3现场总线技术[新版].ppt
合集下载
现场总线技术
·作为FCS的主干网络，可局域网冗余， 设备冗余。
FF
• 支持单位:现场总线基金会(FisherRosemount等100多家公司)。
• 标准:IEC61158;IEC61784。 • 应用领域:流程工业及其它工业控制。 • 使用情况:已有试点工程投入运行。 • 多家生产各种有FFH1接口的产品，
现场总线标准
• FF • ControlNet • Profibus • P-NET • FFHSE • SwiftNet • WorldFIP • INTERBUS
FFHSE
• 支 持 单 位 : 现 场 总 线 基 金 会 (FisherRosemount等100多家公司)。
• 准 :IEC61158;IEC61784;IEC611313;IEEE80 和 RFC894 的 工 业 标 准 以 太 网;IETF(互联网管理任务要点)。
WorldFIP
• WorldFIP世界工厂仪表协议支持单位: 法国Alstom公司(原Honeywell公司为 北 美 参 加 单 位 ， 后 与 FF 合 并 ) 。 标 准 :IEC61158;IEC61784;EN50170(F IP为法国国家标准)。
• 应用领域:电力工业、铁路交通、工业控 制、楼宇自动化。
可以满足系统集成要求。
FF主要性能特点
·IEC支持，开放性好，可互操作性好it/s; ·支持本质安全防爆; ·有数据链路网桥连接与HSE相连。
Profibus
• Profibus-DP • Profibus-PA • Profibus-FMS
Profibus-DP
现场总线系统安全规范
功能块与设备描述规范
• 现场设备信息格式及功能描述规范 称为”行规”(Profile), 行规可有效 实现各种现场设备应用层互联。
FF
• 支持单位:现场总线基金会(FisherRosemount等100多家公司)。
• 标准:IEC61158;IEC61784。 • 应用领域:流程工业及其它工业控制。 • 使用情况:已有试点工程投入运行。 • 多家生产各种有FFH1接口的产品，
现场总线标准
• FF • ControlNet • Profibus • P-NET • FFHSE • SwiftNet • WorldFIP • INTERBUS
FFHSE
• 支 持 单 位 : 现 场 总 线 基 金 会 (FisherRosemount等100多家公司)。
• 准 :IEC61158;IEC61784;IEC611313;IEEE80 和 RFC894 的 工 业 标 准 以 太 网;IETF(互联网管理任务要点)。
WorldFIP
• WorldFIP世界工厂仪表协议支持单位: 法国Alstom公司(原Honeywell公司为 北 美 参 加 单 位 ， 后 与 FF 合 并 ) 。 标 准 :IEC61158;IEC61784;EN50170(F IP为法国国家标准)。
• 应用领域:电力工业、铁路交通、工业控 制、楼宇自动化。
可以满足系统集成要求。
FF主要性能特点
·IEC支持，开放性好，可互操作性好it/s; ·支持本质安全防爆; ·有数据链路网桥连接与HSE相连。
Profibus
• Profibus-DP • Profibus-PA • Profibus-FMS
Profibus-DP
现场总线系统安全规范
功能块与设备描述规范
• 现场设备信息格式及功能描述规范 称为”行规”(Profile), 行规可有效 实现各种现场设备应用层互联。
现场总线助力工业ppt课件
第四次 工业革命
解放“师” 机器替代部分 可创造性劳动
复杂程度
1784 年，出现了第一 台机械织布机
1969 年，美国 Modicon 公司
传送带方式于 1870 年开始在辛
推出 084 PLC
辛那提屠宰场使用
1800
1900
2000 今天
从工业 1.0 到工业 4.0 工业发展史的解放人的工作程度
推出 084 PLC
辛那提屠宰场使用
1800
1900
2000 今天
从工业 1.0 到工业 4.0
时间轴 8
2.2 工业发展史
第一次 工业革命
机械化
第二次 工业革命
机械化电气化
第三次 工业革命
电气化自动化
