第8章_現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)_new

1、計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)主講教師主講教師:李振華李振華山東大學控制科學與工程學院山東大學控制科學與工程學院Email:;Tel:883958212022-7-72第第8 8章現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)章現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)n本章要點：本章要點：1.1.現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀與發(fā)展現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀與發(fā)展2.2.企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)2022-7-73設(shè)備之間傳輸設(shè)備之間傳輸1-5V或或4-20mA直直流模擬信號，精度低，易受干擾流模擬信號，精度低，易受干擾傳輸數(shù)字信號。風險高度集中，傳輸數(shù)字信號。風險高度集中，可靠性低，任務(wù)增加，會使系可靠性低，任務(wù)增加，會使系統(tǒng)性

2、能下降。統(tǒng)性能下降。集中管理分散控制。集中管理分散控制。DCS廠家采用廠家采用專用的控制通訊網(wǎng)絡(luò)。不同廠家的專用的控制通訊網(wǎng)絡(luò)。不同廠家的DCS系統(tǒng)之間難以網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。價格系統(tǒng)之間難以網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。價格昂貴。昂貴。用戶需求：開放性和降低成本。用戶需求：開放性和降低成本。2022-7-742022-7-75FCS是一種開放的、可以互聯(lián)的、低成本的、徹底分散的分布式控制系統(tǒng)。是一種開放的、可以互聯(lián)的、低成本的、徹底分散的分布式控制系統(tǒng)。2022-7-762022-7-77 隨著隨著控制控制技術(shù)、技術(shù)、計算機計算機技術(shù)和技術(shù)和通信通信技術(shù)的飛速技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化作為一種趨勢正在從工業(yè)生產(chǎn)過程的的發(fā)展，

3、數(shù)字化作為一種趨勢正在從工業(yè)生產(chǎn)過程的的決策層、管理層、監(jiān)控層和控制層一直滲透到現(xiàn)場設(shè)決策層、管理層、監(jiān)控層和控制層一直滲透到現(xiàn)場設(shè)備。備?，F(xiàn)場總線的出現(xiàn)，是數(shù)字通信技術(shù)迅速占領(lǐng)工業(yè)現(xiàn)場總線的出現(xiàn)，是數(shù)字通信技術(shù)迅速占領(lǐng)工業(yè)過程控制系統(tǒng)中模擬量信號的最后一塊領(lǐng)地過程控制系統(tǒng)中模擬量信號的最后一塊領(lǐng)地。一種全。一種全數(shù)字化、全分散式、可互操作的和全開放式的新型控數(shù)字化、全分散式、可互操作的和全開放式的新型控制系統(tǒng)制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCSFCS）已經(jīng)成為當今的）已經(jīng)成為當今的熱點。熱點。 8.1 8.1 現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀與發(fā)展現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀與發(fā)展2022-7-79現(xiàn)場總線是現(xiàn)

4、場總線是用于用于現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)和控制現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、多變量、多點、多站的通信網(wǎng)絡(luò)。多變量、多點、多站的通信網(wǎng)絡(luò)。IECIEC對對現(xiàn)場總線的定義現(xiàn)場總線的定義：是應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，：是應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備與控制裝置之間實在現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備與控制裝置之間實行雙向、串行、多節(jié)點數(shù)字通信的技術(shù)。行雙向、串行、多節(jié)點數(shù)字通信的技術(shù)。是當今自動化領(lǐng)域發(fā)展的熱點之一，被譽為是當今自動化領(lǐng)域發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)。2022-7-710l 現(xiàn)場總

5、線的產(chǎn)生現(xiàn)場總線的產(chǎn)生縱觀控制系統(tǒng)的發(fā)展史，不難發(fā)現(xiàn)，每一代縱觀控制系統(tǒng)的發(fā)展史，不難發(fā)現(xiàn)，每一代新的控制系統(tǒng)的推出都是針對老一代控制系統(tǒng)新的控制系統(tǒng)的推出都是針對老一代控制系統(tǒng)存在的缺陷而給出的解決方案，現(xiàn)場總線和現(xiàn)存在的缺陷而給出的解決方案，現(xiàn)場總線和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)也不例外。場總線控制系統(tǒng)也不例外。v 模擬儀表控制系統(tǒng)模擬儀表控制系統(tǒng)v 集中式數(shù)字控制系統(tǒng)集中式數(shù)字控制系統(tǒng)v 集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)v 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)2022-7-711q模擬儀表控制系統(tǒng)模擬儀表控制系統(tǒng) 在上世紀六七十年代占主導地位；在上世紀六七十年代占主導地位； 顯著缺點：模擬信號精度低，極易受干擾

6、。顯著缺點：模擬信號精度低，極易受干擾。2022-7-712q集中式數(shù)字控制系統(tǒng)集中式數(shù)字控制系統(tǒng)在上世紀七八十年代占主導地位；在上世紀七八十年代占主導地位；采用單片機、采用單片機、PLC或微機作為控制器，控制或微機作為控制器，控制器內(nèi)部傳輸?shù)氖菙?shù)字信號；器內(nèi)部傳輸?shù)氖菙?shù)字信號；優(yōu)點：在控制方式、控制機時的選擇上可以優(yōu)點：在控制方式、控制機時的選擇上可以統(tǒng)一調(diào)度、安排；統(tǒng)一調(diào)度、安排；缺點：對控制器本身要求高。缺點：對控制器本身要求高。2022-7-713q集散控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)(DCS)在上世紀八九十年代占主導地位；在上世紀八九十年代占主導地位；核心是集中管理、分散控制；核心是集中管理、分

7、散控制；優(yōu)點：有力地克服了集中式數(shù)字控制系統(tǒng)對優(yōu)點：有力地克服了集中式數(shù)字控制系統(tǒng)對控制器要求高地缺陷；控制器要求高地缺陷；缺點：封閉專用、不具備可互操作性、造價缺點：封閉專用、不具備可互操作性、造價昂貴。昂貴。2022-7-714q現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)數(shù)據(jù)傳輸采用總線方式；數(shù)據(jù)傳輸采用總線方式；控制功能徹底下放到現(xiàn)場，安裝成本和維護控制功能徹底下放到現(xiàn)場，安裝成本和維護費用得以降低；費用得以降低；是一種開放的、具備可互操作性、徹底分散是一種開放的、具備可互操作性、徹底分散的分布式控制系統(tǒng)。的分布式控制系統(tǒng)。2022-7-715l現(xiàn)場總線的本質(zhì)現(xiàn)場總線的本質(zhì): :現(xiàn)場通信

8、網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場設(shè)備互連現(xiàn)場設(shè)備互連互操作性互操作性分散功能塊分散功能塊通信線供電通信線供電開放式互連網(wǎng)絡(luò)開放式互連網(wǎng)絡(luò) 1 現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)場總線作為一種數(shù)字式通信網(wǎng)絡(luò)一直延伸到現(xiàn)場總線作為一種數(shù)字式通信網(wǎng)絡(luò)一直延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場中的現(xiàn)場設(shè)備，使以往（包括生產(chǎn)現(xiàn)場中的現(xiàn)場設(shè)備，使以往（包括DCS）采用）采用點到點式的模擬量信號傳輸或開關(guān)量信號的單向并點到點式的模擬量信號傳輸或開關(guān)量信號的單向并行傳輸變?yōu)槎帱c一線的雙向串行數(shù)字式傳輸。行傳輸變?yōu)槎帱c一線的雙向串行數(shù)字式傳輸。2 現(xiàn)場設(shè)備互連現(xiàn)場設(shè)備互連 現(xiàn)場設(shè)備是指連接在現(xiàn)場總線上的各種儀表現(xiàn)場設(shè)備是指連接在現(xiàn)場總線上的各種儀表設(shè)備

