工业控制网络1

气动式仪表

使用统一的压力信号，带远程发送器，能在远距离外的二次仪表上重现读数，从而 能集中在中心控制室进行检测、记录和控制

年代： 20世纪30年代末和40年代初
电动仪表

使用4-20mA电流环模拟信号 缺点：线缆较多 年代： 20世纪50年代
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1.0 工业控制网络的发展历程

CCS（Computer Control System）中央控制计算机系统
计算机（Computer）、控制（Control）技术发展的结合 点。
现场总线是过程控制技术、自动化仪表技术、计算机
现场总线是当今 3C 技术，即通信（ Communication ）、
网络技术三大技术发展的交汇点。
现场总线是信息技术、网络技术的发展在控制领域的
体现。
现场总线是信息技术、网络技术发展到现场的结果。
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1.3.1 现场总线的技术特点
与 DCS 等传统的系统相比，现场总线（系统） 有以下特点：
现场通信网络
现场总线将通信线（总线电缆）延伸到工业现场（制
造或过程区域），或总线电缆就是直接安装在工业现 场的；
现场总线完全适应于工业现场环境，因为它就是为此
而设计的。
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1.3.1 现场总线的技术特点

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1.2 现场总线系统的组成与体系结构


1.2.1 现场总线系统的组成
1.2.2 现场总线控制系统的体系结构
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1.2.1 现场总线系统的组成
图1 现场总线系统的组成
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1.2.1 现场总线系统的组成

硬件：
总线电缆，又称为通信线、通信介质（媒体/
媒介/介体）。
连接在通信线上的设备称为总线设备，亦称
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1.3.1 现场总线的技术特点
开放互连网络
现场总线标准、协议／规范是公开的，所有
制造商都必须遵守；
现场总线网络是开放的，既可实现同层网络
互连，也可实现不同层网络互连，而不管其制 造商是哪一家；
用户可共享网络资源。
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1.3.1 现场总线的技术特点
现场设备互连网络
现场总线通过一根通信线将所需的各个现
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1.1 现场总线的概念
对现场总线概念的不同的表述：
在自动化领域，“现场总线”一词是指安装在现场
的计算机、控制器以及生产设备等连接构成的网络；
现场总线是应用在生产现场、在测量控制设备之间 实现工业数据通信、形成开放型测控网络的新技术， 是自动化领域的计算机局域网，是网络集成的测控系 统。
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1.1 现场总线的概念
场设备（如变送器／传感器、执行器、控制 器）互相连接起来，即用一根通信线直接互 连 N 个现场设备，从而构成了现场设备的互 连网络。
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1.3.1 现场总线的技术特点
结构与功能高度分散的系统
现场总线的系统结构具有高度分散性；
现场总线的系统功能实现了高度分散，现场设备由
分散的功能模块构成。
现场总线废弃了DCS的控制站及其输入／输出单元， 从根本上改变了 DCS 集中与分散相结合的集散控制 系统体系，通过将控制功能高度分散到现场设备这 一途径，实现了彻底分散控制。
工 业 控 制 网 络 （现场总线）
主讲教师：王明明
1
问题：

1. 什么是工业控制网络（现场总线）？
2.学习本门课程都需要具备那些基础？


3. 学习本门课程的主要目的是什么？
4. 本门课程将主要讲述哪些内容？
2
学习本门课程需具备的基础
电子技术（模拟电子技术和数字电子技术） 单片机 / 微处理器 / 微控制器 /ARM （嵌入式 系统）、CPLD/FPGA、DSP技术 数据通信与计算机网络
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1.2.1 现场总线系统的组成

软件包括：
设备编程软件——为系统应用软件提供编程环境的平
台软件。当设备为控制器/PLC时，设备编程软件即为 控制器编程软件，如 RSLogix500 （用于 SLC500 系列 和 ML 系列控制器的 32 位基于 Windows 的梯形图逻辑 编程软件）、RSLogix5000（用于Logix平台所包括的 各种控制器（如Control LogixTM）的编程软件）。
年代：约1972年
总结（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。

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1.1 现场总线的概念
国际电工委员会制定的国际标准 IEC61158对
现场总线（fieldbus）的定义是：
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、
包括2种类型： Control and Data Acquisition）监 视控制与计算机采集系统 DDL（Direct Digital Control）直接数字控制系统 年代：约1962年 特点：控制集中，危险集中，对中央控制计算机要求高
SCADபைடு நூலகம்（Supervisory
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1.0 工业控制网络的发展历程
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1.2.1 现场总线系统的组成

