現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述

網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)

—現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)之

第1章現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)概述清華大學(xué)自動(dòng)化系yangxh@陽(yáng)憲惠現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介現(xiàn)場(chǎng)總線與控制網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)化控制全分布式控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)對(duì)控制網(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)與上層網(wǎng)絡(luò)的連接方式主要內(nèi)容現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是近年來(lái)在自控領(lǐng)域發(fā)展形成的新技術(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)物它適應(yīng)了企業(yè)信息集成、管理控制一體化的發(fā)展需求是IT技術(shù)在自控領(lǐng)域延伸的產(chǎn)物（自控領(lǐng)域的IT技術(shù)）現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)是工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)；生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)集成式控制系統(tǒng)。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)用等現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是

工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的技術(shù)綜稱

現(xiàn)場(chǎng)總線原本指生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各控制設(shè)備之間的通信傳輸線在技術(shù)發(fā)展初期現(xiàn)場(chǎng)總線其被定義為應(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)控制設(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)隨著網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線成為工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的代名詞工業(yè)數(shù)據(jù)通信在各功能單元之間、在測(cè)量、控制設(shè)備之間、控制設(shè)備與與監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間傳遞數(shù)據(jù)信息多個(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(kāi)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

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)總線作為通信連接紐帶的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)完成測(cè)量控制任務(wù)控制網(wǎng)絡(luò)是一類特殊網(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)。示例網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一對(duì)導(dǎo)線上掛接多個(gè)傳感器、執(zhí)行器、開(kāi)關(guān)、按鈕，控制設(shè)備，總線是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間數(shù)字信號(hào)的傳輸介質(zhì)，是數(shù)字信息的公共傳輸通道按網(wǎng)絡(luò)連接方式構(gòu)建數(shù)據(jù)通道，形成數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的串行傳輸，傳統(tǒng)測(cè)量控制系統(tǒng)在設(shè)備間一對(duì)一連線，點(diǎn)到點(diǎn)布線傳送模擬信號(hào)網(wǎng)絡(luò)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(kāi)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

任務(wù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：傳輸文件、圖象、話音等通常情況下有人參與控制網(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)通常情況下要求自動(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)少生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)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

網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)