第四次 工业革命
复杂程度
自动化智能化
1784 年，出现了第一 台机械织布机
1800
从工业 1.0 到工业 4.0
14
2.3.2 工业4.0架构—四大主题
智能工厂：
有四大关键点：
一是要连接所有网络以拿到数据。
二是要有智能机器。
三是大数据，将所有设备、所有人连接后，所有数据都大批量传 送到 智能终端上。
四是分析，得到数据后从中抓取出应用趋势来，提高设备状态的 检测和预测水平。
15
三.现场总线助力工业4.0之智能工厂
5
二、工业4.0概述
2.1 什么是工业4.0？ 2.2 工业发展史 2.3 工业4.0架构
6
2.1 什么是工业4.0
工业4.0是德国政府推行的“新一轮智能 工厂计划”，是以智能制造为主题的第 四次工业革命。
7
2.2 工业发展史
第一次 工业革命
《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 第5章 DeviceNet 现场总线技术及其应用 教学课件
卷，内容如下：
2020/7/2
14
卷1：
DeviceNet通信协议和应用（第7层—应用层）。 CAN以及它在DeviceNet中的应用（第2层—数
据链路层）
DeviceNet物理层和介质（第1层—物理层）
卷2：
为实现同类产品之间的互操作性和可互换性进 行设备描述
2020/7/2
15
除第7层（应用层）外，DeviceNet规范还对一部分第1 层（收发器）以及第0层（传输介质）进行了规定，这 就为DeviceNet节点的物理连接提供了标准。协议对连 接器、电缆类型、电缆长度以及基于通信的显示、操 作元素及其相应的封装形式等等都进行了规定。
现场总线技术及其应用
第5讲
胡青松
2020/7/2
1
2、DeviceNet简介
DeviceNet是二十世纪九十年代中期发展起来的一种基于 CAN总线技术的符合全球工业标准的开放型通信网络， 它是一种低成本的通信总线。
它既可以连接底端工业设备，又可连接像变频器、操作 员终端这样的复杂设备。
它将工业设备（如限位开关、光电传感器、阀组、马达 启动器、过程传感器、变频驱动器、面板显示器和操作 员接口等）连接到网络，从而消除了昂贵的硬接线成本。 （见图）
2020/7/2
36
5.3.3.物理层信号
采用CAN的物理层信号 逻辑电平的物理状态
隐性—逻辑0—电位差0V 显性—逻辑1—电位差2.5V
2020/7/2
37
5.4DeviceNet的数据链路层
➢ 数据链路层是完成两个相连的机器数据链路层 进行可靠、有效通信的方法。
➢ 数据链路层，负责从网络层向物理层发送数据 帧（存放数据的有组织的逻辑结构）。在接收 端，将来自物理层的比特流打包为数据帧。
2020/7/2
14
卷1：
DeviceNet通信协议和应用（第7层—应用层）。 CAN以及它在DeviceNet中的应用（第2层—数
据链路层）
DeviceNet物理层和介质（第1层—物理层）
卷2：
为实现同类产品之间的互操作性和可互换性进 行设备描述
2020/7/2
15
除第7层（应用层）外，DeviceNet规范还对一部分第1 层（收发器）以及第0层（传输介质）进行了规定，这 就为DeviceNet节点的物理连接提供了标准。协议对连 接器、电缆类型、电缆长度以及基于通信的显示、操 作元素及其相应的封装形式等等都进行了规定。
现场总线技术及其应用
第5讲
胡青松
2020/7/2
1
2、DeviceNet简介
DeviceNet是二十世纪九十年代中期发展起来的一种基于 CAN总线技术的符合全球工业标准的开放型通信网络， 它是一种低成本的通信总线。
它既可以连接底端工业设备，又可连接像变频器、操作 员终端这样的复杂设备。
它将工业设备（如限位开关、光电传感器、阀组、马达 启动器、过程传感器、变频驱动器、面板显示器和操作 员接口等）连接到网络，从而消除了昂贵的硬接线成本。 （见图）
2020/7/2
36
5.3.3.物理层信号
采用CAN的物理层信号 逻辑电平的物理状态
隐性—逻辑0—电位差0V 显性—逻辑1—电位差2.5V
2020/7/2
37
5.4DeviceNet的数据链路层
➢ 数据链路层是完成两个相连的机器数据链路层 进行可靠、有效通信的方法。