9、，按功能可分為變送器、執(zhí)行器、服務(wù)器和設(shè)備，按功能可分為變送器、執(zhí)行器、服務(wù)器和網(wǎng)橋、輔助設(shè)備等，這些設(shè)備可以通過一對傳輸網(wǎng)橋、輔助設(shè)備等，這些設(shè)備可以通過一對傳輸線即現(xiàn)場總線直接在現(xiàn)場互連，相互交換信息，線即現(xiàn)場總線直接在現(xiàn)場互連，相互交換信息，這在這在DCS中也是不可以的?，F(xiàn)場設(shè)備如下：中也是不可以的。現(xiàn)場設(shè)備如下：（1）變送器）變送器 常用的變送器有溫度、壓力、流量、物位常用的變送器有溫度、壓力、流量、物位、分析等，每類又有多個品種。這種智能型變、分析等，每類又有多個品種。這種智能型變送器既有檢測、變換和補償功能，又有送器既有檢測、變換和補償功能，又有PID控控制和運算功能。制和運算功能

10、。 （2）執(zhí)行器）執(zhí)行器 常用的執(zhí)行器有電動和氣動兩大類，每類又有多個品種。常用的執(zhí)行器有電動和氣動兩大類，每類又有多個品種。執(zhí)行器的基本功能是控制信號的驅(qū)動和執(zhí)行，還內(nèi)含調(diào)節(jié)閥的執(zhí)行器的基本功能是控制信號的驅(qū)動和執(zhí)行，還內(nèi)含調(diào)節(jié)閥的輸出特性補償、輸出特性補償、PID控制和運算，另外還有閥門特性自動校驗控制和運算，另外還有閥門特性自動校驗和自動診斷功能和自動診斷功能。（3）服務(wù)器和網(wǎng)橋）服務(wù)器和網(wǎng)橋 服務(wù)器下接服務(wù)器下接 H1和和 H2，上接局域網(wǎng)，上接局域網(wǎng) LAN（Local Area Network）；網(wǎng)橋上接）；網(wǎng)橋上接H2，下接，下接H1。（4）輔助設(shè)備）輔助設(shè)備 輔助設(shè)備有輔助設(shè)備

11、有 H1/氣壓轉(zhuǎn)換器、氣壓轉(zhuǎn)換器、H1/電流轉(zhuǎn)換器、電流電流轉(zhuǎn)換器、電流/H1轉(zhuǎn)換器、安全柵、總線電源、便攜式編程器等。轉(zhuǎn)換器、安全柵、總線電源、便攜式編程器等。2022-7-720 3互操作性互操作性 現(xiàn)場設(shè)備種類繁多，沒有任何一家制造廠可現(xiàn)場設(shè)備種類繁多，沒有任何一家制造廠可以提供一個工廠所需的全部現(xiàn)場設(shè)備。所以，不同廠以提供一個工廠所需的全部現(xiàn)場設(shè)備。所以，不同廠商產(chǎn)品的交互操作與互換是不可避免的。用戶不希望商產(chǎn)品的交互操作與互換是不可避免的。用戶不希望為選用不同的產(chǎn)品而在硬件或軟件上花力氣，而希望為選用不同的產(chǎn)品而在硬件或軟件上花力氣，而希望選用各廠商性能價格比最優(yōu)的產(chǎn)品集成在一起，實

12、現(xiàn)選用各廠商性能價格比最優(yōu)的產(chǎn)品集成在一起，實現(xiàn)“即接即用即接即用”，能對不同品牌的現(xiàn)場設(shè)備統(tǒng)一組態(tài)，能對不同品牌的現(xiàn)場設(shè)備統(tǒng)一組態(tài)，構(gòu)成所需要的控制回路。構(gòu)成所需要的控制回路。4分散功能塊分散功能塊 FCS廢棄了傳統(tǒng)的廢棄了傳統(tǒng)的DCS輸入輸入/輸出單元和控制站，把輸出單元和控制站，把DCS控制站的功能塊分散地分配給現(xiàn)場儀表，從而構(gòu)成控制站的功能塊分散地分配給現(xiàn)場儀表，從而構(gòu)成虛擬控制站。由于功能分散在多臺現(xiàn)場儀表中，并可統(tǒng)虛擬控制站。由于功能分散在多臺現(xiàn)場儀表中，并可統(tǒng)一組態(tài)，用戶可以靈活選用各種功能塊構(gòu)成所需控制系一組態(tài)，用戶可以靈活選用各種功能塊構(gòu)成所需控制系統(tǒng)，實現(xiàn)徹底的分散控制，統(tǒng)

13、，實現(xiàn)徹底的分散控制， 現(xiàn)場總線除了傳輸信息之外，還可以完成為現(xiàn)場設(shè)備供現(xiàn)場總線除了傳輸信息之外，還可以完成為現(xiàn)場設(shè)備供電的功能?？偩€供電不僅簡化了系統(tǒng)的安裝布線，而且還可電的功能?？偩€供電不僅簡化了系統(tǒng)的安裝布線，而且還可以通過配套的安全柵實現(xiàn)本質(zhì)安全系統(tǒng)以通過配套的安全柵實現(xiàn)本質(zhì)安全系統(tǒng) ，為現(xiàn)場總線控制系，為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在易燃易爆環(huán)境中應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。統(tǒng)在易燃易爆環(huán)境中應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 5現(xiàn)場總線供電現(xiàn)場總線供電 6開放式互連網(wǎng)絡(luò)開放式互連網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)場總線為開放式互連網(wǎng)絡(luò)，既可與同層網(wǎng)絡(luò)互連，現(xiàn)場總線為開放式互連網(wǎng)絡(luò)，既可與同層網(wǎng)絡(luò)互連，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互連?，F(xiàn)場總線協(xié)議不象也可與不同

14、層網(wǎng)絡(luò)互連?，F(xiàn)場總線協(xié)議不象DCS那樣采用封那樣采用封閉專用的通信協(xié)議，而是采用公開化、標準化、規(guī)范化的通閉專用的通信協(xié)議，而是采用公開化、標準化、規(guī)范化的通信協(xié)議，只要符合現(xiàn)場總線協(xié)議，就可以把不同制造商的現(xiàn)信協(xié)議，只要符合現(xiàn)場總線協(xié)議，就可以把不同制造商的現(xiàn)場設(shè)備互連成系統(tǒng)。開放式互連網(wǎng)絡(luò)還體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的場設(shè)備互連成系統(tǒng)。開放式互連網(wǎng)絡(luò)還體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的共享，通過網(wǎng)絡(luò)對現(xiàn)場設(shè)備和功能塊統(tǒng)一組態(tài)。共享，通過網(wǎng)絡(luò)對現(xiàn)場設(shè)備和功能塊統(tǒng)一組態(tài)。 2022-7-725l現(xiàn)場總線的特點和優(yōu)點現(xiàn)場總線的特點和優(yōu)點: :現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)特點現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)特點打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。打破了傳統(tǒng)控制

15、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。不依賴控制室的計算機或控制儀表，直接在現(xiàn)場完不依賴控制室的計算機或控制儀表，直接在現(xiàn)場完成，實現(xiàn)了徹底的分散控制。成，實現(xiàn)了徹底的分散控制。采用數(shù)字信號代替模擬信號，可以實現(xiàn)一對電線上采用數(shù)字信號代替模擬信號，可以實現(xiàn)一對電線上傳輸多個信號。傳輸多個信號。u 1一對一對N 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) FCS采用一對傳輸線，采用一對傳輸線，N臺儀表，雙向傳輸多個臺儀表，雙向傳輸多個信號。這種一對信號。這種一對N結(jié)構(gòu)使得接線簡單、工程周期短、結(jié)構(gòu)使得接線簡單、工程周期短、安裝費用低、維護容易。如果增加現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀安裝費用低、維護容易。如果增加現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表，只需并行掛接到電纜上，無需架設(shè)新的

