機(jī)電集成技術(shù)（初級(jí)）課件 42.什么是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)

什么是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)——課證融通課程現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)什么是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)121/22工業(yè)以太網(wǎng)3工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)4工業(yè)網(wǎng)絡(luò)是指安裝在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的一種全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)，主要包括現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)無(wú)線(xiàn)等通信系統(tǒng)。2/21.什么是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)

（1）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信一般基于組織或個(gè)體開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議/標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放程度，具體有以下三種類(lèi)型：3/21.什么是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)①專(zhuān)用、封閉型工業(yè)網(wǎng)絡(luò)：該網(wǎng)絡(luò)規(guī)范是由各公司自行研制，往往是針對(duì)某一特定應(yīng)用領(lǐng)域而設(shè)，效率也是最高。但是在跨領(lǐng)域相互連接時(shí)，會(huì)出現(xiàn)各項(xiàng)指標(biāo)參差不齊的情況，推廣與維護(hù)都難以協(xié)調(diào)。②開(kāi)放型工業(yè)網(wǎng)絡(luò)：除了一些較簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)是無(wú)條件開(kāi)放外，大部分是有條件開(kāi)放，或僅對(duì)開(kāi)發(fā)的組織成員開(kāi)放。生產(chǎn)商必須成為該組織的成員，產(chǎn)品需經(jīng)過(guò)該組織的測(cè)試、認(rèn)證，方可在該工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中使用。③標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)：符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158、IEC62026、ISO11519或歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。4/22

（2）工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问皆诠I(yè)網(wǎng)絡(luò)的通信過(guò)程中通常會(huì)用到有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩種傳輸介質(zhì)。常用的有線(xiàn)傳輸介質(zhì)有雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纖。常用的無(wú)線(xiàn)傳輸介質(zhì)有無(wú)線(xiàn)電、微波、衛(wèi)星、移動(dòng)通信等。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)湫问骄褪枪?jié)點(diǎn)的互連形式，常見(jiàn)的有總線(xiàn)型、環(huán)形、星形和樹(shù)形等。1.什么是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)5/222.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)

（1）現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)簡(jiǎn)介現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)旨在解決現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制裝置之間的數(shù)據(jù)通信，是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的全數(shù)字化、雙向傳輸、多節(jié)點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的出現(xiàn)使自控系統(tǒng)朝著“智能化、數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、分散化”的方向進(jìn)一步發(fā)展，形成了新型的網(wǎng)絡(luò)通信的全分布式控制系統(tǒng)——現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)FCS。6/222.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)

（1）現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)簡(jiǎn)介（續(xù)）目前，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)還沒(méi)有形成真正統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，常用的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)包括：基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)FF、HAPT、CAN、LonWorks、DeviceNet、Profibus、CC-link、WorldFIP等。這些現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)具有各自的特點(diǎn)，采用的通訊協(xié)議也不完全相同，并各自形成了特定的應(yīng)用范圍，大都用于過(guò)程自動(dòng)化、醫(yī)藥領(lǐng)域、加工制造、交通運(yùn)輸、國(guó)防、航天、農(nóng)業(yè)和樓宇等領(lǐng)域。7/222.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)

（2）現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn)①全數(shù)字化通信：工業(yè)控制系統(tǒng)的各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間，采用數(shù)字通信的方式替代了傳統(tǒng)的模擬信號(hào)及普通開(kāi)關(guān)量信號(hào)的傳輸。②全分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有足夠的自主性，可以完成基本的自動(dòng)控制功能。③系統(tǒng)的開(kāi)放性：通過(guò)公開(kāi)的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家的設(shè)備之間可以進(jìn)行互連并實(shí)現(xiàn)信息交換。8/222.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)

（2）現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn)（續(xù)）④互可操作性和互用性：互可操作性，即不同設(shè)備、系統(tǒng)間可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信；互用性，即性能類(lèi)似的不同廠家的設(shè)備可以互相替換。⑤現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備高度智能化：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以完成自動(dòng)控制的基本功能，包括傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等，并且可以隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。9/222.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)

（2）現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn)（續(xù)）⑥對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境具有高度適應(yīng)性：現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)可以支持雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線(xiàn)、電力線(xiàn)等物理傳輸介質(zhì)；具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠采用兩線(xiàn)制實(shí)現(xiàn)供電與通信；可以滿(mǎn)足本質(zhì)安全防爆要求等。10/222.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)

（3）DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)DeviceNet是90年代中期發(fā)展起來(lái)的一種基于CAN總線(xiàn)技術(shù)的一種開(kāi)放型、符合全球工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的低成本、高性能的通信網(wǎng)絡(luò)，最初由美國(guó)Rockwell公司開(kāi)發(fā)應(yīng)用。DeviceNet是一種總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的設(shè)備級(jí)網(wǎng)絡(luò)，它將工業(yè)設(shè)備PLC、操作員終端、傳感器、光電開(kāi)關(guān)等工業(yè)設(shè)備接入總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，從而消除了昂貴的硬接線(xiàn)成本。11/222.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)

