工業(yè)網(wǎng)絡與組態(tài)技術 課件 項目一 現(xiàn)場總線的認知

工業(yè)網(wǎng)絡與組態(tài)技術課程引入

你可以在熙熙攘攘的人群中，看見人們時刻拿著手機，不知道為什么人們這么需要信息，突然覺得生活中離不開手機。我們的生活工作的地方也都覆蓋了WiFi，有的人甚至染上了“網(wǎng)癮”。這些說明今天的時代是個信息的時代。當然，今天信息時代的到來，是由于計算機技術充分發(fā)展的結果。換句話說，沒有計算機時代也絕不能迎來信息時代。

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厲害了我的國—5G技術

2019年6月6號，工業(yè)和信息化部發(fā)布5G商用牌照，這標志著我國已經正式進入“5G商用元年”。5G傳輸速度快，延遲低，它傳輸速率是當前4G網(wǎng)絡的100倍。我國的移動通信技術從1G的缺位，2G的跟隨，3G的追趕，到4G的齊頭并進，到5G技術“領跑”全球?？梢娊陙砦覈诟咝录夹g領域取得卓越成就。那么什么是5G技術呢？直白的翻譯5G技術就是第五代通信技術，主要特點就是波長為毫米級，超寬帶、超高速度、超低延遲。這里做個對比，1G時代實現(xiàn)了模擬語音通信、只能打電話連短信也無法發(fā)送；2G時代實現(xiàn)了語音通信數(shù)字化，手機有了發(fā)短息的功能；3G時代手機屏幕逐漸變大，除了語音之外，還可以看圖片，實現(xiàn)了多媒體通信；到了4G時代，我們實現(xiàn)了局域高速上網(wǎng)，看視頻不再卡頓。1G到5G是著眼于人與人之間更方便的溝通，但是5G的落地式隨時隨地、萬物互聯(lián)，讓人類敢于期待與地球上的萬物通過直播的方式無時差同步參與其中，這就是5G魅力的所在。由于5G具備超高的數(shù)據(jù)連接速度、更大的容量以及更短的延遲時間，5G為多項即將改變人們生活的應用帶來了新的機遇，包括3D視頻和AR、自動駕駛汽車以及人工智能、機器人等技術，因此5G作為很多先進技術成果應用的基礎，未來具有很大的市場前景。

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當前的信息技術時代如何體現(xiàn)到生產技術上呢？信息技術帶給人們生產活動的第一個成果就是通信技術。當前，就是“現(xiàn)場總線”技術?！艾F(xiàn)場總線”是當前生產技術的客觀要求，現(xiàn)在生產的產品不僅數(shù)量多，而且要求具有個性；目前大規(guī)模的生產信息只能通過“現(xiàn)場總線”來傳送或反饋。因此，現(xiàn)場總線應運而生。

課程簡介主要內容1.現(xiàn)場總線的認知2.Profibus現(xiàn)場總線3.工業(yè)以太網(wǎng)4.Modbus現(xiàn)場總線5.工業(yè)控制組態(tài)課程簡介主要內容1.現(xiàn)場總線的認知2.Profibus現(xiàn)場總線3.工業(yè)以太網(wǎng)4.Modbus現(xiàn)場總線5.工業(yè)控制組態(tài)課程簡介主要內容1.現(xiàn)場總線的認知2.Profibus現(xiàn)場總線3.工業(yè)以太網(wǎng)4.Modbus現(xiàn)場總線5.工業(yè)控制組態(tài)課程簡介主要內容1.現(xiàn)場總線的認知2.Profibus現(xiàn)場總線3.工業(yè)以太網(wǎng)4.Modbus現(xiàn)場總線5.工業(yè)控制組態(tài)課程簡介主要內容1.現(xiàn)場總線的認知2.Profibus現(xiàn)場總線3.工業(yè)以太網(wǎng)4.Modbus現(xiàn)場總線5.工業(yè)控制組態(tài)課程簡介

