七、现场总线和工业以太网基础
现场总线和工业以太网
一、什么是现场总线二、现场总线的技术特点与优点三、现场总线的产生与发展趋势四、以太网与工业控制网络五、工业以太网什么是现场总线 现场总线是应用在生产现场、连接智能现场设备和自动化测量控制系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络现场总线是通信网络位于生产控制现场和网络结构的底层 现场总线是低带宽的控制网络它与上层的Internet、企业内部网Intranet相连构成企业综合自动化的通信网络平台现场总线对控制系统带来的革命 基地式仪表控制系统单元组合式模拟仪表控制系统集中式数字控制系统集散控制系统DCS、PLC基于现场总线的分散控制系统各阶段测控仪表能力指数现场总线开放标准数字DCS电动单元气动、模拟模拟按回路运行按过程运行过程优化管控一体化五十年代1960 1980 1998数字/模拟混合测控能力指数与一般通信技术的区别一般通信技术只是能实现信息的传输现场总线是一种控制系统框架一种全新的控制系统结构，即：现场总线还包括网络上的所有设备能够进行信息互访与互换总线上的设备之间能够进行互操作和系统集成现场总控制系统FCS采用开放式数字通信网络突破传统DCS中的专用通信网络结构网络集成的测量控制系统单个分散的测量控制设备变成网络节点现场总线为纽带构成共同完成任务的网络系统与控制系统实现现场测量控制设备之间的信息共享返回本章首页2.1 FCS的结构特点Multi-Controllers AOPIDAIPIDAOAI DCS FCS2.2 现场总线系统的技术特点 全数字通信多分支结构系统的开放性互可操作性和互用性现场设备的智能化与功能自治性系统结构的高度分散性对现场环境的高度适应性全数字通信抗干扰能力和鲁棒性都比较高，传输精度也得到显著提高信号的检错、纠错机制得以实现可进行多参数传输，消除了模拟信号的传输瓶颈 现场设备的测量、控制信息以及其他非控制信息如设备类型、型号、厂商信息、量程、设备运行状态等都可以通过一对导线传输到现场总线网络上的任何智能设备，如中央控制器等。
现场总线与工业以太网CAN总线
CAN 总线通过CAN 控制器接口芯片两个输出端的电平状 态，可以保证不会出现象在RS-485网络中，当系统有错误，
出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路，从 而损坏某些节点的现象。而且CAN 节点在错误严重的情况下 具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响， 从而保证不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总 线处于“死锁”状态。
由于其良好的性能及独特的设计，CAN总线越来越受到 人们的重视。随着应用领域的增多，CAN的规范从CAN 1.2 规范(标准格式)发展为兼容CAN 1.2 规范的CAN2.0规范 (CAN2.0A为标准格式，CAN2.0B为扩展格式)，目前应用的 CAN器件大多符合CAN2.0规范。
4.1.1 CAN的工作原理、特点
1992年5月，CiA“CAN in Automation”用户集团正式成立。 CiA推荐仅使用遵循ISO11898的CAN收发器。现在，在当时的 CAN网络中使用非常普遍但并不兼容的RS-485收发器已基本消 失。
从1990年中期起，Infineon公司和Motorola公司等生产 CAN模块集成器件的15家半导体厂商已向欧洲的汽车厂商
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后座 单元
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后门 单元
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工业网络基础实习报告
随着我国工业自动化水平的不断提高，工业网络技术在工业生产中发挥着越来越重要的作用。
为了更好地了解工业网络的基础知识，提高自己的实际操作能力，我选择了在XX企业进行工业网络基础实习。
此次实习为期一个月，旨在通过实际操作，掌握工业网络的基本原理、设备配置、故障排除等技能。
二、实习目的1. 熟悉工业网络的基本概念、原理和组成；2. 掌握工业网络设备的配置方法；3. 学会工业网络故障的排查和解决；4. 提高实际操作能力，为今后从事相关工作打下基础。
三、实习内容1. 工业网络基础知识实习期间，我首先学习了工业网络的基本概念，包括工业以太网、工业现场总线、工业无线通信等。