（3）DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（續(xù)）DeviceNet支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、多主或主/從通信方式，為低端設(shè)備和控制器之間提供了一種確定的、可靠的網(wǎng)絡(luò)連接和通信，可以在高噪聲的環(huán)境下應(yīng)用。如圖2-1所示是DeviceNet在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。12/222.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)圖2-1DeviceNet在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用13/222.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)

（4）Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)Profibus是一種國(guó)際化的、開(kāi)放的、不依賴(lài)于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，它符合德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN19245、歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170，同時(shí)也是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158和IEC61784的組成部分。是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)之一。14/222.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)

（4）Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（續(xù)）Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)由ProfibusDP（現(xiàn)場(chǎng)級(jí)）、ProfibusFMS（車(chē)間級(jí)）、ProfibusPA（過(guò)程自動(dòng)化）三部分組成，適合于快速、時(shí)間要求嚴(yán)格的應(yīng)用和復(fù)雜的通信任務(wù)，主要應(yīng)用于工業(yè)通信、加工制造、過(guò)程控制、工廠自動(dòng)化、交通電力等領(lǐng)域。允許廠商開(kāi)發(fā)各自的符合Profibus協(xié)議的產(chǎn)品，并且這些產(chǎn)品可以連接在同一個(gè)Profibus網(wǎng)絡(luò)上。如圖2-2所示是Profibus在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。15/222.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)圖2-2Profibus在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用16/223.工業(yè)以太網(wǎng)

（1）工業(yè)以太網(wǎng)簡(jiǎn)介工業(yè)以太網(wǎng)的本質(zhì)就是以太網(wǎng)技術(shù)由辦公自動(dòng)化走向工業(yè)自動(dòng)化，按照工業(yè)控制的要求，發(fā)展適當(dāng)?shù)膽?yīng)用層和用戶(hù)層協(xié)議，使以太網(wǎng)和TCP/IP技術(shù)真正應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制中。工業(yè)以太網(wǎng)在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，與商業(yè)以太網(wǎng)兼容。17/223.工業(yè)以太網(wǎng)

（1）工業(yè)以太網(wǎng)簡(jiǎn)介（續(xù)）它在實(shí)時(shí)性、可靠性、環(huán)境適應(yīng)性等方面都可以滿(mǎn)足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要，是適用于工業(yè)自動(dòng)化控制和過(guò)程控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，不同的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制系統(tǒng)按照一定的通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。目前比較主流的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議包括：Modbus/TCP、Ethernet/IP、ProfiNet、EtherCAT等。18/223.工業(yè)以太網(wǎng)

（2）技術(shù)特點(diǎn)①通信速率高，為10Mbps到1Gbps，可以滿(mǎn)足工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)不斷增長(zhǎng)的帶寬要求，一般工業(yè)以太網(wǎng)使用的是100Mbps。②受到廣泛的技術(shù)支持，以太網(wǎng)應(yīng)用廣泛，幾乎所有的編程語(yǔ)言都支持以太網(wǎng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，典型的以太網(wǎng)應(yīng)用形式是Ethernet+TCP/IP+Web，如Java。19/223.工業(yè)以太網(wǎng)

（2）技術(shù)特點(diǎn)（續(xù)）③易于組網(wǎng)，一方面，工業(yè)以太網(wǎng)允許使用不同的物理介質(zhì)和構(gòu)成不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。另一方面，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，運(yùn)用了交互式和開(kāi)放的數(shù)據(jù)存取技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在同一總線(xiàn)上運(yùn)行不同的傳輸協(xié)議，從而能建立企業(yè)間公共網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)或基礎(chǔ)構(gòu)架。④應(yīng)用成本低，以太網(wǎng)沿用多年，已為眾多的技術(shù)人員所熟悉，市場(chǎng)上能提供廣泛的設(shè)置、維護(hù)和診斷工具，減少了培訓(xùn)以及開(kāi)發(fā)的費(fèi)用。20/223.工業(yè)以太網(wǎng)

（3）ProfiNetProfiNet由Profibus國(guó)際組織推出，是基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、使用TCP/IP和IT標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。ProfiNet為自動(dòng)化通信領(lǐng)域提供了一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)解決方案，囊括了諸如實(shí)時(shí)以太網(wǎng)、運(yùn)動(dòng)控制、分布式自動(dòng)化、故障安全以及網(wǎng)絡(luò)安全等方面。21/223.工業(yè)以太網(wǎng)

（3）ProfiNet（續(xù)）并且，作為跨供應(yīng)商的技術(shù)，可以完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)（如Profibus）。為了完成各種控制對(duì)象的功能需求，ProfiNet有三種不同的通信方式：TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通訊、實(shí)時(shí)通訊(RT)和等時(shí)同