网络与现场总线ppt
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网络控制与现场总线
实现与操作终端、上层管理网络的数据连接和信息共享
1.3控制网络的特点
工作环境：控制网络要面临工业生产的强电磁干扰，各
种机械振动、噪声、粉尘、严寒酷暑的野外工作环境。
要求控制网络能适应这种恶劣工作环境。 控制网络中传输的信息内容： 生产装置运行参数的测 量值、控制量、开关阀门的工作位置、报警状态、系统 配置组态、参数修改、零点量程调校信息、设备资源与
的纽带完成测量控制任务的网络系统、控制系统。
1.2 控制网络的作用
控制网络要将现场运行的各种信息传送到远离现场的控制
室，在把生产现场设备的运行参数、状态、以及故障与报 警信息等送往控制室同时，又将各种控制、维护、组态命 令，等送往位于现场的测量控制现场设备 在现场级控制设备之间起着数据联系与信息沟通作用
2.6.5 网络调度 网络调度：是在网络控制系统中，系统节点在共享 网络中发送数据出现碰撞时，规定节点的优先发送 次序、发送时刻和时间间隔。 目的：尽量避免网络中信息冲突和拥塞现象的发生， 从而减少网络诱导时延和数据包丢失，提高网络控 制性能。
静态调度（离线调度） 动态调度（实时调度）
调度方法：
2.6 网络控制系统中的基本问题
2.1 网络控制系统
通过网络形成闭环的反馈控制系统，称为网络控
制系统（NCS），即控制系统中的控制器、传感
器和执行器通过网络来交换控制及传感等信息。
2.1 网络控制系统
NCS强调在通信网络上建立闭环控制回路， 因此NCS 中 的网络是一个广义的范畴， 包括现场总线、工业以太网、 无线通信网络，甚至因特网。NCS 最主要的结构特点是系 统的反馈通过网络构成闭环。
只要不同厂家根据统一标准来开发自己的产品，这些产 品之间便能实现互操作和集成。
现场总线与工业以太网CAN总线课件
基金会现场总线主要应用于 化工、石化、冶金等领域； LonWorks总线主要应用于 楼宇智能化、家庭自动化等 领域；Profibus总线主要应 用于制造业、流程工业等领 域；而Modbus总线则广泛 应用于工业自动化领域。
Profibus总线的传输速率范 围为9.6k～12Mbps，是传 输速率最高的总线； LonWorks总线的传输速率 范围为78k～1.5Mbps；基 金会现场总线的传输速率范 围为12k～150kbps；而 Modbus总线的传输速率范 围为1200～9600bps。
随着总线技术的不断发展，网络安全问题也日益突出。为了解决这一问
题，需要加强网络安全防护措施，如加密通信、访问控制等。
02 03
不同总线协议的兼容性问题
目前存在多种总线协议，不同协议之间的兼容性问题给应用带来了困扰 。为了解决这一问题，需要加强不同总线协议之间的互联互通，提高兼 容性。
总线设备的互操作性
02
工业以太网的发展前景良好，随着工业自动化和网络技术的不
断发展，将有更大的应用空间。
CAN总线在汽车和工业自动化领域的应用前景仍然广阔，但面
03
临技术更新和市场变化的挑战。
06
总线技术的未来发展趋势与挑战
总线技术的未来发展趋势
1 2 3
向工业4.0和智能制造发展
未来的总线技术将更加注重与工业4.0和智能制 造的融合，实现更加智能化、自动化的工业生产 。
LonWorks总线和基金会现 场总线都支持多个节点的连 接，最多可连接64个节点； 而Profibus总线和Modbus 总线则支持多个主站和从站 之间的连接，最多可连接 127个节点。
03
工业以太网技术概述
工业以太网的概念
现场总线技术及应用课件：现场总线技术概述
现场总线技术概述
现场总线的主要任务，就是通过自动化系统的数据信息 来完成生产的执行。这些数据信息包括电机的电流、电机的 转速、管道的流量、阀门的状态、温度的高低、压力的大小 等，还包括控制电机的启动和停止、打开和关闭阀门、发送 警报等。现场总线传递的数据信息，是现场控制流程能够正 常进行下去的基础，也是企业级网络非常重要的部分。
接上。 现场总线的主站和子站有内置或外加的通信模块、通信
卡，而且支持相同的通信协议以实现互连。
现场总线技术概述
当然，如果现场总线的规模较大，也可能出现包含多个 不同通信协议的子网的情况，但每个子网使用的一定是同一 个通信协议。子网和子网之间，可以通过网关来实现协议的 转换，以组成大的主网。主站除了具备通信能力之外，还具 有强大的运算能力，因为在每一个扫描周期，主站都需要对 通信的数据进行处理并做出响应。通信的速度越快，主站的 运算能力的需求就越大，否则通信的实时性就无法体现出来。 子站作为受控设备，相对来说运算能力的要求比主站要小得 多，但也要能够及时执行主站的控制命令、监视命令并及时 反馈信息。当
现场总线技术概述
最后是降低了生产的稳定性。开关量信号和模拟量信号 都是纯粹的电信号，极易受到干扰。如果现场设计或施工不 当，则在信号受到干扰时很容易出现设备误动、信息错误、 无法安全停机等问题。如果是在施工阶段，技术人员尚可花 费大量的时间对其进行排查；如果已进入生产阶段才发现类 似问题，则需要花费大量的人力和物力来进行二次改造。
现场总线技术概述
现场总线的安全性则分为两个方向，一个是面向安全设 备的，另一个是面向通信本身的。面向安全设备方面，现在 很多通信协议都在自己的规范中单独加入了安全设备的部分， 牵涉安全设备的冗余、自检等，其目的是和安全设备做到更 优的适配，保证在出现安全问题时可以正常地停机。面向通 信本身方面，在前面稳定性的部分有必要的设置，如数据校 验、心跳协议等，其目的是保证通信自身信息的安全，并在 出现故障时可以做出正确的动作，如停机、报警等。得益于 通信速度的加快，目前这一部分的内容在整个通信协议的交 换信息中的占比越来越大，就是为了提高通信自身的安全性。
