现场总线技术及应用 第3章项目十
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《现场总线及其应用技术》课件
2020/4/15
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要求及考试
上课认真做笔记 认真完成课后作业
平时成绩
30％
实验成绩
60%
平时表现及作业 40%
期末笔试
70％
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第一讲 现场总线概述
1.1 现场总线的现状和发展
现场总线 现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室 之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、 互联、多变量、多点、多站的通信网络。
公司)
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1.1.5 现场总线的现状
1. 多种总线共存
世界市场对各种现场总线的需求：
过程自动化：15%(FF,PROFIBUS-PA,WorldFIP) 医药领域：18%(FF,PROFIBUS-PA,WorldFIP) 加工制造：15%(PROFIBUS-DP,DeviceNet) 交通运输：15%(PROFIBUS-DP,DeviceNet) 航空，国防：34%(PROFIBUS-FMS,LonWorks,
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典型ABB的AC800M系统组成
iFIX
IFix Client 1
IFix Client 2
Gateway 3 NIC
MIS ERP
ห้องสมุดไป่ตู้
IFix Primary Server
ABB AC800M
AC800M
iFix OPC Client ABB OPC Server
AC800M
IFix Secondary Server
应用层
分为两子层：应用服务层(FMS)，用于为用户提供服务； 现场总线存取层(FAS)，用于实现数据链路的连接。
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《现场总线技术及应用》课程教学大纲.doc
《现场总线技术及应用》课程教学大纲课程代码：0806603051课程名称：现场总线技术及应用英文名称：The Technology and Application of The FieldBus总学时：32 讲课学时：32学分：2适用对象：自动化专业、测控技术与仪器专业先修课程：大学计算机基础、微机原理及应用一、课程性质、目的和任务现场总线技术及应用课程是其自动化专业和测控技术与仪器专业的一门专业选修课，是计算机网络、通信技术与自动控制技术相结合的产物。
目的是使学生了解现场总线的基本结构与基本组成，掌握现场总线的基本工作原理、基本分析方法和基本实验技能，培养学生分析问题与解决问题的能力，培养学生一定的动手能力，为毕业后进一步从事自动化专业工作打下必要的基础。
二、教学基本要求本课程以通信技术、计算机网络技术、现代信息技术和现代控制技术为研究基础，以现场总线技术和现代企业网络为研究重点。
学完本课程应达到以下基本要求：1.了解企业网络的基本概念和发展历史、现代企业网络的构成、企业网络的体系结构、企业网络的基本逻辑集成框架和企业网络的基本实现机制。
2.掌握数据通信的基础知识，包括传输介质、数据编码技术、流量控制和差错检测技术、数据交换技术等。
3.了解计算机网络体系结构的相关知识，掌握OSI参考模型。
4.了解局域网络的相关知识，掌握各种典型的局域网的构成及工作原理。
5.了解因特网（Internet）及内联网（Intranet）的相关技术，了解网络互连的相关技术和设备。
6.掌握现场总线控制网络技术，包括现场总线的概述、现场总线控制系统的组成，现场总线控制网络技术、现场总线控制系统的体系结构、现场总线设备管理与数据库访问技术、通信模型及协议、系统集成、网络布线与安装等。
7.了解各种典型的现场总线，包括其结构、组成、特点、工作原理及典型应用。
& 了解企业网络的应用与系统集成。
三、教学内容及要求1.绪论了解本课程的性质和任务；了解企业网络的基本概念和发展历史、现代企业网络的构成、企业网络的体系结构、企业网络的基本逻辑集成框架和企业网络的基本实现机制、Intranet 的应用、基于企业网的建网和相关应用。
