机电一体化系统设计第四章 现场总线
机电一体化系统设计课件(第4章)
• 机电一体化系统概述 • 机电一体化系统设计基础 • 机电一体化系统硬件设计 • 机电一体化系统软件设计
01 机电一体化系统概述
机电一体化的定义与特点
总结词
机电一体化的定义、特点
详细描述
机电一体化是将机械技术、电子技术、计算机技术等有机地结合在一起，实现 机械装置的高效、精确、自动化控制的一门技术。其主要特点包括系统化、模 块化、智能化、微型化等。
详细设计
对各组成部分进行详细设计， 包括机械结构、控制系统、传 感器等。
试制与测试
根据优化后的设计，试制样机 并进行各种工况下的测试，确 保满足设计要求。
机电一体化系统设计的关键技术
机械与控制系统集成设计
如何实现机械结构与控制系统的有效 集成，是机电一体化设计的关键。
传感器技术
传感器是实现系统感知外界信息的重 要元件，其性能直接影响系统的控制 精度和稳定性。
伺服驱动系统设计实例
通过实例讲解伺服驱动系统设计的具体方法和步骤。
04 机电一体化系统软件设计
嵌入式系统软件设计
1 2 3
嵌入式系统软件概述
嵌入式系统软件是指嵌入到硬件中，用于实现特 定功能的软件。它通常具有实时性、可靠性和专 用性的特点。
嵌入式系统软件开发流程
包括需求分析、设计、编码、测试和部署等阶段 。在开发过程中，需要考虑到硬件资源的限制和 实时性的要求。
详细介绍常用机械零件， 如轴、轴承、联轴器、齿 轮等的设计计算和选用原 则。
机械结构布局设计
探讨机械结构布局的基本 原则和优化方法，以及提 高机械系统性能的措施。
控制系统设计
控制系统概述
介绍控制系统的基本组成 和工作原理。
《现场总线控制系统》课件
智能建筑环境监控系统
总结词
智能建筑环境监控系统是利用现场总线 技术实现对建筑内部环境参数的实时监 测和控制的系统，以提高建筑能源利用 效率和居住舒适度。
VS
详细描述
在智能建筑环境监控系统中，现场总线技 术被用于连接各类传感器和执行器，实现 环境参数的实时监测和控制。通过现场总 线控制系统，可以实现对建筑内的温度、 湿度、光照、空气质量等参数的自动调节 ，提高居住舒适度和建筑能源利用效率。
系统安全与隐私保护问题
总结词
随着现场总线控制系统的广泛应用，系统的 安全和隐私保护问题将越来越重要。
详细描述
现场总线控制系统涉及到大量的工业数据和 敏感信息，因此系统的安全性和隐私保护能 力至关重要。未来需要加强系统的安全防护 ，采用更加先进的数据加密、身份验证等技
术，确保系统的安全稳定运行。
标准化与互操作性问题
THANKS
02
现场总线控制系统的组成
现场总线设备
传感器和执行器
用于采集和执行控制动作，是系统的基本单元。
网关和路由器
用于连接不同总线类型，实现数据转换和路由。
控制系统
基于现场总线技术的控制系统，如PLC、DCS等。
通信协议
协议标准
如PROFIBUS、Modbus等，定义了通信规 则、数据格式和传输方式。
06
现场总线控制系统的未来发
展与挑战
新技术与新标准的出现
总结词
随着科技的不断进步，现场总线控制系统将迎来更多新的技 术和标准。
详细描述
随着物联网、人工智能等技术的快速发展，现场总线控制系 统将与这些技术深度融合，形成更加智能、高效的控制系统 。同时，新的标准也将不断涌现，为系统的发展提供更加规 范和完善的指导。
现场总线——精选推荐
现场总线第四章现场总线概述⼀、现场总线的定义按照国际电⼯委员会IEC61158标准的解释, 现场总线是应⽤在制造或过程区域现场装置与控制室内⾃动控制装置之间的数字式、串⾏、多点通信的数据总线.它也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制⽹络.⼆、现场总线控制系统的定义以现场总线为技术核⼼的⼯业控制系统,称为现场总线控制系统.简称FCS(Fieldbus Control System). 他把单个分散的过程控制设备变成智能控制节点(将微处理机嵌⼊到传统的过程控制仪表中,使之具备了数字处理和数字通信能⼒).采⽤简单连法的双绞线作为传输介质,把多个过程控制仪表连结成⽹络结构,使多个现场控制设备、现场智能仪表与过程监控计算机之间,实现数据传输与数据交换,形成各种适合实际需要的分布式⾃动控制系统.三、现场总线控制系统的由来20世纪50年代以前的⽓动控制仪表成为第⼀代控制仪表，到60年代的4-20mA 电动单元组合仪表为第⼆代仪表，到60年代-70年代中期，出现了DDC 系统，称为第三代控制系统，到70年代中期，出现了DCS,称为第四代控制系统，由于DCS 各⽣产⼚商⾃成系统，许多软硬件产品不能互换，⽽且通信协议也各不相同，难以实现互换与互操作，组成⼤范围信息共享的⽹络系统，存在很多困难。
