现场总线--工业网络架构
现场总线和工业以太网
一、什么是现场总线二、现场总线的技术特点与优点三、现场总线的产生与发展趋势四、以太网与工业控制网络五、工业以太网什么是现场总线 现场总线是应用在生产现场、连接智能现场设备和自动化测量控制系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络现场总线是通信网络位于生产控制现场和网络结构的底层 现场总线是低带宽的控制网络它与上层的Internet、企业内部网Intranet相连构成企业综合自动化的通信网络平台现场总线对控制系统带来的革命 基地式仪表控制系统单元组合式模拟仪表控制系统集中式数字控制系统集散控制系统DCS、PLC基于现场总线的分散控制系统各阶段测控仪表能力指数现场总线开放标准数字DCS电动单元气动、模拟模拟按回路运行按过程运行过程优化管控一体化五十年代1960 1980 1998数字/模拟混合测控能力指数与一般通信技术的区别一般通信技术只是能实现信息的传输现场总线是一种控制系统框架一种全新的控制系统结构，即：现场总线还包括网络上的所有设备能够进行信息互访与互换总线上的设备之间能够进行互操作和系统集成现场总控制系统FCS采用开放式数字通信网络突破传统DCS中的专用通信网络结构网络集成的测量控制系统单个分散的测量控制设备变成网络节点现场总线为纽带构成共同完成任务的网络系统与控制系统实现现场测量控制设备之间的信息共享返回本章首页2.1 FCS的结构特点Multi-Controllers AOPIDAIPIDAOAI DCS FCS2.2 现场总线系统的技术特点 全数字通信多分支结构系统的开放性互可操作性和互用性现场设备的智能化与功能自治性系统结构的高度分散性对现场环境的高度适应性全数字通信抗干扰能力和鲁棒性都比较高，传输精度也得到显著提高信号的检错、纠错机制得以实现可进行多参数传输，消除了模拟信号的传输瓶颈 现场设备的测量、控制信息以及其他非控制信息如设备类型、型号、厂商信息、量程、设备运行状态等都可以通过一对导线传输到现场总线网络上的任何智能设备，如中央控制器等。
现场总线3-网络体系结构与协议
3月10日的课讲到此，物理层为传输媒介，数据链路层可以粗略地理解为数据通道。数据链路层提供数据在物理链路上的传输。媒体是长期的，连接是有生存的在连接生存期内，收发两端可以进行不等的一次或多次数据通信。每次通信都要经过建立通信联络和拆除通信联络两过程。这种建立起来的数据收发关系就叫作数据链路。而在物理媒体上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错，为了弥补物理层上的不足，为上层提供无差错的数据传输，就要能对数据进行检错和纠错。数据链路的建立、拆除，对数据的检错、纠错是数据链路层的基本任务。 交换机是第2层设备，交换机基于物理地址作出决定，把数据交换到与正确主机进行连接的端口。交换机的符号如图所示。顶部的箭头表示数据在交换机内部可以采用的独立路径。 网卡也是第2层设备。全世界的每一块网卡都有一个独一无二的代码，被称为介质访问控制（MAC）地址，也就是我们所说的物理地址，该地址用于控制主机在网络上的数据通信。网卡同样具备物理层的一些功能。
RS-232标准： 机械特性：25针D型插座 电气特性： A "Space" (logic 0) will beetween +3 and +25 Volts, A "Mark" (Logic 1) will be between -3 and -25 Volts. 功能特性：规定每条信号线的定义。 规程特性：协议，即事件发生的先后次序。
*
介质访问控制子层(上一章已介绍)
（1）带有冲突检测的载波侦听多路存取方法CSMA/CD（IEEE 802.3以太网=CSMA/CD+HDLC） （Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection） 先听再讲，三种CSMA方法: 非坚持型CSMA 1-坚持型CSMA 空闲时，立即发送数据，如冲突，等待一个随机时间， 重新监听发送。 P-坚持型CSMA （2）令牌总线Token Ring（IEEE 802.4） 这三种总线控制方法属于MAC子层。
EtherCAT 与TSN——工业以太网系统架构的最佳实践
EtherCAT与TSN——工业以太网系统架构的最佳实践作者：EtherCAT技术协会Karl Weber博士摘要：EtherCAT 是现场总线领域的主流技术，而IEEE802.1Q标准是交换机技术在办公应用的基础。