➢ 数据链路层，负责从网络层向物理层发送数据 帧（存放数据的有组织的逻辑结构）。在接收 端，将来自物理层的比特流打包为数据帧。
《现场总线技术大全》课件
管理软件
用于自动化系统的管理和维护，支持设备的远程监控、故障诊断、资 产管理等功能。
软件应用的选择
01
根据实际需求选择合适的软件应用，需要考虑软件的功能、性 能、易用性、兼容性等方面。
02
根据自动化系统的规模和复杂度选择相应的软件应用，以满足
系统的监控、控制和优化需求。
在选择软件应用时，还需考虑软件供应商的技术支持和服务质
硬件设备的性能和可靠性直接影 响到整个现场总线系统的稳定性
和可靠性。
随着技术的发展，硬件设备的种 类和功能越来越丰富，为现场总 线技术的应用提供了更多的可能
性。
常见的硬件设备
传感器
用于采集现场的各种物理量， 如温度、压力、流量等，是实
现自动化检测的关键设备。
执行器
用于控制现场设备的动作，如 阀门、电机等，是实现自动化 控制的关键设备。
现场总线技术的应用领域
现场总线技术广泛应用于工业自动化 领域，如制造业、电力、石油化工等 。
在电力行业中，现场总线技术可以用 于实现电网的自动化监控和维护，提 高电网的可靠性和安全性。
在制造业中，现场总线技术可以实现 生产设备的监控和控制，提高生产效 率和产品质量。
在石油化工领域，现场总线技术可以 实现生产过程的自动化控制和监测， 提高生产效率和安全性。
技术发展的方向
01
实时性
进一步提高数据传输的实时性， 以满足工业控制对于快速响应的 需求。
安全性
02
03
兼容性
加强安全防护，提高系统的可靠 性和稳定性，防止数据泄露和被 攻击。
增强不同品牌和型号设备之间的 兼容性，降低集成成本和维护难 度。
技术发展的前景
01
02
用于自动化系统的管理和维护，支持设备的远程监控、故障诊断、资 产管理等功能。
软件应用的选择
01
根据实际需求选择合适的软件应用，需要考虑软件的功能、性 能、易用性、兼容性等方面。
02
根据自动化系统的规模和复杂度选择相应的软件应用，以满足
系统的监控、控制和优化需求。
在选择软件应用时，还需考虑软件供应商的技术支持和服务质
硬件设备的性能和可靠性直接影 响到整个现场总线系统的稳定性
和可靠性。
随着技术的发展，硬件设备的种 类和功能越来越丰富，为现场总 线技术的应用提供了更多的可能
性。
常见的硬件设备
传感器
用于采集现场的各种物理量， 如温度、压力、流量等，是实
现自动化检测的关键设备。
执行器
用于控制现场设备的动作，如 阀门、电机等，是实现自动化 控制的关键设备。
现场总线技术的应用领域
现场总线技术广泛应用于工业自动化 领域，如制造业、电力、石油化工等 。
在电力行业中，现场总线技术可以用 于实现电网的自动化监控和维护，提 高电网的可靠性和安全性。
在制造业中，现场总线技术可以实现 生产设备的监控和控制，提高生产效 率和产品质量。
在石油化工领域，现场总线技术可以 实现生产过程的自动化控制和监测， 提高生产效率和安全性。
技术发展的方向
01
实时性
进一步提高数据传输的实时性， 以满足工业控制对于快速响应的 需求。
安全性
02
03
兼容性
加强安全防护，提高系统的可靠 性和稳定性，防止数据泄露和被 攻击。
增强不同品牌和型号设备之间的 兼容性，降低集成成本和维护难 度。
技术发展的前景
01
02
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
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
现场总线技术及其应用
案例三：城市交通信号控制系统应用
总结词
利用现场总线技术实现城市交通信号的智能控制，提高 交通流畅度和安全性。
详细描述
在城市交通管理中，采用现场总线技术构建交通信号控 制系统，实现各个路口信号灯的实时通信和控制。通过 实时数据采集和智能算法，优化信号灯的配时方案，提 高交通流畅度和安全性，缓解城市交通拥堵问题。
在工业自动化领域，常见的现场总线 技术包括PROFIBUS、Modbus、 EtherNet/IP等。
智能建筑
智能建筑是现场总线技术的另一个重 要应用领域。通过现场总线，可以实 现建筑物内各种设备（如照明、空调 、安防等）的集中控制和管理，提高 建筑物的能源利用效率和舒适度。