到了1982年欧洲⾸先提出现场总线的概念，随后于1984年美国仪表协会开始着⼿制订现场总线标准。
到1995年成⽴了国际性的组织，现场总线基⾦会，简称FF(Fieldbus Foundation)，并于2000年正式通过了7种现场总线国际标准，既IEC61158.四、现场总线标准现场总线标准是要求各个制造商和系统集成商共同遵守的⼀种通信协议技术标准。
2002年IEC61158共公布8种标准。
1、基⾦会现场总线 FFFF 的主要技术内容，主要包括FF 通信、⽤于完成OSI （开放式系统互连参考模型）的通信栈，⽤于描述设备特性的描述语⾔，设备描述字典，⽤于实现测量、控制、⼯程量转换的应⽤功能块，实现系统组合管理功能的系统软件以及构筑集成⾃动化系统，⽹络系统的系统集成技术。
现场总线章节解-PPT精选文档107页
监控系统与现场总线
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
CUMT
2.现场总线的由来
监控系统与现场总线
集 散 控 制 系 统 DCS （ distributed control system）
第三个是应用处理器，执行操作系统服务与用户代码。芯片中 还具有存储信息缓冲区，以实现CPU之间的信息传递，并作为 网络缓冲区和应用缓冲区。
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监控系统与现场总线
(3) PROFIBUS
PROFIBUS是德国国家标准DINl9245和欧洲标准EN50170的现场 总线标准。
由 PROFIBUS-FMS ， PROFIBUS-DP ， PROFIBUS-PA 组 成 了 PROFIBUS系列。
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CUMT
监控系统与现场总线
它规定了一系列命令，按命令方式工作。它有三类命令：
第一类称为通用命令，这是所有设备都理解、执行的命令； 第二类称为一般行为命令，所提供的功能可以在许多现场设备(
尽管不是全部)中实现，这类命令包括最常用的现场设备的功能 库； 第三类称为特殊设备命令，以便在某些设备中实现特殊功能， 这类命令既可以在基金会中开放使用，又可以为开发此命令的 公司所独有。 在一个现场设备中通常可发现同时存在这三类命令。
监控系统与现场总线
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CUMT
监控系统与现场总线
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监控系统与现场总线
伴随着控制系统结构与测控仪表的更新换代，系统的功能、 性能也在不断完善与发展，图4-1为各阶段测控仪表能力指数 示意图。
第四章 现场总线控制系统(FCS)
第四章现场总线控制系统（FCS）第一节现场总线控制系统基础现场总线控制系统(FCS)是基于现场总线技术的计算机控制系统，它是集计算机技术、网络技术和控制技术为一体的先进的计算机控制系统。
是一种全分散、全数字、全开放的控制系统。
它适用于工业过程控制、制造业及楼宇自动化等领域，将逐渐成为计算机控制系统的主流形式。
一、现场总线控制系统的特点根据IEC标准和现场总线基金会的定义，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。
现场总线控制系统是在现场总线的基础上发展起来的，它所带来的改进首先体现在现场通信网络方面，其次在结构、装置、功能等方面也有优势。
概括地说，它具有以下技术特点：(1)FCS采用的现场总线是一个全数字化的现场通信网络。
现场总线是用于过程控制系统和制造自动化系统中现场设备或现场仪表间互连的数字化通信网络，其传输抗干扰性强，测量精度高，大大提高了控制系统的性能。