TSN为IEEE 802网络提供实时能力。
现在可以在机器层使用EtherCAT，并通过交换机连接多台机器。
复杂的机器要求内置更多的通讯设施。
将EtherCAT网段集成到一个TSN 网络中可以结合这两种技术。
这无需改变EtherCAT的从站设备。
两种技术的适配通过在EtherCAT的主站端的更新及对连接EtherCAT的交换机的适度扩展来实现。
目标自工作组建立以来，TSN就成为人们所熟知的“时间敏感网络”的缩写。
TSN TG的组合用于为IEEE 802网络提供确定性服务。
TSN技术可以应用于多种应用场合。
其设计初始是用于一个只有少数几个终端站点的、需要传输大量的视频/音频（A/V）高速数据流的系统中。
TSN通过引入“高速通道”(streaming)概念扩展了IEEE 802的best effort网络模型。
此模型提供一系列用于提升高速通道实时性的特征。
对TSN的理解TSN工作组TSN工作组设置在IEEE802.1工作组中，负责桥接网络。
“桥接”一词用于标准的规范中，但更为大众的说法是“交换”。
TSN改善了帧在IEEE 802部分网络传输中的延迟性，并且没有因堵塞产生的损失。
这意味着交换机世界的改变。
然而，这并不会改变以太网网络的基本特征，例如每节点小数据量传输时效率低下，以及灵活却耗时而复杂的转发机制。
在终端站点间用TSN的桥接传输是通过“高速通道”（stream）实现的。
IEEE802.1 标准中使用术语“talker”表示高速通道的发起者，术语“listener”表示高速通道接收者。
高速通道使用单向的数据传输，数据可以从一个talker单向传输到一个或多个listener。
为了在IEEE 802.1网络中使用高速通道，需要一个高速通道标识。
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
工业控制系统网络架构介绍.ppt
过程控制与监控网络
现场总线控制网络的上 一层是过程控制与监控网络层， 这一层包含生产管理层和过程 监控层。
企业办公网络
最上面一层是企业网络层， 即图中的企业资源层，负责公司 日常的商业计划和物流管理、工 程系统等，主要涉及企业应用资 源，如企业资源配置ERP、 生 产制造执行系统MES和办公自 动化OA等与企业运营息息相关 的系统，通常由各种功能的计算 机构成。谢谢工业控制系统网络架构介绍
通常将工业控制网络定义为以具有通信能力的传感器、 执行器、测控仪表作为网络节点、以现场总线或以太网等作 为通信介质，连接成开放式、数字化、多节点通信，从而完 成测量控制任务的网络。
工业控制系统网络架构介绍
工业控制系统网络架构介绍
工业控制系统网络架构介绍
现场总线控制网络
现场总线(第7讲)10种现场总线标准与工业以太网
详细描述
DeviceNet是一种基于网络的通信协议，通 过TCP/IP协议实现设备间的通信。它支持高 速数据传输和实时控制，能够满足各种工业 自动化应用的需求。DeviceNet具有开放性 和互操作性，被广泛应用于各种工业自动化
设备中。
Interbus-S
要点一
总结词
Interbus-S是一种基于串行总线的通信协议，具有高速、 高可靠性和高灵活性等特点。
详细描述
EtherNet/IP是一种基于以太网的通信协议，通过TCP/IP协议实现设备间的通信 。它支持高速数据传输和实时控制，能够满足各种工业自动化应用的需求。 EtherNet/IP具有开放性和互操作性，被广泛应用于各种工业自动化设备中。
CC-Link
总结词
CC-Link是一种基于现场总线的通信协议， 具有高速、高可靠性和高灵活性等特点。
些应用场景下可能略逊于现场总线。
02
可靠性与稳定性
工业以太网具有较高的可靠性和稳定性，能够保证数据传输的准确性和
稳定性。相比之下，某些现场总线标准可能在可靠性和稳定性方面存在
一定的问题。
03
互操作性
工业以太网具有较好的互操作性，能够实现不同厂商设备之间的互连互
通。而一些现场总线标准可能存在互操作性的限制，导致不同厂商设备
高带宽
相比传统的现场总线技术，工业以太网具 有更高的数据传输速率和更大的带宽，能 够满足大规模数据传输和实时性的需求。
灵活性和可扩展性
工业以太网采用星型或树型拓扑结构，易 于扩展和维护，可以灵活地适应不同的工 业应用场景。
远程通信
工业以太网支持长距离通信，可以实现设 备之间的远程连接和控制，方便了设备的 分布式部署和管理。
现场总线与工业以太网总线知识概述
现场总线与工业以太网总线知识概述1. 简介现场总线和工业以太网总线是现代工业自动化中常用的通信协议，用于实现工业设备之间的数据交换和联网。