了解了工业网络的组成，如交换机、路由器、工业控制器等设备，以及它们在工业网络中的功能和作用。
2. 工业网络设备配置在掌握了工业网络基础知识后，我参与了实际设备配置工作。
实习期间，我学会了如何配置交换机、路由器等设备，包括IP地址分配、VLAN划分、端口镜像等。
同时，我还学习了如何配置工业控制器，如PLC、DCS等，以及它们与上位机的通信。
3. 工业网络故障排查在实习过程中，我参与了多个工业网络故障排查案例。
通过分析故障现象，我学会了如何根据故障现象定位故障原因，并采取相应的措施进行解决。
例如，针对网络延迟问题，我学会了如何检查网络拓扑、分析数据包等，以确定故障原因。
4. 工业网络实际应用为了更好地将所学知识应用于实际工作中，我参与了XX企业的生产线改造项目。
在项目中，我负责了工业网络的规划、设计、实施和调试工作。
通过这个项目，我深入了解了工业网络在实际生产中的应用，提高了自己的实际操作能力。
1. 实习收获通过此次实习，我掌握了工业网络的基本原理、设备配置、故障排查等技能，提高了自己的实际操作能力。
同时，我还学会了如何将所学知识应用于实际工作中，为今后从事相关工作打下了坚实的基础。
2. 实习体会在实习过程中，我深刻体会到了理论与实践相结合的重要性。
网络总线与技术题目与答案
题目与解答第一章现场总线概述1简述FCS的主要技术特点和优点是什么？（FCS名词解释见34背页）（1）现场总线系统(FCS)的技术特点：①系统的开放性。
相关标准的公开、一致性，通过现场总线构筑自动化领域的开放互连系统具备互可操作性与互用性。
不同生产厂家性能类似的设备可实现互换性。
互可操作性：实现互联设备间的信息传输；互用性：不同厂家性能类似设备可实现互换性。
②现场设备的智能化与功能自治性。
仅靠现场总线设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备运行状态。
包括传感测量、补偿计算、数据处理与控制等③系统的实时性与确定性。
测控任务具有严格的时序和实时性要求，否则可能造成控制系统的灾难性后果。
这也要求通信机制能够保证时间发布和数据传输的实时性。
④现场环境的适应性。
现场总线是专为生产现场环境设计的，支持多种传输介质，具有较强的抗干扰能力，满足本质安全防爆等各种环境要求。
⑤采用成熟先进技术、系统结构的高度分散性。
设备描述语言DDL、技术等。
现场总线可构成全分散性控制系统，简化了系统结构，提高了可靠性。
（2）现场总线的优点：由于现场总线具有以上突出的特点，它使控制系统从设计、安装、投运到正常生产运行以及检修维护，都体现出巨大的优越性。
①节省系统投资、安装费用和维护费用。
②设计、组态、安装、调试简便，系统维护、设备更换和系统扩充方便。
③用户具有高度的系统集成主动权，系统易于重构。
④提高了控制系统的安全性、可靠性和准确性。
⑤完善了企业信息系统，为实现企业综合自动化提供了基础。
2为什么说Fieldbus是底层控制网络Infranet（从Fieldbus的结构特点分析说明）。
（1）•现场总线将单个分散的现场设备变成网络节点，相互之间连接成可以互通信息、共同完成测量控制任务的网络控制系统。
•每个节点实际上是一个智能设备，能够独立完成从控制、检测，到运算、显示、报警等多种任务。
（2）现场总线是低层控制网络Infranet(或者3（3）)• Infranet（Infrastructure Network），使工厂底层网络系统的底层现场设备之间以及生产现场与外界能够实现信息交换，满足企业综合自动化的发展需要。
现场总线与工业以太网ProfiBus通讯技术
图3-10 PROFIBUS-DP旳“Network Setting” 参数设置设置
插入CPU时会同步弹出PROFIBUS组态界面，如图3-9所示。 点击“New”按钮新建PROFIBUS（1），组态PROFIBUS站地址， 本例中为4。点击“Properties”按钮组态网络属性，选择 “Network Settings”进行网络参数设置，在本例中设置 PROFIBUS旳传播速率为“1．5Mbit／s”，行规为“DP”。如图 3-10所示。双击CPU 313C-2DP项下旳“DP”项，会弹出 PROFIBUS-DP旳属性菜单，如图3-11所示。
图3-12 313C-2DP旳PROFIBUS网络参数 配置
在多从站系统中，为了预防某一点掉电而影响其他
CPU旳运营，能够分别调用调用OB82、OB86、OB122（S7-
第3章 ProfiBus通讯技术
3.1 ProfiBus通讯简介 3.2 掌握S7-00之间旳ProfiBUS通信实现
第3章 ProfiBus通讯技术
3．1 ProfiBus通讯简介