(2)FCS的现场总线网络是开放式互连网络。
用户可以自由集成不同制造商的通信网络，通过网络将不同厂商生产的现场设备和功能块设备有机地融合为一体，构成统一的现场总线控制系统。
(3)FCS的所有现场设备直接通过一对传输线(现场总线)互连。
一对传输线互连多台现场设备，双向传输数据信息，大大减少连线数量，从而降低安装费用，更易于维护，并提高了可靠性。
(4)FCS普遍采用智能仪表，增强了系统的自治性，系统控制功能更加分散。
智能化的现场设备具有更加完善的功能，包括部分控制功能，从而将较简单的控制任务改由现场设备完成，使现场设备既有检测、变换功能，又有运算和控制功能，一机多用。
这样既节约了成本，又使控制更加安全和可靠。
FCS废除了DCS的I／O单元和控制站，把DCS控制站的功能块分散到现场设备，实现了彻底的分散控制。
二、FCS与DCS的分析比较FCS系统利用现场总线技术，针对现存的DCS的某些不足，改进控制系统的结构，提高了性能和通用性。
自动化控制系统现场总线的设计及实现
目录中文摘要 ......................................................................... 错误！未定义书签。
英文摘要 (Ⅱ)1 绪论.................................................................................. 错误！未定义书签。
2 正文 (2)2.1 背景和意义 (2)2.2方案论证 (4)2.3方案设计 (6)2.4硬件设计 (8)2.5软件设计................................................................. 错误！未定义书签。
52.6问题及分析 (20)致谢 (23)参考文献 (25)附录 (26)1 绪论现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网络也称现场网络。
也就是将传感器、各种操作终端和控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行特化的网络。
原来这些机器间的主体配线是ON/OFF、接点信号和模拟信号通过通讯的数字化使时间分割、多重化、多点化成为可能从而实现高性能化、高可靠化、保养简便化、节省配线配线的共享。
是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。
主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。
一般把现场总线系统称为第五代控制系统也称作FCS——现场总线控制系统。
人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代把420mA等电动模拟信号控制系统称为第二代把数字计算机集中式控制系统称为第三代而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。
现场总线控制系统FCS 作为新一代控制系统一方面突破了DCS系统采用通信专用网络的局限采用了基于公开化、标准化的解决方案克服了封闭系统所造成的缺陷另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构变成了新型全分布式结构把控制功能彻底下放到现场。
现场总线知识点总结(打印版)
1.集散控制系统是以微型计算机为基础的分散性综合控制系统。
集散控制系统的实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种新型控制技术。
它是计算机技术、通信技术、控制技术和CRT显示技术（简称4c技术）相互渗透发展的产物。
采用危险分散、控制分散，而操作和管理集中的基本设计思想，以分层、分级和合作自治的结构形式，适应现代工业的生产和管理要求。
2.集散控制系统由集中管理部分、分散啊控制检测部分和通信部分组成。
集中管理部分可分为运行员操作站、工程师工作站和管理计算机；分散控制监测部分按功能可分为控制站、监测站；通信部分用于完成控制指令及各种信息的传递和数据资源的共享。