3 第三章 现场总线技术及其应用
ET总线
BACnet是A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Network的简称， 是一种为楼宇自控网络制定的数据通讯协议。 1987年，美国暖通空调工程师协会组织（ASHARE） 的标准项目委员会调集了全球20多位业内著名专家， 经过8年半时间，在1995年6月，ASHARE正式通过全 球首个楼宇自控行业通讯标准——BACnet 。 BACnet标准的目的是——为计算机控制暖通空调 和制冷系统及其他系统规定通信服务和协议，从而 使不同厂家的产品可以在同一个系统内协调工作。
28
BACnet是一个开放的建筑电器气总线，选用一 种成熟的局域网技术，其标准是遵从和参照国际 标准化组织的开放系统互联模型，采用了4层结 构：应用层、网络层、数据链路层和物理层。 BACnet标准体系结构与OSI/ISO的参照图，如 图3-5所示。
29
图3-5 BACnet体系结构与OSI/ISO的参照图 BACnet体系结构与OSI/ISO的参照图
现场总线是控制(Control)技术、计算机 (Computer)与通信(Communication)（即3C技术） 发展汇聚的结果。 现场总线的网络拓扑结构有点对点方式、树 型方式、带桥方式3种。 其结构如图3-1所示。
8
图3-1 现场总线的几种连接方式
9
1. 点对点方式
每个现场仪表，包括智能变送器、支持维护的 装置及手持通信器等，单独接到低速(31.25kbps) 现场总线H1上，用于现场仪表比较分散或传输信息 量大的场合，接法与4~20mA接线方式相似。
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1 2 3 4 5 6 7
应用层 表达层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
BACnet是A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Network的简称， 是一种为楼宇自控网络制定的数据通讯协议。 1987年，美国暖通空调工程师协会组织（ASHARE） 的标准项目委员会调集了全球20多位业内著名专家， 经过8年半时间，在1995年6月，ASHARE正式通过全 球首个楼宇自控行业通讯标准——BACnet 。 BACnet标准的目的是——为计算机控制暖通空调 和制冷系统及其他系统规定通信服务和协议，从而 使不同厂家的产品可以在同一个系统内协调工作。
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BACnet是一个开放的建筑电器气总线，选用一 种成熟的局域网技术，其标准是遵从和参照国际 标准化组织的开放系统互联模型，采用了4层结 构：应用层、网络层、数据链路层和物理层。 BACnet标准体系结构与OSI/ISO的参照图，如 图3-5所示。
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图3-5 BACnet体系结构与OSI/ISO的参照图 BACnet体系结构与OSI/ISO的参照图
现场总线是控制(Control)技术、计算机 (Computer)与通信(Communication)（即3C技术） 发展汇聚的结果。 现场总线的网络拓扑结构有点对点方式、树 型方式、带桥方式3种。 其结构如图3-1所示。
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图3-1 现场总线的几种连接方式
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1. 点对点方式
每个现场仪表，包括智能变送器、支持维护的 装置及手持通信器等，单独接到低速(31.25kbps) 现场总线H1上，用于现场仪表比较分散或传输信息 量大的场合，接法与4~20mA接线方式相似。
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应用层 表达层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
现场总线技术3-4 CAN总线 现场总线技术及其应用 教学课件
Dependent Interface-MDI）构成媒体访问单元（MAU ）
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物理层信号（PLS）