Network-basedcontrolsystem全分布式網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)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)造了條件網(wǎng)絡(luò)集成式控制系統(tǒng)擴(kuò)大辮了操萍作視陣野傳統(tǒng)4-摔20mA只能榜看到I/勉O子系就統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)乘總線視野盞可以并擴(kuò)展短到現(xiàn)恩場(chǎng)儀她表控制安器控制員系統(tǒng)僻網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)驅(qū)總線遠(yuǎn)程貞輸入/輸出子系琴統(tǒng)控制燒器控制請(qǐng)系統(tǒng)青網(wǎng)絡(luò)控制蜜系統(tǒng)高網(wǎng)絡(luò)鈔化連偽接引煙發(fā)的舌問(wèn)題網(wǎng)絡(luò)瞇成為鑄控制見(jiàn)系統(tǒng)有不可欺缺少您的組周成部戀分網(wǎng)絡(luò)蠅是控仔制系彎統(tǒng)各傍組成細(xì)部件準(zhǔn)之間鹽信息罷傳遞喜通道網(wǎng)絡(luò)鄭通信磁存在辛不確爹定性數(shù)據(jù)臣包的墳傳輸曬延遲通信秤系統(tǒng)條的瞬肌時(shí)錯(cuò)掀誤造怎成的犧數(shù)據(jù)膜包丟冊(cè)失發(fā)送件與到往達(dá)次貝序的稀不一膀致網(wǎng)絡(luò)菊通信歲的不癢確定混性會(huì)賀使控壺制系早統(tǒng)的看性能民受到于負(fù)面削影響通信挺傳輸堡遲延救有可擾能為消控制降系統(tǒng)留增添思遲延豆環(huán)節(jié)不確暴定性懸使得候控制杰系統(tǒng)所的分碌析和食綜合尤變得損更加怒復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)排應(yīng)滿貧足控陪制系窮統(tǒng)對(duì)尾通信預(yù)實(shí)時(shí)煮性、透確定帶性的劣相關(guān)調(diào)要求成為五現(xiàn)場(chǎng)抹總線承系統(tǒng)遙在設(shè)朵計(jì)和命運(yùn)行歉中應(yīng)賊關(guān)注弊的重畜要問(wèn)春題控制固系統(tǒng)搖對(duì)網(wǎng)塘絡(luò)的品要求開(kāi)放門性、鐵互可榆操作租性、艙通信放的實(shí)有時(shí)性毫、對(duì)豪環(huán)境扭的適閉應(yīng)性開(kāi)放員性：鐮通信碎協(xié)議繡公開(kāi)劍，能谷與任當(dāng)一遵駁守相厭同標(biāo)擠準(zhǔn)的外其它容廠商噸設(shè)備旁互連障為系姥統(tǒng)互可懼操作英性：互連飽設(shè)備半間的煉信息莖傳送寒與溝猾通；互用觀：不篩同生獅產(chǎn)廠姻家性崇能類形似的政設(shè)備喝可實(shí)羽現(xiàn)相冰互替傾換通信講的實(shí)動(dòng)時(shí)性可：具軍有嚴(yán)沒(méi)格的刃時(shí)序葛和定過(guò)時(shí)要倘求達(dá)不皂到實(shí)鉆時(shí)性慚要求同或因取時(shí)間馬同步驕等問(wèn)駕題影盆響了符網(wǎng)絡(luò)料節(jié)點(diǎn)姜間的抵動(dòng)作濟(jì)時(shí)序真，甚什至?xí)X造成傘災(zāi)難摘性的丈后果綠。環(huán)境視適應(yīng)賀性在高更溫、穩(wěn)嚴(yán)寒顛、粉近塵等王惡劣予環(huán)境雜下能因正常嘗工作臺(tái)，能缸抗震淚動(dòng)、剝抗電果磁干混擾、霞在易育燃易剃爆環(huán)指境下田能保喚證本巧質(zhì)安血全，懲有能禁力支雖持總椒線供劑電等傳感至器總盞線、沈設(shè)備秒總線唱和現(xiàn)袋場(chǎng)總爭(zhēng)線傳感貓器總健線屬菜于位(B殺it么)級(jí)總它線，牙其通枝信幀間的長(zhǎng)衡度只乏有幾端個(gè)數(shù)踏據(jù)位診或十層幾位如AS咳I（Ac慕tu錫at討or姨S千en慢so問(wèn)r兩In椒te專rf恐ac違e）總線設(shè)備咸總線擴(kuò)屬于葉字節(jié)(B矩yt串e)級(jí)總勿線，材其通升信幀供的長(zhǎng)框度一烈般為勢(shì)幾個(gè)過(guò)到幾膚十個(gè)檢字節(jié)如CA懼N（Co單nt所ro月l粗Ar折ea趟N隆et沈wo渣rk）總線現(xiàn)場(chǎng)梁總線撐則屬面于塊(B寨lo難ck來(lái))級(jí)的暑總線,其通腰信幀島的長(zhǎng)御度可流達(dá)到籠幾百紐奉個(gè)字貞節(jié)，熟當(dāng)要近傳輸畫的數(shù)案據(jù)塊巨再長(zhǎng)疾時(shí)，申可支奮持分東包傳懇送。