集散控制系统按照自下而上的功能可分为四层：现场控制级、过程装置控制级、车间操作管理级和调度管理级。
3.集散控制系统组态功能包括硬件组态和软件组态。
4.CRT操作方式的特点：信息量大、显示方式多样化、操作方便容易、透明度提高。
5.组态操作包括系统组态、控制组态、画面组态和操作组态。
6.过程画面组态主要由静态画面、动态画面及画面合成等内容组成。
7.集散控制系统的显示画面可分为四层：区域显示、单元显示、组显示、细目显示。
8.集散控制系统的显示画面分为：概貌显示画面、过程显示画面、仪表面板显示画面、趋势显示画面、报警显示画面、系统显示画面。
9.数据信息：具有一定编码、格式和字长的数字信息。
10.传输速率：指信道在单位时间内传输的信息量。
11.传输方式：①单工方式：信息只能沿单方向传输的通信方式②半双工方式：信息可沿着两个方向上传输，但在某一时刻只能沿一个方向传输的通信方式③全双工方式：信息可以同时沿着两个方向传输的通信方式。
有基带传输、载带传输和宽带传输。
12.异步传输：信息以字符为单位进行传输，每个信息字符都具有自己的起始位和停止位，一个字符中的各个位是同步的，但字符与字符之间的时间间隔是不确定的；同步传输：信息不是以字符而是以数据块为单位进行传输的。
《现场总线控制系统》课件
结论
1 现场总线控制系统是未来工业化发展的趋势，具有广阔的应用前景。 2 它在工业控制、农业自动化和环境监测等领域发挥着重要作用。
特点
现场总线控制系统具有实时性好、稳定性高、故障诊断方便等特点，可实现高效的工业控制。
应用领域
现场总线控制系统广泛应用于工业控制、农业自动化和环境监测等领域，推动着工业化的发 展。
现场总线控制系统的体系结构
总线结构
现场总线控制系统 通过总线结构将控 制器和仪器设备连 接在一起，实现数 据交互和控制指令 下达。
数据传输
2
集仪器设备的数据，包括温度、压力 等。
采集到的数据通过总线结构传输到控
制器，确保数据的实时性和准确性。
3
控制指令下达
控制器根据采集到的数据进行逻辑判
断，并下达相应的控制指令，控制仪
故障处理
4
器设备的运行。
现场总线控制系统能够及时诊断和处 理发生的故障，确保系统稳定运行。
现场总线控制系统的优势和不足
现场总线控制系统在未来的发展
1 无线化
2 分布式控制
随着无线通信技术的发 展，现场总线控制系统 将向无线化方向发展， 提高灵活性和可扩展性。
分布式控制是现场总线 控制系统未来的趋势， 将更多的控制功能分散 到仪器设备中。
3 大数据分析
现场总线控制系统将借 助大数据技术，对大量 的数据进行分析和处理， 提供更智能化的控制策 略。
《现场总线控制系统》 PPT课件
现场总线控制系统是未来工业化发展的趋势，它是一种用于自动化控制和数 据传输的先进技术。本课件将介绍现场总线控制系统的定义、特点、应用领 域以及其优势和不足。
什么是现场总线控制系统？
定义
现场总线--FF现场总线资料
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在现场总线的产品开发中，常采用OEM集 成方法构成新产品，即吧FF集成通信控制芯 片、通信栈软件、圆卡等部件集中起来，组 成现场智能设备。
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系统集成技术包括通信系统与控制系统的 集成。例如网络通信系统组态、网络拓扑、 配线、网络系统管理、控制系统组态、人机 接口、系统管理维护等。这是一项集控制、 通信、计算机、网络等多方面的知识和软硬 件于一体的综合性技术。
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设备描述是为了实现现场总线的互操作行 ，支持标准的功能操作，是控制系统为理解 来自现场设备的数据意思提供必需的信息， 可以将其看做控制系统或主机对某个设备的 驱动程序。 设备描述语言是一种用以进行设备描述的 标准化编程语言。采用设备描述编译器，吧 DDL编写的设备描述的源程序转化为机器可 读的输出文件。
在浙江玻璃股份有限公司 长兴工厂的应用
浙波长兴工厂项目简介
