演示文稿工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡

演示文稿工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡目前一頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點（優(yōu)選）工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡目前二頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點第1講工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡概述

主要內容控制網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡與計算機網(wǎng)絡的區(qū)別數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)(網(wǎng)絡)網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)全分布式控制系統(tǒng)傳感器總線、設備總線和現(xiàn)場總線早期的現(xiàn)場總線技術目前三頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點控制系統(tǒng)對網(wǎng)絡的要求控制網(wǎng)絡在企業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)中的地位與作用控制網(wǎng)絡面臨的問題控制網(wǎng)絡與上層網(wǎng)絡的連接方式控制網(wǎng)絡的技術發(fā)展與標準化課程的幾個教學環(huán)節(jié)目前四頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點第1講工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡概述工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡是近年來發(fā)展形成的自控領域的網(wǎng)絡技術。是計算機網(wǎng)絡、通信技術與自控技術結合的產物

適應了企業(yè)信息集成系統(tǒng)、管理控制一體化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢與需要。工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)；生產現(xiàn)場網(wǎng)絡系統(tǒng)；網(wǎng)絡集成式控制系統(tǒng)。是IT技術在自控領域的延伸;自控領域的IT技術本課程講述多種總線的技術特點、規(guī)范、通信控制芯片、接口電路、控制網(wǎng)絡的設計與應用等目前五頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點控制網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線

什么是現(xiàn)場總線技術？IEC規(guī)范中對現(xiàn)場總線的描述：現(xiàn)場總線是一種應用于生產現(xiàn)場，在現(xiàn)場控制設備之間、現(xiàn)場設備與監(jiān)控裝置之間實行雙向、串行、多節(jié)點數(shù)字通信的技術?？刂凭W(wǎng)絡：由多個分散在生產現(xiàn)場、具有數(shù)字通信能力的測量控制儀表作為網(wǎng)絡節(jié)點而形成的網(wǎng)絡以現(xiàn)場總線作為通信連接的紐帶完成測量控制任務的網(wǎng)絡系統(tǒng)、控制系統(tǒng)目前六頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點目前七頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點控制網(wǎng)絡與計算機網(wǎng)絡的區(qū)別網(wǎng)絡節(jié)點計算機網(wǎng)絡：計算機、工作站、打印機、顯示終端控制網(wǎng)絡：除了以上設備之外，還有PLC、數(shù)字調節(jié)器、開關、馬達、變送器、閥門、按鈕等。為內嵌有CPU、單片機或其它專用芯片的設備，或功能簡單的非智能設備工作環(huán)境計算機網(wǎng)絡：辦公室控制網(wǎng)絡：工業(yè)生產現(xiàn)場，酷暑嚴寒、粉塵、電磁干擾、震動、易燃易爆環(huán)境（本質安全），總線供電的需求

目前八頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點任務計算機網(wǎng)絡：傳輸文件、圖象、話音等。許多情況下有人參與?？刂凭W(wǎng)絡：傳輸工業(yè)數(shù)據(jù)（圖象），承擔自動測控任務。許多情況下要求自動完成特點實時性可靠性的要求高數(shù)據(jù)幀包含的字節(jié)數(shù)少控制網(wǎng)絡是一類特殊的網(wǎng)絡廣泛應用于離散、連續(xù)制造業(yè)，交通、樓宇、家電、以至農、林、牧、漁等各行各業(yè)。目前九頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)工業(yè)數(shù)據(jù)通信在測量、控制設備的各功能單元之間、設備與設備之間、以及這些設備與計算機之間傳遞數(shù)據(jù)信息的過程。工業(yè)數(shù)據(jù)通信:多個工業(yè)控制設備之間二進制數(shù)據(jù)的交換過程它區(qū)別于電話、電報通信，也有別于計算機通信工業(yè)數(shù)據(jù)通信的內容生產裝置運行參數(shù)的測量值、控制量、閥門的工作位置開關狀態(tài)、報警狀態(tài)設備的資源信息與維護信息、零點量程調校信息系統(tǒng)組態(tài)、參數(shù)修改信息等

目前十頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點工業(yè)數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡結構傳統(tǒng)的測量控制系統(tǒng)在設備間一對一的并行連線，即點到點布線傳送模擬信號現(xiàn)場總線系統(tǒng)：一對導線上可掛接多個傳感器、執(zhí)行器、開關、按鈕，控制設備等，總線是現(xiàn)場設備之間數(shù)字信號的傳輸介質，成為數(shù)字信息的公共傳輸通道控制網(wǎng)絡（現(xiàn)場總線系統(tǒng)）按網(wǎng)絡連接方式構建數(shù)據(jù)通道，實現(xiàn)數(shù)字信號的串行傳輸，形成數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡。工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡的規(guī)模。三、兩個數(shù)據(jù)節(jié)點的簡單系統(tǒng)成千上萬臺設備的復雜網(wǎng)絡一個汽車組裝生產線可能有多達25萬個I/O點石油煉制過程的一個普通裝置也會有上千臺測量控制設備目前十一頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點生產現(xiàn)場的網(wǎng)絡系統(tǒng)目前十二頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點網(wǎng)絡化連接

傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的一對一連接網(wǎng)絡化連接

目前十三頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點Network-basedcontrolsystem目前十四頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點傳感器總線、設備總線和現(xiàn)場總線

傳感器總線屬于位(Bit)級總線，其通信幀的長度只有幾個數(shù)據(jù)位或十幾位如ASI（ActuatorSensorInterface）總線設備總線屬于字節(jié)(Byte)級總線，其通信幀的長度一般為幾個到幾十個字節(jié)如CAN（ControlAreaNetwork）總線現(xiàn)場總線則屬于塊(Block)級的總線,其通信幀的長度可達到幾百個字節(jié)，當要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊再長時，可支持分包傳送。如FoundationFieldbus、Controlnet、Profibus傳感器總線、設備總線可統(tǒng)稱為現(xiàn)場總線

目前十五頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點早期的現(xiàn)場總線技術

早期的現(xiàn)場總線（工業(yè)電話線），把傳感器、按鈕、執(zhí)行機構等測量控制部件接到某種類型的控制器上，例如PLC或者是工業(yè)計算機。對控制器的輸入包括按鈕、傳感器、接觸器的位置狀態(tài)與數(shù)值，控制器的輸出用于驅動信號燈、接觸器、開關、調節(jié)閥門等。第一個設備層現(xiàn)場總線：上世紀70年代，在PLC出現(xiàn)的同時，Culter-Hammer推出了第一個設備層現(xiàn)場總線系統(tǒng)。早期(80年代)出現(xiàn)至今還在應用的幾種現(xiàn)場總線GeneralElectric的GeniusI/O;Phoenix的Interbus;TURCK的Senseplex;ProcessData的P—NET目前十六頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點GeniusI/O在PLC之間、PLC與人機界面之間傳遞數(shù)據(jù)信息令牌總線,采用分支受限制的總線拓撲；網(wǎng)段節(jié)點數(shù)32個；每個節(jié)點的輸入、輸出均為1024位，傳輸距離約1000米/傳輸速率153.6K時;2250米/傳輸速率38.4K時；屏蔽雙絞線，光纜；采用FSK頻移鍵控調制信號

目前十七頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點Interbus在物理連接方式屬于直線總線，數(shù)據(jù)傳輸屬于數(shù)據(jù)環(huán)的方式總線最多帶有64個節(jié)點,每個節(jié)點的輸入、輸出數(shù)據(jù)為16位覆蓋距離最遠可達12.5公里典型傳輸速率為500Kbps物理信號連接遵循EIA－485標準采用單總幀結構,數(shù)據(jù)幀中有效位的比率高目前十八頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點Senseplex最初用于德國科隆福特汽車公司機器人的焊接臂上。工作環(huán)境靠近電磁場,抗噪聲、抗電磁干擾方面的能力很強，在上述惡劣環(huán)境中的工作狀態(tài)良好Senseplex系統(tǒng)采用主從結構；連接采用75歐姆同軸電纜；使用FSK頻移鍵控調制信號；采用總線拓撲，支持總線供電和本質安全;節(jié)點總數(shù)為32/64/120個每個節(jié)點的數(shù)據(jù)輸入、輸出位均為8位。主節(jié)點與最遠從節(jié)點之間的距離為200米，使用中繼器可使該距離增加至400米。傳輸速度為187K目前十九頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點P-Net用于動物飼養(yǎng)系統(tǒng)，奶制品廠，啤酒廠，農業(yè)環(huán)境控制等可以形成網(wǎng)絡結構較為復雜的系統(tǒng)EIA-485標準，屏蔽雙鉸線傳輸速率為76.8Kbps最大傳輸距離為1200m每段最多可以連接125個設備。每幀數(shù)據(jù)為56位當數(shù)據(jù)大于56位時P-Net采用分段結構的多主網(wǎng)絡系統(tǒng),網(wǎng)絡中可以連接多至32個主節(jié)點。

目前二十頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點P-Net多主網(wǎng)絡系統(tǒng)

目前二十一頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點小結從早期總線技術可以看出工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡的特點。它在網(wǎng)絡結構、節(jié)點種類、通信幀的長度、所處的工作環(huán)境、各種通信技術參數(shù)、需要考慮解決的問題等方面，都具有區(qū)別于話音通信、計算機通信系統(tǒng)的顯著特征。早期總線技術的缺點大多是專有通信技術，自成系統(tǒng)，不具備開放性。不同生產廠商的產品之間不能相互通信，通信幀一般較短開放總線的典型范例CAN有公開統(tǒng)一的技術規(guī)范多個芯片制造商：Motorola、Intel、Philips、Hitachi開放性促進了該技術的發(fā)展與推廣應用

目前二十二頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點新型控制系統(tǒng)結構—

網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的結構變遷基地式氣動儀表氣動、電動系列的單元組合式儀表集中式數(shù)字控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)DCS、PLC網(wǎng)絡化現(xiàn)場控制系統(tǒng)FCS目前二十三頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的特點