工业控制网络(现场总线)
（2）对于离散和连续过程控制应用场合， 均具有确定性和可重复性。
工业控制网络（现场总线）
9
ControlNet
ControlNet突出优点 ：
（3）先进的生产者/消费者网络模型，最大 限度地优化了带宽的利用率，并可构成多 主、主/从、对等的通信结构；媒体访问算 法确保了控制信息传送时间的准确性。
（4）ControlNet具有灵活的安装选择，可使 用各种标准的低价同轴电缆，也可使用具有 强抗干扰性和本征安全性的光纤，并支持媒 体冗余方式。
工业控制网络（现场总线）
3
ControlNet
ControlNet的特点、优点与应用
ControlNet网络使用生产者/消费者模型。生产者/消 费者模型允许一个发送设备（生产者）与多个接收 设备（消费者）之间交换时间紧要的应用信息，而 不需将发往多个目的的数据发送多次 。
确定性控制网络使用一种隐性令牌传递机制来提高 协议效率。
工业控制网络（现场总线）
5
ControlNet
（4）中继器数目：串行使用，最大支持5个中 继器，连接6个网段；并行使用，最大支持48 个中继器，连接48个网段。
（5）中继器类型：ac&dc高压型和dc低压型。 （6）带中继器最大拓扑长度：使用同轴电 缆，5000m；使用光纤，30km。
（7）网络节点数：使用中继器，可编址节点 最多为99个；不带中继器，最多48个节点。
工业控制网络（现场总线）
2
ControlNet
ControlNet的由来、组织机构与标准
ControlNet是由美国罗克韦尔自动化公司于1997年推出的一种 新的面向控制层的实时性现场总线。
1997年7月由罗克韦尔自动化等22家公司联合发起成立了控制 网国际组织CI（ControlNet International）。
工业控制网络（现场总线）
9
ControlNet
ControlNet突出优点 ：
（3）先进的生产者/消费者网络模型，最大 限度地优化了带宽的利用率，并可构成多 主、主/从、对等的通信结构；媒体访问算 法确保了控制信息传送时间的准确性。
（4）ControlNet具有灵活的安装选择，可使 用各种标准的低价同轴电缆，也可使用具有 强抗干扰性和本征安全性的光纤，并支持媒 体冗余方式。
工业控制网络（现场总线）
3
ControlNet
ControlNet的特点、优点与应用
ControlNet网络使用生产者/消费者模型。生产者/消 费者模型允许一个发送设备（生产者）与多个接收 设备（消费者）之间交换时间紧要的应用信息，而 不需将发往多个目的的数据发送多次 。
确定性控制网络使用一种隐性令牌传递机制来提高 协议效率。
工业控制网络（现场总线）
5
ControlNet
（4）中继器数目：串行使用，最大支持5个中 继器，连接6个网段；并行使用，最大支持48 个中继器，连接48个网段。
（5）中继器类型：ac&dc高压型和dc低压型。 （6）带中继器最大拓扑长度：使用同轴电 缆，5000m；使用光纤，30km。
（7）网络节点数：使用中继器，可编址节点 最多为99个；不带中继器，最多48个节点。
工业控制网络（现场总线）
2
ControlNet
ControlNet的由来、组织机构与标准
ControlNet是由美国罗克韦尔自动化公司于1997年推出的一种 新的面向控制层的实时性现场总线。
1997年7月由罗克韦尔自动化等22家公司联合发起成立了控制 网国际组织CI（ControlNet International）。
现场总线现场总线应用实例ppt课件
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
现场总线控制系统
现场总线应用实例
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
显式报文方法： msg_out.data[0] …… msg_out.data[20] ……
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篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
RS-232 MODEM
PC监控机 公共电话 网
MODEM
RS-232 路由器1
. . .
FCS网络
...
智能仪表n …
FCS网络 ...
MODEM
RS-232 路由器k
智能仪表m …
智能仪表1 …
智能仪表1 …
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
1.系统结构
可连接到信息网 网关
2.系统各部分功能
现场总线控制系统
现场总线应用实例
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
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篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
RS-232 MODEM
PC监控机 公共电话 网
MODEM
RS-232 路由器1
. . .
FCS网络
...
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FCS网络 ...
