工业通信与网络技术1

– 一句话：数字式、开放性、分散性、互操作性与互 换性、对现场环境的适应性
优点： – (1)导线和连接附件大量减少 – (2)仪表和输入／输出转换器（卡件）大量减少 – (3)设计、安装和调试费用大大降低
– – – – – – – –
(4)维护开销大幅度下降 (5)系统可靠性提高 (6)系统测量与控制精度提高 (7)系统具有优异的远程监控功能 (8)系统具有强大的（远程）故障诊断功能 (9)设备配置、网络组态和系统集成方便自由 (10)现场设备更换和系统扩展更为方便 (11)为企业信息系统的构建创造了重要条件
– 包括2种类型：
• SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）监视控制与数据采集系统 • DDC（Direct Digital Control）直接数字控制系统
– 年代：约1962年
4、PLC（Programmable Logic Controllers） 可编程逻辑控制器
三种主流现场总线协议簇 六、现场总线的国际标准 1、制定标准的国际组织有：
– IEC（国际电工委员会） – ISO（国际标准化组织） – ITU（国际电信联盟）
2、IEC国际标准的制定过程
– – – – – – – 预备阶段 提案阶段 准备阶段 委员会阶段 征询意见阶段 批准阶段 出版阶段（标志：PPUB，即：Publication Issued， 出版发行即认为国际标准形成）
– 楼宇自动化
• 如：LonWorks
– 道路交通工具中用的
• 如：CAN、VAN
– 飞机上用的
• 如：SwiftNet
– 农业、养殖业中用的
• 如：P-Net
– 低压开关设备中用的
• 如：DeviceNet、AS-i等
3、按功能分层
信息层 EtherNet/IP HSE/H2 PROFInet/PROFIBUS-FMS 控制层 ControlNet H1 设备层 DeviceNet RA FF PROFIBUS-PA PROFIBUS-DP PROFIBUS
五、现场总线的分类 1、按传送的数据宽度划分
– 传感器网络：数据宽度为位（bit）
• 如：AS-i、Seriplex
– 设备总线：数据宽度为字节（byte）
• 如：Interbus、DeviceNet
– 全功能型总线：数据宽度为数据流或数据
2、按应用行业划分
– 过程控制用现场总线
• 如：FF、PROFIBUS-PA
控制器： 主站、从站
人机界面 ： 输入/输出设备 参数、命令、显示
离散量/ 模 拟 量 输入/输 出设备
指示灯： 状态指示
变送器 阀和交流驱动器： 操作员接口 ： 光电传感器： （传感器） 执行器，输出设备 输入操作命令 检测开关 ：输入设备
远程访问路由设备
显示工 作站
上位机：监控
三层网络
信 息 量 减 少
控制、网关
条形码识别器 ：输入设备 智能速度控制器 ：执行器
主机系统
以太网交换机
高速以太网 100Mbps
组态、监控 现场信息 控制信息
链接设备：核心 网桥、网关 时间发布 链路调度器
31.25kbps
FF HSE 网络架构（体系结构）
四、现场总线的特点及优点
特点： – (1)现场总线是现场通信网络 – (2)现场总线是数字通信网络 – (3)现场总线是开放互连网络 – (4)现场总线是现场设备互联网络 – (5)现场总线是结构与功能高度分散的系统 – (6)现场总线是互操作性与互换性网络
– 年代：约1972年
5、DCS（DБайду номын сангаасstributed Control System） 集散控制系统，又称分散控制系统
– 年代：约1976年
6、FCS（Fieldbus Control System） 现场总线控制系统
– 年代：约1994年
总结：
– 现场总线控制系统（FCS）产生的原因
• 生产力水平的发展所要求 • 由简到繁、再由繁到简的螺旋式上升发展过程
第一章 绪论
一、工业控制网络的发展过程 1、机械式（液动、气动）仪表
– 3-15psi信号传递（对应于0.2-1.0kgf/cm2） – psi意为磅/平方英寸，气压单位 – 缺点：体积较大，适合单机控制
2、电动仪表
– 使用4-20mA电流环模拟信号 – 缺点：线缆较多
3、CCS（Computer Control System） 中央控制计算机系统
二、现场总线的概念 安装在制造或过程区域的现场装置与 控制室内的自动控制装置之间的数字式、 串行、多点通信的数据总线。
– IEC 61158 ED1.0中的定义 – 广义理解：
• 可以把现场总线看成是一种网络、一种链路、一 个系统的集成，甚至是一个测控系统。
三、现场总线的软硬件构成
– 硬件构成
• 总线电缆：也叫通信介质、通信媒体 • 总线设备：包括变送器、执行器、控制器等
3、用于低压开关设备和控制设备的现场总线国 际标准（Low-Voltage Switchgear and Controlgear）IEC 62026
– 包括4个类型
• AS-i：Actuator Sensor interface，执行器传感器接 口，西门子支持 • DeviceNet：设备网，RA支持 • SDS：Smart Distributed System，智能分布系统， Honeywell支持 • Seriplex：Serial Multiplexed Control Bus，串行多 路控制总线
– 标准形成时间：2001年11月
4、用于道路交通工具进行数字信息交换的 现场总线国际标准
– ISO 11898：高速CAN，125k-1M（bps）
– ISO 11519：低速CAN和VAN，125kbps以下
5、楼宇自动化领域的现场总线国际标准
– 软件构成
• 系统平台软件：
– 网络配置软件：一个平台，实现设备配置、网络组态， 与组态通信软件进行通信 – 通信工具软件：与总线设备间的数据通信 – 监控组态软件：实现监控功能 – 设备编程软件：用户程序的开发平台
• 系统应用软件：
– 系统用户程序软件：实现工艺流程 – 设备接口通信软件：实现总线设备间的通信 – 设备功能软件：实现总线设备功能