本文将对现场总线和工业以太网总线的基本概念、特点、应用、优缺点等进行概述。
2. 现场总线概述2.1 定义现场总线是一种用于工业现场设备之间数据交换和通信的网络协议，它通过将控制和信号传输集成到一根通信线上，实现设备的多对多通信。
2.2 特点•高可靠性：现场总线具有高抗干扰性和冗余技术，能够保证数据的可靠传输。
•简化布线：现场总线使用单根通信线连接多个设备，减少布线工作量。
•实时性强：现场总线能够实现实时数据交换和控制，满足工业自动化的要求。
•易于扩展：现场总线支持设备的插拔，方便系统的扩展和维护。
2.3 应用现场总线广泛应用于工业自动化领域，用于实现工业控制系统中各个设备之间的通信和数据交换。
常见的现场总线协议有Profibus、DeviceNet、Modbus等。
3. 工业以太网总线概述3.1 定义工业以太网总线是基于以太网技术的通信协议，用于实现工业现场设备之间的高速数据交换和通信。
3.2 特点•高带宽：工业以太网总线支持高速数据传输，满足对数据通信速度要求较高的应用场景。
•灵活可靠：工业以太网总线支持灵活的拓扑结构和冗余技术，能够满足复杂工业环境中的通信需求。
•开放性强：工业以太网总线基于标准以太网协议，具备良好的兼容性和互操作性。
•易于集成：工业以太网总线可以与现有的以太网设备和IT系统进行无缝集成。
3.3 应用工业以太网总线在工业自动化领域得到广泛应用，特别是在大规模工业控制系统中。
常见的工业以太网总线协议有Ethernet/IP、Profinet、EtherCAT等。
4. 现场总线与工业以太网总线的比较4.1 网络结构现场总线采用集线器或总线控制器连接多个设备，形成总线型拓扑结构；而工业以太网总线通常采用交换机连接设备，形成星型或树型拓扑结构。
4.2 通信速度工业以太网总线的通信速度较快，可达到千兆位级别，适用于对通信速度要求较高的场景；而现场总线的通信速度较慢，一般在10M或100M的范围内。
现场总线与工业以太网CAN总线
现场总线的应用领域
1 工业自动化
现场总线广泛应用于工业 自动化领域，可以连接各 种传感器、执行器和控制 设备。
2 智能建筑
现场总线可用于实现智能 建筑系统，如自动调光、 空调控制和安防监控。
3 交通运输
现场总线在交通运输领域 中用于车辆控制、交通信 号控制和智能交通管理。
工业以太网CAN总线的定义和特点
什么是工业以太网CAN总线
工业以太网CAN总线是一种用于工业控制系统的 高速通信协议，具有分布式控制和实时性的特 点。
特点
工业以太网CAN总线具有高可靠性、抗干扰性强、 支持多主控制的特点，适用于复杂的工业环境。
工业以太网CAN总线的应用领域
1 汽车制造
工业以太网CAN总线广泛应用于汽车制造领域，用于车辆控制和数据通信。
现场总线
优势：实时性好、可扩展性强 劣势：系统复杂、通信速率较低
工业以太网CAN总线
优势：通信速率高、可靠性强 劣势：系统复杂性较低
结论和总结
现场总线和工业以太网CAN总线都是用于工业自动化领域的通信协议，根据实 际需求选择合适的协议对于构建可靠的控制系统至关重要。
现场总线与工业以太网 CAN总线
现场总线和工业以太网CAN总线是工业领域中常见的通信协议。本次演讲将深 入探讨它们的定义、特点、应用领域以及比较优劣。
现场总线的定义和特点
什么是现场总线
现场总线是一种用于工业自动化中的数字通信协议，允许多个设备共享同一通信线路。
特点
现场总线具有实时性好、可扩展性强、可靠性高的特点，能够支持复杂的工业控制系统。
2 工业自动化
工业以太网CAN总线可用于工业自动化系统的设备连接和实时通信。
3 能源监控
现场总线与工业以太网
现场总线与工业以太网现代工业领域的通信技术在不断发展，为了满足工业自动化的需要，现场总线和工业以太网成为了两种主流的通信技术。
本文将从介绍两者的定义、特点、应用领域等方面进行论述，以帮助读者更好地理解现场总线和工业以太网的区别与联系。
一、现场总线的定义现场总线，顾名思义，是指在工业现场中用于连接各种现场设备和传感器的通信技术。
它采用串行通信方式，将各个设备连接到统一的总线上，使得各个设备可以进行数据的交互和通信。
现场总线常见的标准有Profibus、Modbus、CAN等。
二、现场总线的特点1. 高可靠性：现场总线采用多级冗余和容错技术，能够提供稳定可靠的通信环境，抵抗电磁干扰和噪声的干扰。
2. 实时性强：现场总线通信速率快，能够满足对实时性要求较高的工业自动化应用。