考核方式

項目評分權重表評分內容評價目標評分標準評價方式評價權重課前預習（線上）線上學習時長及測試成績滿分100分教師評價、平臺評價課前預習*20%+任務完成情況*30+工作過程*40%+課后拓展*10%工作過程考核學生參與項目學習、工作表現(xiàn)、學習的態(tài)度滿分100分，根據(jù)學生在項目中的參與程度進行評定教師評價、學生互評任務完成情況現(xiàn)場評分：考核學生學習效果，對知識、技能掌握情況；滿分100分，根據(jù)學生任務完成的情況進行評分。教師評價、學生互評課后拓展（線上）鞏固拓展所學知識和技能。滿分100分教師評價、平臺評價總成績=項目1*20%+項目2*25%+項目3*15%+項目4*15%+項目5*25%項目一現(xiàn)場總線的認知12任務1.1現(xiàn)場總線概述任務1.2現(xiàn)場總線的通信基礎課程導入1.基地式儀表數(shù)字控制系統(tǒng)特點：測量顯示、控制、執(zhí)行組合成一個整體，成套性強。一、現(xiàn)場總線的產生和發(fā)展一、現(xiàn)場總線的產生和發(fā)展2.模擬儀表控制系統(tǒng)特點:（1）氣動單元組合儀表信號傳輸慢，延遲大（2）電動單元組合儀表速度快，但有兩個缺點：一是電噪聲大，必須采用復雜電路；二是監(jiān)控困難，監(jiān)控表盤長達幾十米。一、現(xiàn)場總線的產生和發(fā)展3.直接式數(shù)字控制系統(tǒng)（DirectDigitalControl,DDC)給定值顯示、打印、記錄DDC計算機IO口IO口輸入通道輸出通道檢測機構執(zhí)行機構監(jiān)控對象特點：監(jiān)控面積縮小，但風險集中一、現(xiàn)場總線的產生和發(fā)展4.集散控制系統(tǒng)(集中管理，分散控制；DistributedControlSystem;DCS)特點：建立計算機網(wǎng)絡，將控制功能分給多個系統(tǒng)處理機完成，風險分散。但形成“自動化孤島”且電線消耗量大，安裝維護費用高。一、現(xiàn)場總線的產生和發(fā)展5.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem,FCS)二、現(xiàn)場總線的含義現(xiàn)場總線技術：用于工業(yè)生產現(xiàn)場的新型工業(yè)控制技術，是一種在現(xiàn)場設備之間、

現(xiàn)場設備與控制裝置之間實現(xiàn)雙向、互連、串行和多節(jié)點的數(shù)字通信技術。三、現(xiàn)場總線對自動控制系統(tǒng)的影響信號類型：由模擬信號→雙向數(shù)字通信自動控制系統(tǒng)的體系結構：模擬與數(shù)字的混合控制→全數(shù)字現(xiàn)場總線控制自動控制系統(tǒng)的產品結構：現(xiàn)場設備智能化，具有程序及參數(shù)存儲、智能控制功能及現(xiàn)場總線接口、在現(xiàn)場完成一定的控制功能。現(xiàn)場總線為實現(xiàn)企業(yè)綜合自動化提供了基礎打破傳統(tǒng)攏斷四、現(xiàn)場總線的結構及特點1.現(xiàn)場總線的結構四、現(xiàn)場總線的結構及特點傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結構

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)2.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結構形式四、現(xiàn)場總線的結構及特點2.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結構形式項目FCSDCS控制系統(tǒng)全分布，放棄了控制站，控制功能下放到作為網(wǎng)絡節(jié)點的智能儀表和設備中半分布，現(xiàn)場控制依賴于控制站信號類型數(shù)字信號模擬信號、數(shù)字信號通信方式半雙工單工可靠性不會產生轉換誤差，抗干擾能力強，精度高有模擬信號，傳輸易受干擾且精度低狀態(tài)監(jiān)控能實現(xiàn)遠程監(jiān)控、參數(shù)調節(jié)、自診斷等功能不能了解模擬儀表的工作狀況，不能對其進行參數(shù)調整，且沒有自診斷功能開放性通信協(xié)議公開，用戶可自主進行設備選型、設備互換、系統(tǒng)配置大部分技術參數(shù)由制造廠制定，導致不同品牌的設備和儀表無法互換現(xiàn)場儀表智能儀表具有通信、測量、計算、執(zhí)行、報警等功能模擬儀表只具有檢測、變換、補償?shù)裙δ鼙?