MODEM
RS-232 路由器k
智能仪表m …
智能仪表1 …
智能仪表1 …
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
1.系统结构
可连接到信息网 网关
2.系统各部分功能
《现场总线技术及应用》课件1现场总线技术概述
2、电动单元组合式模拟仪表控制系统
随着生产规模的扩大，操作人员需要同时按多点的信息 对生产过程实行操作控制，于是出现了气动、电动系列的 单元组合式仪表，这些仪表采用统一的模拟信号。
3、集中式数字控制系统
模拟控制系统中的模拟信号的传递需一对一的物理 连接，信号变化缓慢，很难提高控制系统的速度和精度， 随着计算机技术的发展，控制系统实现了集中数字控制。
• 数字信号的精确性：数字信息可排除模拟信息传输和转换中 所产生的误差。
• 由于现场总线是双向的，因此能够从中心控制室对现场智能 仪表进行控制，使远程调整、诊断和维护成为可能，甚至能 够在故障发生前进行预测。
四、现场总线控制系统的技术特点
系统的开放性 2. 互操作性与互用性 3. 现场设备的智能化与功能自治性 4. 系统结构的高度分散性 5. 对现场环境的适应性
第一章 现场总线技术概述
现场总线的发展背景 现场总线控制系统 几种有影响的现场总线 现场总线技术的现状及其发展前景
第一节 现场总线的发展背景
自动控制系统：在无人直接参与下可使生产过程或其他过 程按期望规律或预定程序进行的控制系统。自动控制系统 是实现自动化的主要手段。自动控制系统已被广泛应用于 人类社会的各个领域。在工业方面，对于冶金、化工、机 械制造等生产过程中遇到的各种物理量，包括温度、流量、 压力、厚度、张力、速度、位置、频率、相位等，都有相 应的控制系统；在农业方面的应用包括水位自动控制系统、 农业机械的自动操作系统等。在军事技术方面，自动控制 的应用实例有各种类型的伺服系统、火力控制系统、制导 与控制系统等。在航天、航空和航海方面，除了各种形式 的控制系统外，应用的领域还包括导航系统、遥控系统和 各种仿真器。
现场总线的发展趋势
网络结构趋向简单化
随着生产规模的扩大，操作人员需要同时按多点的信息 对生产过程实行操作控制，于是出现了气动、电动系列的 单元组合式仪表，这些仪表采用统一的模拟信号。
3、集中式数字控制系统
模拟控制系统中的模拟信号的传递需一对一的物理 连接，信号变化缓慢，很难提高控制系统的速度和精度， 随着计算机技术的发展，控制系统实现了集中数字控制。
• 数字信号的精确性：数字信息可排除模拟信息传输和转换中 所产生的误差。
• 由于现场总线是双向的，因此能够从中心控制室对现场智能 仪表进行控制，使远程调整、诊断和维护成为可能，甚至能 够在故障发生前进行预测。
四、现场总线控制系统的技术特点
系统的开放性 2. 互操作性与互用性 3. 现场设备的智能化与功能自治性 4. 系统结构的高度分散性 5. 对现场环境的适应性
第一章 现场总线技术概述
现场总线的发展背景 现场总线控制系统 几种有影响的现场总线 现场总线技术的现状及其发展前景
第一节 现场总线的发展背景
自动控制系统：在无人直接参与下可使生产过程或其他过 程按期望规律或预定程序进行的控制系统。自动控制系统 是实现自动化的主要手段。自动控制系统已被广泛应用于 人类社会的各个领域。在工业方面，对于冶金、化工、机 械制造等生产过程中遇到的各种物理量，包括温度、流量、 压力、厚度、张力、速度、位置、频率、相位等，都有相 应的控制系统；在农业方面的应用包括水位自动控制系统、 农业机械的自动操作系统等。在军事技术方面，自动控制 的应用实例有各种类型的伺服系统、火力控制系统、制导 与控制系统等。在航天、航空和航海方面，除了各种形式 的控制系统外，应用的领域还包括导航系统、遥控系统和 各种仿真器。
现场总线的发展趋势
网络结构趋向简单化
《现场总线技术》PPT课件
பைடு நூலகம்
2021/6/10
6
1.1.2 现场总线的体系结构
• 1、现场通信网络
• 一直延伸到生产现场 或生产设备，用于过 程自动化和制造自动 化的现场设备或现场 仪表互联的现场通信 网络。
• 2、现场设备互联
• 现场设备指变送器、执行 器、服务器、网桥和辅助 设备及监控设备
2021/6/10
7
• 3、互操作性
• FCS由控制系统软件、测量系统、网络 系统和管理系统组成
2021/6/10
14
1、控制系统软件
• 包括监控组态软件、维护软件、仿真软 件和设备管理软件等
• 步骤：
• 1、选择开发组态软件、控制操作人机接口软 件；
• 2、组态软件、完成功能块间的连接； • 3、选定功能参数，进行网络组态； • 4、在网络运行过程中对系统实时采集、处理
楼宇、铁路交通 • 3、LonWorks总线 • 应用领域：楼宇 • 4、CAN总线 • 应用领域：汽车、机器人、液压系统等
2021/6/10
10
几种有影响的现场总线
• 5、WorldFIP总线 • 应用领域：过程自动化、制造业自动化、电力、
楼宇等 • 6、P-NET 总线 • 应用领域：石化、能源、交通、轻工、建筑、
• 应用在生产现场，在计算机控制设备之 间实现双向串行多点数字通信的系统。
• 特点： • 1、传统测量仪器仪表微机化，具有数字
计算、通信能力
• 2、可用双绞线作为总线，连接现场仪器 仪表成网络系统；
2021/6/10
4
特点：
• 3、执行公开、规范的通信协议 • 4、现场仪表、控制设备与远程监控计算
现场总线技术
2021/6/10
2021/6/10
6
1.1.2 现场总线的体系结构