作为众多现场总线家族旳组员之一，ProfiBus是在欧洲工 业界得到最广泛应用旳一种现场总线原则，也是目前国际上通 用旳现场总线原则之一。ProfiBus是属于单元级、现场级旳 SIMITAC网络，合用于传播中、小量旳数据。其开放性能够允 许众多旳厂商开发各自旳符合ProfiBus协议旳产品，这些产 品能够连接在同一种ProfiBus网络上。ProfiBus是一种电气 网络，物理传播介质能够是屏蔽双绞线、光纤、无线传播。
现场总线与工业以太网总线知识概述
现场总线与工业以太网总线知识概述1. 简介现场总线和工业以太网总线是现代工业自动化中常用的通信协议，用于实现工业设备之间的数据交换和联网。
本文将对现场总线和工业以太网总线的基本概念、特点、应用、优缺点等进行概述。
2. 现场总线概述2.1 定义现场总线是一种用于工业现场设备之间数据交换和通信的网络协议，它通过将控制和信号传输集成到一根通信线上，实现设备的多对多通信。
2.2 特点•高可靠性：现场总线具有高抗干扰性和冗余技术，能够保证数据的可靠传输。
•简化布线：现场总线使用单根通信线连接多个设备，减少布线工作量。
•实时性强：现场总线能够实现实时数据交换和控制，满足工业自动化的要求。
•易于扩展：现场总线支持设备的插拔，方便系统的扩展和维护。
2.3 应用现场总线广泛应用于工业自动化领域，用于实现工业控制系统中各个设备之间的通信和数据交换。
常见的现场总线协议有Profibus、DeviceNet、Modbus等。
3. 工业以太网总线概述3.1 定义工业以太网总线是基于以太网技术的通信协议，用于实现工业现场设备之间的高速数据交换和通信。
3.2 特点•高带宽：工业以太网总线支持高速数据传输，满足对数据通信速度要求较高的应用场景。
•灵活可靠：工业以太网总线支持灵活的拓扑结构和冗余技术，能够满足复杂工业环境中的通信需求。
•开放性强：工业以太网总线基于标准以太网协议，具备良好的兼容性和互操作性。
•易于集成：工业以太网总线可以与现有的以太网设备和IT系统进行无缝集成。
3.3 应用工业以太网总线在工业自动化领域得到广泛应用，特别是在大规模工业控制系统中。
常见的工业以太网总线协议有Ethernet/IP、Profinet、EtherCAT等。
4. 现场总线与工业以太网总线的比较4.1 网络结构现场总线采用集线器或总线控制器连接多个设备，形成总线型拓扑结构；而工业以太网总线通常采用交换机连接设备，形成星型或树型拓扑结构。
4.2 通信速度工业以太网总线的通信速度较快，可达到千兆位级别，适用于对通信速度要求较高的场景；而现场总线的通信速度较慢，一般在10M或100M的范围内。
现场总线与工业以太网》实验报告(实验2)
现场总线与工业以太网》实验报告（实验2）描述实验的目的和重要性本实验的目的是探究现场总线和工业以太网在工业自动化系统中的应用。
通过搭建实验环境，我们将深入研究现场总线和工业以太网的特性、性能和适用范围。
此实验对于研究和理解工业通信网络的原理和应用具有重要意义。
在现代工业自动化系统中，实时、高效的通信是至关重要的。
现场总线和工业以太网作为两种常见的工业通信协议，被广泛应用于各个行业。
而了解并比较这两种通信协议的特点和优势，对于工程师来说具有很大的实用价值。
通过本实验，我们将能够更好地理解现场总线和工业以太网的应用场景，以及它们在工业自动化系统中的优劣势。
通过这次实验，我们希望能够掌握以下技能和知识：了解现场总线和工业以太网的基本原理和特性；理解并能够搭建现场总线和工业以太网的实验环境；学会使用相关工具和设备进行实验操作；比较和评估现场总线和工业以太网的性能和适用范围；掌握故障排除和问题解决的方法。
通过实验的研究和实践，我们将能够更好地应用现场总线和工业以太网技术，提高工业自动化系统的效率和可靠性，并为企业的发展做出贡献。
准备实验设备和材料，包括现场总线和工业以太网设备、计算机等。
确保实验设备连接正确，包括连接电源、网络线等。
打开计算机，启动相应的实验软件和工具。
进行现场总线的实验，按照实验指导书的要求进行操作，包括建立和配置现场总线网络、设置节点等。
进行工业以太网的实验，按照实验指导书的要求进行操作，包括建立和配置工业以太网网络、设置节点等。
在实验过程中记录数据和观察现象，确保准确性和完整性。
完成实验后，关闭实验设备和软件，整理实验现场。
撰写实验报告，包括实验目的、实验步骤、实验结果、实验分析等内容。
检查实验报告的格式和内容，确保准确性和完整性。
提交实验报告，并按要求参与实验讨论和评审。
以上是《现场总线与工业以太网》实验2的实验步骤说明。
在本实验中，我们研究了现场总线和工业以太网的特性和性能。
通过实验数据的收集和分析，我们得出了以下结论：数据传输速度：工业以太网的传输速度明显快于现场总线。