16、電纜。而表，只需并行掛接到電纜上，無需架設(shè)新的電纜。而傳統(tǒng)的控制是一對一模擬信號的傳輸結(jié)構(gòu)，即一臺儀傳統(tǒng)的控制是一對一模擬信號的傳輸結(jié)構(gòu)，即一臺儀表，一對傳輸線，單向傳輸一個信號。這種一對一結(jié)表，一對傳輸線，單向傳輸一個信號。這種一對一結(jié)構(gòu)造成接線龐雜、工程周期長、安裝費用高、維護困構(gòu)造成接線龐雜、工程周期長、安裝費用高、維護困難。難。u 2可靠性高可靠性高 FCS是數(shù)字信號傳輸，因而抗干擾強、精度高是數(shù)字信號傳輸，因而抗干擾強、精度高，由于無需采用抗干擾和提高精度的措施，從而減，由于無需采用抗干擾和提高精度的措施，從而減少了成本。而傳統(tǒng)的模擬信號傳輸，易受干擾精度少了成本。而傳統(tǒng)的模擬信號傳

17、輸，易受干擾精度低，為此采用各種抗干擾措施和提高精度的方法，低，為此采用各種抗干擾措施和提高精度的方法，其結(jié)果增加了成本。其結(jié)果增加了成本。u 3可控狀態(tài)可控狀態(tài) FCS的操作員在控制室既能了解現(xiàn)場設(shè)備的操作員在控制室既能了解現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表的工作狀況，也能對其進行參數(shù)調(diào)整，或現(xiàn)場儀表的工作狀況，也能對其進行參數(shù)調(diào)整，還可預測或?qū)ふ夜收希冀K處于操作員的遠程監(jiān)還可預測或?qū)ふ夜收?，始終處于操作員的遠程監(jiān)視與可控狀態(tài)，提高了系統(tǒng)的可靠性、可控性和視與可控狀態(tài)，提高了系統(tǒng)的可靠性、可控性和可維護性。而傳統(tǒng)控制的操作員在控制室既不了可維護性。而傳統(tǒng)控制的操作員在控制室既不了解模擬儀表的工作狀況，也不

18、能對其進行參數(shù)調(diào)解模擬儀表的工作狀況，也不能對其進行參數(shù)調(diào)整，更不能預測尋找故障，導致操作員對其處于整，更不能預測尋找故障，導致操作員對其處于“失控失控”狀態(tài)。狀態(tài)。u 4互換性互換性 FCS用戶可以自由選擇不同制造商所提供的性能用戶可以自由選擇不同制造商所提供的性能價格比最優(yōu)的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表進行互連互換。即價格比最優(yōu)的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表進行互連互換。即使某臺儀表出現(xiàn)故障，換上其他品牌的同類儀表照常使某臺儀表出現(xiàn)故障，換上其他品牌的同類儀表照常工作，實現(xiàn)工作，實現(xiàn)“即接即用。即接即用?！倍M儀表盡管統(tǒng)一了信而模擬儀表盡管統(tǒng)一了信號標準，但大部分技術(shù)參數(shù)仍由制造廠商自定，致使號標準，但大部

19、分技術(shù)參數(shù)仍由制造廠商自定，致使不同廠商的儀表無法互換。不同廠商的儀表無法互換。u 5互操作性互操作性 FCS用戶可把不同制造商的各種品牌的儀表集用戶可把不同制造商的各種品牌的儀表集成在一起，進行統(tǒng)一組態(tài)，構(gòu)成所需的控制回路，成在一起，進行統(tǒng)一組態(tài)，構(gòu)成所需的控制回路，不必為集成不同品牌的產(chǎn)品而在硬件或軟件上花費不必為集成不同品牌的產(chǎn)品而在硬件或軟件上花費力氣或增加額外投資力氣或增加額外投資。 u 6綜合功能綜合功能 FCS現(xiàn)場儀表既有檢測、變換和補償功能，又現(xiàn)場儀表既有檢測、變換和補償功能，又有控制和運算功能。實現(xiàn)一表多用，不僅方便了用有控制和運算功能。實現(xiàn)一表多用，不僅方便了用戶，也節(jié)省了

20、成本。戶，也節(jié)省了成本。u 7分散控制分散控制 FCS的控制站功能分散在現(xiàn)場儀表中，通過現(xiàn)的控制站功能分散在現(xiàn)場儀表中，通過現(xiàn)場儀表就可構(gòu)成控制回路，實現(xiàn)了徹底的分散控場儀表就可構(gòu)成控制回路，實現(xiàn)了徹底的分散控制，提高了系統(tǒng)的可靠性、自治性和靈活性。制，提高了系統(tǒng)的可靠性、自治性和靈活性。 u 8統(tǒng)一組態(tài)統(tǒng)一組態(tài) 由于由于FCS中的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表都引入了功能中的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表都引入了功能塊的概念，所有制造商都使用相同的功能塊，并統(tǒng)一塊的概念，所有制造商都使用相同的功能塊，并統(tǒng)一組態(tài)方法。這樣就使組態(tài)變得非常簡單，不必因為現(xiàn)組態(tài)方法。這樣就使組態(tài)變得非常簡單，不必因為現(xiàn)場設(shè)備種類不同，而

21、進行不同組態(tài)方法的培訓或?qū)W習。場設(shè)備種類不同，而進行不同組態(tài)方法的培訓或?qū)W習。u 9開放式系統(tǒng)開放式系統(tǒng) 對相關(guān)標準的一致性、公開性、強調(diào)對標準對相關(guān)標準的一致性、公開性、強調(diào)對標準的共識與遵從。的共識與遵從。 2022-7-7342022-7-735分散控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分散控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)2022-7-737n現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)（如）與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)（如DCS）結(jié)）結(jié)構(gòu)對比如圖構(gòu)對比如圖8-1所示。所示。DeviceNet現(xiàn)場總線傳統(tǒng)的模擬儀表PROFIBUS-DPH1現(xiàn)場設(shè)備現(xiàn)場設(shè)備網(wǎng)橋LonWorks現(xiàn)場總線CANBUS服務(wù)器LAN操作站420mAL

22、AN控制站操作站圖8-1 FCS與DCS結(jié)構(gòu)比較2022-7-738現(xiàn)場總線的技術(shù)特點現(xiàn)場總線的技術(shù)特點: :系統(tǒng)的開放性；系統(tǒng)的開放性；互可操作性與互用性；互可操作性與互用性；現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性；現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性；對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性。對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性。2022-7-739現(xiàn)場總線的優(yōu)點現(xiàn)場總線的優(yōu)點: :節(jié)省硬件數(shù)量與投資；節(jié)省硬件數(shù)量與投資；節(jié)省安裝費用；節(jié)省安裝費用；節(jié)約維護開銷；節(jié)約維護開銷；用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán)；用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán)；提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性。提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性。2022-7