Physical Layer Signal Sublayer 物理层信号实现与位表示、位定时和同步相关
的功能
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PLS－位定时
标称位速率（Nominal Bit Rate）：理想发送器在没有 重同步的情况下，发送的位数/秒
CAN采用非破坏性逐位仲裁技术，优先级发送，可以 大大节省总线冲突仲裁时间，在重负荷下表现出良好 的性能；CAN可以点对点、一点对多点（成组）及全 局广播等几种方式传送和接收数据。
CAN的直接通信距离最远可达10 km（传输速率为5 Kbit/s）；最高通信速率可达1 Mbit/s（传输距离为 40m）。
11
物理媒体连接（PMA）子层
Physical Medium Attachment Sublayer 功能：实现总线发送/接收的功能电路，并可提供总线
故障检测方法 CAN技术规范2.0B中没有定义该层的驱动器/控制器特
性，以便在具体应用中进行优化设计。 由物理媒体连接（PMA）和媒体从属接口（Physical
现场总线技术及其应用
第3讲
胡青松
2020/7/2
1
3.4.1 CAN总线概述
CAN是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通 信网络。
CAN协议遵循ISO/OSI模型，采用了其中的物理层、 数据链路层与应用层。
CAN可以多主方式工作，本质上也是一种CSMA/CD 方式，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地 向网络上的其它节点发送信息，而不分主从，节点之 间有优先级之分，因而通信方式灵活；
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物理层信号（PLS）
Physical Layer Signal Sublayer 物理层信号实现与位表示、位定时和同步相关
的功能
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PLS－位定时
标称位速率（Nominal Bit Rate）：理想发送器在没有 重同步的情况下，发送的位数/秒
CAN采用非破坏性逐位仲裁技术，优先级发送，可以 大大节省总线冲突仲裁时间，在重负荷下表现出良好 的性能；CAN可以点对点、一点对多点（成组）及全 局广播等几种方式传送和接收数据。
CAN的直接通信距离最远可达10 km（传输速率为5 Kbit/s）；最高通信速率可达1 Mbit/s（传输距离为 40m）。
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物理媒体连接（PMA）子层
Physical Medium Attachment Sublayer 功能：实现总线发送/接收的功能电路，并可提供总线
故障检测方法 CAN技术规范2.0B中没有定义该层的驱动器/控制器特
性，以便在具体应用中进行优化设计。 由物理媒体连接（PMA）和媒体从属接口（Physical
现场总线技术及其应用
第3讲
胡青松
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3.4.1 CAN总线概述
CAN是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通 信网络。
CAN协议遵循ISO/OSI模型，采用了其中的物理层、 数据链路层与应用层。
CAN可以多主方式工作，本质上也是一种CSMA/CD 方式，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地 向网络上的其它节点发送信息，而不分主从，节点之 间有优先级之分，因而通信方式灵活；
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。
《现场总线技术及其应用(第3版)》课程标准
《总线控制与系统集成》课程教学大纲 2015年12月制定 2015年12月第0次修订 制定人：一、课程名称及代码课程名称：总线控制与系统集成课程代码：二、适用教育层次及专业教育层次：高职专科适用专业：三、学分、学时学分数：2 学时数：32四、课程类型课程性质：专业课课程类别：理论+实践课五、先修课程名称及代码电气控制技术、检测技术与应用、组态技术及应用、PLC控制系统的构建与运行六、教学目标课程介绍Profibus、MODBUS、CC-LINK、工业以太网的技术特点、技术规范及应用，使学生了解现场总线这种可构成全分布式控制系统的技术，初步具备使用现场总线完成自动化系统设计与项目集成的能力，为今后学生从事小型自动化系统集成、工业机器人及其关联设备系统集成类工作打下良好基础。
