總線設(shè)備總線屬于字節(jié)(Byte)級(jí)總線，其通信幀的長(zhǎng)度一般為幾個(gè)到幾十個(gè)字節(jié)如CAN（ControlAreaNetwork）總線現(xiàn)場(chǎng)總線則屬于塊(Block)級(jí)的總線,其通信幀的長(zhǎng)度可達(dá)到幾百個(gè)字節(jié)，當(dāng)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊更長(zhǎng)時(shí)，可支持分包傳送。如FoundationFieldbus、Controlnet、Profibus傳感器總線、設(shè)備總線可統(tǒng)稱為現(xiàn)場(chǎng)總線

第21頁(yè)/共55頁(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)圖1.4單回路控制系統(tǒng)框圖第22頁(yè)/共55頁(yè)Network-basedcontrolsystem圖1.5控制系統(tǒng)組成環(huán)節(jié)之間的網(wǎng)絡(luò)連接第23頁(yè)/共55頁(yè)

網(wǎng)絡(luò)化連接

傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的一對(duì)一連接網(wǎng)絡(luò)化連接

圖1.6網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較第24頁(yè)/共55頁(yè)1.1.5早期的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

早期的現(xiàn)場(chǎng)總線（工業(yè)電話線），把傳感器、按鈕、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等測(cè)量控制部件接到某種類型的控制器上，例如PLC或者是工業(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，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。第一個(gè)設(shè)備層現(xiàn)場(chǎng)總線：上世紀(jì)70年代，在PLC出現(xiàn)的同時(shí)，Culter-Hammer推出了第一個(gè)設(shè)備層現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。早期(80年代)出現(xiàn)至今還在應(yīng)用的幾種現(xiàn)場(chǎng)總線GeneralElectric的GeniusI/O;Phoenix的Interbus;TURCK的Senseplex;ProcessData的P—NET第25頁(yè)/共55頁(yè)GeniusI/O

在PLC之間、PLC與人機(jī)界面之間傳遞數(shù)據(jù)信息

令牌總線,采用分支受限制的總線拓?fù)?；網(wǎng)段節(jié)點(diǎn)數(shù)32個(gè)；每個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸入、輸出均為1024位，傳輸距離約1000米/傳輸速率153.6K時(shí);2250米/傳輸速率38.4K時(shí)；屏蔽雙絞線，光纜；采用FSK頻移鍵控調(diào)制信號(hào)

第26頁(yè)/共55頁(yè)Interbus在物理連接方式屬于直線總線，數(shù)據(jù)傳輸屬于數(shù)據(jù)環(huán)的方式總線最多帶有64個(gè)節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)的輸入、輸出數(shù)據(jù)為16位覆蓋距離最遠(yuǎn)可達(dá)12.5公里典型傳輸速率為500Kbps物理信號(hào)連接遵循EIA－485標(biāo)準(zhǔn)采用單總幀結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)幀中有效位的比率高第27頁(yè)/共55頁(yè)Senseplex最初用于德國(guó)科隆福特汽車公司機(jī)器人的焊接臂上。工作環(huán)境靠近電磁場(chǎng),抗噪聲、抗電磁干擾方面的能力很強(qiáng)，在上述惡劣環(huán)境中的工作狀態(tài)良好Senseplex系統(tǒng)采用主從結(jié)構(gòu)；連接采用75歐姆同軸電纜；使用FSK頻移鍵控調(diào)制信號(hào)；采用總線拓?fù)?，支持總線供電和本質(zhì)安全;節(jié)點(diǎn)總數(shù)為32/64/120個(gè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)輸入、輸出位均為8位。主節(jié)點(diǎn)與最遠(yuǎn)從節(jié)點(diǎn)之間的距離為200米，使用中繼器可使該距離增加至400米。傳輸速度為187K第28頁(yè)/共55頁(yè)P(yáng)-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)境控制等可以形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的系統(tǒng)EIA-485標(biāo)準(zhǔn)，屏蔽雙鉸線傳輸速率為76.8Kbps最大傳輸距離為1200m每段最多可以連接125個(gè)設(shè)備。每幀數(shù)據(jù)為56位當(dāng)數(shù)據(jù)大于56位時(shí)P-Net采用分段結(jié)構(gòu)的多主網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)中可以連接多至32個(gè)主節(jié)點(diǎn)。第29頁(yè)/共55頁(yè)圖1.7P-Net多主網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

第30頁(yè)/共55頁(yè)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)。它在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)種類、通信幀的長(zhǎng)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(wèn)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。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)品之間不能相互通信，通信幀一般較短開放總線的典型范例CAN有公開統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范多個(gè)芯片制造商：Motorola、Intel、Philips、Hitachi開放性促進(jìn)了該技術(shù)的發(fā)展與推廣應(yīng)用

第31頁(yè)/共55頁(yè)新型控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)—

網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變遷

基地式氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)電動(dòng)單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)集中式數(shù)字控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)DCS網(wǎng)絡(luò)化現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)FCS第32頁(yè)/共55頁(yè)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)上形成設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)式連接節(jié)省大量線纜、槽架、連接件；連線設(shè)計(jì)與接頭校對(duì)的工作量也大大減少增加現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備無(wú)需增設(shè)新的電纜實(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，擴(kuò)大了操作人員的視野，為遠(yuǎn)程監(jiān)視與操作提供了基礎(chǔ)條件無(wú)人值守機(jī)站將控制功能模塊置入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了全分布式控制系統(tǒng)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)的管理控制一體化創(chuàng)造了條件第33頁(yè)/共55頁(yè)網(wǎng)絡(luò)集成式控制系統(tǒng)第34頁(yè)/共55頁(yè)擴(kuò)大了操作視野傳統(tǒng)4-20mA只能看到