結構上形成設備的網(wǎng)絡式連接節(jié)省大量線纜、槽架、連接件；連線設計與接頭校對的工作量也大大減少增加現(xiàn)場控制設備無需增設新的電纜實現(xiàn)了工業(yè)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡式遠程傳輸與集中管理，擴大了操作人員的視野，為遠程監(jiān)視與操作提供了基礎條件無人值守機站將控制功能模塊置入現(xiàn)場設備，實現(xiàn)了全分布式控制系統(tǒng)支持總線供電為自動化系統(tǒng)與其它信息系統(tǒng)的溝通，為實現(xiàn)企業(yè)的管理控制一體化創(chuàng)造了條件目前二十四頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點網(wǎng)絡集成式控制系統(tǒng)目前二十五頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點擴大了操作視野傳統(tǒng)4-20mA只能看到

I/O子系統(tǒng)現(xiàn)場總線視野可以擴展到現(xiàn)場儀表控制器控制系統(tǒng)網(wǎng)絡現(xiàn)場總線遠程輸入/輸出子系統(tǒng)控制器控制系統(tǒng)網(wǎng)絡目前二十六頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點網(wǎng)絡化、全分布式控制系統(tǒng)目前二十七頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點控制系統(tǒng)對網(wǎng)絡的要求

開放性、互可操作性、通信的實時性、對環(huán)境的適應性

開放性：通信協(xié)議公開，能與任一遵守相同標準的其它廠商設備互連為系統(tǒng)互可操作性：互連設備間的信息傳送與溝通；互用：不同生產廠家性能類似的設備可實現(xiàn)相互替換通信的實時性：具有嚴格的時序和定時要求達不到實時性要求或因時間同步等問題影響了網(wǎng)絡節(jié)點間的動作時序，甚至會造成災難性的后果。環(huán)境適應性在高溫、嚴寒、粉塵等惡劣環(huán)境下能正常工作，能抗震動、抗電磁干擾、在易燃易爆環(huán)境下能保證本質安全，有能力支持總線供電等

目前二十八頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點控制網(wǎng)絡在企業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)中的地位與作用

企業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)的層次結構Internet-Intranet-Infranet的網(wǎng)絡結構功能層次。企業(yè)資源規(guī)劃層ERP（EnterpriseResourcePlanning）制造執(zhí)行層MES（ManufacturingExecutionSystem）現(xiàn)場控制層FCS（FieldControlSystem）信息類型：運行參數(shù)的測量值、控制量、閥門的工作位置、開關狀態(tài)、報警狀態(tài)、設備的資源與維護信息、系統(tǒng)組態(tài)、參數(shù)修改、零點量程調校信息等。

目前二十九頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點企業(yè)網(wǎng)絡系統(tǒng)的層次結構目前三十頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點目前三十一頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點目前三十二頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點現(xiàn)場控制層面臨的問題控制網(wǎng)絡種類繁多，形形色色的現(xiàn)場總線再加上DCS、PLC、SCADA等網(wǎng)絡內部的通信一致性差，個異性強控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡存在較大差異通信協(xié)議，網(wǎng)絡節(jié)點類型等有較大差異控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡實現(xiàn)信息交換有難度實時性、環(huán)境適應性方面還面臨許多問題需要解決目前三十三頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點控制網(wǎng)絡與上層網(wǎng)絡的連接方式

采用專用網(wǎng)關完成不同通信協(xié)議的轉換，把控制網(wǎng)段或DCS連接到以太網(wǎng)上將現(xiàn)場總線網(wǎng)卡和以太網(wǎng)卡都置入工業(yè)PC機的PCI插槽內，在PC機內完成數(shù)據(jù)交換。實現(xiàn)控制網(wǎng)段與上層網(wǎng)絡的連接將WEB服務器直接置入PLC或現(xiàn)場控制設備內，借助WEB服務器和通用瀏覽工具，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的動態(tài)交互

目前三十四頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點通過網(wǎng)關連接控制網(wǎng)段與上層網(wǎng)絡

目前三十五頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點采用PCI卡連接控制網(wǎng)段與上層網(wǎng)絡

目前三十六頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點控制網(wǎng)絡的技術發(fā)展與標準化

現(xiàn)場總線的百花齊放與興盛發(fā)展各種總線一百多種，其中宣稱為開放型總線的就有40多種歐洲、北美、亞洲的許多國家都投入巨額資金與人力進行研究開發(fā)形成了各式各樣的企業(yè)、國家、地區(qū)、及國際現(xiàn)場總線標準現(xiàn)場總線組織現(xiàn)場總線基金會（FieldbusFoundation）LonMark協(xié)會,Profibus協(xié)會，工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會IEA（IndustrialEthernetAssociation），工業(yè)自動化開放網(wǎng)絡聯(lián)盟IAONA（IndustrialAutomationOpenNetworkAlliance）SocietyofAutomotiveEngineersInc.（SAE）目前三十七頁\總數(shù)三十八頁\編于十二點現(xiàn)場總線國際標準化組織及標準化進程IEC/TC65負責測量和控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信國際標準化工作于1984年就