1．知识目标1）了解现场总线的发展和应用概况。
2）熟悉现场总线的主要类型及相关通信协议。
3）初步掌握现场总线在自动化控制系统中的应用。
4）熟悉小型自动化系统的集成方法和集成原则。
2．能力目标1）初步具备应用主流现场总线设计系统的能力；2）初步具备小型自动化系统集成的能力。
七、教学内容及要求单元一现场总线概述1．教学基本要求1）了解自动控制系统的发展。
2）了解现场总线的本质及几种有影响的现场总线技术的特点。
2．教学重点、难点教学重点：DCS系统及FCS系统的特点。
教学难点：无。
3．教学资源PPT演示文稿：现场总线概述.ppt。
单元二 Profibus协议与应用1．教学基本要求1）熟悉Profibus协议的通信基础及帧格式；2）了解Profibus协议的应用；3）了解GSD文件的作用；4）学会Profibus硬件组态和程序编写。
2．教学重点、难点教学重点：GSD文件，通信接口的设置教学难点：通信接口的设置3．教学资源PPT演示文稿：机器人控制技术.ppt。
单元三 MODBUS协议与应用1．课程教学基本要求1）熟悉MODBUS协议的通信基础及帧格式；2）了解MODBUS协议的应用。
现场总线技术3-3 Lonworks 现场总线技术及其应用 教学课件
网络结构：能够使用所有现有的网络结构，如主从式、对 等式以及客户/服务式(Client/Server)。
网络拓扑结构：可以自由组合，支持总线型、环型、自由 拓扑型等网络拓扑形式。尤其是自由拓扑形式使得网络构 建更为方便灵活。
无中心控制的真正分布式控制模式能独立完成控制和通信 功能。网络上的每个设备都不依赖于其它设备独立地接收、 发送和处理网络信息。
➢ 由于现有的MAC算法，如IEEE802.2、802.3、802.4和802.5不 能满足LonTalk使用多种通信介质、在交通繁重情况下维持性 能、支持大型网络的需要。因此，Echelon公司的LonTalk协 议采用了可预测P坚持CSMA（Predictive P-Persitent CSMA） 算法。
➢ 可靠性最低
2021/4/27
20
3.3.3 LONTALK协议
冲突避免
➢LonTalk协议采用的是可预测P－坚持CSMA算 法.
➢既便在过载的情况下,仍可达到最大的通信量.
冲突检测
➢一旦收发器检测到冲突,LonTalk协议便能立刻重 发因冲突而破坏的消息包.
➢可以提高媒体的利用率,缩短因冲突而附加到响 应时间的额外值.
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3.3.3 LONTALK协议
1.物理信道
表3-12几类广泛应用的信道特征
2021/4/27
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3.3.3 LONTALK协议
2．LonTalk协议的网络地址结构
每结个点域最多有2图553个-33子分网层，编址一示个意子图网最多可以包括127个
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(a) 单一信道多个子网
1 源子网 1 源节点 目标组 1
8
2a 源子网 1 源节点 目标子网 1 目标节点 8
网络拓扑结构：可以自由组合，支持总线型、环型、自由 拓扑型等网络拓扑形式。尤其是自由拓扑形式使得网络构 建更为方便灵活。
无中心控制的真正分布式控制模式能独立完成控制和通信 功能。网络上的每个设备都不依赖于其它设备独立地接收、 发送和处理网络信息。
➢ 由于现有的MAC算法，如IEEE802.2、802.3、802.4和802.5不 能满足LonTalk使用多种通信介质、在交通繁重情况下维持性 能、支持大型网络的需要。因此，Echelon公司的LonTalk协 议采用了可预测P坚持CSMA（Predictive P-Persitent CSMA） 算法。
➢ 可靠性最低
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3.3.3 LONTALK协议
冲突避免
➢LonTalk协议采用的是可预测P－坚持CSMA算 法.
➢既便在过载的情况下,仍可达到最大的通信量.
冲突检测
➢一旦收发器检测到冲突,LonTalk协议便能立刻重 发因冲突而破坏的消息包.
➢可以提高媒体的利用率,缩短因冲突而附加到响 应时间的额外值.