• 1、现场通信网络
• 一直延伸到生产现场 或生产设备，用于过 程自动化和制造自动 化的现场设备或现场 仪表互联的现场通信 网络。
• 2、现场设备互联
• 现场设备指变送器、执行 器、服务器、网桥和辅助 设备及监控设备
2021/6/10
7
• 3、互操作性
• FCS由控制系统软件、测量系统、网络 系统和管理系统组成
2021/6/10
14
1、控制系统软件
• 包括监控组态软件、维护软件、仿真软 件和设备管理软件等
• 步骤：
• 1、选择开发组态软件、控制操作人机接口软 件；
• 2、组态软件、完成功能块间的连接； • 3、选定功能参数，进行网络组态； • 4、在网络运行过程中对系统实时采集、处理
楼宇、铁路交通 • 3、LonWorks总线 • 应用领域：楼宇 • 4、CAN总线 • 应用领域：汽车、机器人、液压系统等
2021/6/10
10
几种有影响的现场总线
• 5、WorldFIP总线 • 应用领域：过程自动化、制造业自动化、电力、
楼宇等 • 6、P-NET 总线 • 应用领域：石化、能源、交通、轻工、建筑、
• 应用在生产现场，在计算机控制设备之 间实现双向串行多点数字通信的系统。
• 特点： • 1、传统测量仪器仪表微机化，具有数字
计算、通信能力
• 2、可用双绞线作为总线，连接现场仪器 仪表成网络系统；
2021/6/10
4
特点：
• 3、执行公开、规范的通信协议 • 4、现场仪表、控制设备与远程监控计算
现场总线技术
2021/6/10
现场总线,第2章——设备层网络
CIO3262 CIO3263
CS1W-DRM21与 从站单元之间地址 自动分配关系
CIO3300 CIO3301
输入块1
CIO3362 CIO3363 CIO3400 CIO3401
输出块2
CIO3462 CIO3463 CIO3500 CIO3501
输入块2
CIO3562 CIO3563 CIO3600 CIO3601
波特率设置含义
DIP开关各位设置含义
• 通信连接器
接线柱颜色与信号类型关系
通信连接器用来连接各通信单元，以及总线中的24V DC电源 ；
DeviceNet网络连接时要使用专用电缆，分为粗缆和细缆两种。
常见的DeviceNet网络主站单元
2、从站单元
• 各种基本工业设备配备了相应的从站单元后就可以连
的通信单元，如Ethernet单元、Controller Link单元、 DeviceNet单元 ； • 有多种机型支持相应的主站单元 ，如中型机系列C200H、CJ1 系列、中大型机的CS1、CV系列等； • 各种基本工业设备配备了相应的从站单元后就可以连入 DeviceNet网络，成为网络的从站节点。
安装主站单元的PLC CPU之间能 执行专用指令SEND、RECV、CMND和IOWR， I/O报文(I/OMessage)，分别用于不同用途的数据传输； 地址 ，固定分配和用户设定。
的I/O存储区域中为每个从站单元分配
（1）固定分配 采用自动分配地址的方法，从单元的节点号就决定了从单元在 主站PLC中所占的数据区域
三、 DeviceNet的应用层
• 提出一种独特的应用层协议，定义了传输数据的语法和语义；
（1）DeviceNet网络的通信模型
CS1W-DRM21与 从站单元之间地址 自动分配关系
CIO3300 CIO3301
输入块1
CIO3362 CIO3363 CIO3400 CIO3401
输出块2
CIO3462 CIO3463 CIO3500 CIO3501
输入块2
CIO3562 CIO3563 CIO3600 CIO3601
波特率设置含义
DIP开关各位设置含义
• 通信连接器
接线柱颜色与信号类型关系
通信连接器用来连接各通信单元，以及总线中的24V DC电源 ；
DeviceNet网络连接时要使用专用电缆，分为粗缆和细缆两种。
常见的DeviceNet网络主站单元
2、从站单元
• 各种基本工业设备配备了相应的从站单元后就可以连
的通信单元，如Ethernet单元、Controller Link单元、 DeviceNet单元 ； • 有多种机型支持相应的主站单元 ，如中型机系列C200H、CJ1 系列、中大型机的CS1、CV系列等； • 各种基本工业设备配备了相应的从站单元后就可以连入 DeviceNet网络，成为网络的从站节点。
安装主站单元的PLC CPU之间能 执行专用指令SEND、RECV、CMND和IOWR， I/O报文(I/OMessage)，分别用于不同用途的数据传输； 地址 ，固定分配和用户设定。
的I/O存储区域中为每个从站单元分配
（1）固定分配 采用自动分配地址的方法，从单元的节点号就决定了从单元在 主站PLC中所占的数据区域
三、 DeviceNet的应用层
• 提出一种独特的应用层协议，定义了传输数据的语法和语义；
（1）DeviceNet网络的通信模型
工业控制网络现场总线
哈工大网络术特点及优点
现场总线的作用
现场总线是自动化领域技术发展的热点之 一，将对传统的工业自动化带来革命，从 而开创工业自动化的新纪元。 现场总线控制系统必将逐步取代传统的独 立控制系统、集中采集控制系统和集散控 制系统DCS（Distributed Control System）， 成为本世纪自动控制系统的主流。
哈工大网络与电气智能化研究所
1.1 现场总线的概念
第2版（Ed2.0）IEC61158-2用于工业控制系统中 的 现 场 总 线 标 准 —— 第 2 部 分 ： 物 理 层 规 范 （ Physical Layer Specification ） 与 服 务 定 义 （Server definition）又进一步指出：