软件包括：
系统用户程序软件 —— 根据系统的工艺流程或功能及
其他要求而编写的系统级的用户应用程序。该程序一 般运行于作为主站的控制器中或计算机中。
设备接口通信软件——根据现场总线协议/规范而编写
的用于总线设备之间通过总线电缆进行通信的软件。
设备功能软件 —— 使总线设备实现自身功能（不包括
多点通信的数据总线称为现场总线。
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1.1 现场总线的概念
第 2 版（ Ed2.0 ） IEC61158-2 用于工业控制系统中
的 现 场 总 线 标 准 —— 第 2 部 分 ： 物 理 层 规 范 （Physical Layer Specification）与服务定义（Server definition）又进一步指出： 现场总线是一种用于底层工业控制和测量设备， 如变送器（transducers）、执行器（actuators）和本 地控制器（ local controllers ）之间的数字式、串行、 多点通信的数据总线。
现场总线是应用在生产现场、在微机化 测量控制设备之间实现双向串行多节点数 字通信的系统，也被称为开放式、数字化、 多点通信的底层控制网络；
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1.1 现场总线的概念
对现场总线概念的不同的表述：
现场总线是一种串行的数字数据通信链 路，它沟通了生产过程领域的基本控制设 备（现场设备）之间以及更高层次自动控 制领域的自动化控制设备（车间级设备） 之间的联系；
数字通信网络
现场底层的变送器／传感器、执行器、控制器之间的信号传
输均用数字信号；
中／上层的控制器、监控／监视计算机等设备之间的数据传
送均用数字信号；
各层设备之间的信息交换均用数字信号。
传统的DCS的通信网络介于操作站与控制站之间，而现场仪 表与控制站中的输入／输出单元之间采用的是一对一的模拟信 号传输。
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第 1章 绪 论

1.1 工业控制网络的发展历程 1.2 现场总线的概念 1.3 现场总线系统的组成与体系结构 1.4 现场总线的技术特点及优点 1.5 现场总线标准 1.6 现场总线应用领域
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1.0 工业控制网络的发展历程

机械式/液动式仪表

缺点：仪表体积较大，只能实现就地检测、记录和简单的控制，适合单机控制 年代：20世纪30年代
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1.1 现场总线的概念
对现场总线概念的理解和解释还存在一些
不同的表述。 现场总线一般是指一种用于连接现场设 备，如传感器（ sensors ）、执行器以及像 PLC 、调节器（ regulators ）、驱动控制器 等现场控制器的网络；
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1.1 现场总线的概念
对现场总线概念的不同的表述：
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1.3 现场总线的技术特点及优点
现场总线是自动化领域技术发展的热点之
一，将对传统的工业自动化带来革命，从而 开创工业自动化的新纪元。 现场总线控制系统必将逐步取代传统的独 立控制系统、集中采集控制系统和集散控制 系统DCS（Distributed Control System），成 为本世纪自动控制系统的主流。
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1.3.1 现场总线的技术特点
组态通信软件 ——为计算机与总线设备进行通信，读取
总线设备参数或将总线设备配置、网络组态信息传送至 总线设备而使用的软件，如RSLinx 。
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1.2.1 现场总线系统的组成

软件包括：
监控组态软件 —— 运行于监控计算机 ( 通常也称为上
位机 ) 上的软件，具有实时显示现场设备运行状态参 数、故障报警信息，并进行数据记录、趋势图分析及 报表打印等功能。监控组态软件可使用户通过简单形 象的组态工作即可实现系统的监控功能。监控组态软 件亦称上位机监控组态软件，如RSView32。
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1.1 现场总线的概念
对现场总线概念的不同的表述：
现场总线是连接控制系统中现场装置的双 向数字通信网络； 现场总线是从控制室连结到现场设备的双 向全数字通信总线；
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1.1 现场总线的概念
对现场总线概念的不同的表述：
现场总线是用于过程自动化和制造自动化 （最底层）的现场设备或现场仪表互连的现 场数字通信网络，是现场通信网络与控制系 统的集成；
1.2.2 现场总线控制系统的体系结构
远程访问路由设备 显示工 作站
上位机：监控 三层网络 控制、网关
信 息 量 减 少
条形码识别器 ：输入设备 智能速度控制器 ：执行器
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1.2.2 现场总线控制系统的体系结构