VS
在智能建筑领域，常见的现场总线技 术包括LonWorks、CAN等。
智能交通系统
智能交通系统是现场总线技术的重要应用方 向之一。通过现场总线，可以实现交通信号 灯、监控摄像头等交通设施的集中控制和数 据传输，提高交通效率和安全性。
在智能交通系统领域，常见的现场总线技术 包括FlexRay、TTCAN等。
医疗设备
医疗设备是现场总线技术的重要应用 领域之一。通过现场总线，可以实现 医疗设备的集中控制和数据传输，提 高医疗设备的可靠性和安全性。
02
现场总线技术种类
PROFIBUS
德国标准总线
PROFIBUS是一种用于工业自动化的现场总线标准，由德国标准委员会制定。它 支持多种通信协议，广泛应用于制造业、过程控制和楼宇自动化等领域。
CAN总线
控制器局域网
CAN总线是一种用于汽车和工业自动化领域的现场总线标准。它支持分布式实时控制，具有高可靠性和灵活性，广泛应用于 汽车电子、智能交通和工业自动化等领域。
《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
现场总线技术第三章 PROFIBUS 总线(第3版)
连接器外形针脚号信号名称信号含义shield屏蔽或逻辑地m2424v输出电压逻辑地辅助电源rxdtxdp接收发送数据正rs485信号cntrp方向控制信号pdgnd数据基准电位逻辑地vp供电电压正p2424v输出电压辅助电源rxdtxdn接收发送数据负rs485信号cmtrn方向控制信号n连接器外壳屏蔽机壳接地根据eia美国电子工业协会rs485标准在数据线a和b两端均加接总线终端器
3.1 PROFIBUS的通信模型和协议类型
PROFIBUS通信模型
PROFIBUS通信模型
PROFIBUS通信模型参照了ISO/OSI参考模型的第1层 （物理层）和第2层（数据链路层），其中FMS还采用 了第7层（应用层）,另外增加了用户层。 PROFIBUS－DP和PROFIBUS－FMS的第1层和第2层相 同， PROFIBUS-FMS有第7层，PROFIBUS－DP无第7层 。PROFIBUS－PA有第1层和第2层，但与DP/FMS有区别 ，无第7层。
3.PROFIBUS-FMS:解决车间一级通用性通信任务， FMS提供大量的通信服务，用以完成以中等传输速率 进行的循环和非循环的通信任务。由于它是完成控制 器和智能现场设备之间的通信以及控制器之间的信息 交换，因此它考虑的主要是系统的功能而不是系统响 应时间，应用过程通常要求的是随机的信息交换 (如 改变设定参数等)。可用于大范围和复杂的通信系统。
RS-485总线段的结构
VP(6) 390Ω 220Ω 390Ω
DGND(5)
RS485段
B
RS485总线段的结构 A
....
最多32个站
VP(6) 390Ω 220Ω 390Ω DGND(5)
（1）传输程序
半双工、异步、无间隙同步 NRZ（不归零）编码 “1”——RXD/TXD-P（Receive/Transmit-Data-P）线
3.1 PROFIBUS的通信模型和协议类型
PROFIBUS通信模型
PROFIBUS通信模型
PROFIBUS通信模型参照了ISO/OSI参考模型的第1层 （物理层）和第2层（数据链路层），其中FMS还采用 了第7层（应用层）,另外增加了用户层。 PROFIBUS－DP和PROFIBUS－FMS的第1层和第2层相 同， PROFIBUS-FMS有第7层，PROFIBUS－DP无第7层 。PROFIBUS－PA有第1层和第2层，但与DP/FMS有区别 ，无第7层。
3.PROFIBUS-FMS:解决车间一级通用性通信任务， FMS提供大量的通信服务，用以完成以中等传输速率 进行的循环和非循环的通信任务。由于它是完成控制 器和智能现场设备之间的通信以及控制器之间的信息 交换，因此它考虑的主要是系统的功能而不是系统响 应时间，应用过程通常要求的是随机的信息交换 (如 改变设定参数等)。可用于大范围和复杂的通信系统。
RS-485总线段的结构
VP(6) 390Ω 220Ω 390Ω
DGND(5)
RS485段
B
RS485总线段的结构 A
....