浙江长兴玻璃有限公司是浙江玻璃股份有限 公司的子公司，其一条800T/D于今年3月28 日建成投产。该项目总体投资为4亿元人民 币，其电气仪表设备的投入为4000万元。 该生产线主要生产4－19mm的汽车玻璃和 幕墙玻璃。
简介FF
它是由WORLDFIP NA（北美部分，不包括欧洲）和ISP Foundation于1994年6月联合成立的，它是一个国际性的 组织，其目标是建立单一的、开放的、可互操作的现场总 线国际标准。这个组织给予了IEC现场总线标准起草工作 组以强大的支持。这个组织目前有l00多成员单位，包括了 全世界主要的过程控制产品及系统的生产公司。1997年4 月这个组织在中国成立了中国仪协现场总线专业委员会（ CFC）。 它分为H1和H2两级总线。H1采用符合IEC 61158－2标准 的现场总线物理层；H2则采用高速以太网为其物理层。 它以ISO/ISO开放系统互连模式为基础，取其物理层、数 据链路层、应用层为FF通信模式的相应层次，并在应用层 上增加 用户层。
基于现场总线的自动化系统设计
基于现场总线的自动化系统设计现场总线（Fieldbus）是一种用于现场设备之间传输数据的通信协议，可以实现自动化系统的集成和远程监控。
基于现场总线的自动化系统设计是指利用现场总线技术来实现自动化设备之间的通信、数据交换和控制的系统设计。
本文将从现场总线的基本原理、系统设计的步骤和注意事项等方面进行探讨。
一、现场总线的基本原理现场总线是指将现场设备（如传感器、执行器）通过一个共享的传输介质进行连接，实现设备之间的数据交换和控制。
常见的现场总线包括Profibus、Modbus、DeviceNet等。
现场总线的基本原理是将现场设备连接到一个控制器上，控制器通过总线将设备连接起来，实现数据传输和控制命令的下发。
现场设备可以通过总线发送数据、接收控制指令，并将数据传输回控制器，从而实现自动化系统的集成。
二、基于现场总线的自动化系统设计步骤1. 系统需求分析：在设计现场总线自动化系统之前，需要对系统的需求进行详细分析。
包括系统的功能要求、数据传输速率、设备数量、通信距离等参数的确定。
2. 总线选择：根据系统需求进行合适的现场总线选择。
不同的现场总线有不同的特点和适用范围，例如Profibus适用于数据传输速率要求较高的系统，而Modbus适用于设备数量较少的系统。
3. 设备选择和接口设计：根据系统需求选择合适的传感器、执行器和接口模块。
需要考虑设备的通信协议兼容性、接口电气特性等因素。
4. 系统架构设计：根据系统需求和实际情况设计自动化系统的整体架构，包括总线拓扑结构、控制器配置和布置等。
5. 系统编程和调试：根据系统需求进行系统编程，包括设备的网络配置、数据传输协议的设置和控制指令的下发等。
在系统编程完成后，需要对系统进行全面的调试，确保各个设备之间的通信和控制能够正常运行。
6. 系统运维和优化：一旦系统投入使用，需要进行日常的运维工作，包括系统故障排查、数据备份和系统优化等。
此外，根据系统的实际情况进行必要的优化工作，以提高系统的稳定性和性能。
plc现场总线课程设计
plc现场总线课程设计一、教学目标本课程的教学目标旨在让学生掌握PLC现场总线的基本原理、结构组成、工作方式及其在工业自动化中的应用。
通过本课程的学习，学生应能理解并应用PLC 现场总线的各项技术，具备分析和解决实际问题的能力。
1.掌握PLC现场总线的定义、分类及特点。
2.理解PLC现场总线的结构组成和工作原理。
3.熟悉PLC现场总线在工业自动化中的应用场景。
4.了解PLC现场总线的发展趋势。
5.能够分析PLC现场总线系统的组成和功能。
6.能够根据实际需求设计PLC现场总线系统。
7.能够对PLC现场总线系统进行调试和维护。
情感态度价值观目标：1.培养学生对新技术的敏感度和好奇心。
2.使学生认识到PLC现场总线在工业自动化中的重要性。
3.培养学生热爱科学、勇于创新的精神。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括PLC现场总线的原理、结构、应用和技术发展等方面。
