《工业控制网络》PPT课件

执行器以及像PLC、调节器（regulators）、驱动控制器等现场控制器的网 络；
1.1 现场总线的概念
➢对现场总线概念的不同的表述： 现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行
多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制 网络；
1.1 现场总线的概念
➢对现场总线概念的不同的表述： 现场总线是一种串行的数字数据通信链路，它沟通了生产过程领域的基
（3）集中式数字控制系统 时间：80年代初； 特点：使用数字信号代替模拟信号，并研
制出直接数字控制系统，用数字计算机代替控 制室内的仪表来完成控制系统功能。用一台计 算机取代控制室的所有仪表。解决了信号传输 及抗干扰问题。
（4）集散控制系统（DCS） 组成：由数字调节器、可编程控制
（PLC）以及多台计算机构成； 特点：当一台计算机出故障时，其他
(a) 传统控制系统结构
(b) 现场总线控制系统结构
工控机
控制器
远程传感器 和执行机构
集中控制
控制器 . . . 控制器
现场总线
远程传感器 和执行机构
集散控制
智能自治节点
现场总线控制
传统泵/阀控制系统结构示意图
CPU
I/O, AD/DA etc. Modules
良工
P&V 1
良工
P&V 2
良工
P&V 3
1.2.1 现场总线系统的组成
图1 现场总线系统的组成
1.2.1 现场总线系统的组成
➢ 硬件： 总线电缆，又称为通信线、通信介质（媒体/媒介/介体）。 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）。
1.2.1 现场总线系统的组成
软件包括： ➢ 系统平台软件：为系统构建、运行以及为系统
1.2.2 现场总线控制系统的体系结
控制器： 主站、从站
构
人机界面 ： 输入/输出设备 参数、命令、显示
离散量/ 模拟量 输入/输 出设备
指示灯： 状态指示
光电传感器： 操作员接口 ： 阀和交流驱动器： 检测开关 输入操作命令 执行器，输出设备
变送器 （传感器） ：输入设备
1.2.2 现场总线控制系统的体系结
远程访问路由设备
Computer 2
与三层网 络 相连
Controller3
构 Internet Remote Access Router Device
Display Station
Information
Ethe r Ne t®
显示工 作站
Controller4
Control
Computer 1
上位机：监控
础
怎么学？
方法
➢ 理论与实践相结合
➢ 理论34学时 ➢ 实验4学时
➢ 听课与自学相结合
➢ 课程特点：知识点多、交叉性强
➢ 课堂：基础、重点、难点 ➢ 自学：拓展知识面、接触其他具体现场总线
第1章 绪论
➢ 1.1 现场总线的概念 ➢ 1.2 现场总线系统的组成与体系结构 ➢ 1.3 现场总线的技术特点及优点 ➢ 1.4 现场总线应用领域 ➢ 1.5 典型现场总线简介
互连的现场数字通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成；
1.1 现场总线的概念
➢对现场总线概念的不同的表述： 在自动化领域，“现场总线”一词是指安装在现场
的计算机、控制器以及生产设备等连接构成的网络； 现场总线是应用在生产现场、在测量控制设备之间
实现工业数据通信、形成开放型测控网络的新技术， 是自动化领域的计算机局域网，是网络集成的测控系 统。
应用软件编程而提供环境、条件或工具的基础 软件。包括组态工具软件、组态通信软件、监 控组态软件和设备编程软件 。 ➢ 系统应用软件：为实现系统以及设备的各种功 能而编写的软件，包括系统用户程序软件、设 备接口通信软件和设备功能软件。
1.2.1 现场总线系统的组成
➢ 软件包括：
组态工具软件——为用计算机进行设备配置、网络组态 提 供 平 台 并 按 现 场 总 线 协 议 / 规 范 （ Protocol ／ Specification）与组态通信软件交换信息的工具软件， 如 RSNetWorx for DeviceNet 、 ControlNet 、 EtherNet/IP 。
良工
P&V 4
良工
P&V 5
现场总线泵/阀控制系统结构示意图
CPU Network Scanner
DeviceNet 接口
良工
P&V 1
良工
P&V 2
良工
P&V 3
良工
P&V 4
良工
P&V 5
1.2 现场总线系统的组成与体系结构
➢ 1.2.1 现场总线系统的组成 ➢ 1.2.2 现场总线控制系统的体系结构
1.3 现场总线的技术特点及优点
现场总线在技术上的产生
➢现场总线是当今3C技术，即通信（Communication）、 计算机（Computer）、控制（Control）技术发展的结 合点。 ➢现场总线是过程控制技术、自动化仪表技术、计算机 网络技术三大技术发展的交汇点。 ➢现场总线是信息技术、网络技术的发展在控制领域的 体现。 ➢现场总线是信息技术、网络技术发展到现场的结果。
ControlNe tTM
I/O
Controller1
信
Device
息
Controller2
控制、网关
De v ice Ne tTM
量
减
少
I/O
Smart Speed
Operator HMI Photoelectric Controller
Interface
Sensor
Bar Code Reader
控制系统的发展过程
（1）初级控制系统 时间：20世纪50年代以前； 特点：所用的设备主要是安装在生产现场、具有 简单测控功能的基地式仪表，信号基本上都是在本 仪表内起作用。此阶段的控制系统均简单、初级控 制系统。
（2）模拟仪表控制系统
时间：60年代至70年代后期；
特点：以电子管、晶体管、集成电路为核心 的气动和电动单元组合式仪表两大系列，它们分别 以压缩空气和直流电源作为动力，用于对防爆要求 较高的化工生产和其他行业，防爆等级为本质安全 型，在仪表内部实行电压并联传输，外部实行电流 串联传输，以减小传输过程的干扰。