最多32个站
VP(6) 390Ω 220Ω 390Ω DGND(5)
（1）传输程序
半双工、异步、无间隙同步 NRZ（不归零）编码 “1”——RXD/TXD-P（Receive/Transmit-Data-P）线
《现场总线技术》课件
3 提高系统可靠性
4 降低系统运行成本
现场总线采用分布式结构，能够在某个设备 出现故障时实现自动切换，提高系统可靠性。
通过降低设备数量和布线成本，现场总线可 以降低系统的运行成本。
现场总线技术的应用场景
工业自动化
现场总线技术广泛应用于工业自动化系统，用于 实现设备之间的数据传输和通信。
建筑自动化
现场总线技术在建筑自动化中起到重要作用，用 于控制和监测建筑内的各种设备。
环境控制
现场总线技术可用于环境控制系统，实现对温度、 湿度、照明等因素的监测和控制。
家庭自动化
现场总线技术也可以应用于家庭自动化，实现对 家庭设备的自动控制和监测。
现场总线技术的实现方式
现场总线协议
现场总线技术的实现需要一种统一的通信协议，常见的现场总线协议有Modbus、Profibus 等。
协议栈
实现现场总线技术需要使用相应的协议栈，用于处理通信协议的各个层级和功能。
硬件实现方案
现场总线技术的硬件实现方式有多种选择，可以根据实际需求进行选型。
现场总线技术的发展趋势
1 物联网技术的发展
随着物联网技术的发展， 现场总线技术将逐渐与其 他技术结合，结合
机器学习和人工智能将为 现场总线技术带来新的应 用和优化方向。
《现场总线技术》PPT课 件
现场总线技术是一种用于实现系统内部设备通信的技术。它简化了设备之间 的连接，降低了系统成本，提高了可靠性。
什么是现场总线技术？
现场总线技术是一种用于设备之间进行数据交换和通信的技术。它简化了设备之间的连接，降低了系统的成本 和维护费用。
现场总线技术的分类
数字现场总线
以数字信号进行通信，具有较高的数据传输速率和抗干扰能力。
现场总线技术及应用课件：Profibus总线
ATV930变频器则需要打开前盖板，将Profibus DP通信 卡VW3A3607插入到通信卡插槽中，如图5-3所示。
Profibus总线
能力目标 (1) 掌握PLC和其他设备Profibus DP通信的建立方法。 (2) 掌握Profibus DP通信组态时的易错问题。
Profibus总线
5.1 Profibus总线概述
5.1.1 Profibus总线简介 Profibus是西门子公司的现场总线标准，它是Process
Fieldbus的缩写。目前，它是在国内应用范围最广的现场总 线，尤其是Profibus DP在国内工厂自动化和流程自动化的占 比非常高。Profibus现场总线接线简单，通信速度高，通信 过程稳定，西门子的PLC加上Profibus DP的通信协议几乎是 所有工业现场的首选，再加上后来的Profinet工业以太网协 议，它们都获得了设计人员、操作人员的广泛认可。
Profibus总线
Profibus包含Profibus DP、Profibus FMS和Profibus PA， 以及后来推出的Profidrive、Profisafe、Profinet等，它们囊括 了车间级和现场级的应用层次。
Profibus DP设计用于设备级应用，它主要用于完成PLC、 传感器、执行器(电机、电磁阀等)的通信任务，通信速度最 高可达12 Mb/s。Profibus DP包含了DP V0、DP V1和DP V2 三个版本，是目前国内应用最多的通信协议。本章实验也是 以Profibus DP为例。
Profibus总线
Profibus总线
5.1 Profibus总线概述 5.2 西门子S7-300 PLC与施耐德ATV930变频 器的Profibus DP通信 小结 思考与习题
Profibus总线
能力目标 (1) 掌握PLC和其他设备Profibus DP通信的建立方法。 (2) 掌握Profibus DP通信组态时的易错问题。
Profibus总线
5.1 Profibus总线概述
5.1.1 Profibus总线简介 Profibus是西门子公司的现场总线标准，它是Process
Fieldbus的缩写。目前，它是在国内应用范围最广的现场总 线，尤其是Profibus DP在国内工厂自动化和流程自动化的占 比非常高。Profibus现场总线接线简单，通信速度高，通信 过程稳定，西门子的PLC加上Profibus DP的通信协议几乎是 所有工业现场的首选，再加上后来的Profinet工业以太网协 议，它们都获得了设计人员、操作人员的广泛认可。