哈工大网络与电气智能化研究所
1.3.1 现场总线的技术特点
数字通信网络 ——特点2
现场底层的变送器／传感器、执行器、控制器之间的信号传
输均用数字信号；
中／上层的控制器、监控／监视计算机等设备之间的数据传
送均用数字信号； 各层设备之间的信息交换均用数字信号。
传统的DCS的通信网络介于操作站与控制站之间，而现场仪
哈工大网络与电气智能化研究所
1.2.1 现场总线系统的组成
软件包括：
设备编程软件——为系统应用软件提供编程环境的平 台软件。当设备为控制器/PLC时，设备编程软件即 为控制器编程软件，如RSLogix500（用于SLC500系 列和ML系列控制器的32位基于Windows的梯形图逻 辑 编 程 软 件 ） 、 RSLogix5000 （ 用 于 Logix 平 台 所 包 括的各种控制器（如Control LogixTM）的编程软 件）。
连接在通信线上的设备称为总线设备，亦称 为总线装置、节点（主节点、从节点）、站 点（主站、从站）。
现场总线的作用
现场总线是自动化领域技术发展的热点之 一，将对传统的工业自动化带来革命，从 而开创工业自动化的新纪元。 现场总线控制系统必将逐步取代传统的独 立控制系统、集中采集控制系统和集散控 制系统DCS（Distributed Control System）， 成为本世纪自动控制系统的主流。
哈工大网络与电气智能化研究所
1.1 现场总线的概念
第2版（Ed2.0）IEC61158-2用于工业控制系统中 的 现 场 总 线 标 准 —— 第 2 部 分 ： 物 理 层 规 范 （ Physical Layer Specification ） 与 服 务 定 义 （Server definition）又进一步指出：
哈工大网络与电气智能化研究所
1.3.1 现场总线的技术特点
数字通信网络 ——特点2
现场底层的变送器／传感器、执行器、控制器之间的信号传
输均用数字信号；
中／上层的控制器、监控／监视计算机等设备之间的数据传
送均用数字信号； 各层设备之间的信息交换均用数字信号。
传统的DCS的通信网络介于操作站与控制站之间，而现场仪
哈工大网络与电气智能化研究所
1.2.1 现场总线系统的组成
软件包括：
设备编程软件——为系统应用软件提供编程环境的平 台软件。当设备为控制器/PLC时，设备编程软件即 为控制器编程软件，如RSLogix500（用于SLC500系 列和ML系列控制器的32位基于Windows的梯形图逻 辑 编 程 软 件 ） 、 RSLogix5000 （ 用 于 Logix 平 台 所 包 括的各种控制器（如Control LogixTM）的编程软 件）。
连接在通信线上的设备称为总线设备，亦称 为总线装置、节点（主节点、从节点）、站 点（主站、从站）。
《现场总线技术及应用》课件5-1ff
第三节 FF物理层
一、物理层（PHY）的功能
1、发送功能 物理层接收来自数据链路层的“DLL协议数据”，首先
加上前导码、帧前定界码和帧后结束码，并对其进行数据 编码（即曼彻斯特编码），再把它转换成标准物理信号， 然后发送到传输介质上，加电缆、光缆或无线。
2、接收功能 物理层接收来自传输介质的标准物理信号，首先去除
基金会现场总线，即Foudation Fieldbus,简称 FF，这是在过程自动化领域得到广泛支持和具
有良好发展前景的技术，是一种全数字、串行、
双向通信协议，用于智能现场设备的互联。是
两大集团（以美国Fisher-Rousemount公司为首， 联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司 制订的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧 洲等地的150家公司制订的WordFIP协议）于1994 年9月合并，成立了现场总线基金会，致力于开 发出国际上统一的现场总线技术。
FF由二部分组成：即HI低速现场总线 及HSE高速现场总线。H1的通信速率为 31．25 kbps，通信距离可达 1900m (可加 中继器延长)，可支持总线供电，HSE速 率为100 Mbps（H2的通信速率为1 Mbps及 2．5 Mb／s，其通信距离为750m和 500m）。H1与HSE通过FF的连接设备连 接，物理传输介质可支持双绞线、光缆 和无线发射。
二、物理层的结构
1、介质相关子层 介质相关子层负责处理导线、光缆、无线介
质等不同传输介质和不同传输速率的信号转换 问题，亦称为介质访问单元。 2、介质无关子层
介质无关子层是上述介质相关子层与数据链 路层之间的接口。该子层功能有两条：一是对 发送信息增加前导码、帧前定界码和帧后结束 码，再进行数据编码；另一条是去除前导码、 帧前定界码和帧后结束码，再进行数据解码。
现场总线控制系统的体系结构 ppt课件
且作为合作伙伴向他们提供先进的技术，产品和系统以及 快捷可靠的服务与支持。
通过以下介绍，您会更多的了解我们的公司性质，产品
和服务，以及公司在全球的发展。您能了解罗克韦尔公司 的品牌，公司所从事的事业，以及将来公司如何与您并肩 努力来满足您在业务上的需要。公司期待着加强公司在全 世界的伙伴关系。在罗克韦尔，公司为实现客户的成功而 奋斗。您成功，我们也成功。
条形码识别器
少
I/O
Operator Interface
HMI
Smart Speed Photoelectric Controller
Sensor