23、-740l現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn): :現(xiàn)場總線的基礎(chǔ)是數(shù)字通信，通信就必須有協(xié)議，現(xiàn)現(xiàn)場總線的基礎(chǔ)是數(shù)字通信，通信就必須有協(xié)議，現(xiàn)場總線是一個定義了硬件接口和通信協(xié)議的標準。各場總線是一個定義了硬件接口和通信協(xié)議的標準。各個公司的現(xiàn)場總線沒有一個統(tǒng)一的協(xié)議標準，但都參個公司的現(xiàn)場總線沒有一個統(tǒng)一的協(xié)議標準，但都參考考OSI7OSI7層協(xié)議標準，大都采用了第層協(xié)議標準，大都采用了第1 1（物理層）、（物理層）、2 2（數(shù)據(jù)鏈路層）、（數(shù)據(jù)鏈路層）、7 7層（應(yīng)用層），并增設(shè)了第層（應(yīng)用層），并增設(shè)了第8 8層層（用戶層）。（用戶層）。2022-7-741物理層物理層物理層定義了信號

24、的編碼與傳送方式、傳送介質(zhì)、接口的電物理層定義了信號的編碼與傳送方式、傳送介質(zhì)、接口的電氣及機械特性、信號傳輸速率等。現(xiàn)場總線有兩種編碼方式：氣及機械特性、信號傳輸速率等?，F(xiàn)場總線有兩種編碼方式：Manchester和和NRZ（ No Return Zero-Inverse 非歸零反非歸零反相編碼），前者同步性好，但頻帶利用率低，后者剛好相反。相編碼），前者同步性好，但頻帶利用率低，后者剛好相反。Manchester編碼采用基帶傳輸，而編碼采用基帶傳輸，而NRZ編碼采用頻帶傳輸。編碼采用頻帶傳輸。調(diào)制方式主要有調(diào)制方式主要有CPFSK和和COFSK?，F(xiàn)場總線傳輸介質(zhì)主要有有線電纜、光纖和無線介

25、質(zhì)。現(xiàn)場總線傳輸介質(zhì)主要有有線電纜、光纖和無線介質(zhì)。2022-7-742數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層又分為兩個子層，即介質(zhì)訪問控制層（數(shù)據(jù)鏈路層又分為兩個子層，即介質(zhì)訪問控制層（MAC）和）和邏輯鏈路控制層（邏輯鏈路控制層（LLC）。）。MAC功能是對傳輸介質(zhì)傳送的信號功能是對傳輸介質(zhì)傳送的信號進行發(fā)送和接收控制，而進行發(fā)送和接收控制，而LLC層則是對數(shù)據(jù)鏈進行控制，保證數(shù)層則是對數(shù)據(jù)鏈進行控制，保證數(shù)據(jù)傳送到指定的設(shè)備上?，F(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可以是主站，據(jù)傳送到指定的設(shè)備上?，F(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可以是主站，也可以是從站，主站有控制收發(fā)數(shù)據(jù)的權(quán)力，而從站則只有響也可以是從站，主站有控制收發(fā)數(shù)

26、據(jù)的權(quán)力，而從站則只有響應(yīng)主站訪問的權(quán)力。應(yīng)主站訪問的權(quán)力。關(guān)于關(guān)于MAC層，目前有三種協(xié)議：層，目前有三種協(xié)議： （1）集中式輪詢協(xié)議）集中式輪詢協(xié)議其基本原理是網(wǎng)絡(luò)中有主站，主站周期性地輪詢各個節(jié)點，其基本原理是網(wǎng)絡(luò)中有主站，主站周期性地輪詢各個節(jié)點，被輪詢的節(jié)點允許與其他節(jié)點通信。被輪詢的節(jié)點允許與其他節(jié)點通信。 （2）令牌總線協(xié)議）令牌總線協(xié)議這是一種多主站協(xié)議，主站之間以令牌傳送協(xié)議進行工作，這是一種多主站協(xié)議，主站之間以令牌傳送協(xié)議進行工作，持有令牌的站可以輪詢其他站。持有令牌的站可以輪詢其他站。 （3）總線仲裁協(xié)議）總線仲裁協(xié)議其機理類似于多機系統(tǒng)中并行總線的管理機制。其機理類似

27、于多機系統(tǒng)中并行總線的管理機制。2022-7-743應(yīng)用層應(yīng)用層應(yīng)用層可以分為兩個子層，上面子層是應(yīng)用服務(wù)層（應(yīng)用層可以分為兩個子層，上面子層是應(yīng)用服務(wù)層（FMS層），它為用戶提供服務(wù)；下面子層是現(xiàn)場總線存取層層），它為用戶提供服務(wù)；下面子層是現(xiàn)場總線存取層（FAS層），它實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的連接。層），它實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的連接。應(yīng)用層的功能是進行現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)的傳送及現(xiàn)場總線變量應(yīng)用層的功能是進行現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)的傳送及現(xiàn)場總線變量的訪問。它為用戶應(yīng)用提供接口，定義了如何應(yīng)用讀、寫、的訪問。它為用戶應(yīng)用提供接口，定義了如何應(yīng)用讀、寫、中斷和操作信息及命令，同時定義了信息、句法（包括請求、中斷和操作信息及

28、命令，同時定義了信息、句法（包括請求、執(zhí)行及響應(yīng)信息）的格式和內(nèi)容。應(yīng)用層的管理功能在初始執(zhí)行及響應(yīng)信息）的格式和內(nèi)容。應(yīng)用層的管理功能在初始化期間初始化網(wǎng)絡(luò)，指定標記和地址。同時按計劃配置應(yīng)用化期間初始化網(wǎng)絡(luò)，指定標記和地址。同時按計劃配置應(yīng)用層，也對網(wǎng)絡(luò)進行控制，統(tǒng)計失敗和檢測新加入或退出網(wǎng)絡(luò)層，也對網(wǎng)絡(luò)進行控制，統(tǒng)計失敗和檢測新加入或退出網(wǎng)絡(luò)的裝置。的裝置。2022-7-744用戶層用戶層用戶層是現(xiàn)場總線標準在用戶層是現(xiàn)場總線標準在OSI模型之外新增加的一層，是現(xiàn)模型之外新增加的一層，是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)開放與可互操作性的關(guān)鍵。場總線控制系統(tǒng)開放與可互操作性的關(guān)鍵。用戶層定義了從現(xiàn)場裝置中

29、讀、寫信息和向網(wǎng)絡(luò)中其他裝置用戶層定義了從現(xiàn)場裝置中讀、寫信息和向網(wǎng)絡(luò)中其他裝置分派信息的方法，即規(guī)定了供用戶組態(tài)的標準分派信息的方法，即規(guī)定了供用戶組態(tài)的標準“功能模塊功能模塊”。事實上，各廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品實現(xiàn)功能塊的程序可能完全不同，事實上，各廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品實現(xiàn)功能塊的程序可能完全不同，但對功能塊特性描述、參數(shù)設(shè)定及相互連接的方法是公開統(tǒng)一但對功能塊特性描述、參數(shù)設(shè)定及相互連接的方法是公開統(tǒng)一的。信息在功能塊內(nèi)經(jīng)過處理后輸出，用戶對功能塊的工作就的。信息在功能塊內(nèi)經(jīng)過處理后輸出，用戶對功能塊的工作就是選擇是選擇“設(shè)定特征設(shè)定特征”及及“設(shè)定參數(shù)設(shè)定參數(shù)”，并將其連接起來。功能，并將其連接起來