具体教学大纲如下：1.PLC现场总线概述–PLC现场总线的定义–PLC现场总线的分类及特点–PLC现场总线的发展历程2.PLC现场总线的结构与原理–PLC现场总线的结构组成–PLC现场总线的工作原理–PLC现场总线的信息传递与通信协议3.PLC现场总线在工业自动化中的应用–PLC现场总线在工业自动化中的重要性–PLC现场总线在各领域的应用案例4.PLC现场总线技术的发展趋势–国内外PLC现场总线技术的研究动态–新型PLC现场总线技术的探讨5.实践操作与案例分析–PLC现场总线系统的调试与维护–PLC现场总线应用案例的分析与讨论三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式，包括：1.讲授法：通过讲解PLC现场总线的原理、结构和应用，使学生掌握基本知识。
2.案例分析法：分析实际案例，让学生更好地理解PLC现场总线在工业自动化中的应用。
3.实验法：学生进行PLC现场总线系统的调试和维护，提高学生的实践能力。
4.讨论法：鼓励学生积极参与课堂讨论，培养学生的思考能力和团队协作精神。
现场总线系统设计
统向数字系统转变过程中的过渡性产品，因而在现场总线发展的
过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较快的发展。
主要现场总线技术比较
总线类型 FF 技术特点 主要应用场合 价格
较贵 一般
支持公司
Honeywell，Rosemount， ABB,Foxboro,横河,山武等
功能强大，本安，实时性好，总线供电；但 流程控制 协议复杂，实际应用少
典型现场总线简介
WorldFIP（World Factory Instrumentation Protocol）
WorldFIP基于FIP协议，其最初由法国于80年代开发，并 成为法国国家标准和欧洲标准，有WorldFIP协会组织。
采用ISO/OSI模型的物理层、数据链路层、应用层。 具有单一的总线结构，可适应不同应用领域的需求。 不同应用领域采用不同的总线速率，过程控制采用 31.25kpbs，制造业为1Mbps，驱动控制为1-5Mbps。 主要应用在过程自动化、制造自动化、电力、铁路运输。
控制网络 vs. 信息网络
数据传输 传输的及时性、 响应的实时性 完整性 可靠性 通信方式 互操作性
控制网络 0.01~0.5s 恶劣环境也能保证 可广播或组播 必须解决
信息网络 2.0~6.0s （大部分甚至可忽略） 非恶劣环境 大部分是一对一 一般要求
控制网络的技术特点
控制系统体系结构演变
控制系统体系结构演变
1、初级控制系统
20世纪50年代以前，由于工业生产规模较小，各 类检测、控制仪表处于发展的初级阶段，生产设备 以机械设备为主，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（主要是显示功能），一般 不能传送给别的仪表或系统，各测控点为封闭状态， 无法与外界沟通信息，操作人员只能通过对生产现 场的巡检来了解生产过程的运行状况。
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现场总线综述
现场总线的优点
提高了系统的准确性与可靠性
与模拟信号相比，由于现场总线设备的智能化、数 字化，因此从根本上提高了测量与控制的精度，减 少了传送误差。 同时，由于系统结构简化，设备与连线减少，现场 仪表内部功能加强，因此减少了信号的往返传输， 提高了系统的工作可靠性。 此外，由于设备的标准化，功能的模块化，因而现 场总线系统还具有设计简单，易于重构等优点。
基于LonWorks现场总线的实例 分析
主要内容
现场总线综述 LonWorks总线技术基础 LonWorks总线设计精解 LonWorks总线设计实例分析 基于LonWorks技术的立体车库系统 设计分析
通过网络可以做些什么？
浏览网页、收发电子邮件、网络聊天（QQ、MSN、 飞信等）。。。 网上购物：淘宝、京东、当当、卓越、各种团购网 站。。。 网上金融：炒股、基金买卖、网银、在线支付。。。 网上在线听、读、看（音频、文本、图片、视频） 或下载。。。 手机上网（目前的各种智能手机）。。。 正在兴起的“物联网” 。。。
现场总线综述
现场总线的结构特点