：输入设备 智能速度控制器
图图 3 罗3 克罗克韦韦尔尔推推出出的的现场现总场线控总制线系统 控体制系系结构统Fra bibliotek：执行器
ppt课件
6
1.2.2 现场总线控制系统的体系结构
一些具有专家辅助推断分析与决策能力的数字式 智能化仪表产品，其本身具备了诸如自动量程转 换、自动调零、自校正、自诊断等功能，还能提 供故障诊断、历史信息报告、状态报告、趋势图 等功能。另外，从实际应用的角度，控制界也不 断在控制精度、可操作性、可维护性、可移植性 等方面提出新需求。由此，导致了现场总线的产 生。
30
2．每种总线各有其应用领域
每种总线都力图拓展其应用领域，以扩张其势力 范围。在一定应用领域中已取得良好业绩的总线， 往往会进一步根据需要向其他领域发展。如 PROFIBUS在DP的基础上又开发出PA，以适用 于流程工业。
3．每种总线各有其国际组织
大多数总线都成立了相应的国际组织，力图在制 造商和用户中创造影响，以取得更多方面的支持， 同时也想显示出其技术是开放的。
IEC 61158（FF的H1） ControlNet（美国Rockwell公司支持） PROFIBUS（德国Siemens公司支持） P-Net（丹麦Process Data公司支持） FF HSE（即原FF的H2，Fisher-Rosemount公司支持） SwiftNet（美国波音公司支持） WorldFIP（法国Alstom公司支持） INTERBUS（德国Phoenix Contact公司支持）
通过以下介绍，您会更多的了解我们的公司性质，产品
和服务，以及公司在全球的发展。您能了解罗克韦尔公司 的品牌，公司所从事的事业，以及将来公司如何与您并肩 努力来满足您在业务上的需要。公司期待着加强公司在全 世界的伙伴关系。在罗克韦尔，公司为实现客户的成功而 奋斗。您成功，我们也成功。
条形码识别器
少
I/O
Operator Interface
HMI
Smart Speed Photoelectric Controller
Sensor
：输入设备 智能速度控制器
图图 3 罗3 克罗克韦韦尔尔推推出出的的现场现总场线控总制线系统 控体制系系结构统Fra bibliotek：执行器
ppt课件
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1.2.2 现场总线控制系统的体系结构
一些具有专家辅助推断分析与决策能力的数字式 智能化仪表产品，其本身具备了诸如自动量程转 换、自动调零、自校正、自诊断等功能，还能提 供故障诊断、历史信息报告、状态报告、趋势图 等功能。另外，从实际应用的角度，控制界也不 断在控制精度、可操作性、可维护性、可移植性 等方面提出新需求。由此，导致了现场总线的产 生。
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2．每种总线各有其应用领域
每种总线都力图拓展其应用领域，以扩张其势力 范围。在一定应用领域中已取得良好业绩的总线， 往往会进一步根据需要向其他领域发展。如 PROFIBUS在DP的基础上又开发出PA，以适用 于流程工业。
3．每种总线各有其国际组织
大多数总线都成立了相应的国际组织，力图在制 造商和用户中创造影响，以取得更多方面的支持， 同时也想显示出其技术是开放的。
IEC 61158（FF的H1） ControlNet（美国Rockwell公司支持） PROFIBUS（德国Siemens公司支持） P-Net（丹麦Process Data公司支持） FF HSE（即原FF的H2，Fisher-Rosemount公司支持） SwiftNet（美国波音公司支持） WorldFIP（法国Alstom公司支持） INTERBUS（德国Phoenix Contact公司支持）
现场总线技术及其应用PPT.
这方面的知识,冬冬会不会食物中毒？
满足工业现场应用的性能要求。与OSI参考模型 2、中毒还有化学性的食物中毒。如：吃了沾有残留的农药的蔬菜就会引起中毒。
彬彬有礼地介绍
33.根与据客学户生建回立的答互，信列关相出系以应下几层点： 次相比，现场总线标准的物理层、数据
师：这就是要链求同学路们一层日三与餐要定其时定有量。相同的含义。从总线访问子层看，
分层的，但层次之间的调用关系不一定象OSI那样
严格，层次也可简化，以提高协议的工作效率；
既要遵循OSI模型体系结构原则，又要考虑FCS的
特点，满足FCS的特殊要求；在现场总线参数模型
中，既遵循开放系统集成的原则，又充分体现FCS
的特点和特殊要求。
10
1
应用层
2
表达层
3
会话层
4
传输层
5
网络层
6 数据链路层
➢ 70年代末，随着大规模集成电路的出现，微处 理器技术得到很大发展。微处理器功能强、体积 小、可靠性高、通过适当的接口电路用于控制系 统，控制效果得到提高，但是尽管如此，还是属 于集中式控制系统。
2
➢ 20世纪80年代初期，计算机和（Direct Digital Control，DDC）技术。随后在计算机网 络技术的带动下，产生了各种以DDC技术为基础的 集散控制系统（Distributed Control System， DCS）。
4
现场总线技术的优点
➢ 现场总线具有的数字化、开放性、分散性、 互操作性和互换性及对现场设备环境的适应 性等特点决定和派生了其一系列优点：
1.节省硬件数量与投资 2.节省安装费用 3.节省维护开销
5
4．系统具有优异的远程监控功能和强大的 （远程）故障诊断功能