如Fo杠un猶da彼ti做onFi族e(cuò)l擁db仍u(píng)s、Co梳nt塞ro旨ln基et、Pr貪of喂ib煤us傳感淹器總陜線、耗設(shè)備院總線丈可統(tǒng)滑稱為素現(xiàn)場(chǎng)增總線早期伏的現(xiàn)薪場(chǎng)總邊線技傅術(shù)Se法ns長(zhǎng)ep趟le旗x最初垂用于畜德國(guó)綿科隆夫福特趨汽車上公司皮機(jī)器術(shù)人的癥焊接通臂上到。工宣作環(huán)憲境靠葉近電淡磁場(chǎng),抗噪湖聲、抗電建磁干絮擾方面岸的能合力很正強(qiáng)，堆在上鋪述惡態(tài)劣環(huán)上境中停的工捕作狀搬態(tài)良閱好Se移ns咳ep顫le敘x系統(tǒng)通采用湊主從殊結(jié)構(gòu)毅；連接誤采用75歐姆斑同軸即電纜千；使用FS觀K頻移偏鍵控續(xù)調(diào)制破信號(hào)炕；采用卵總線瀉拓?fù)浣裕Т顺挚偳镁€供凈電和黎本質(zhì)報(bào)安全;節(jié)點(diǎn)駕總數(shù)帖為32販/6膠4/次12偷0個(gè)每個(gè)智節(jié)點(diǎn)劉的數(shù)段據(jù)輸煩入、狗輸出訊位均尺為8位。主節(jié)疏點(diǎn)與懲最遠(yuǎn)士從節(jié)卻點(diǎn)之烤間的邀距離虜為20奔0米，掙使用愛(ài)中繼蛋器可謙使該粱距離怪增加饒至40睜0米。傳輸斜速度勁為18星7KP-塌Ne炸t用于傳動(dòng)物瓜飼養(yǎng)虹系統(tǒng)牢，奶泉制品谷廠，趕啤酒壘廠，某農(nóng)業(yè)航環(huán)境煮控制出等可以書(shū)形成蠟網(wǎng)絡(luò)奏結(jié)構(gòu)編較為暫復(fù)雜勁的系抄統(tǒng)EI糧A-排48悶5標(biāo)準(zhǔn)逃，屏女蔽雙殖鉸線傳輸溫速率奪為76企.8胖Kb慎ps最大狐傳輸獸距離震為12哭00躁m每段輩最多璃可以劈燕連接12訓(xùn)5個(gè)設(shè)楊備。每幀棋數(shù)據(jù)扇為56位當(dāng)輛數(shù)據(jù)店大于56位時(shí)P-紅Ne滑t采用日分段墾結(jié)構(gòu)宴的多主網(wǎng)絡(luò)蘿系統(tǒng),網(wǎng)絡(luò)狐中可飛以連飾接多絡(luò)至32個(gè)主畫節(jié)點(diǎn)。P-福Ne校t多主排網(wǎng)絡(luò)鄰系統(tǒng)早期冬的現(xiàn)差場(chǎng)總這線技約術(shù)已揪相對(duì)禿完善主要火技術(shù)妄參數(shù)助可與廢現(xiàn)今嫩的系惕統(tǒng)媲窩美系統(tǒng)環(huán)封閉邀是早榆期現(xiàn)羊場(chǎng)總沾線技捏術(shù)的愿最大躬弊端通信峽協(xié)議學(xué)不公碰開(kāi)自成孩一體填的信嬌息孤快島不同犯供應(yīng)縣商的裳產(chǎn)品休之間方難于倉(cāng)互連但與互胖操作通信屯的開(kāi)種放性繪、一臘致性竟是近典年來(lái)姻現(xiàn)場(chǎng)墳總線篩技術(shù)激發(fā)展幸的重蝕要關(guān)扎注點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)姑總線絨的技躲術(shù)發(fā)埋展與塔標(biāo)準(zhǔn)特化現(xiàn)場(chǎng)全總線辜的百索花齊萄放與界興盛崗發(fā)展各種權(quán)總線際一百雞多種霜，其擋中宣廟稱為崖開(kāi)放寫型總厚線的逢就有40多種歐洲搬、北簡(jiǎn)美、鞭亞洲鏡的許凈多國(guó)給家都但投入曬巨額膝資金奪與人訂力進(jìn)膨行研岸究開(kāi)含發(fā)形成刪了各等式各吳樣的貸企業(yè)頭、國(guó)愛(ài)家、傻地區(qū)舟、及勿國(guó)際蛇現(xiàn)場(chǎng)券總線新標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)賠總線鐵組織現(xiàn)場(chǎng)肉總線法基金黎會(huì)（Fi妥el酸db崖usFo晝un遼da饒ti剪on）Lo即nM顫ar等k協(xié)會(huì),Pr芬of庫(kù)ib轉(zhuǎn)us協(xié)會(huì)鼻，工業(yè)器以太火網(wǎng)協(xié)貓會(huì)IE南A（In港du病st閱ri篇al慕E續(xù)th農(nóng)er更ne偶t西As兄so阿ci評(píng)at蠻io分n），工業(yè)疼自動(dòng)孕化開(kāi)翠放網(wǎng)聰絡(luò)聯(lián)柄盟IA腎ON停A（In遍du鬧st您ri閑al影A栽u(píng)t旨o(jì)m倡at白io強(qiáng)n革Op督en貢N延et治wo途rk駁A留ll拳ia奶nc鏟e）So交ci貍et女y插of鳳A屈ut在om厲ot按iv念e雜En譜gi如ne汽er奪s大In杏c.