I/O子系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線視野可以擴(kuò)展到現(xiàn)場(chǎng)儀表控制器控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線遠(yuǎn)程輸入/輸出子系統(tǒng)控制器控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)第35頁(yè)/共55頁(yè)網(wǎng)絡(luò)化、全分布式控制系統(tǒng)第36頁(yè)/共55頁(yè)控制系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求

開放性、互可操作性、通信的實(shí)時(shí)性、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性

開放性：通信協(xié)議公開，能與任一遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其它廠商設(shè)備互連為系統(tǒng)互可操作性：互連設(shè)備間的信息傳送與溝通；互用：不同生產(chǎn)廠家性能類似的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)相互替換通信的實(shí)時(shí)性：具有嚴(yán)格的時(shí)序和定時(shí)要求達(dá)不到實(shí)時(shí)性要求或因時(shí)間同步等問(wèn)題影響了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的動(dòng)作時(shí)序，甚至?xí)斐蔀?zāi)難性的后果。環(huán)境適應(yīng)性在高溫、嚴(yán)寒、粉塵等惡劣環(huán)境下能正常工作，能抗震動(dòng)、抗電磁干擾、在易燃易爆環(huán)境下能保證本質(zhì)安全，有能力支持總線供電等

第37頁(yè)/共55頁(yè)1.2現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的特點(diǎn)總線式連接－－結(jié)構(gòu)特點(diǎn)開放性互可操作性通信的確定性與實(shí)時(shí)性環(huán)境適應(yīng)性數(shù)字與智能化（現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能與功能自治性）技術(shù)特點(diǎn)第38頁(yè)/共55頁(yè)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)面臨的問(wèn)題控制網(wǎng)絡(luò)與上層網(wǎng)絡(luò)的連接方式1.3以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)第39頁(yè)/共55頁(yè)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)Internet-Intranet-Infranet的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)互聯(lián)網(wǎng)－企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)－底層控制網(wǎng)

功能層次企業(yè)資源規(guī)劃層ERP（EnterpriseResourcePlanning）制造執(zhí)行層MES（ManufacturingExecutionSystem）現(xiàn)場(chǎng)控制層FCS（FieldControlSystem）信息類型：運(yùn)行參數(shù)的測(cè)量值、控制量、閥門的工作位置、開關(guān)狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)、設(shè)備的資源與維護(hù)信息、系統(tǒng)組態(tài)、參數(shù)修改、零點(diǎn)量程調(diào)校信息等。

第40頁(yè)/共55頁(yè)圖1.8以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)示意圖第41頁(yè)/共55頁(yè)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)第42頁(yè)/共55頁(yè)圖1.9企業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各功能層次

信息傳遞示意圖第43頁(yè)/共55頁(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制層面臨的問(wèn)題控制網(wǎng)絡(luò)種類繁多，形形色色的現(xiàn)場(chǎng)總線再加上DCS、PLC、SCADA等網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的通信一致性差，個(gè)異性強(qiáng)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)存在較大差異通信協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)類型等有較大差異控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息交換有難度實(shí)時(shí)性、環(huán)境適應(yīng)性方面還面臨許多問(wèn)題需要解決第44頁(yè)/共55頁(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與上層網(wǎng)絡(luò)的連接方式

采用專用網(wǎng)關(guān)完成不同通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，把控制網(wǎng)段或DCS連接到以太網(wǎng)上將現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡和以太網(wǎng)卡都置入工業(yè)PC機(jī)的PCI插槽內(nèi)，在PC機(jī)內(nèi)完成數(shù)據(jù)交換。實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)段與上層網(wǎng)絡(luò)的連接將WEB服務(wù)器直接置入PLC或現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備內(nèi)，借助WEB服務(wù)器和通用瀏覽工具，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的動(dòng)態(tài)交互

第45頁(yè)/共55頁(yè)通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接控制網(wǎng)段與上層網(wǎng)絡(luò)

第46頁(yè)/共55頁(yè)采用PCI卡連接控制網(wǎng)段與上層網(wǎng)絡(luò)

第47頁(yè)/共55頁(yè)1.4現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場(chǎng)總線的百花齊放與興盛發(fā)展各種總線一百多種，其中宣稱為開放型總線的就有40多種歐洲、北美、亞洲的許多國(guó)家都投入巨額資金與人力進(jìn)行研究開發(fā)形成了各式各樣的企業(yè)、國(guó)家、地區(qū)、及國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)第48頁(yè)/共55頁(yè)1.4現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)場(chǎng)總線組織現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)（FieldbusFoundation）LonMark協(xié)會(huì),Profibus協(xié)會(huì)，工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會(huì)IEA（IndustrialEthernetAssociation），工業(yè)自動(dòng)化開放網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟IAONA（IndustrialAutomationOpenNetworkAlliance）SocietyofAutomotiveEngineersInc.（SAE）第49頁(yè)/共55頁(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程IEC/TC65負(fù)責(zé)測(cè)量和控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作于1984年就開始著手總線標(biāo)準(zhǔn)的制定，致力于推出世界上單一的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，于1993年制定了IEC61158-2歷經(jīng)波及全球的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)大戰(zhàn)，16年的艱難歷程后，于2000年初宣布8種現(xiàn)場(chǎng)總線共同構(gòu)成IEC現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)子集IEC6115