Profibus总线
Profibus包含Profibus DP、Profibus FMS和Profibus PA， 以及后来推出的Profidrive、Profisafe、Profinet等，它们囊括 了车间级和现场级的应用层次。
Profibus DP设计用于设备级应用，它主要用于完成PLC、 传感器、执行器(电机、电磁阀等)的通信任务，通信速度最 高可达12 Mb/s。Profibus DP包含了DP V0、DP V1和DP V2 三个版本，是目前国内应用最多的通信协议。本章实验也是 以Profibus DP为例。
Profibus总线
Profibus总线
5.1 Profibus总线概述 5.2 西门子S7-300 PLC与施耐德ATV930变频 器的Profibus DP通信 小结 思考与习题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
演示课件
模拟仪表控制系统（ACS，ANALOG CONTROL SYSTEM）
• 缺点：难于实现复杂的控制；模拟信号的传递需一对一的物理连接，
信号变化缓慢，提高计算速度与精度的难度较大，信号传输的抗干扰 能力也较差。
演示课件
直接数字控制系统（DDC, DIRECT DIGITAL CONTROL）
演示课件
多个现场总线国际标准并存的原因
• 1.技术方面的原因： • (1)现场总线是一项新技术，正处在“百花齐放”的时期。 • (2)仪表和执行器层的通信在数据的数量上大大增加、内容上大大丰富了，
任何规约都不能面面俱到。
• (3)不同领域的应用需求不同，一种规约难以满足各种不同应用的需求。 • 在这样的技术背景下，形成统一标准的过程将十分漫长。
演示课件
现场总线控制系统的基本结构
• 网络拓扑结构可以选择总线型、星
型和环型等不同形式；通信介质不 受限制，可用双绞线、电力线、光 纤、无线和红外线等多种介质。
• 由FCS构成的Infranet控制网很容易与
Intraneห้องสมุดไป่ตู้（企业内部局域网）和 Internet（全球信息网）互连，形成 一个完整的企业网络三级体系结构。
演示课件
现场总线控制系统与传统控制系统的结构对比
• 1. 现场总线设备具有通信能力，现场的测量变送仪表可以与执行器直接
传送信号，因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表， 直接在现场完成，实现彻底的分散。
• 2.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，同时又为多个现场总线设备提供电源；现场总线设备以外不再需要 A/D、D/A转换部件。这样就简化了系统结构、节约硬件设备、节约连接 电缆与各种安装维护费用。
• 4.系统结构的高度分散性 现场总线已构成一种新的全分散性控制系统的体系
结构，提高了可靠性。
• 5.对现场环境的适应性 可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电
力线等多种传输介质，具有较强的抗干扰能力。
演示课件
现场总线的现状与发展
• 现场总线国际标准IEC 61158 • 国际电工委员会/国际标准协会（IEC/ISA）自1984年起着手于现场总线
现场总线技术
演示课件
现场总线的基本概念
• 一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间进
行双向、串行、多节点、数字式数据交换的通信技术。（国际电工委员 会，International Electrotechnical Commission，IEC）
演示课件
现场总线技术概述
• 控制系统经历的四个阶段： • 模拟仪表控制系统 • 直接数字控制系统 • 集散控制系统 • 现场总线控制系统
Rosemount公司和Honeywell公司支持）
• Type6 Swift-Net现场总线（ 美国Boeing公司支持，由于市场推广很不理想，在第四版标准中被撤销） • Type7 WorldFIP现场总线（法国Alstom公司支持） • Type8 INTERBUS现场总线（德国Phoenix Contact公司支持） • Type9 FF H1现场总线（Fieldbus Foundation于1996年颁布的低速总线标准） •演示T课y件pe10 PROFINET实时以太网（德国Siemens公司支持）
演示课件
现场总线的技术特点