现场总线控制系统中，设备之间采用网络式连 接，各现场设备作为总线上的一个网络节点， 同时挂接在一条总线上 现场总线系统中采用的是智能现场设备，因此 能够把原先DCS中处于控制室的控制计算功能 模块（如PID等）、输入输出功能模块（如AI、 AO等）置入现场设备 由于采用数字信号替代模拟信号，因而可实现 一对电线上传输多个信号（包括多个运行参数 值、多个设备状态、故障信息），同时又为多 个设备提供电源
LonWorks技术基础
LonWorks总线特性
同时应用在Sensor Bus、Device Bus、Field Bus 等任何一层总线中。
控制类型
Field Bus
过程控制
Device Bus Sensor Bus
逻辑控制
设备类型
简单设备 bit
中级设备 Byte
复杂设备 Frame
LonWorks技术基础
LonWorks总线特性
Sesor bus (Bitlevel) CAN
Seriplex ASI LonWorks
Device bus (Bytelevel) CAN
Deviceet Profibus DP LonWorks FIPIO SDS Iterbus S
Field bus(Blocklevel) IEC/SP50
物理层
物理层
LonWorks技术基础
LonWorks产品包括：
Neuron芯片 LonTalk网络接口 收发器 路由器 i.Lon系列IP网络连接产品
可将LonWorks控制网络与IP网无缝连接
开发工具
神经元芯片（Neuron）和LonTalk协议是 LonWorks技术的核心
现场总线综述
现场总线的技术特点
系统的开放性
系统的开放性体现在通信协议公开，不同厂商提供 的设备之间可实现网络互连和信息交换。
互可操作性与互用性
互可操作性，是指网络中互连的设备之间可实现数 据信息传送与交换
现场设备的智能化与功能自治性
智能化主要体现在现场设备的数字计算与通信能力。 功能自治性是指借助现场设备即可完成自动控制的 基本功能，并可随时诊断设备的运行状态
LonWorks技术基础
神经元芯片（Neuron Chip）
Neuron芯片其实是一种嵌入式系统 集成芯片中有3个8位CPU 提供最初的6个协议层，只有应用层的编程和配 置需要给定，简化了开发 Cypress、Motorola、Toshiba都生产Neruon芯片， 价格很低
Cypress：赛普拉斯，为消费类电子、计算、数据通 信、汽车、工业和太阳能等系统核心部分提供高性 能的解决方案，总部美国加州
LonWorks是由美国Ecelon公司推出并由它们与 摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于1991年正式 公布而形成的，广泛地应用于工业、楼宇、家 庭、能源等自动化领域。
LonWorks总线特性
传输速率达1.25Mbps，传输距离最长达2700m， 节点数可达32000个 支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、 电源线等多种通信介质，并开发相应的本安防 爆产品，被誉为通用控制网络。
现场总线综述
现场总线的概念
现场总线以测量控制设备作为网络节点，以双绞线 等传输介质为纽带，把位于生产现场、具备数字计 算和数字通信能力的测控设备连接成网络系统，按 公开、规范的通信协议，在多个测量控制设备之间 以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传 输与信息交换，形成适应各种应用需要的自动控制 系统。 现场总线给自动化领域带来的变化就像计算机网络 给单台计算机带来的变化一样，它使测控设备连成 测控网络并与计算机网络连接，使控制网络成为信 息网络的重要组成部分。
现场总线综述
现场总线的优点
节省安装费用
现场总线系统的接线简单，一对双绞线或一条电缆 上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、 桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作 量也大大减少。 当需要增加现场控制设备时，可就近连接在原有的 电缆上而无需增设新的电缆，这既节省了投资，又 减少了设计、安装的工作量。 有关典型试验工程的测算资料表明，可节约安装费 用60％以上。
几种流行的现场总线
CAN
德国Bosch公司设计
ProfiBus
德国标准
HART