国家重点支持的高新技术领域目录
国家重点支持的高新技术领域目录（注：一级目录为技术领域，二级目录为专业，三级目录为研究方向。
）目录：一．电子信息技术二.生物与新医药技术三.航空航天技术四．新材料技术五．高技术服务业六.新能源及节能技术七.资源与环境技术八.高新技术改造传统产业九、其它(本省增加)一．电子信息技术（一）软件1、系统软件2、支撑软件3、中间件软件4、嵌入式软件5、计算机辅助工程管理软件6、中文及多语种处理软件7、图形和图像软件8、金融信息化软件9、地理信息系统10、电子商务软件11、电子政务软件12、企业管理软件（二）微电子技术1、集成电路设计技术2、集成电路产品设计技术3、集成电路封装技术4、集成电路测试技术5、集成电路芯片制造技术6、集成光电子器件技术（三）计算机及网络技术1、计算机及终端技术2、各类计算机外围设备技术3、网络技术4、空间信息获取及综合应用集成系统5、面向行业及企业信息化的应用系统6、传感器网络节点、软件和系统（四）通信技术1、光传输技术2、小型接入设备技术3、无线接入技术4、移动通信系统的配套技术5、软交换和VoIP 系统6、业务运营支撑管理系统7、电信网络增值业务应用系统（五）广播电视技术1、演播室设备技术2、交互信息处理系统3、信息保护系统4、数字地面电视技术5、地面无线数字广播电视技术6、专业音视频信息处理系统7、光发射、接收技术8、电台、电视台自动化技术9、网络运营综合管理系统10、IPTV 技术11、高端个人媒体信息服务平台（六）新型电子元器件1、半导体发光技术2、片式和集成无源元件技术3、片式半导体器件技术4、中高档机电组件技术（七）信息安全技术1、安全测评类2、安全管理类3、安全应用类4、安全基础类5、网络安全类6、专用安全类（八）智能交通技术1、先进的交通管理和控制技术2、交通基础信息采集、处理设备及相关软件技术3、先进的公共交通管理设备和系统技术4、车载电子设备和系统技术二、生物与新医药技术（一）医药生物技术1、新型疫苗2、基因工程药物3、重大疾病的基因治疗4、单克隆抗体系列产品与检测试剂5、蛋白质/多肽/核酸类药物6、生物芯片7、生物技术加工天然药物8、生物分离、装置、试剂及相关检测试剂 2109 9、新生物技术（二）中药、天然药物1、创新药物2、中药新品种的开发3、中药资源可持续利用（三）化学药1、创新药物2、心脑血管疾病治疗药物3、抗肿瘤药物4、抗感染药物(包括抗细菌、抗真菌、抗原虫药等)5、老年病治疗药物6、精神神经系统药物7、计划生育药物8、重大传染病治疗药物9、治疗代谢综合症的药物10、罕见病用药（OrphanDrugs ）及诊断用药11、手性药物和重大工艺创新的药物及药物中间体（四）新剂型及制剂技术1、缓、控、速释制剂技术——固体、液体及复方2、靶向给药系统3、给药新技术及药物新剂型4、制剂新辅料（五）医疗仪器技术、设备与医学专用软件1、医学影像技术2、治疗、急救及康复技术3、电生理检测、监护技术4、医学检验技术5、医学专用网络环境下的软件（六）轻工和化工生物技术1、生物催化技术2、微生物发酵新技术3、新型、高效工业酶制剂4、天然产物有效成份的分离提取技术5、生物反应及分离技术6、功能性食品及生物技术在食品安全领域的应用（七）现代农业技术1、农林植物优良新品种与优质高效安全生产技术 27022、畜禽水产优良新品种与健康养殖技术3、重大农林植物灾害与动物疫病防控技术4、农产品精深加工与现代储运5、现代农业装备与信息化技术6、水资源可持续利用与节水农业7、农业生物技术三、航空航天技术1、民用飞机技术2、空中管制系统3、新一代民用航空运行保障系统4、卫星通信应用系统5、卫星导航应用服务系统四、新材料技术（一）金属材料1、铝、镁、钛轻合金材料深加工技术2、高性能金属材料及特殊合金材料生产技术3、超细及纳米粉体及粉末冶金新材料工艺技术4、低成本、高性能金属复合材料加工成型技术5、电子元器件用金属功能材料制造技术6、半导体材料生产技术7、低成本超导材料实用化技术8、特殊功能有色金属材料及应用技术9、高性能稀土功能材料及其应用技术10、金属及非金属材料先进制备、加工和成型技术（二）无机非金属材料1、高性能结构陶瓷强化增韧技术2、高性能功能陶瓷制造技术3、人工晶体生长技术4、功能玻璃制造技术5、节能与环保用新型无机非金属材料制造技术（三）高分子材料1、高性能高分子结构材料的制备技术2、新型高分子功能材料的制备及应用技术3、高分子材料的低成本、高性能化技术4、新型橡胶的合成技术及橡胶新材料5、新型纤维材料6、环境友好型高分子材料的制备技术及高分子材料的循环再利用技术7、高分子材料的加工应用技术（四）生物医用材料1、介入治疗器具材料2、心血管外科用新型生物材料及产品3、骨科内置物4、口腔材料5、组织工程用材料及产品6、载体材料、控释系统用材料7、专用手术器械及材料（五）精细化学品1、电子化学品2、新型催化剂技术3、新型橡塑助剂技术4、超细功能材料技术5、功能精细化学品五、高技术服务业1、共性技术2、现代物流3、集成电路4、业务流程外包（BPO ）5、文化创意产业支撑技术6、公共服务7、技术咨询服务8、精密复杂模具设计9、生物医药技术10、工业设计六、新能源及节能技术(一)可再生清洁能源技术1、太阳能2、风能3、生物质能4、地热能利用(二)核能及氢能1、核能技术2、氢能技术(三)新型高效能量转换与储存技术1、新型动力电池(组)、高性能电池(组)2、燃料电池、热电转换技术(四)高效节能技术1、钢铁企业低热值煤气发电技术2、蓄热式燃烧技术3、低温余热发电技术4、废弃燃气发电技术5、蒸汽余压、余热、余能回收利用技术 64066、输配电系统优化技术7、高泵热泵技术8、蓄冷蓄热技术9、能源系统管理、优化与控制技术10、节能监测技术11、节能量检测与节能效果确认技术七、资源与环境技术(一)水污染控制技术1、城镇污水处理技术2、工业废水处理技术3、城市和工业节水和废水资源化技术4、面源水污染的控制技术5、雨水、海水、苦咸水利用技术6、饮用水安全保障技术(二)大气污染控制技术1、煤燃烧污染防治技术2、机动车排放控制技术3、工业可挥发性有机污染物防治技术4、局部环境空气质量提高与污染防治技术5、其他重污染行业空气污染防治技术(三)固体废弃物的处理与综合利用技术1、危险固体废弃物的处置技术2、工业固体废弃物的资源综合利用技术3、有机固体废物的处理和资源化技术(四)环境监测技术1、在线连续自动监测技术2、应急监测技术3、生态环境监测技术(五)生态环境建设与保护技术1、生态环境建设与保护技术(六)清洁生产与循环经济技术1、重点行业污染减排和“零排放”关键技术2、污水和固体废物回收利用技术3、清洁生产关键技术4、绿色制造关键技术(七)资源高效开发与综合利用技术1、提高资源回收利用率的采矿、选矿技术2、共、伴生矿产的分选提取技术3、极低品位资源和尾矿资源综合利用技术八、高新技术改造传统产业(一)工业生产过程控制系统1、现场总线及工业以太网技术2、可编程序控制器(PLC )3、基于 PC 的控制系统4、新一代的工业控制计算机(二)高性能、智能化仪器仪表1、新型自动化仪表技术2、面向行业的传感器技术3、新型传感器技术4、科学分析仪器、检测仪器技术5、精确制造中的测控仪器技术(三)先进制造技术1、先进制造系统及数控加工技术2、机器人技术3、激光加工技术4、电力电子技术5、纺织及轻工行业专用设备技术(四)新型机械1、机械基础件及模具技术2、通用机械和新型机械(五)电力系统信息化与自动化技术1、采用新型原理、新型元器件的电力自动化装置2、采用数字化、信息化技术,提高设备性能及自动化水平的技术3、电力系统应用软件4、用于输配电系统和企业的新型节电装置(六)汽车行业相关技术1、汽车发动机零部件技术2、汽车关键零部件技术3、汽车电子技术4、汽车零部件前端技术九、其它(本省增加)。
现场总线与工业以太网
现场总线与工业以太网现代工业领域的通信技术在不断发展，为了满足工业自动化的需要，现场总线和工业以太网成为了两种主流的通信技术。
本文将从介绍两者的定义、特点、应用领域等方面进行论述，以帮助读者更好地理解现场总线和工业以太网的区别与联系。
一、现场总线的定义现场总线，顾名思义，是指在工业现场中用于连接各种现场设备和传感器的通信技术。
它采用串行通信方式，将各个设备连接到统一的总线上，使得各个设备可以进行数据的交互和通信。
现场总线常见的标准有Profibus、Modbus、CAN等。
二、现场总线的特点1. 高可靠性：现场总线采用多级冗余和容错技术，能够提供稳定可靠的通信环境，抵抗电磁干扰和噪声的干扰。
2. 实时性强：现场总线通信速率快，能够满足对实时性要求较高的工业自动化应用。
3. 灵活性高：现场总线支持多种拓扑结构，可根据现场设备的不同需求进行灵活搭配，具有良好的扩展性和可调整性。
4. 成本相对较低：现场总线技术成熟，设备价格相对较低，适用于中小型工业系统。
三、现场总线的应用领域现场总线广泛应用于工业自动化控制系统、传感器和执行器的连接以及数据采集等领域。
例如，在工厂生产线上，通过现场总线可以实现对各个设备的监控和控制，提高生产效率和质量。
四、工业以太网的定义工业以太网是指将以太网技术应用于工业自动化领域的通信网络。
它基于以太网标准，通过对物理层接口和网络协议的改进，使得以太网能够适应工业环境的要求，提供可靠的通信服务。
五、工业以太网的特点1. 高带宽：工业以太网支持高速数据传输，能够满足工业自动化中对大数据量的实时传输需求。