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3.3.3 LONTALK协议
1.物理信道
表3-12几类广泛应用的信道特征
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3.3.3 LONTALK协议
2．LonTalk协议的网络地址结构
每结个点域最多有2图553个-33子分网层，编址一示个意子图网最多可以包括127个
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(a) 单一信道多个子网
1 源子网 1 源节点 目标组 1
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2a 源子网 1 源节点 目标子网 1 目标节点 8
现场总线技术及其应用专项培训课件演示(84张)
– FF基金会汇集了世界著名仪表、自动化设备和DCS制造厂商，研 究机构和最终用户。现有基金会成员120余家，以及诸多最终用户 组成的顾问委员会。FF的宗旨是促进产生一个单一的国际现场总 线标准。
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FF标准系列
用于低速，过程自动化中现场设备和控制设备之间的联接 的H1（31.25K）
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3.1.2 基金会现场总线通信系统的构成
系统管理内核
（SMK）
对象 系统管理 字典 信息库
（OD） （SMIB）
设备描述 功
（OD） 能
对象字典
（OD）
块 对 象
系统管 理内核 协议
（SMKP）
现场总线报文规范子（FMS） 现场总线访问子层(FAS)
数据链路层（DLL） 物理层（PHY）
现场总线技术及其应用 第3讲
2021/1/20
1
第3章 几种流行的现场总线
3.1基金会现场总线 3.2Profibus现场总线 3.3 LonWorks 3.4CAN总线 3.5 小节
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3.1 基金会现场总线
3.1.1基金会现场总线概述 3.1.2 基金会现场总线通信系统的构成 3.1.3 基金会现场总线网络拓扑 3.1.4 基金会现场总线通信模型 3.1.5 基金会现场总线的功能块 3.1.6 基金会现场总线通信控制器FB3050 3.1.7基金会现场总线的组态 3.1.8一致性与互操作性测试 3.1.9基金会现场总线的应用设计与实例
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2021/1/20
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系统管理和网络管理
网络管理者与网络管理代理 网络管理负责以下工作：
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FF标准系列
用于低速，过程自动化中现场设备和控制设备之间的联接 的H1（31.25K）
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3.1.2 基金会现场总线通信系统的构成
系统管理内核
（SMK）
对象 系统管理 字典 信息库
（OD） （SMIB）
设备描述 功
（OD） 能
对象字典
（OD）
块 对 象
系统管 理内核 协议
（SMKP）
现场总线报文规范子（FMS） 现场总线访问子层(FAS)
数据链路层（DLL） 物理层（PHY）
现场总线技术及其应用 第3讲
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第3章 几种流行的现场总线
3.1基金会现场总线 3.2Profibus现场总线 3.3 LonWorks 3.4CAN总线 3.5 小节
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3.1 基金会现场总线
3.1.1基金会现场总线概述 3.1.2 基金会现场总线通信系统的构成 3.1.3 基金会现场总线网络拓扑 3.1.4 基金会现场总线通信模型 3.1.5 基金会现场总线的功能块 3.1.6 基金会现场总线通信控制器FB3050 3.1.7基金会现场总线的组态 3.1.8一致性与互操作性测试 3.1.9基金会现场总线的应用设计与实例
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系统管理和网络管理
网络管理者与网络管理代理 网络管理负责以下工作：
分散控制系统及现场总线技术(第三章-3)..
1）现场控制站
• 现场控制站属于过程控制专用计算机 • 是一个以微处理器为核心的、具备现场 信号采集与输出通道，并配以机柜和电 源等而构成的一个相对独立的控制装置。