（SA浪E）現(xiàn)場(chǎng)爹總線顯國(guó)際陶標(biāo)準(zhǔn)削化組羽織及智標(biāo)準(zhǔn)耐化進(jìn)岔程IE歸C/臟TC課65負(fù)責(zé)哀測(cè)量復(fù)和控苦制系該統(tǒng)數(shù)濫據(jù)通栗信國(guó)曲際標(biāo)纖準(zhǔn)化練工作于19猾84年就陽(yáng)開(kāi)始敲著手姑總線還標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)的制測(cè)定，免致力碧于推腹出世借界上題單一俱的現(xiàn)蹦場(chǎng)總撓線標(biāo)貝準(zhǔn)，襪于19綁93年制動(dòng)定了IE螺C6墓11蠻58瞧-2歷經(jīng)櫻波及裙全球截的現(xiàn)份場(chǎng)總壁線標(biāo)央準(zhǔn)大沃戰(zhàn)，16年的保艱難櫻歷程辛后，席于20矮00年初沃宣布8種現(xiàn)旦場(chǎng)總柏線共案同構(gòu)屯成IE旋C現(xiàn)場(chǎng)番總線然國(guó)際傘標(biāo)準(zhǔn)辨子集IE餐C餐61腥15拴8；Co崗nt沒(méi)ro堆lN銀et；Pr雪of飽ib恩us；P-債Ne敵t；Hi錫gh會(huì)S膀pe希ed蘆E悉th權(quán)er著ne利t；Ne播wc晌om江erSw遵if酒tN穩(wěn)et；Wo乓rl飽dF情IP；In敞te溝rb侮us-S以后薯該標(biāo)闊準(zhǔn)又工增加壟為10種，13種實(shí)時(shí)丟以太傲網(wǎng)在尖沒(méi)有袖形成嘩正式絹標(biāo)準(zhǔn)攀之前旁以有14個(gè)子閣集IE托C/習(xí)17斥B負(fù)責(zé)寫制定飼低壓揮開(kāi)關(guān)慨裝置灰與控釣制裝焰置用特控制遷設(shè)備飾之間隊(duì)的接生口標(biāo)夾準(zhǔn)已通諸過(guò)的否標(biāo)準(zhǔn)IE磚C6真20胳26，包耀括第2部分AS磁I第3部分De沫vi渣c(diǎn)e測(cè)Ne臘t；第4部分片智能皺分布書(shū)式系本統(tǒng)SD濤S（Sm玻ar堤t僚Di臂st挺ri咐bu絨te跑d候Sy限st薄em）;第5部分Se知ns玩ep塘le堡xIS交O最早緣瑞成為型現(xiàn)場(chǎng)膛總線培國(guó)際藏標(biāo)準(zhǔn)櫻的CA糟N（IS魔O1必18技98）其它券有實(shí)源力、團(tuán)有發(fā)躬展前頂景的性控制墊網(wǎng)絡(luò)結(jié)技術(shù)Lo抱nW遍or刮ks;稼HA索RT；Mo菊db款us；CC轎-L板in誓k;藍(lán)牙歪無(wú)線歌；Zi血gb竿ee；消惑費(fèi)電男子總陷線;光總盤線等每種就總線者技術(shù)籮都具椅有自航己的辛特點(diǎn)貌與優(yōu)楊勢(shì)多種赤總線反并存些為用爐戶帶努來(lái)了懲諸多饅不便住，但張卻促脂成了芽控制太網(wǎng)絡(luò)吼技術(shù)船的多指姿多鏟彩控制皺網(wǎng)絡(luò)奔在企帆業(yè)網(wǎng)慨絡(luò)系鍋統(tǒng)中勵(lì)的地斯位與逗作用企業(yè)破網(wǎng)絡(luò)四系統(tǒng)禮的層羊次結(jié)菊構(gòu)In怪te侵rn舍et敵-I擁nt來(lái)ra廣ne織t-In影fr勺an斬et的網(wǎng)溝絡(luò)結(jié)濟(jì)構(gòu)功能窯層次驕。企業(yè)之資源峽規(guī)劃簡(jiǎn)層ER腐P（En報(bào)te鏡rp械ri況se廉R敵es螞ou磨rc朝e兄Pl交an咸ni局ng）制造障執(zhí)行長(zhǎng)層ME詢S（Ma車nu易fa金ct峰ur我in快g叢Ex夜ec及ut扒io閣n戚Sy栽st要em）現(xiàn)場(chǎng)矩控制尚層FC涂S（Fi蒙el饞d旋Co香nt朗ro惡l奧Sy話st闖em）信息鼻類型脖：運(yùn)翁行參類數(shù)的銜測(cè)量裳值、況控制春量、怖閥門屆的工失作位摟置、活開(kāi)關(guān)互狀態(tài)岔、報(bào)倦警狀陳態(tài)、夕設(shè)備完的資垂源與蔑維護(hù)采信息睡、系澡統(tǒng)組吳態(tài)、束參數(shù)云修改否、零森點(diǎn)量究