1.1 现场总线的概念
什么是现场总线
1.1 现场总线的概念
➢国际电工委员会制定的国际标准IEC61158对现场总线（fieldbus）的定义是： 安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、
串行、多点通信的数据总线称为现场总线。
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：
Fra Baidu bibliotek
1.1 现场总线的概念
现场总线一般应被看作是一个系统、一个网络或一个网 络系统，它应用于现场测量和/或控制目的，通常被称为 现场总线 现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System） 现场总线系统 现场总线网络 现场总线网络系统 现场总线网络控制系统 网络控制系统NCS （Network Control System）
➢ 对于电气工程领域：
现都 均要
➢ 在现代电机驱动与控制装置（如变频器）中
求配
➢ 在数字化变电站
置现
➢ 配电系统/继电保护装置中
场总 线通
➢ 在智能电器中
信接
➢ 在楼宇自动化装置中
口
➢ 对于国防领域：
➢ 在航空航天设备、舰船、装甲车辆中均使用了现场总线系统。
为什么学？
背景与目的
目的
➢ 掌握现场总线的概念。 ➢ 掌握通信与网络基本知识。 ➢ 学会阅读并理解现场总线协议/规范，能够设计一
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）。
1.2.1 现场总线系统的组成
1.3 现场总线的技术特点及优点
➢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
计算机立即接替该计算机的工作，使系统继续 正常运行。在DCS系统中，测量仪表、变送器 一般为模拟仪表，控制器多为数字式，因而它 又是一种模拟数字混合系统。但是各厂家的产 品互换与互操作有一定的局限性。
（5）现场总线控制系统（FCS）
特点：把基于封闭、专用的解决方案变成了基于公开 化、标准化的解决方案，即可以将来自不同厂商而遵守同一 协议规范的自动化设备通过现场总线控制系统把DCS集中与分 散结合的集散系统结构变成了新型全分布式系统结构，把控 制功能彻底下放到现场。
➢ 软件包括：
系统用户程序软件——根据系统的工艺流程或功能及 其他要求而编写的系统级的用户应用程序。该程序一 般运行于作为主站的控制器中或计算机中。
设备接口通信软件——根据现场总线协议/规范而编写 的用于总线设备之间通过总线电缆进行通信的软件。
设备功能软件——使总线设备实现自身功能（不包括 现场总线通信部分）的软件。
现场总线是一种用于底层工业控制和测量设 备 ， 如 变 送 器 （ transducers ） 、 执 行 器 （actuators）和本地控制器（local controllers） 之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。
1.1 现场总线的概念
➢对现场总线概念的理解和解释还存在一些不同的表述。 现场总线一般是指一种用于连接现场设备，如传感器（sensors）、
现场总线技术 （工业控制网络）
教师：李娟
主讲
问题：
➢ 1. 为什么学习这门课程——现场总线（工业控制网络）？
为什么学？ 目的
➢ 2. 通过这门课程能学到什么？
学什么？
内容
➢ 3. 怎样学习这门课程？
怎样学？
方法
为什么学？
背景与目的
背景
➢ 工业控制网络——现场总线是自动化及电气工程 领域当前和今后的发展热点。
图4 FF HSE 网络架构（体系结构）
1.2.2 现场总线控制系统的体系结构
在现场总线控制系统中，总线设备主要分 为6类：
➢ 变送器／传感器（输入设 备）；
➢ 执行器（输出设备）； ➢ 控制器；
➢ 监控／监视计算机； ➢ 网桥／网关/中继器/集线器/交换机
/路由器（网络互联设备）； ➢ 其他现场总线设备（HMI）。
条形码识别器
：输入设备
智能速度控制器
图3图罗3 克罗韦克韦尔尔推推出出的的现场 现总场线总控制线系控统体 制系系结统构 ：执行器
1.2.2 现场总线控制系统的体系结 构
主机系统
以太网交换机
高速以太网
100Mbps
组态、监控
现场信息 控制信息
链接设备：核心 网桥、网关 时间发布 链路调度器
31.25kbps
组态通信软件——为计算机与总线设备进行通信，读取 总线设备参数或将总线设备配置、网络组态信息传送至 总线设备而使用的软件，如RSLinx 。
1.2.1 现场总线系统的组成
➢ 软件包括：
监控组态软件——运行于监控计算机(通常也称为上 位机)上的软件，具有实时显示现场设备运行状态参 数、故障报警信息，并进行数据记录、趋势图分析及 报表打印等功能。监控组态软件可使用户通过简单形 象的组态工作即可实现系统的监控功能。监控组态软 件亦称上位机监控组态软件，如RSView32。
般设备的现场总线通信接口。 ➢ 掌握典型现场总线系统的基本应用技术，并为进
行现场总线系统设计和现场总线分析奠定一定的 基础。
学什么？
内容
➢ 现场总线的概念、组成、特点、优点 ➢ 现场总线通信与网络基础知识 ➢ 国际标准现场总线及其它主流现场总线协议/规范 ➢ 现场总线节点设计以及现场总线系统应用技术基
本控制设备（现场设备）之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设 备（车间级设备）之间的联系；
1.1 现场总线的概念
➢对现场总线概念的不同的表述： 现场总线是连接控制系统中现场装置的双向数字通信网络；
现场总线是从控制室连结到现场设备的双向全数字通信总线；
1.1 现场总线的概念
➢对现场总线概念的不同的表述： 现场总线是用于过程自动化和制造自动化（最底层）的现场设备或现场仪表