30、。功能塊除了輸入輸出信號外，還輸出表征該信號狀態(tài)的信號。塊除了輸入輸出信號外，還輸出表征該信號狀態(tài)的信號。2022-7-745l現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展趨勢現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展趨勢: : 發(fā)展現(xiàn)場總線技術(shù)已成為工業(yè)自動化領(lǐng)域廣為關(guān)發(fā)展現(xiàn)場總線技術(shù)已成為工業(yè)自動化領(lǐng)域廣為關(guān)注的焦點。具有發(fā)展前景的現(xiàn)場總線技術(shù)有：注的焦點。具有發(fā)展前景的現(xiàn)場總線技術(shù)有：智能儀表與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開發(fā)的軟硬件技術(shù)；智能儀表與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開發(fā)的軟硬件技術(shù)；組態(tài)技術(shù)；組態(tài)技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)；人機接口和軟件技術(shù)；人機接口和軟件技術(shù)；現(xiàn)場總線系統(tǒng)集成技術(shù)。現(xiàn)場總線系統(tǒng)集成技術(shù)。 FCSFCS的組態(tài)技術(shù)：對用戶而言，的組態(tài)技術(shù)：對

31、用戶而言，F(xiàn)CSFCS中有三種軟件模中有三種軟件模塊：功能塊、轉(zhuǎn)換塊和資源塊。當用一些功能塊組成塊：功能塊、轉(zhuǎn)換塊和資源塊。當用一些功能塊組成了某一裝置的控制策略時，就把這些功能塊的有序集了某一裝置的控制策略時，就把這些功能塊的有序集合稱為一個合稱為一個“功能應(yīng)用塊功能應(yīng)用塊”。一個功能塊應(yīng)用可以和。一個功能塊應(yīng)用可以和另一個功能塊應(yīng)用互連在一起，一個功能塊應(yīng)用也可另一個功能塊應(yīng)用互連在一起，一個功能塊應(yīng)用也可以包含另一個功能塊應(yīng)用。以包含另一個功能塊應(yīng)用。2022-7-747n現(xiàn)場總線屬于尚在發(fā)展的技術(shù)，我國在這一技術(shù)領(lǐng)域還剛現(xiàn)場總線屬于尚在發(fā)展的技術(shù)，我國在這一技術(shù)領(lǐng)域還剛剛起步。了解國際

32、上該項技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展動向，對我國剛起步。了解國際上該項技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展動向，對我國相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，對自動化技術(shù)、設(shè)備的更新，無疑具有相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，對自動化技術(shù)、設(shè)備的更新，無疑具有重要的作用。重要的作用。n總體說來，自動化系統(tǒng)與設(shè)備將朝著現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)的總體說來，自動化系統(tǒng)與設(shè)備將朝著現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)的方向前進，這一發(fā)展趨勢是肯定的。既然是總線，就要向方向前進，這一發(fā)展趨勢是肯定的。既然是總線，就要向著趨于開放統(tǒng)一的方向發(fā)展，成為大家都遵守的標準規(guī)范著趨于開放統(tǒng)一的方向發(fā)展，成為大家都遵守的標準規(guī)范，但這一技術(shù)所涉及的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。，但這一技術(shù)所涉及的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。2022-7-

33、748n大千世界，眾多領(lǐng)域，需求各異，一個現(xiàn)場總線體系下可大千世界，眾多領(lǐng)域，需求各異，一個現(xiàn)場總線體系下可能不止容納單一的標準。另外，從以上介紹也可以看出，能不止容納單一的標準。另外，從以上介紹也可以看出，幾大技術(shù)均具有自己的特點，已在不同應(yīng)用領(lǐng)域形成了自幾大技術(shù)均具有自己的特點，已在不同應(yīng)用領(lǐng)域形成了自己的優(yōu)勢。加上商業(yè)利益的驅(qū)使，它們都正在十分激烈的己的優(yōu)勢。加上商業(yè)利益的驅(qū)使，它們都正在十分激烈的市場競爭中求得發(fā)展。市場競爭中求得發(fā)展。n有理由認為：在從現(xiàn)在起的未來有理由認為：在從現(xiàn)在起的未來10年內(nèi)，可能出現(xiàn)幾大總年內(nèi)，可能出現(xiàn)幾大總線標準共存，甚至在一個現(xiàn)場總線系統(tǒng)內(nèi)，幾種總線標準

34、線標準共存，甚至在一個現(xiàn)場總線系統(tǒng)內(nèi)，幾種總線標準的設(shè)備通過路由網(wǎng)關(guān)互連實現(xiàn)信息共享的局面。的設(shè)備通過路由網(wǎng)關(guān)互連實現(xiàn)信息共享的局面。 現(xiàn)場總線是現(xiàn)場總線是FCS的核心。目前，世界上出現(xiàn)了的核心。目前，世界上出現(xiàn)了多種現(xiàn)場總線的企業(yè)或國家標準。這些現(xiàn)場總線技多種現(xiàn)場總線的企業(yè)或國家標準。這些現(xiàn)場總線技術(shù)各具特點，已經(jīng)逐漸形成自己的產(chǎn)品系列，并占術(shù)各具特點，已經(jīng)逐漸形成自己的產(chǎn)品系列，并占有相當大的市場份額。由于技術(shù)和商業(yè)利益的原因有相當大的市場份額。由于技術(shù)和商業(yè)利益的原因，尚沒有統(tǒng)一。以下就是目前流行的幾種著名的現(xiàn)，尚沒有統(tǒng)一。以下就是目前流行的幾種著名的現(xiàn)場總線。場總線。8.2 8.2 現(xiàn)

35、場總線簡介現(xiàn)場總線簡介2022-7-750l比較流行的現(xiàn)場總線比較流行的現(xiàn)場總線基金會現(xiàn)場總線基金會現(xiàn)場總線CANDevicenetLonWorksPROFIBUSRS-4852022-7-7511 基金會現(xiàn)場總線基金會現(xiàn)場總線(Foundation Fieldbus) FF是現(xiàn)場總線基金會是現(xiàn)場總線基金會Fieldbus Foundation的縮寫?，F(xiàn)的縮寫?，F(xiàn)場總線基金會是國際公認的、惟一不附屬于某企業(yè)的、非商場總線基金會是國際公認的、惟一不附屬于某企業(yè)的、非商業(yè)化的國際標準化組織。其宗旨是制定單一的國際現(xiàn)場總線業(yè)化的國際標準化組織。其宗旨是制定單一的國際現(xiàn)場總線標準。標準。FF協(xié)議的前身

36、是以美國協(xié)議的前身是以美國Fisher-Rosemount公司為公司為首，聯(lián)合首，聯(lián)合 Foxboro、Yokogawa、ABB、Siemens等等80家公司制定的家公司制定的ISP協(xié)議，和以協(xié)議，和以Honeywell公司為首、聯(lián)合歐公司為首、聯(lián)合歐洲等地的洲等地的150家公司制定的家公司制定的 Word FIP協(xié)議。迫于用戶的壓協(xié)議。迫于用戶的壓力，支持力，支持ISP和和World FIP的兩大集團于的兩大集團于1994年年9月握手言月握手言和，成立了現(xiàn)場總線基金會和，成立了現(xiàn)場總線基金會Fieldbus Foundation。2022-7-752分低速分低速H1和高速和高速H2兩種通信速

37、率；兩種通信速率；FF總線分為低速現(xiàn)場總線和高速現(xiàn)場總線兩種通信速率。總線分為低速現(xiàn)場總線和高速現(xiàn)場總線兩種通信速率。低速現(xiàn)場總線低速現(xiàn)場總線H1的傳輸速率為的傳輸速率為31.25kbps，高速現(xiàn)場，高速現(xiàn)場總線總線HSE的傳輸速率為的傳輸速率為100Mbps，H1支持總線供電和支持總線供電和本質(zhì)安全特性，最大通信距離為本質(zhì)安全特性，最大通信距離為1900m（如果加中繼器（如果加中繼器可延長至可延長至9500m，最多可直接連接，最多可直接連接32個節(jié)點（非總錢個節(jié)點（非總錢供電）、供電）、13個節(jié)點（總線供電）、個節(jié)點（總線供電）、6個節(jié)點（本質(zhì)安全個節(jié)點（本質(zhì)安全要求）。如果加中繼器最多可連