2. 网络结构灵活：工业以太网具有良好的可扩展性和灵活性，支持各种网络拓扑结构，满足不同工业场景的需求。
3. 兼容性强：工业以太网基于以太网标准，与传统以太网兼容，可以与企业内部的办公以太网进行连接。
4. 安全性高：工业以太网提供各种安全机制和协议，保护工业控制系统的安全和隐私。
六、工业以太网的应用领域工业以太网被广泛应用于诸如工厂自动化、能源管理、交通运输、智能建筑等领域。
JA_70335《工业以太网与现场总线 》_李正军(教案大纲)吉玲[5页]
XX大学XXXX 学院《工业以太网与现场总线》课程教学大纲编写人：XXX 审定人：XXX编制时间：2022.5.26 审定时间：2022.6.6一、课程基本信息：二、课程描述本课程跨越多个学科方向，包括控制理论和技术、电子技术、计算机网络和计算机技术等，是一门理论基础扎实、知识面广、应用性强、对学生水平要求较高的课程。
现场总线技术在军事、航空航天、工业、农业、社会和经济等领域都有重要应用。
该课程将介绍计现场总线技术中最基本、最重要、最成熟的内容。
通过课程学习，学生将巩固前期所学的基础课程，并能予以深入理解和应用，能开拓视野提升设计和应用现场总线控制系统的能力。
三、课程教学内容及学时分配第1章绪论（2学时）1.1 现场总线概述1.2 工业以太网概述1.3 现场总线简介1.4 工业以太网简介习题第2章CAN FD现场总线（4学时）2.1 CAN的特点2.2 CAN的技术规范2.3 CAN FD通信协议2.4 内嵌CANFD的微控制器LPC546xx2.5 具有集成收发器的CAN FD控制器TCAN4550习题第3章CAN FD应用系统设计（4学时）3.1 CAN FD高速收发器3.2 CAN FD收发器隔离器件3.3 TCAN4550的应用程序设计3.4 USB转CAN FD接口卡习题第4章CC-Link现场总线与开发应用（4学时）4.1 CC-Link现场网络概述4.2 CC-Link/CC-Link/LT通信规范4.3 CC-Link通信协议4.4 CC-Link IE网络4.5 CC-Link产品的开发流程4.6 CC-Link产品的开发方案4.7 CC-Link现场总线的应用习题第5章PROFIBUS-DP现场总线与应用系统设计（4学时）5.1 PROFIBUS概述5.2 PROFIBUS的协议结构5.3 PROFIBUS-DP现场总线系统5.4 PROFIBUS-DP的通信模型5.5 PROFIBUS-DP的总线设备类型和数据通信5.6 PROFIBUS通信用ASICs5.7 PROFIBUS-DP从站通信控制器SPC35.8 主站通信控制器ASPC2与网络接口卡5.9 PROFIBUS-DP从站的系统设计习题第6章PROFINET与工业无线以太网（4学时）6.1 PROFINET概述6.2 PROFINET通信基础6.3 PROFNET运行模式6.4 PROFINET端口的MAC地址6.5 PROFINET数据交换6.6 PROFINET诊断6.7 PROFINET IRT通信6.8 PROFINET控制器6.9 PROFINET 设备描述（GSD 文件）与应用行规6.10 PROFINET的系统结构6.11 工业无线以太网6.12 SIEMENS工业无线通信6.13 SCALANCE X工业以太网交换机习题第7章EtherCAT工业以太网（4学时）7.1 EtherCAT通信协议7.2 EtherCAT从站控制器概述7.3 EtherCAT数据链路层7.4 EtherCAT从站控制器的应用层控制7.5 EtherCAT从站控制器的存储同步管理7.6 EtherCAT从站信息接口（SII）7.7 EtherCAT从站控制器LAN9252习题第8章EtherCAT主站与从站应用系统设计（4学时）8.1 EtherCAT主站分类8.2 TwinCAT3 EtherCAT主站8.3 基于LAN9252的EtherCAT从站硬件电路系统设计8.4 基于LAN9252的EtherCAT从站驱动和应用程序代码包架构8.5 基于LAN9252的EtherCAT从站驱动和应用程序的设计实例8.6 EtherCAT通信中的数据传输过程8.7 EtherCAT主站软件的安装与从站的开发调试习题第9章工业互联网技术（2学时）9.1 工业互联网概述9.2 工业互联网的内涵与特征9.3 工业互联网发展现状9.4 工业互联网技术体系9.5 工业互联网体系架构9.6 工业互联网标准体系9.7 无源光纤网络技术（PON）与工业PON技术9.8 工业互联网与CPS的关系9.9 国内外主流工业互联网平台习题四、教学方法在教学方式上，以目前的授课资源为基础，不断丰富教学内容，积极采用启发和研讨式教学方法，促进课堂的生动性，提高学生的学习的主动性和应用的积极性，从而提高教学的质量。