• 1.系统的开放性 通信协议公开，各不同厂商的设备之间可实现信息交换。 • 2.互可操作性与互用性 互连设备间、系统间的信息传送与沟通；不同制造商
性能类似的设备可进行更换，实现相互替换。
• 3.现场设备的智能化与功能自治性 将传感测量、补偿计算、工程量处理与控
制等功能分散到现场总线设备中完成。
标准工作。2000年通过8种类型，2003年通过10种类型，至2007年 IEC61158第四版标准（IEC61158 Ed.4-2007）采纳了经过市场考验的20种 主要类型的现场总线、工业以太网和实时以太网。
演示课件
常见现场总线
• Type1 TS61158 现场总线（国际电工委员会推荐的通用现场总线） • Type2 ControlNet 和 Ethernet/IP 现场总线（美国Rockwell公司支持） • Type3 Profibus现场总线（德国Siemens公司支持） • Type4 P-NET现场总线（丹麦Process Data公司支持） • Type5 FF HSE高速以太网（Fieldbus Foundation于2000年颁布的高速以太网标准，美国Fisher-
Bosch公司等支持）
• Type17 VNET/IP实时以太网（由日本Yokogawa公司开发和支持） • Type18 CC-Link现场总线（由日本Mitsubishi公司开发和支持） • Type19 SERCOS III实时以太网（SERCOS标准的第三代通讯协议） • Type20 HART现场总线（由美国Rosemount公司开发，并得到80多家著名仪表公司的支持）
• 缺点：集中了危险，一旦计算机出现了故障，所有控制回路将瘫痪；只
有一个计算机在工作，实时性差。
演示课件
集散控制系统（DCS, DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）
• 缺点：数字与模拟混合系统，可靠性差，安装维护成本高；互换性差；
价格贵。
演示课件
现场总线控制系统（FCS，FIELDBUS CONTROL SYSTEM）
常见现场总线
• Type11 TC net实时以太网（日本Toshiba公司开发） • Type12 EtherCAT实时以太网（德国Beckhoff公司开发） • Type13 Ethernet PowerLink实时以太网（奥地利B&R公司开发） • Type14 EPA实时以太网（中国Supercon公司支持） • Type15 MODBUS-RTPS实时以太网（由美国Modicon公司（后被法国Schneider公司收购）开发） • Type16 SERCOS I,II现场总线（德国机床协会和德国电力电子协会联合提出，Siemens公司、ABB公司和
模拟仪表控制系统（ACS，ANALOG CONTROL SYSTEM）
• 缺点：难于实现复杂的控制；模拟信号的传递需一对一的物理连接，
信号变化缓慢，提高计算速度与精度的难度较大，信号传输的抗干扰 能力也较差。
演示课件
直接数字控制系统（DDC, DIRECT DIGITAL CONTROL）
演示课件
多个现场总线国际标准并存的原因
• 1.技术方面的原因： • (1)现场总线是一项新技术，正处在“百花齐放”的时期。 • (2)仪表和执行器层的通信在数据的数量上大大增加、内容上大大丰富了，
任何规约都不能面面俱到。
• (3)不同领域的应用需求不同，一种规约难以满足各种不同应用的需求。 • 在这样的技术背景下，形成统一标准的过程将十分漫长。
演示课件
现场总线控制系统的基本结构
• 网络拓扑结构可以选择总线型、星
型和环型等不同形式；通信介质不 受限制，可用双绞线、电力线、光 纤、无线和红外线等多种介质。
• 由FCS构成的Infranet控制网很容易与
Intraneห้องสมุดไป่ตู้（企业内部局域网）和 Internet（全球信息网）互连，形成 一个完整的企业网络三级体系结构。
演示课件
现场总线控制系统与传统控制系统的结构对比
• 1. 现场总线设备具有通信能力，现场的测量变送仪表可以与执行器直接
传送信号，因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表， 直接在现场完成，实现彻底的分散。
• 2.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，同时又为多个现场总线设备提供电源；现场总线设备以外不再需要 A/D、D/A转换部件。这样就简化了系统结构、节约硬件设备、节约连接 电缆与各种安装维护费用。