3. 灵活性高：现场总线支持多种拓扑结构，可根据现场设备的不同需求进行灵活搭配，具有良好的扩展性和可调整性。
4. 成本相对较低：现场总线技术成熟，设备价格相对较低，适用于中小型工业系统。
三、现场总线的应用领域现场总线广泛应用于工业自动化控制系统、传感器和执行器的连接以及数据采集等领域。
例如，在工厂生产线上，通过现场总线可以实现对各个设备的监控和控制，提高生产效率和质量。
四、工业以太网的定义工业以太网是指将以太网技术应用于工业自动化领域的通信网络。
它基于以太网标准，通过对物理层接口和网络协议的改进，使得以太网能够适应工业环境的要求，提供可靠的通信服务。
五、工业以太网的特点1. 高带宽：工业以太网支持高速数据传输，能够满足工业自动化中对大数据量的实时传输需求。
2. 网络结构灵活：工业以太网具有良好的可扩展性和灵活性，支持各种网络拓扑结构，满足不同工业场景的需求。
3. 兼容性强：工业以太网基于以太网标准，与传统以太网兼容，可以与企业内部的办公以太网进行连接。
4. 安全性高：工业以太网提供各种安全机制和协议，保护工业控制系统的安全和隐私。
六、工业以太网的应用领域工业以太网被广泛应用于诸如工厂自动化、能源管理、交通运输、智能建筑等领域。
什么是现场总线,什么是工业以太网
在工作中，很多新人问我究竟什么是现场总线，什么是工业以太网，对于刚入行的新人来说是比较难理解，我这里尽量采用通俗的讲法给大家解释一下现场总线和工业以太网。
现场总线技术是20世纪80年代中期在国际上发展起俩的一种工业控制技术。
通俗地讲，现场总线就是用在现场的总线技术，和计算机内部的总线概念一样，但是由于现场的特殊环境（如温度，安装条件，干扰等等），不同余计算机通常用于室内，为了区别，所以我们把这种总线称为现场总线。
做过PLC的人都知道，如果现场有100个I/0点，我们就需从PLC柜引超过100根的电线到现场，如果是1000个呢？？所以有人就想，能不能把这些所有的点用一根电缆都连接起来呢？不错，现场总线就实现了这种功能。
它及大方便了布线。
还有一点，现场总线把原先PLC要实现的功能分散到了现场设备/仪表。
还有一点很重要：现场总线采用的数字传输。
数字化是各行各业普遍的趋势。
我们的电视现在都数字化了。
工业控制也要数字化！！数字传输比较模拟量传输就很大的优势！世界就是这么奇怪，当人类自以为聪明，把问题复杂话的时候惊奇的发现0和1才是世界的本质。
现场总线技术实际上是次采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号和连接方式，它依次实现了控制层和现场总线设别之间的数据传输，同时保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。
一般的现场总线具有以下几个特点：1、布线简单2、开放性3、实时性4、可靠性对于上面几个概念应该都比较好理解，深入的了解，大家可以参考相关资料。
工业以太网，所谓工业以太网通俗地讲就是应用于工业的以太网。
以太网是目前计算机局域网最常见的通信协议标准，但它是为办公自动化的应用而设计的，并没有考虑到工业现场环境的需求，比如高温、低温、防尘等，所以以太网不能直接应用于环境恶劣的工业现场。
所以工业以太网就随之产生了。
还有一个问题，很多人常问：为什么有那么多的现场总线协议，那么多的工业以太网协议呢？工业网络的发展经历了20多年，由于对未来的自动化控制的战略意义重大，市场潜力巨大，国际上著名的自动化设备制造商都千方百计地研发有自己特色的工业网络，各种现场总线和工业以太网相继产生。
工业物联网中的现场总线技术选型与网络布局研究
工业物联网中的现场总线技术选型与网络布局研究现场总线技术作为工业物联网中的重要组成部分，其选型与网络布局对于实现系统的高效运行和可靠性至关重要。
本文将围绕工业物联网的现场总线技术选型和网络布局进行深入研究，分析其特点、应用场景以及优势与不足，并提出合理的选型和布局建议，以满足工业物联网系统的需求。
一、现场总线技术的特点和应用场景现场总线技术是在工业控制领域中应用最为广泛的通信技术之一，其在工业设备连接和数据传输方面具有以下特点：1. 实时性：现场总线技术能够提供快速的数据传输，实现对设备状态的实时监测和控制。
2. 高可靠性：现场总线技术采用分布式体系结构，即使在部分节点故障的情况下，仍能保证系统的稳定运行。
3. 灵活性：现场总线技术可以根据实际需求进行配置和扩展，方便工业物联网系统的快速部署和维护。
根据不同的应用场景和需求，可以选用不同的现场总线技术。