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是全球第一个用于工业现场的总线协议。物理层采用RS－485、
RS－422接口，采用请求/应答的主/从（单主机）方式。
主站
从站
从站
从站
现场总线与工业以太网
Profibus-DP:是德国国家标准DIN19245现场总线。国际公认
的现场总线标准，用于分散外设的高速数据传送。RS-485接口。 允许组成单主站和多主站系统。 令牌环 主站 1 主站 2 主站 3
错误校检
结束结构
地址码：1字节，每个从机都有具有唯一的地址码，主机发送
的地址码表明将发送到的从机地址，而从机发送的地址码表明 回送的从机地址。
功能码：1字节，ModBus通讯规约定义功能号为1到127。作为
主机请求发送，通过功能码告诉从机执行什么动作。作为从机
响应，从机发送的功能码与从主机发送来的功能码一样，并表 明从机已响应主机进行操作。如果从机发送的功能码的最高位 为１(比如功能码大与此同时127)，则表明从机没有响应操作或 发送出错。
智能元件层
各种现场总线转换成Modbus TCP协议功能。
基于Modbus TCP低压智能配电系统
系统特点：
支持多种现场总线协议与Modbus TCP的协议转换。 支持先进的身份验证和数据加密技术，防止未经授
权者的非法访问。
支持设备即插即用。 动态模拟电气拓扑，自动线路动态着色。
（2）Protocol ID协议标识 长度：2字节
定义
读数据寄存器 DO输出控制 预置单寄存器 通讯诊断 预置多寄存器
行为
获得一个或多个寄存器的当前二进制值 放置一个特定的二进制值到一个DO命令 寄存器中 放置一个特定的二进制值到一个寄存器中 通讯诊断 放置特定的二进制值到一系列寄存器中
（三）应用层功能举例 1．读数据寄存器（03H） 获得设备采集与记录的任何数据及系统参数。 从3号从机读3个数据，A相电压、B相电压、C相电压，从机 中A相电压的地址为0100H, B相电压的地址为0101H, C相电压的 地址为0102H。 下行报文(主站到从站)：
求方可以根据响应报文中事务标记字段的值，识别出该响应报文
是对哪一个请求报文的应答。
基于Modbus TCP低压智能配电系统
基于Modbus TCP低压智能配电系统
系统软件层
实时采集、显示、数字通信、远程 操作、控制、事件记录与告警、故障 分析、各类报表及设备维护信息管理 等功能。
通信网络层
快速以太网、网络的安全、交 换和路由功能。
工业以太网与商用以太网的区别
商用以太网
常温、少尘、少干 扰
工业以太网
措施
环境
温度、湿度、灰尘、 布线、设备按工 干扰等环境恶劣 业要求 冗余（双备份）、 宽带、交换机、 控制流量（<35%）
性能
数据量大、实时性
数据量小、实时性
低
高、高可靠性
基于Modbus TCP低压智能配电系统
工业以太网有许多种类，国际电工委员会的IEC61158标 准定义了多种工业以太网，如EPA实时以太网、ProfiNet
数据结构可定义如下： typedef _MBTCPIPAdu { MBAPHEADER MBAPHeader; MBPDU MBPdu; PAUTHUNIT pAuthUnit; } MBTCPIPADU,*PMBTCPIPADU;
2、MBAP(Modbus Application Protocol) Header MBAP头附加在现场总线 PDU前面，其主要用途是：
端和客户端均根据实际情况来设计该字段的值。
（4）Unit ID 长度：1字节
类型：无符号字符型
用途：用于对连接在现场总线上设备的寻址。 该字段由客户端设置，服务器端将其拷贝到响应报文中返回。 MBAP Header数据结构可定义如下： typedef _MBAPHeader {
unsigned short int TransactionID;
基于Modbus TCP低压智能配电系统
货物 运输 国内 北京 国内 国内 北京 国际 美国
国际
Modbus→Modbus TCP
货物 运输 国内 国内 北京 国际 美国
其它→Modbus TCP
国际
国际 美国
基于Modbus TCP低压智能配电系统
国内 国内 北京 国内 北京 国际 美国 国际
(Authentication Unit)段，否则，表示不存在报文鉴别数据段。 2) 低15位表示报文中封装的现场总线协议。该字段取值为0表示报 文中封装的是Modbus协议。
（3）Length
长度：2字节