满足工业现场应用的性能要求。与OSI参考模型 2、中毒还有化学性的食物中毒。如：吃了沾有残留的农药的蔬菜就会引起中毒。
彬彬有礼地介绍
33.根与据客学户生建回立的答互，信列关相出系以应下几层点： 次相比，现场总线标准的物理层、数据
师：这就是要链求同学路们一层日三与餐要定其时定有量。相同的含义。从总线访问子层看，
分层的，但层次之间的调用关系不一定象OSI那样
严格，层次也可简化，以提高协议的工作效率；
既要遵循OSI模型体系结构原则，又要考虑FCS的
特点，满足FCS的特殊要求；在现场总线参数模型
中，既遵循开放系统集成的原则，又充分体现FCS
的特点和特殊要求。
10
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应用层
2
表达层
3
会话层
4
传输层
5
网络层
6 数据链路层
➢ 70年代末，随着大规模集成电路的出现，微处 理器技术得到很大发展。微处理器功能强、体积 小、可靠性高、通过适当的接口电路用于控制系 统，控制效果得到提高，但是尽管如此，还是属 于集中式控制系统。
2
➢ 20世纪80年代初期，计算机和（Direct Digital Control，DDC）技术。随后在计算机网 络技术的带动下，产生了各种以DDC技术为基础的 集散控制系统（Distributed Control System， DCS）。
4
现场总线技术的优点
➢ 现场总线具有的数字化、开放性、分散性、 互操作性和互换性及对现场设备环境的适应 性等特点决定和派生了其一系列优点：
1.节省硬件数量与投资 2.节省安装费用 3.节省维护开销
5
4．系统具有优异的远程监控功能和强大的 （远程）故障诊断功能
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第一节 概述
一、计算机网络的组成
• 逻辑上划分为通信子网和资源子网两部分。
集 中 器 网关
NCC
PSE
PSE
PSE PSE
主机
终端 终端
MUX
第一节 概述
一、计算机网络的组成
• 通信子网由负责网上数据传送的通信控制处理器、通信线 路和其他通信设备组成，完成信息分组的传递工作，每个 通信节点具有存储转发功能，当通信线路繁忙时，每个分 组能在节点存储、排队，当线路空闲时分组被转发送出， 从而提高了线路的利用率和整个网络的效率。 • 资源子网包含所有由资源子网连接的主机，这些主机向网 络提供各种类型的资源与应用。 主机 终端 网络操作系统 网络数据库系统
第二节 局域网
一、主要技术
1．特点 覆盖范围小 房间、建筑物、园区范围 距离≤25km 高传输速率 10Mbps～1000Mbps 低误码率 10-8 ～ 10-10 采用总线、星形、环形拓扑 双绞线、同轴电缆、光纤 为一个单位所拥有，自行建 设，不对外提供服务
hub stations
第二节 局域网
三、介质访问控制方法
2．CSMA协议
• CSMA/CD协议 – 某站点想要发送数据，必须首先侦听信道。如果信道 空闲，立即发送数据并进行冲突检测；如果信道忙， 继续侦听信道，直到信道变为空闲，才继续发送数据 并进行冲突检测。如果站点在发送数据过程中检测到 冲突，它将立即停止发送数据并等待一个随机长的时 间，重复上述过程。
第一节 概述
二、计算机网络的功能
• • • • • • 信息交换功能 实现资源共享 数据信息的快速传输、集中和综合处理 提高系统的可靠性 有利于均衡负荷 提供灵活的工作环境
第一节 概述
三、计算机网络的拓扑结构
• 把向工作站、服务器等网络单元抽象成为“点”，把网 络中的电缆等通信媒体抽象为“线”，从而抽象出了网 络系统的具体结构，即为逻辑结构。网络拓扑结构有： 总线形：许多计算机共享同一个总线，最常见的以太 网(Ethernet)就是总线形。 环形：计算机通过介质连接成环形，局域网中的令牌 环即是此类型。 星形：由中心节点转发的网络结构，现在的交换式网 络即属此类型。 树型：分级结构，又称为分级的集中式网络。 网状形（不规则形）：计算机之间无规则地连接，一 般广域网属于不规则形
hub
stations
hub
station
Switch
Server farm
第二节 局域网
一、主要技术
2．拓扑结构
总线型:
所有结点都直接连接到共享信道 星型 : 所有结点都连接到中央结点 环型 : 结点通过点到点链路与相邻结点连接
A B C
D
C
A
T
Bus
A B
C
A
B
C
Ring
Star
第二节 局域网
第二节 局域网
三、介质访问控制方法
3．控制令牌
• 它是按照所有站点共同理解和遵守的规则，从一个站点到 另一个站点传递控制令牌，一个站点只有当它占有令牌时， 才能发送数据端帧，发完帧后，即把令牌传递下一个站点。 其操作次序如下： – ⑴首先建立一个逻辑环，将所有站点同物理媒体相连， 然后产生一个控制令牌。 – ⑵控制令牌由一个站点沿着逻辑环顺序向下一个站点 传递。 – ⑶等待发送帧的站点接收到控制令牌后，把要发送的 帧利用物理媒体发送出去，然后再将控制令牌沿逻辑 环传递给下一站点。
A有数据要发 送，它抓住空 令牌
T C Data
（c）
T C Data
A A将令牌修改 为数据帧，并 加挂数据
T C Data
T=1
T C Data
（b）
第二节 局域网
四、局域网交换机
使用交换机后，可建立多个并发 的通信。例如： 8个端口可建立4个并发通信， 总带宽 = (8/2)*10Mbps = 40 Mbps 在访问服务器的流量非常大的网 络中，可在交换机上设置1-2个高 速端口(100Mbps/1Gbps)，把服务 器与该高速端口相连，便可大大 提高服务器访问的速度。这种连 接服务器的方法又称为Big-Pipe。