例如，PROFIBUS、ETHERCAT和CAN等总线技术在工业自动化控制领域广泛应用，而Modbus、DeviceNet等总线技术则更适用于一般工业设备的联网。
二、现场总线网络布局的研究要点1. 网络规模和拓扑：根据工业物联网系统的规模和布局，确定网络的总线长度和分布拓扑。
大规模系统可采用主-从结构的拓扑布局，以提高网络的稳定性和可靠性。
2. 网络带宽和延迟：根据系统数据量和实时性要求，选择适当的总线带宽和延迟控制。
高实时性的应用需要较大的带宽和低延迟。
3. 节点数量和布局：根据系统的设备数量和布局，合理确定总线节点的数量和位置。
节点之间的间距应满足信号传输的要求，同时考虑减少总线长度和降低通信成本。
4. 安全性和可靠性：加强总线网络的安全保护措施，例如采用加密传输、身份验证等技术，防止数据泄漏和网络攻击。
同时，通过冗余设计和备份节点，提高系统的可靠性和容错能力。
5. 网络管理和维护：建立完善的网络管理系统，实时监测总线节点的工作状态，及时发现和处理异常情况，提高系统的可维护性和可管理性。
现场总线与工业以太网融合的技术路径
现场总线与工业以太网融合的技术路径现场总线与工业以太网融合的技术路径随着工业自动化和智能制造的快速发展，现场总线与工业以太网的融合成为了实现工业4.0的关键技术之一。
现场总线技术以其简单、可靠、成本效益高的特点，在工业自动化领域得到了广泛应用。
而工业以太网则以其高速、大容量、易于扩展的优势，在现代工业通信中扮演着越来越重要的角色。
本文将探讨现场总线与工业以太网融合的技术路径，分析其发展趋势和实现策略。
一、现场总线与工业以太网概述现场总线是一种用于工业自动化领域的数字通信网络，它连接了现场设备与控制系统，实现了设备之间的数据交换和控制命令的传输。
现场总线技术具有实时性、可靠性和抗干扰性强的特点，能够满足工业现场复杂环境的要求。
工业以太网则是基于传统以太网技术发展起来的，专门用于工业环境的网络通信技术。
它继承了以太网的高速、大容量、易于扩展等优点，同时针对工业环境的恶劣条件进行了优化，如增强了抗电磁干扰能力、提高了设备的稳定性和可靠性。
二、融合技术的必要性与挑战随着工业自动化水平的不断提升，对现场通信网络的要求也越来越高。
现场总线虽然在实时性和可靠性方面表现优异，但其数据传输速率相对较低，难以满足日益增长的数据传输需求。
而工业以太网虽然传输速率高，但在实时性和可靠性方面尚需进一步提升。
因此，将两者的优势结合起来，实现现场总线与工业以太网的融合，成为了满足现代工业自动化需求的有效途径。
然而，融合技术的发展面临着诸多挑战。
首先是技术兼容性问题，不同的现场总线和工业以太网标准之间存在差异，需要通过技术手段实现互联互通。
其次是性能优化问题，如何在保证实时性和可靠性的同时，提高数据传输速率和网络容量，是融合技术需要解决的关键问题。
此外，还有成本控制问题，融合技术的研发和部署需要考虑成本效益，以确保其在工业领域的广泛应用。
三、融合技术的关键技术实现现场总线与工业以太网的融合，需要依赖一系列关键技术。
这些技术包括但不限于：1. 协议转换技术：通过协议转换器，将现场总线的数据包转换为工业以太网的数据包，或者反之，实现不同网络之间的数据交换。
现场总线--工业网络架构
三、工业现场总线
网络大小 最多64个节点 可选的端 — 端网络长度随网络传输速度变化
波特率 距离
网络长度
125kbp
250kbp 500kbp
500m(1，640ft)
250m(820ft) 100m(328ft)
数据包 总线拓扑结构 总线寻址
0-8字节 线性（干线/支线）；电源和信号在同一网络电缆中 带多点传送（一对多）的点对点；多主站和主/从； 轮询或状态改变（基于例外）
三、工业现场总线
节省硬件和安装费用 减少硬件成份 (I/O, 终端块、隔离栅) 更容易、更快捷和低成本的安装
节省工程费用 更容易组态(对所有设备只需一套工具) 更容易保养和维修 更容易和更快捷的系统起动
更大的制造灵活性 改进功能，减少故障时间 准确、可靠的诊断数据 可靠的数字传输技术
PROFIBUS 给客户的好处
Modicon
Allen-Bradley Omron
Quantum
SLC 5/0x, PLC 5 (by SS Technologies) C200H, C200M
三、工业现场总线
三、工业现场总线
DeviceNet和 ODVA
20世纪90年代中期发展起来的一种基于CAN技术的开放型、 符合全球工业标准的低成本、高性能的通信网络。 DeviceNt最初由Allen Bradley公司设计，开放式 DeviceNet 供应商组织（ODVA）拥有和管理 DeviceNet 商标和规范。