FCS和DCS的性能比較四、現(xiàn)場總線的結構及特點3.現(xiàn)場總線的特點現(xiàn)場設備互連現(xiàn)場總線通過一根通信線將所需的各個現(xiàn)場設備（如變送器／傳感器、執(zhí)行器、控制器）互相連接起來，即用一根通信線直接互連N個現(xiàn)場設備，從而構成了現(xiàn)場設備的互連網(wǎng)絡?，F(xiàn)場通信網(wǎng)絡現(xiàn)場總線將通信線（總線電纜）延伸到工業(yè)現(xiàn)場（制造或過程區(qū)域），或總線電纜就是直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場的；現(xiàn)場總線完全適應于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，因為它就是為此而設計的。四、現(xiàn)場總線的結構及特點3.現(xiàn)場總線的特點互操作性不同廠商現(xiàn)場設備可以互連，互相之間可以進行信息交換并可統(tǒng)一組態(tài)。分散功能塊現(xiàn)場總線的系統(tǒng)結構具有高度分散性；現(xiàn)場總線的系統(tǒng)功能實現(xiàn)了高度分散，現(xiàn)場設備由分散的功能模塊構成。四、現(xiàn)場總線的結構及特點3.現(xiàn)場總線的特點總線供電總線在傳輸信息的同時，還給現(xiàn)場設備提供工作電源。開放式互連網(wǎng)絡現(xiàn)場總線標準、協(xié)議／規(guī)范是公開的，所有制造商都必須遵守；現(xiàn)場總線網(wǎng)絡是開放的，既可實現(xiàn)同層網(wǎng)絡互連，也可實現(xiàn)不同層網(wǎng)絡互連，而不管其制造商是哪一家；用戶可共享網(wǎng)絡資源。五.幾種常用的現(xiàn)場總線1.FF基金會現(xiàn)場總線(FF，F(xiàn)oundationFieldbus)是在過程自動化領域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術。2.ProfibusPROFIBUS是德國國家標準DINl9245和歐洲標準EN50170的現(xiàn)場總線標準。由PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA組成了PROFIBUS系列。五.幾種常用的現(xiàn)場總線3.CANCAN是控制局域網(wǎng)絡(ControlAreaNetwork)的簡稱，最早由德國BOSCH公司推出，用于汽車內部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。其總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO國際標準組織制訂為國際標準。4.LonWorks

LonWorks是又一具有強勁實力的現(xiàn)場總線技術。它是由美國Echelon公司推出并由它與摩托羅拉、東芝公司共同倡導，于1990年正式公布而形成的。五.幾種常用的現(xiàn)場總線5.CC-LinkCC-Link是控制與通信鏈路系統(tǒng)（Control&Communicationlink）1996年月日1月由三菱電機為主導的多家公司推出。其系統(tǒng)中可以將控制和信息數(shù)據(jù)同時以10Mbit/s的速度傳至現(xiàn)場網(wǎng)絡。作為開放式現(xiàn)場總線，它是唯一起源于亞洲地區(qū)的總線系統(tǒng)。6.ModbusModbus的數(shù)據(jù)采用主-從方式，主設備可以單獨和從設備通信，也可以通過廣播方式和所有設備通信。Modbus應用比較廣泛，很多廠家的工控器、PLC、變頻器、智能I/O與A/D模塊等設備都具備Modbus接口。項目一現(xiàn)場總線的認知12任務1.1現(xiàn)場總線概述任務1.2現(xiàn)場總線的通信基礎一、通信基本概念數(shù)據(jù)：傳遞（攜帶）信息的實體。信息:是數(shù)據(jù)的內容或解釋信號：數(shù)據(jù)的物理量編碼，數(shù)據(jù)以信號的形式傳播。信道：傳遞信息的路線。思考：如何區(qū)分數(shù)據(jù)、信息、信號和信道？一、通信基本概念數(shù)據(jù)傳輸率比特率:bit/s單位時間內傳遞的二進制代碼的有效位數(shù)。波特率:baud(波特）是一種調制速率，線路上每秒鐘傳送波形的個數(shù)。例如：若信號有兩個二進制位組成，當傳輸?shù)谋忍芈适?600bit/s，則其波特率是4800baud。誤碼率比特率=波特率*單個調制狀態(tài)對應的二進制位數(shù)