38、接要求）。如果加中繼器最多可連接240個節(jié)點。通信介個節(jié)點。通信介質(zhì)為雙絞線、光纜或無線電。質(zhì)為雙絞線、光纜或無線電。2022-7-753物理媒介的傳輸信號為曼徹斯特編碼。物理媒介的傳輸信號為曼徹斯特編碼。FF總線以總線以O(shè)SI參考模型為基礎(chǔ)，取其物理層、參考模型為基礎(chǔ)，取其物理層、鏈路層和應(yīng)用層為鏈路層和應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次，并通信模型的相應(yīng)層次，并在此基礎(chǔ)上增加了用戶層。在此基礎(chǔ)上增加了用戶層。2022-7-754FF采用可變長幀結(jié)構(gòu)，每幀的有效字節(jié)數(shù)為采用可變長幀結(jié)構(gòu)，每幀的有效字節(jié)數(shù)為 0251個。目前已經(jīng)有個。目前已經(jīng)有 Smar、 Fuji、National、Semico

39、nductor、Siemens、Yokogawa等等12家公司可以提供家公司可以提供FF的通信芯的通信芯片。片。2022-7-755目前，全世界已有目前，全世界已有120多個用戶和制造商成多個用戶和制造商成為現(xiàn)場總線基金會的成員?；饡聲依楝F(xiàn)場總線基金會的成員?；饡聲依耸澜缟献钪饕淖詣踊O(shè)備供應(yīng)商?；饡耸澜缟献钪饕淖詣踊O(shè)備供應(yīng)商?；饡蓡T所生產(chǎn)的自動化設(shè)備占世界市場的成員所生產(chǎn)的自動化設(shè)備占世界市場的90以上?；饡娬{(diào)中立與公正。所有的成員均以上?；饡娬{(diào)中立與公正。所有的成員均可以參加規(guī)范的制訂和評估，所有的技術(shù)成果可以參加規(guī)范的制訂和評估，所有的技術(shù)成果由

40、基金會擁有和控制。由中立的第三方負責產(chǎn)由基金會擁有和控制。由中立的第三方負責產(chǎn)品的注冊和測試等。因此，基金會現(xiàn)場總線具品的注冊和測試等。因此，基金會現(xiàn)場總線具有一定的權(quán)威性、廣泛性和公正性。有一定的權(quán)威性、廣泛性和公正性。2022-7-7562 CAN (Controller Area Network)它是由德國它是由德國Bosch公司推出、最早用于汽車內(nèi)公司推出、最早用于汽車內(nèi)部監(jiān)測部件與控制部件的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在部監(jiān)測部件與控制部件的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在已經(jīng)逐步應(yīng)用到其它控制領(lǐng)域。已經(jīng)逐步應(yīng)用到其它控制領(lǐng)域。CAN協(xié)議也是建立在協(xié)議也是建立在OSI模型基礎(chǔ)上的，它采模型基礎(chǔ)上的，它采用了用

41、了OSI底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和高層的應(yīng)底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和高層的應(yīng)用層，其信號傳輸介質(zhì)為雙絞線用層，其信號傳輸介質(zhì)為雙絞線；最高通信速率為最高通信速率為1Mbps（通信距離（通信距離40m），），最遠通信距離可達最遠通信距離可達10km（通信速率為（通信速率為5kbps），），節(jié)點總數(shù)可達節(jié)點總數(shù)可達110個。個。2022-7-757信號傳輸采用短禎結(jié)構(gòu)，有效字節(jié)為信號傳輸采用短禎結(jié)構(gòu)，有效字節(jié)為8個；個；因而因而傳輸?shù)臅r間短，受干擾的概率低，每幀信息均采傳輸?shù)臅r間短，受干擾的概率低，每幀信息均采用循環(huán)冗余校驗用循環(huán)冗余校驗CRC及其它檢錯措施，通信誤碼及其它檢錯措施，通信誤碼率極低

42、。率極低。CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能，這時故障節(jié)點與總線脫離，動關(guān)閉總線的功能，這時故障節(jié)點與總線脫離，使其它節(jié)點的通信不受影響。使其它節(jié)點的通信不受影響。2022-7-758支持多主工作方式；支持多主工作方式；被被ISO制定為國際標準。制定為國際標準。2022-7-7593 DeviceNet是一個開放式網(wǎng)絡(luò)標準；是一個開放式網(wǎng)絡(luò)標準；購買者將得到真正免費的開發(fā)該產(chǎn)品的許可；購買者將得到真正免費的開發(fā)該產(chǎn)品的許可；特點為：基于特點為：基于CAN總線、通信模式為生產(chǎn)者總線、通信模式為生產(chǎn)者/客戶、設(shè)備可互換性、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可隨時連接客戶、設(shè)備

43、可互換性、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可隨時連接或斷開、設(shè)備安裝費用少、可方便對網(wǎng)絡(luò)上的或斷開、設(shè)備安裝費用少、可方便對網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備進行配置、測試和管理。設(shè)備進行配置、測試和管理。 CAN本身并未指出流量控制、節(jié)點地址分配、通信建本身并未指出流量控制、節(jié)點地址分配、通信建立、設(shè)備連接標準等具體的細則。后來在立、設(shè)備連接標準等具體的細則。后來在CAN總線協(xié)議的基總線協(xié)議的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了礎(chǔ)上，產(chǎn)生了DeviceNET和和CANopen協(xié)議標準。協(xié)議標準。 DeviceNET沿用了沿用了CAN 協(xié)議標準所規(guī)定的協(xié)議標準所規(guī)定的ISO參考模參考模型中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的一部分，并補充了不同的報文的型中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的

44、一部分，并補充了不同的報文的傳送格式，總線訪問仲裁規(guī)則及故障檢測和隔離的發(fā)法。傳送格式，總線訪問仲裁規(guī)則及故障檢測和隔離的發(fā)法。2022-7-7604 LonWorks Lon Works是局部操作網(wǎng)絡(luò)是局部操作網(wǎng)絡(luò)Local Operating Network的縮寫。它是由美國的縮寫。它是由美國 Echelon公司研制、公司研制、于于1990年正式公布的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。年正式公布的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。采用采用ISO/OSI模型的全部七層協(xié)議；模型的全部七層協(xié)議；采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法；采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法；2022-7-761其最高通信速率為其最高通信速率為1.25MbpS（通信距離不（通信距離不

45、超過超過130m），最遠通信距離為），最遠通信距離為27000m（通（通信速率為信速率為78kbps），節(jié)點總數(shù)可達），節(jié)點總數(shù)可達32000個。個。網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜、光網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電力線等，纖、射頻、紅外線、電力線等，被譽為通用控被譽為通用控制網(wǎng)絡(luò)制網(wǎng)絡(luò)。2022-7-762其技術(shù)的不斷推廣促成了神經(jīng)元芯片的低成其技術(shù)的不斷推廣促成了神經(jīng)元芯片的低成本；本；已經(jīng)被定義為建筑自動化協(xié)議的一個標準。已經(jīng)被定義為建筑自動化協(xié)議的一個標準。2022-7-7635 PROFIBUS PROFIBUS是過程現(xiàn)場總線是過程現(xiàn)場總線Proce