在美国、日本应用最广。
400多个成员公司提供相关产品 网址:
三、工业现场总线
DeviceNet 概述
DeviceNet是连接工业现场装置到网络的实时 装置级结构，它有效地减少了昂贵的硬接线
工业数据通信和控制网络(现场总线)
控制器 到 阀门
阀门 到 控制器
发布者/订阅者
在变送器中执行PID 2 CD VCR’s
2
1
PID 在变送器中
现场总线的网络结构
现场总线的星形网络结构
现场总线的网络结构特点
Ethernet/Highway Filedbus
IPC、PLC……
Controller/Getway
I/O子系统
Filedbus
……
……
DCS实际上是“半分散”、“半数字”的系统
FCS采用的是一个完全分散的控制方式
现场总线的技术特征
• 将分支连接至主干线 • 1个接线盒支持2/4/8/10和12 台设备 • 短路保护带故障指示 • 可选，内置/可拨码终端器 • 可插拔的分支接线接口 • 全球危险区域认证 • 密封式结构可以抵御环境影响 • 内置T型连接结构
其它现场接线器
预制接线盒及预制电缆 可插拔式现场设备接口
基金会现场总线的链路层
现场总线设备的分类 —— 共分为3类
1. 链路主设备：有能力成为LAS的设备； 2. 网 桥：两个总线（网）段之间的连接设备，网桥属于链路主设备； 3. 基本设备： 不具备LAS能力，只能接受令牌做出响应（所有网络设备都具备这 种能力）。
测控回路中受调度通信的实质
连接不同现场设备内的功能块。一个功能块输出为“参数发 布者”，其他功能块作为“订阅者”。LAS利用网络调度表周 期性地传送控制数据。
IEC61158现场总线标准
IEC 61158
Type1：IEC 61158技术报告★ Type2：ControlNet
※IEC 61158国际标准只是一种模 式，8种类型都是平等的 ※各组织按照IEC技术报告Type1的 框架组织各自的行规，但不改变 各组织专有的行规（Profile） 。 ※IEC标准的其中Type2～Type8需 要对Type1提供接口，而标准本 身不要求Type2～Type8提供接口， 用户在应用各类型时仍可使用各 自的行规，其目的就是为了保护 各自的利益。
现场总线CANopen与工业以太网总线知识概述
报告人：商承超
现场总线
定义
现场总线（FieldBus）是应用在生产现场、在智能化测量 控制设备之间实现双向串行多节点数字通讯的系统，也 被成为开放式、数字化、多点通讯的底层控制网络。
传统总线控制系统
2019/2/3
现场总线控制系统
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
对象字典示例
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
CANopen通讯
CANopen通讯模型定义了4种报文（通讯对象）： 网络管理报文（NMT） 服务数据对象SDO(Service Data Object） 过程数据对象PDO（ProcessData Object） 预定义报文或者特殊功能对象
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网EtherCAT
NMT主机命令
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
NMT服务
2019/2/3
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
MNT节点保护（NMT Node Guarding）
通过节点保护服务，MNT主节点可以检查每个节点的 当前状态 NMT-Slave节点发送如下报文应答
现场总线CANopen与工业以太网总线EtherCAT
服务数据对象SDO(Service Data Object)
通过使用索引和子索引（在CAN报文的前几个字节），SDO使客 户机能够访问设备（服务器）对象字典中的项（对象） SDO允许传送任何长度的数据（当数据超过4个字节时分拆成几 个报文） 协议是确认服务类型：为每个消息生成一个应答（一个SDO需要 两个ID）,SDO请求和应答报 文总是包含8个字节（没有意义的数据长度在第一个字节中表示 ，第一个字节携带协议信息）。SDO通讯有较多的协议规定。
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有广泛的产品: PLC, PC, I/O, 驱动器, 阀, 编码器等