• 4.系统结构的高度分散性 现场总线已构成一种新的全分散性控制系统的体系
结构，提高了可靠性。
• 5.对现场环境的适应性 可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电
力线等多种传输介质，具有较强的抗干扰能力。
演示课件
现场总线的现状与发展
• 现场总线国际标准IEC 61158 • 国际电工委员会/国际标准协会（IEC/ISA）自1984年起着手于现场总线
现场总线技术
演示课件
现场总线的基本概念
• 一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间进
行双向、串行、多节点、数字式数据交换的通信技术。（国际电工委员 会，International Electrotechnical Commission，IEC）
演示课件
现场总线技术概述
• 控制系统经历的四个阶段： • 模拟仪表控制系统 • 直接数字控制系统 • 集散控制系统 • 现场总线控制系统
Rosemount公司和Honeywell公司支持）
• Type6 Swift-Net现场总线（ 美国Boeing公司支持，由于市场推广很不理想，在第四版标准中被撤销） • Type7 WorldFIP现场总线（法国Alstom公司支持） • Type8 INTERBUS现场总线（德国Phoenix Contact公司支持） • Type9 FF H1现场总线（Fieldbus Foundation于1996年颁布的低速总线标准） •演示T课y件pe10 PROFINET实时以太网（德国Siemens公司支持）
演示课件
现场总线的技术特点
• 1.系统的开放性 通信协议公开，各不同厂商的设备之间可实现信息交换。 • 2.互可操作性与互用性 互连设备间、系统间的信息传送与沟通；不同制造商
性能类似的设备可进行更换，实现相互替换。
• 3.现场设备的智能化与功能自治性 将传感测量、补偿计算、工程量处理与控
制等功能分散到现场总线设备中完成。
标准工作。2000年通过8种类型，2003年通过10种类型，至2007年 IEC61158第四版标准（IEC61158 Ed.4-2007）采纳了经过市场考验的20种 主要类型的现场总线、工业以太网和实时以太网。
演示课件
常见现场总线
• Type1 TS61158 现场总线（国际电工委员会推荐的通用现场总线） • Type2 ControlNet 和 Ethernet/IP 现场总线（美国Rockwell公司支持） • Type3 Profibus现场总线（德国Siemens公司支持） • Type4 P-NET现场总线（丹麦Process Data公司支持） • Type5 FF HSE高速以太网（Fieldbus Foundation于2000年颁布的高速以太网标准，美国Fisher-
Bosch公司等支持）
• Type17 VNET/IP实时以太网（由日本Yokogawa公司开发和支持） • Type18 CC-Link现场总线（由日本Mitsubishi公司开发和支持） • Type19 SERCOS III实时以太网（SERCOS标准的第三代通讯协议） • Type20 HART现场总线（由美国Rosemount公司开发，并得到80多家著名仪表公司的支持）
• 缺点：集中了危险，一旦计算机出现了故障，所有控制回路将瘫痪；只
有一个计算机在工作，实时性差。
演示课件
集散控制系统（DCS, DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）
• 缺点：数字与模拟混合系统，可靠性差，安装维护成本高；互换性差；
价格贵。
演示课件
现场总线控制系统（FCS，FIELDBUS CONTROL SYSTEM）
常见现场总线
• Type11 TC net实时以太网（日本Toshiba公司开发） • Type12 EtherCAT实时以太网（德国Beckhoff公司开发） • Type13 Ethernet PowerLink实时以太网（奥地利B&R公司开发） • Type14 EPA实时以太网（中国Supercon公司支持） • Type15 MODBUS-RTPS实时以太网（由美国Modicon公司（后被法国Schneider公司收购）开发） • Type16 SERCOS I,II现场总线（德国机床协会和德国电力电子协会联合提出，Siemens公司、ABB公司和