46、ss Field Bus的縮寫。它是德國國家標準的縮寫。它是德國國家標準 DIN 19245和和歐洲標準歐洲標準 EN 50170所規(guī)定的現(xiàn)場總線標準。所規(guī)定的現(xiàn)場總線標準。 PROFIBUS由三個兼容部分組成，即由三個兼容部分組成，即PROFIBUSDP、PROFIBUSPA和和 PROFIBUSFMS。其中。其中 PRMUSDP是一種是一種高速低成本通信系統(tǒng)；高速低成本通信系統(tǒng)；參考模型為參考模型為ISO/OSI模型，模型，定義了物理層、鏈定義了物理層、鏈路層和應(yīng)用層路層和應(yīng)用層；2022-7-764支持主支持主-從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等傳輸方式

47、；合系統(tǒng)等傳輸方式；傳輸速率范圍寬，傳輸介質(zhì)可以是雙絞線、傳輸速率范圍寬，傳輸介質(zhì)可以是雙絞線、光纜。最高通信速率為光纜。最高通信速率為12Mbps（通信距離不（通信距離不超過超過100m），最大通信距離為），最大通信距離為 1200m（通（通信速率為信速率為9.6kbps）。如果采用中繼器可延長）。如果采用中繼器可延長至至10km ，其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線或光纜。，其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線或光纜。每個網(wǎng)絡(luò)可掛每個網(wǎng)絡(luò)可掛32個節(jié)點，如帶中繼器，最多個節(jié)點，如帶中繼器，最多可掛可掛127個節(jié)點。個節(jié)點。2022-7-7655 CC-Link控制與通信鏈路系統(tǒng)的簡稱；控制與通信鏈路系統(tǒng)的簡稱；以設(shè)

48、備層為主的網(wǎng)絡(luò)，也可以覆蓋較高層次以設(shè)備層為主的網(wǎng)絡(luò)，也可以覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感器層；的控制層和較低層次的傳感器層；很多汽車行業(yè)成為其用戶。很多汽車行業(yè)成為其用戶。2022-7-7666 RS-485總線總線不能稱為現(xiàn)場總線，但是鼻祖；不能稱為現(xiàn)場總線，但是鼻祖；通信設(shè)備簡單，成本低。通信設(shè)備簡單，成本低。2022-7-7678.3 8.3 現(xiàn)場總線與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)l企業(yè)網(wǎng)絡(luò)：由信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)組成。企業(yè)網(wǎng)絡(luò)：由信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)組成。信息網(wǎng)絡(luò)：處理企業(yè)管理與決策信息。處信息網(wǎng)絡(luò)：處理企業(yè)管理與決策信息。處于企業(yè)的上層，處理大量的、變化的和多樣于企業(yè)的上層，處理大

49、量的、變化的和多樣的信息，其特點是高速、綜合。的信息，其特點是高速、綜合?？刂凭W(wǎng)絡(luò)處理企業(yè)現(xiàn)場實時測控信息。采控制網(wǎng)絡(luò)處理企業(yè)現(xiàn)場實時測控信息。采用現(xiàn)場總線技術(shù)，處于企業(yè)的底層，其特點用現(xiàn)場總線技術(shù)，處于企業(yè)的底層，其特點是：協(xié)議簡單、安全可靠、容錯性強、成本是：協(xié)議簡單、安全可靠、容錯性強、成本低。過程控制層、制造執(zhí)行層、企業(yè)資源規(guī)低。過程控制層、制造執(zhí)行層、企業(yè)資源規(guī)劃層。劃層。2022-7-7688.2.1 8.2.1 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)l企業(yè)網(wǎng)絡(luò)：企業(yè)網(wǎng)絡(luò)： 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)一般是指在一個企業(yè)范圍內(nèi)將信號企業(yè)網(wǎng)絡(luò)一般是指在一個企業(yè)范圍內(nèi)將信號檢測、數(shù)據(jù)傳輸、處理、存儲、計算、控制等設(shè)檢測、數(shù)據(jù)傳

50、輸、處理、存儲、計算、控制等設(shè)備或系統(tǒng)連接在一起，將企業(yè)范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)、計備或系統(tǒng)連接在一起，將企業(yè)范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲等資源連接在一起，提供企業(yè)內(nèi)的信息算、存儲等資源連接在一起，提供企業(yè)內(nèi)的信息共享、員工間的便捷通信和企業(yè)外部的信息訪問，共享、員工間的便捷通信和企業(yè)外部的信息訪問，提供面向客戶的企業(yè)信息查詢及業(yè)務(wù)伙伴間的信提供面向客戶的企業(yè)信息查詢及業(yè)務(wù)伙伴間的信息交流等多方面功能的一個計算機網(wǎng)絡(luò)。息交流等多方面功能的一個計算機網(wǎng)絡(luò)。2022-7-769 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的資源共享、信息企業(yè)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的資源共享、信息管理、過程控制、經(jīng)營決策，并能夠訪問企業(yè)外管理、過程控制

51、、經(jīng)營決策，并能夠訪問企業(yè)外部的信息資源，使得企業(yè)的各項事務(wù)能協(xié)調(diào)運作，部的信息資源，使得企業(yè)的各項事務(wù)能協(xié)調(diào)運作，實現(xiàn)企業(yè)集成管理和控制。實現(xiàn)企業(yè)集成管理和控制。 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)是眾多新技術(shù)綜合的結(jié)果。企業(yè)網(wǎng)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)是眾多新技術(shù)綜合的結(jié)果。企業(yè)網(wǎng)絡(luò)組成技術(shù)、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)技術(shù)是構(gòu)成企業(yè)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)組成技術(shù)、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)技術(shù)是構(gòu)成企業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的基礎(chǔ)。應(yīng)用的基礎(chǔ)。2022-7-770信息網(wǎng)絡(luò)企業(yè)資源計劃生產(chǎn)系統(tǒng)控制系統(tǒng)商業(yè)戰(zhàn)略控制網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)圖圖8-2 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2022-7-771n企業(yè)網(wǎng)絡(luò)組成技術(shù)包括：計算機技術(shù)，數(shù)據(jù)庫企業(yè)網(wǎng)絡(luò)組成技術(shù)包括：計算機技術(shù)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)，控

52、制技術(shù)，現(xiàn)場總線技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)，控制技術(shù)，現(xiàn)場總線技術(shù)，多媒體技術(shù)和管理技術(shù)。技術(shù)，多媒體技術(shù)和管理技術(shù)。n企業(yè)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)技術(shù)包括：局域網(wǎng)，廣域網(wǎng)，網(wǎng)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)技術(shù)包括：局域網(wǎng)，廣域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)互連，系統(tǒng)集成，絡(luò)互連，系統(tǒng)集成，Internet，Intranet和和Extranet。2022-7-7728.2.2 8.2.2 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)l企業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的需求：企業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的需求： 目前，企業(yè)網(wǎng)絡(luò)已滲透到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)目前，企業(yè)網(wǎng)絡(luò)已滲透到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，對企業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、經(jīng)營管理、域，對企業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、經(jīng)營管理、服務(wù)方式等帶來了革命性的影響，并成為衡量一

53、服務(wù)方式等帶來了革命性的影響，并成為衡量一個企業(yè)科技水平和綜合力量的重要指標。企業(yè)網(wǎng)個企業(yè)科技水平和綜合力量的重要指標。企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用不僅可以改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，提高產(chǎn)品的附絡(luò)的應(yīng)用不僅可以改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，提高產(chǎn)品的附加值，而且對推動企業(yè)的發(fā)展，促進產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟信加值，而且對推動企業(yè)的發(fā)展，促進產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟信息化也將起到關(guān)鍵性的作用。息化也將起到關(guān)鍵性的作用。2022-7-773l企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的特性：企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的特性： 范圍確定性：范圍確定性：企業(yè)網(wǎng)絡(luò)是在有關(guān)企業(yè)范圍內(nèi)為實現(xiàn)企企業(yè)網(wǎng)絡(luò)是在有關(guān)企業(yè)范圍內(nèi)為實現(xiàn)企業(yè)的集成管理和控制而建成的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，具有特定的地業(yè)的集成管理和控制而建成的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，具有特定的地域和服務(wù)范