允许周期性和非周期性的数据传输 单主和多主网络 每个站的输入和输出数据最多可达 244 字节
典型的PROFIBUS-DP 系统
主站 • 一个 PLC/PC 作为中央控制器
• 各种外围设备：I/O、 驱动器、阀、HMI
一、工业网络概述
工业网络架构分类：
Profibus DeviceNet CC-link Interbus Fieldbus CANopen Modbus AS-i
工业现场总线协议
二、工业以太网
1、网络：
共享信息、资源及介质而物理连接在一起的 一组设备。
二、工业以太网
2、工业以太网：
工业以太网是一种符合IEEE802.3（以太网） 和802.11（无线局域网）标准的高性能的局域网 络。 通过工业以太网，用户能建立高性能宽范围 通讯网络。
有中继器距离可延长到 10 公里
三、工业现场总线
PROFIBUS 波特率的设置
高速——优点是系统响应速度快；缺点是出错率较高；系 统稳定性较差。 低速——缺点是系统响应速度慢；优点是出错率较低；系统 稳定性较高。
三、工业现场总线
PROFIBUS 电缆长度与波特率的关系 （对 RS 485）
波特率（ kBit/s） 线长（m, A类电缆）
软件组成：系统软件、上位组态软件、应用软件。
一、工业网络概述
2.控制层
控制层是整个控制系统的核心，在整个控制系统中起着 “承上启下”的作用。它接受现场发来的数据信息，经过 CPU的运算与处理后，发出相应的指令对现场设备进行控 制。并把经处理的数据信息上传至上位机。 主要硬件组成：PLC及其网络主站模块、工业以太网模块。 软件组成：PLC编程软件、应用软件。
• 抗干扰性能更强，系统可靠性能更高。
DeviceNet 网络举例: 节点
+++-
TURCK
1 0 bus sto 0 p 1
BUS DEPOT
Turck busstop 模块
智能T型头和模块
端子式I/O子站
三、工业现场总线
PLC 主站-- DeviceNet
·Allen-Bradley SLC 5/0x, PLC 5, Controllogix
在美国、日本应用最广。
400多个成员公司提供相关产品 网址:
三、工业现场总线
DeviceNet 概述
DeviceNet是连接工业现场装置到网络的实时 装置级结构，它有效地减少了昂贵的硬接线
限位开关/接近开关和光电开关/各种阀门 /电机启动器/过程传感器/柱状码读取器 变频驱动器/面板显示和操作员接口
Modicon
Allen-Bradley Omron
Quantum
SLC 5/0x, PLC 5 (by SS Technologies) C200H, C200M
三、工业现场总线
三、工业现场总线
DeviceNet和 ODVA
20世纪90年代中期发展起来的一种基于CAN技术的开放型、 符合全球工业标准的低成本、高性能的通信网络。 DeviceNt最初由Allen Bradley公司设计，开放式 DeviceNet 供应商组织（ODVA）拥有和管理 DeviceNet 商标和规范。
网络接口卡(PCI插卡，PCMCIA插卡，NOE,ETY)
网络卡驱动程序 (PLC内置于CPU/网卡)
网络线缆
网络协议 网络标准
二、工业以太网
5、基本结构形式
主 / 从 (Master/Slave)
主站集中管理、处理信息，轮询各子站
对等 (Peer to Peer)
分布式结构，各站独立处理信息，如TCP/IP Modbus
9.6 1200
19.2 1200
93.75 1200
187.5 1000
500 400
1500 200
12000 100
长度可以用中继器来延长
三、工业现场总线
PROFIBUS-DP 的特点:
代替 PLC/PC 与 I/O 之间昂贵的电线 快速，传输 1 千字节的输入数据和 1千字节的输出数据所需时间<2 ms 强有力的工具，减少组态和维护费用 被所有主要的 PLC 制造商支持
系统的安全、可靠性好，减少设备停机时间 系统维护、设备更换和系统扩充方便 用户对系统配置、设备选型有最大的自主权 完善了企业信息系统，实现企业综合自动化基础
三、工业现场总线
Profibus-DP
三、工业现场总线
PROFIBUS现场总线是世界上应用最广泛的
现场总线技术，主要包括最高波特率可达12M的高 速总线PROFIBUS－DP（H2）和用于过程控制的本 安型低速总线PROFIBUS-PA（ H1）。
三、工业现场总线
节省硬件和安装费用 减少硬件成份 (I/O, 终端块、隔离栅) 更容易、更快捷和低成本的安装