美国Rosemount公司研制
基金会现场总线FF
国际上唯一的非商业化的国际标准
LonWorks
美国Echelon公司研制
现场总线综述
现场总线的结构特点
现场总线控制系统与传统控制系统结构对比
二是将现场总线网卡和以太网卡都置入工业PC 的PCI插槽（广义上应该是PC的IO总线插槽）内， 在PC内完成数据交换
现场总线综述
现场总线与上层网络的通信
三是将Web服务器直接置入PLC或现场控制设备 内，借助Web服务器和通用浏览工具实现数据信 息的动态交互
LonWorks技术基础
LonWorks总线产生
应答消息，非应答消息，双重检查，通用排 序
点对点寻址，多点之间广播式寻址，路由消 息 帧结构，数据解码，CRC错误检查 P-坚持CSMA，冲突避免，优先级，冲突检 测 介质，电气接口。与介质有关的接口和调制 方案（双绞线、电力线、无线射频、同轴电 缆、红外线、光缆等）
帧结构
介质访问 电气连接
LonWorks总线设计精解
现场总线综述
现场总线的概念
现场总线原来是指现场设备之间公用的信号传 输线。 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。 技术发展至今，现场总线已经成为控制网络技 术的代名词，广泛应用于离散制造业、流程工 业、交通、楼宇、国防、环境保护以及农、林、 牧等各行各业的自动化系统中。
现场总线综述
现场总线的优点
节省维护开销
由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理能力 并通过数字通信将相关的诊断维护信息送往控制室， 用户可以查询所有设备的运行和诊断维护信息，以 便尽早分析故障原因并快速排除，减少了维护停工 时间
用户具有高度的系统集成主动权
用户可自由选择不同厂商提供的设备来集成系统 （系统具有开放性的技术特点），即系统集成过程 中的主动权牢牢掌握在用户手中
显然，计算机网络的应用正在改变着人们 的工作方式与生活方式，并进一步引起世界 范围内产业结构的变化，促进了全球信息产 业的发展，在经济、文化、科研、军事、政 治、教育和社会生活等各个领域发挥着越来 越重要的作用。 计算机网络、通信与控制技术的发展，导致 自动化系统产生了深刻的变革，也就是说， 以计算机网络为主的技术在生产领域引起了 深刻的变革。
OSI层
7 应用层
目的
应用 兼容性
数据翻译 远程操作 端端的可 靠传输 传输分组
提供的服务
LonMark对象，配置特性标准网络变量类型， 文件传输 网络变量，应用消息，外来帧传输 请求／响应，鉴别，网络管理，网络接口
6 表示层 5 会话层 4 传输层 3 网络层 2 链 路 层 LLC子层 MAC子层 1 物理层
现场总线系统中，由于分散在现场的智能设备能直 接执行多种传感、控制、报警和计算功能（即功能 自治性的技术特点），因而可减少变送器数量（不 再需要单独的调节器、计算单元等），也不再需要 DCS的信号调理、转换、隔离等功能单元及其复杂 接线（因为在DCS中，测量变送仪表一般仍然为模 拟仪表，控制计算功能模块（如PID等）和输入、 输出功能模块（如AI、AO等）处于控制室） ，还 可以用工控PC机作为操作站，从而节省硬件投资， 并可减少控制室占地面积。
LonWorks总线设计精解
Lon网络结构
LonWorks总线设计精解
神经元节点
LonWorks总线设计精解
节点的特点
智能节点在安装和组态完成之后，可以脱离上 层的管理工具，自行完成数据采集、数据处理 和节点间的信息通信。 任一智能节点中所采集到的数据可以为整个网 络中所有节点共享。 节点内部可以装载一些控制算法应用程序，因 为节点离控制设备近，使现场的信息及时地得 到处理，不必要等到上层的监控计算机完成控 制功能。
作为现场设备之间信息沟通的纽带，把挂接在总线 上、作为网络节点的设备连接为实现相应测量功能 的自动化系统，可实现诸如PID控制、补偿计算、 参数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化 的自动化功能，从而使自动控制系统发生了质变。
现场总线综述
现场总线综述
现场总线综述
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