54、圍，并能實現(xiàn)從現(xiàn)場實時控制到管理決策支域和服務(wù)范圍，并能實現(xiàn)從現(xiàn)場實時控制到管理決策支持的功能。持的功能。 集成性：集成性：企業(yè)網(wǎng)絡(luò)通過對計算機技術(shù)、信息與通信技企業(yè)網(wǎng)絡(luò)通過對計算機技術(shù)、信息與通信技術(shù)和控制技術(shù)等技術(shù)的集成，達到了現(xiàn)場信號監(jiān)測、數(shù)術(shù)和控制技術(shù)等技術(shù)的集成，達到了現(xiàn)場信號監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理、實時控制到信息管理、經(jīng)營決策等功能上的集據(jù)處理、實時控制到信息管理、經(jīng)營決策等功能上的集成，從而構(gòu)成了企業(yè)信息基礎(chǔ)設(shè)施的基本骨架。成，從而構(gòu)成了企業(yè)信息基礎(chǔ)設(shè)施的基本骨架。2022-7-774 安全性：安全性：企業(yè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)別于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)區(qū)別于Internet和其他網(wǎng)絡(luò)。它作和其他網(wǎng)絡(luò)。它作為相對獨立

55、單位的某個企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，在企業(yè)信息保為相對獨立單位的某個企業(yè)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，在企業(yè)信息保密和防止外部入侵方面要求高度的安全性，要確保企業(yè)密和防止外部入侵方面要求高度的安全性，要確保企業(yè)能通過企業(yè)網(wǎng)絡(luò)獲取外部信息和發(fā)布內(nèi)部公開信息，相能通過企業(yè)網(wǎng)絡(luò)獲取外部信息和發(fā)布內(nèi)部公開信息，相對獨立和安全地處理內(nèi)部事務(wù)。對獨立和安全地處理內(nèi)部事務(wù)。 相對開放性：相對開放性：企業(yè)網(wǎng)絡(luò)是連接企業(yè)各部門的橋梁和紐企業(yè)網(wǎng)絡(luò)是連接企業(yè)各部門的橋梁和紐帶，它是一個廣域網(wǎng)，并與帶，它是一個廣域網(wǎng)，并與Internet連通，以實現(xiàn)企業(yè)連通，以實現(xiàn)企業(yè)對外聯(lián)系的職能。對外聯(lián)系的職能。2022-7-775l企業(yè)信息化與自動化的層

56、次模型：企業(yè)信息化與自動化的層次模型： 設(shè)備層：設(shè)備層：設(shè)備層的設(shè)備種類繁多，有傳感器、啟動器、設(shè)備層的設(shè)備種類繁多，有傳感器、啟動器、驅(qū)動器、驅(qū)動器、I/O部件、變送器、執(zhí)行機構(gòu)、變換器、閥門等。部件、變送器、執(zhí)行機構(gòu)、變換器、閥門等。設(shè)備的多樣性要求設(shè)備層滿足開放性要求，各廠商遵循設(shè)備的多樣性要求設(shè)備層滿足開放性要求，各廠商遵循公認的標準，保證產(chǎn)品滿足標準化；來自不同廠家的設(shè)公認的標準，保證產(chǎn)品滿足標準化；來自不同廠家的設(shè)備在功能上可用相同功能的同類設(shè)備互換，實現(xiàn)可互換備在功能上可用相同功能的同類設(shè)備互換，實現(xiàn)可互換性；不同廠家的設(shè)備可以相互通信，在多廠家的環(huán)境中性；不同廠家的設(shè)備可以相互

57、通信，在多廠家的環(huán)境中完成功能，實現(xiàn)可互操作性。完成功能，實現(xiàn)可互操作性。2022-7-776 自動化層：自動化層：自動化層實現(xiàn)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，控制網(wǎng)自動化層實現(xiàn)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，控制網(wǎng)絡(luò)遵循開放的體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議；對設(shè)備層的開放性，允絡(luò)遵循開放的體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議；對設(shè)備層的開放性，允許符合開放標準的設(shè)備方便地接入；對信息層的開放性，許符合開放標準的設(shè)備方便地接入；對信息層的開放性，允許與信息層互連、互通、互操作。允許與信息層互連、互通、互操作。自動化層控制網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)與發(fā)展，為實現(xiàn)自動化層開自動化層控制網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)與發(fā)展，為實現(xiàn)自動化層開放性策略打下了良好的基礎(chǔ)。放性策略打下了良好的基礎(chǔ)。 信息層

58、：信息層：信息層較好地實現(xiàn)開放性策略，各類局域網(wǎng)信息層較好地實現(xiàn)開放性策略，各類局域網(wǎng)滿足滿足IEEE 802標準，信息網(wǎng)絡(luò)的互連遵循標準，信息網(wǎng)絡(luò)的互連遵循TCP/IP協(xié)議。協(xié)議。2022-7-7778.2.3 8.2.3 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)l企業(yè)的控制管理層大致分為企業(yè)的控制管理層大致分為5層層公司管理工廠管理層監(jiān)控層現(xiàn)場層或單元控制層設(shè)備，傳感器執(zhí)行器層VAX(mainframe)WorkstationVAXWorkstationPCPLC,CNCPCP,CWANLAN現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)圖8-3 企業(yè)的控制管理層次2022-7-778 CIM-OSACIM-OSA體系結(jié)構(gòu)

59、（體系結(jié)構(gòu)（CIM Open System CIM Open System Architecture)Architecture)復雜系統(tǒng)建模分析所用的一組多復雜系統(tǒng)建模分析所用的一組多視圖、多層次模型的集合，稱為體系結(jié)構(gòu)。視圖、多層次模型的集合，稱為體系結(jié)構(gòu)。CIM-CIM-OSAOSA是是 歐共體歐共體ESPRITESPRIT計劃中研究計劃中研究“計算機集成制計算機集成制造開放系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)造開放系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)”的一的一 個課題名稱。個課題名稱。 CIM-OSA模型：模型：2022-7-779CIM-OSA體系結(jié)構(gòu)將企業(yè)的管理與生產(chǎn)過程視體系結(jié)構(gòu)將企業(yè)的管理與生產(chǎn)過程視為一個由生命周期維、視圖維

60、和通用維組成的三維為一個由生命周期維、視圖維和通用維組成的三維模型。生命周期維是指模型。生命周期維是指CIM系統(tǒng)開發(fā)的整個生命周系統(tǒng)開發(fā)的整個生命周期中，從期中，從“需求定義需求定義”到到“設(shè)計說明設(shè)計說明”，再到，再到“實實施描述施描述”的三個階段，每一個階段都有適合其需要的三個階段，每一個階段都有適合其需要和特點的模型；視圖維是指系統(tǒng)需要建模的各個方和特點的模型；視圖維是指系統(tǒng)需要建模的各個方面及其相互關(guān)系，在這里它提出了功能、信息、資面及其相互關(guān)系，在這里它提出了功能、信息、資源和組織四個視圖；通用維則是指一個由一般到特源和組織四個視圖；通用維則是指一個由一般到特殊的發(fā)展過程。殊的發(fā)展過