节省工程费用 更容易组态(对所有设备只需一套工具) 更容易保养和维修 更容易和更快捷的系统起动
更大的制造灵活性 改进功能，减少故障时间 准确、可靠的诊断数据 可靠的数字传输技术
PROFIBUS 给客户的好处
双绞线
光纤
无线
二、工业以太网
8、基本的物理拓扑形式
总线式
星型
环型
自由拓扑
三、工业现场总线
1、概念
现场总线是连接智能现场设备和自动化系统 的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络， 它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的 全数字通讯。
三、工业现场总线
2、主要特征
采用数字式通讯方式取代设备级的4-20mA(模 拟量)24VDC(开关量)信号，使用一根电缆取代所 有现场设备。 传统方式：现场级设备与控制器之间连接采 用一对一所谓I/O接线方式，传递4-20mA(模拟
系统特性
支持设备的热插拔，无需网络断电
三、工业现场总线
DeviceNet 特点
• 基于CAN技术，支持多种通讯方式，通讯灵活、功能强大。
• 网络维护更加简单。 DeviceNet通讯主单元，具有的液晶 显示窗，可以实时显示网络运行状态，通讯故障时，可以 显示出故障节点号和故障类型。 • 系统配置灵活方便。 DeviceNet网络管理软件中的在线建 立功能可自动配置系统，无需手动配置。
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三、工业现场总线
PROFIBUS技术参数：
传输特点----高速 RS 485
9 针, D 型插头
双绞屏蔽电缆 每段 32 个站，最多允许 127 个站
波特率：从 9.6 kBit/s 到 12 MBit/s，可选
距离：12 MBit/s = 100 m; 1.5 MBit/s = 200m; < 187.5 kBit/s = 1000 m
三、工业现场总线
网络大小 最多64个节点 可选的端 — 端网络长度随网络传输速度变化
波特率 距离
网络长度
125kbp
250kbp 500kbp
500m(1，640ft)
250m(820ft) 100m(328ft)
数据包 总线拓扑结构 总线寻址
0-8字节 线性（干线/支线）；电源和信号在同一网络电缆中 带多点传送（一对多）的点对点；多主站和主/从； 轮询或状态改变（基于例外）
控制系统分为三个层次：
控制层
1. 2. 3.
监控层 控制层
设备层
设备层
一、工业网络概述
1.监控层
主要功能：实时监测受控设备的运行状况，组态PLC上传 信息，并显示组态画面，同时对PLC进行程序的编制、更 改等任务。 网络形式：工业以太网。 主要硬件组成：工业控制计算机
车间Ethernet
RS 485 up to 12 MBit/s
从站
从站
从站
从站
三、工业现场总线
PLC 主站--PROFIBUS-DP
超过70 种PLC 接口可以连接PROFIBUS-DP：
Siemens
GE Fanuc Mitsubishi
Simatic 300, 400(-2DP)
90/30 (by Horner) 90/70 A系列和Q系列(AJ71PB92D,QJ71PB92D)
一、工业网络概述
3.设备层
设备层在控制系统的底层，是整个控制系统的关键环节， 主要远程IO模块、变频及伺服控制器、打印机、现场执行 机构（如电动机、电磁阀等）等，通过现场总线与控制层 中的PLC相联系，将输入信号发送给PLC，将PLC输出指令 发送到现场设备。
网络形式：现场总线Profibus-DP、直接点对点联接。
量)24VDC(开关量)信号。
三、工业现场总线
3、工业现场总线的优势（一）：
自动诊断、显示故障位置
诊断包括总线节点的通讯故障、电源故障，以及现场装 置和连接件的断路、短路故障
采用数字信号通讯，有效提高系统的测量和控制 精度 系统调试更加灵活方便
可以根据需要，将系统分为几个部分分别进行调试。在 进行复杂故障的排除中也可以采用同样的方法。
三、工业现场总线
3、工业现场总线的优势（二）：
主控器可以获取更多的设备信息，更好的满足控 制系统信息集成的要求 可靠的数据传输，快速的数据响应，强大的抗干 扰能力
许多总线节点具有IP67的防护等级，具有防水、 防尘、抗振动的特性。
三、工业现场总线
4、给用户带来的好处
节省硬件成本
设计、组态、安装、调试简便
三、工业现场总线
100%
22%
27%
50%
PROFIBUS 减少40% 的安装费用 57% 12% 22%