类型：无符号整型 用途：指出报文中本字段后续部分的长度，单位是字节。 是MBAP Header中的Unit ID字段、Function Code字段、 DATA字段和报文鉴别单元等四个部分长度的总和。服务器
设备 地址 03H 功能码 03H 变量起始地 变量起始 变量的个 变量的个 址高字节 地址低字节 数高字节 数低字节 01H 00H 00H 03H 校验码 低字节 05H 校验码 高字节 D5H
上行报文(响应，从站到主站)：
地址 03H 功能 码 03H 变量 总字 节数 06H 变量 值高 字节 00H 变量 值低 字节 00H 变量 值高 字节 00H 变量 值低 字节 00H 变量 值高 字节 00H 变量 值低 字节 00H 校验 码低 字节 38H 校验 码高 字节 15H
数据区：数据区是根据不同的功能码而不同。数据区可以是
实际数值、设置点、主机发送给从机或从机发送给主机的地 址。 CRC码：二字节的错误检测码。
（二）通讯规约： 1、信息帧结构
地址码 8位 功能码 8位 数据区 N × 8位 错误校验码 16位
功能码：主机发送的功能码告诉从机执行什么任务。
代码
03H 05H 06H 08H 10H
从站 1 从站 2 从站 3
从站 4
从站 5 从站 6
RS-485标准串行接口总线
ModBus通讯协议简介
ModBus通讯协议分为RTU协议和ASCII协议，下表是ASCII
协议和RTU协议的比较
协议 开始标记 ASCII ： RTU 无
结束标记
校验
CR，LF
LRC
无
CRC
传输效率
程序处理
低
直观、简单、易调试
高
不直观、稍复杂
ASCII 模式 : 地址 功能代码 数据数量 数据1 ... 数据n LRC 高字节 LRC 低字节 回车 换行
RTU 模式 地址 功能代码 数据数量 数据1 ... 数据n CRC 高字节 CRC 低字节
（一）通讯传送方式：
通讯传送分为独立的信息头，和发送的编码数据。以下的
通讯传送方式定义也与MODBUS RTU通讯规约相兼容：
Modbus TCP在以太网上传输 Modbus→Modbus TCP 其它现场总路线→Modbus TCP
高速以太网
适配器
适配器
适配器
适配器
现场总线
现场总线
现场总线
现场总线
低压智 能电器
低压智 能电器
低压智 能电器
低压智 能电器
基于Modbus TCP低压智能配电系统
Modbus TCP采用客户／服务器的通信模式，将Modbus帧 嵌入到TCP帧中，使其成为工业以太网应用层协议。
unsigned short int ProtocolID unsigned short int Length; unsigned char UnitID; } MBAPHEADER,*PMBAPHEADER;
第七章 现场总线和工业以太网基础
现场总线：是连接运行现场智能化监控设备，并实现所连接设备
间信息传输的数字通信网络。 现场总线的结构特点和技术特点（P144） 电器智能化网络中常用的现场总线（P145） 1、自定义现场总线 2、Modbus
3、PROFIBUS
4、LON总线
Modbus
Modbus：1978年由Modicon公司（施耐德电气一个品牌）提出，
•0x04：设置的变量值有错误
问题的提出
智能电网：串起电能生产与消费的能量链和信息链
发电
输电
配电
用户端
低压智能配电系统 用户端 智能楼宇系统
处于智能电网的最 底层，是构建坚强 智能电网的重要基 石
问题的提出—低压智能配电系统示意图
通信线路（信息） 配电线路（能量） 智能 变电站
中压 配电柜
变压器 低压 配电柜1 低压 配电柜2 监控 监测柜 智能配电 控制计算 机
实时以太网等。
1998年施耐德公司提出Modbus TCP，是第一家采用 TCP/IP以太网用于工业自动化领域的标准协议，施耐德公 司已经为Modbus TCP注册了502端口，是至今唯一获得
IANA(互联网数字分配机构)赋予TCP端口的自动化通信协
议。
基于Modbus TCP低压智能配电系统
信息网 路由器 上位机 以太网交换机
Modbus→Modbus TCP
海关
网关 （适配器）
Modbus
ARM 芯片 适配器
Modbus TCP
IEEE 802.3
1、应用层协议ADU 应用层协议数据单元 ADU(Application Data Unit) 由头部、 Field Bus PDU和尾部三个部分组成，其中尾部为可选。如下图 所示：
编码 起始位 数据位 奇偶校验位 8位二进制 1位 8位 1位（偶校验位）
停止位 错误校检
1位 CRC（冗余循环码）
初始结构 = ≥4字节的时间 地址码 = 1 字节 功能码 = 1 字节 数据区 = N 字节 错误校检 = 16位CRC码 结束结构 = ≥4字节的时间