二、IEEE802标准
OSI
高层
由NOS来实现 IEEE 802
网络层 数据链路层 物理层
逻辑链路控制 LLC 媒体访问控制 MAC 物理层PHY
第二节 局域网
二、IEEE802标准
• • • • • • • 802.2 - 逻辑链路控制LLC 802.3 - CSMA/CD（以太网） 802.4 - Token Bus （令牌总线） 802.5 - Token Ring（令牌环） 802.6 - 分布队列双总线DQDB -- MAN标准 802.8 – FDDI（光纤分布数据接口） 802.11 – 无线LAN
1．ALOHA协议
纯ALOHA ----只要用户有数据要发送，就尽管让他们发送。因此发送 方可以在发送数据的过程中进行冲突检测，将接收到的数据与缓冲区 的数据进行比较，就可以知道数据帧是否遭到破坏。纯ALOHA协议 的信道利用率最大不超过18% 。 分槽ALOHA ----将时间分为离散的时间片，用户每次必须等到下一个 时间片才能开始发送数据，从而避免了用户发送数据的随意性，减少 了数据产生冲突的可能性，提高了信道的利用率。分槽ALOHA的信 道利用率可以达到36%，是纯ALOHA协议的两倍。但对于分槽 ALOHA，用户数据的平均传输时间要高于纯ALOHA系统。
第一节 概述
三、计算机网络的拓扑结构
A总线型
B环型
C星型
D树型
E不规则型
第一节 概述
四、网络标准与体系结构----协议分层的必要性
• 在计算机网络中，为了保证数据通信双方能正确有效地 进行通信，针对通信过程的各种问题，制定了一整套约 定，这就是网络系统的通信协议。通信协议代表着标准 化，规定了计算机信息交换中消息格式和意义的协定， 是通信双方都必须遵循的一系列规则。 通信协议是分层的。由于通信过程比较复杂，为了简化 协议设计，采取把通信问题划分为多个小问题，然后为 每个小问题设计一个单独的协议的方法。各层协议之间 能高效率地相互作用，协同解决整个通信问题。分层结 构的好处有：独立性强、功能简单、适应性强、易于实 现和维护、有利于标准化工作。
第一节 概述
数据多层封装 段头 数据 数据 数据 数据 帧尾
拆封
四、网络标准与体系结构--开放系统互联参考模型（OSI）
数据
封装
段
网络头 帧头 网络头
段头 段头
数据包
帧
011101000011000010100101111010110
比特 电脉冲
第4章 网络与现场总线
• • • • 概述 局域网 现场总线 工业以太网
工作站
同轴电缆 服务器
第二节 局域网
五、以太网----介质标准
• • • • • • • • 10Base5 10Base2 10BaseT 10BaseF 100BaseT 100BaseF 1000BaseX 1000BaseT
水泥厂集散控制系统
洛阳理工学院 葛运旺
第4章 网络与现场总线
• • • • 概述 局域网 现场总线 工业以太网
第4章 网络与现场总线
• • • • • • 概述 计算机网络标准与体系结构 局域网 以太网 无线局域网 TCP/IP协议
第一节 概述
• 定义：利用通信设备和线路将地理位置分散的、功能独立的自主计算 机系统或由计算机控制的外部设备连接起来，在网络操作系统的控制 下，按照约定的通信协议进行信息交换，实现资源共享的系统。 • 分类： • 按作用范围分：广域网(WAN)、局域网(LAN)、城域网(MAN) • 按使用范围分：公用网、专用网 • 按介质分：有线网、无线网 • 网络拓扑分：集中式(星形网)、分布式(网状网)、分散式 • 按速率分：高速网、中速网、低速网 • 按通信传播方式分：广播式、点到点
第二节 局域网
三、介质访问控制方法
2．CSMA协议
• p-坚持CSMA（p-persistent CSMA） – 主要用于分槽ALOHA。其基本工作原理是，一个站点 在发送数据之前，首先侦听信道。如果信道空闲，便 以概率p发送数据，以概率1-p把数据发送推迟到下一 个时间片；如果下一个时间片信道仍然空闲，便再次 以概率p发送数据，以概率1-p将其推迟到下下一个时 间片。此过程一直重复，直到将数据发送出去或是其 它站点开始发送数据。如果该站点一开始侦听信道就 发现信道忙，那么它就等到下一个时间片继续侦听信 道，然后重复上述过程。
第二节 局域网
三、介质访问控制方法2．C来自MA协议• 1-坚持CSMA协议 – 某站点要发送数据时，它首先侦听信道，看看是否有其它站点正 在发送数据。如果信道空闲，该站点立即发送数据；如果信道忙， 该站点继续侦听信道直到信道变为空闲，然后发送数据；之所以 称其为1-坚持CSMA，是因为站点一旦发现信道空闲，将以概率1 发送数据。 • 非坚持CSMA（non-persistent CSMA） – 如果信道空闲，立即发送数据；如果信道忙，站点不再继续侦听 信道，而是等待一个随机长的时间后，再重复上述过程。定性分 析一下，就可以知道非坚持CSMA协议的信道利用率会比1-坚持 CSMA好一些，但数据传输时间可能会长一些。
第二节 局域网
五、以太网
• 以太网（Ethernet）是一种总线式局域网，以基带同轴电 缆作为传输介质，采用CSMA/CD协议 。 • 以太网最早来源于Xerox公司著名的PARC（Palo Alto Research Center）研究中心于1973年建造的第1个 2.94Mbps的CSMA/CD系统，该系统可以在14米的电缆上 连接100多个个人工作站。
第二节 局域网