任何信道都不是完美無缺的，因此會對傳輸?shù)男盘柈a生干擾，稱為“噪聲”?！裢饨纾洪W電、串擾、電氣設備●內部：介質特性（衰減、延遲—與頻率有關）一、通信基本概念通信三要素二、通信的傳輸技術1.傳輸方式(1)串行傳輸和并行傳輸b7b1b7b1b0b0信源通信信道信宿串行傳輸串行通信數(shù)據(jù)傳輸示意圖二、通信的傳輸技術1.傳輸方式(1)串行傳輸和并行傳輸并行傳輸b7b1b0b7b1b0信源通信信道信宿并行通信數(shù)據(jù)傳輸示意圖二、通信的傳輸技術（2）單向傳輸和雙向傳輸單工通信一端只能發(fā)送數(shù)據(jù)，而另一端只能接收數(shù)據(jù)，信道傳輸方向為單向且不能改變。單向信道發(fā)送接收單工通信無線電廣播二、通信的傳輸技術半雙工通信兩端能在兩個方向上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，但不能同時進行。（2）單向傳輸和雙向傳輸單向信道接收器發(fā)送器半雙工通信發(fā)送器接收器AB對講機二、通信的傳輸技術（2）單向傳輸和雙向傳輸全雙工通信兩端能在兩個方向同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。電話機二、通信的傳輸技術(3)異步傳輸與同步傳輸串行通信可分為異步傳輸和同步傳輸兩種方式。二、通信的傳輸技術(3)異步傳輸與同步傳輸串行通信可分為異步傳輸和同步傳輸兩種方式.二、通信的傳輸技術(3)異步傳輸與同步傳輸串行通信可分為異步傳輸和同步傳輸兩種方式。二、通信的傳輸技術2.接口(1)RS-232C通信接口一對一通信，通信速率和傳輸距離有限(2)RS-422A通信接口全雙工通信(3)RS-485通信接口半雙工通信二、通信的傳輸技術3.傳輸介質二、通信的傳輸技術3.傳輸介質(1)雙絞線(2)同軸電纜(3)光纜三、網(wǎng)絡拓撲結構與網(wǎng)絡控制方法1.網(wǎng)絡拓撲結構用傳輸介質將各種設備互連的物理布局。中心站21NN+1a)星形拓撲結構b)環(huán)形拓撲結構c)總線形拓撲結構

三、網(wǎng)絡拓撲結構與網(wǎng)絡控制方法2.網(wǎng)絡控制方法(1)令牌方式對介質的訪問的控制權以令牌為標志,只有得到令牌的的節(jié)點才有權控制和使用網(wǎng)絡,常用于總線型網(wǎng)絡和環(huán)形網(wǎng)絡結構。PS=2NS=3節(jié)點1PS=1NS=4節(jié)點4節(jié)點2節(jié)點3PS=4NS=1PS=3NS=2PS:前一站節(jié)點NS:下一站節(jié)點:傳送方向令牌傳遞過程示意圖三、網(wǎng)絡拓撲結構與網(wǎng)絡控制方法2.網(wǎng)絡控制方法(2)爭用方式網(wǎng)絡中的各節(jié)點自由發(fā)送信息,但兩個以上的節(jié)點同時發(fā)送會有沖突需要加以約束,常采用CSMA/CD方式即載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測,是一種分布式介質訪問控制協(xié)議,網(wǎng)中的各個工節(jié)點都能獨立的決定數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收.常用于網(wǎng)絡型總線.三、網(wǎng)絡拓撲結構與網(wǎng)絡控制方法2.網(wǎng)絡控制方法(3)主從方式網(wǎng)絡中的主站周期性地輪詢各從站節(jié)點是否需要通信,被輪詢的節(jié)點允許與其它節(jié)點通信,多用于信息量少的簡單系統(tǒng),適用于星形網(wǎng)絡結構或具有主站的總線型網(wǎng)絡拓撲結構.三、網(wǎng)絡拓撲結構與網(wǎng)絡控制方法3.差錯控制差錯控制是指在數(shù)據(jù)通信過程中發(fā)現(xiàn)或糾正差錯,并把差錯限制在盡可能小的允許的范圍內.檢錯碼能自動發(fā)現(xiàn)差錯的編碼,糾錯碼不僅能發(fā)現(xiàn)差錯而且能自動糾正差錯的編碼.檢錯和糾錯的能力是用冗余的信息量和降低系統(tǒng)效率為代價的。奇偶校驗

編碼規(guī)則：在原信息（如字符）后附加一位校驗位，使得整個碼字或碼組中的代碼“1”的個數(shù)成為偶數(shù)或奇數(shù)，“1”的個數(shù)為偶數(shù)的稱為“偶數(shù)校驗”;“1”的個數(shù)為奇數(shù)的稱為“奇數(shù)校驗”。特點：校驗能力很低，只能校驗出：“1”或”0“有奇數(shù)錯誤，但不能確定是一個還是三個或更多個奇數(shù)的錯誤，也不