现场控制站
• 2）可编程调节器 • 外貌类似一般盘装仪表的数字化过程控 制装置，由微处理器、RAM、ROM、 模拟量和数字量I/O通道、电源等基本部 分组成的微型计算机系统，能够独立构 成控制回路。
主控制器
• 只读存储器（Read Only Memory，简 称 ROM）：主要作为程序存储器，用 来存放I/O驱动程序、数据采集程序、控 制算法程序、时钟控制程序、引导程序、 系统组态程序、模件、测试和自诊断程 序等支持系统运行的固定程序。
主控制器
• 随机存储器（Random Access Memory，简 称 RAM）：主要作为数据存储器，用来存放 采集的数据、设定值、中间运算结果、最后 运算结果、报警限值、手动操作值、整定参 数、控制指令等可在线修改的参数，为程序 运行提供存储实时数据和计算中间变量的必 要空间。 • 具有后备电池的随机存储器SRAM • 后备电池一般采用小型的锂电池或铬镍电池
现场控制站的功能
• • • • • • 现场控制站的主要功能有五个： 1） 现场数据实时采集 2） 信号处理及运算 3） 输出控制信号 4） 为上层提供显示信息 5） 接受上层指令
现场控制站的功能
• 除了上述基本功能外，现场控制站一般还具有以下功 能； • （1）电源提供：为一些无源的测量元件提供电源， 最常用的是24V直流电源。 • （2）隔离及保护：在现场控制站中为现场信号的输 入输出回路配备完善的隔离电路和保护电路。
主控制器
• 模件总线：功能模件上的总线是该模件所有 数据、地址、控制等信息的传输通道。它将 模件上的各个部分以及模件外的相关部件连 接在一起，在CPU的控制和协调下使模件构成 一个具有设定功能的有机整体。 • 电源电路：主控制器的电源输入一般是24V直 流电源，需要将其变换成5V直流或3.3V直流， 供主控制器上的集成电路芯片使用。
《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教程第2版
3.2.1 设备类型 1)1类主站(Class1 Master)：它是DP网络中的主角，负责和从站交 换数据，并控制整个网络的运行。
2)2类主站(Class2 Master)：它负责对DP系统进行组态，对网络进 行诊断等，它一般是装有通信卡和工程软件的上位机。 3)从站(Slaves)：从站是更接近于底层现场的设备，它们负责执行 主站的输出命令，并向主站提供从现场传感器采集到的输入信号 或其他输入信号。 4)网络连接器件：中继器、耦合器、链接器、电缆等。 3.2.2 系统配置
现场总线技术及应用教程
（第2版）
王永华 A.Verwer(英) 编著
第 1章 第 2章 第 3章 第 4章 第 5章 第 6章 第 7章 第 8章 第 9章
现场总线技术概述 工业网络与通信基础知识 PROFIBUS基础及安装技术 PROFIBUS通信技术及DP-V0/V1 PROFINET基础及安装技术 PROFINET技术 AS-i技术及应用 现场总线技术应用综合举例 标准工业控制编程语言IEC61131-3
3.3 PRቤተ መጻሕፍቲ ባይዱFIBUS设备集成工具
图3-������
8 设备管理工具的特点以及使用场合
(1)GSD (2)EDD (3)FDT/DTM 1)厂级的操作员要使用具有诊断能力的智能现场设备的复杂、非 标准化的特性参数；
3.3 PROFIBUS设备集成工具
2)在“资产最优化”场合，要求支持预防性维护和维护程序的功 能； 3)设备的操作需要用软件方式来“封装”(安全技术、校准等)。
3.2.5 设备地址 1)地址127保留用于全局控制或广播信息。 2)地址126保留用于尚未分配地址，需要使用2类主站来设置地址 的从站。
3.2 PROFIBUS基础
2)2类主站(Class2 Master)：它负责对DP系统进行组态，对网络进 行诊断等，它一般是装有通信卡和工程软件的上位机。 3)从站(Slaves)：从站是更接近于底层现场的设备，它们负责执行 主站的输出命令，并向主站提供从现场传感器采集到的输入信号 或其他输入信号。 4)网络连接器件：中继器、耦合器、链接器、电缆等。 3.2.2 系统配置
现场总线技术及应用教程
（第2版）
王永华 A.Verwer(英) 编著
第 1章 第 2章 第 3章 第 4章 第 5章 第 6章 第 7章 第 8章 第 9章
现场总线技术概述 工业网络与通信基础知识 PROFIBUS基础及安装技术 PROFIBUS通信技术及DP-V0/V1 PROFINET基础及安装技术 PROFINET技术 AS-i技术及应用 现场总线技术应用综合举例 标准工业控制编程语言IEC61131-3
3.3 PRቤተ መጻሕፍቲ ባይዱFIBUS设备集成工具
图3-������
8 设备管理工具的特点以及使用场合
(1)GSD (2)EDD (3)FDT/DTM 1)厂级的操作员要使用具有诊断能力的智能现场设备的复杂、非 标准化的特性参数；
3.3 PROFIBUS设备集成工具
2)在“资产最优化”场合，要求支持预防性维护和维护程序的功 能； 3)设备的操作需要用软件方式来“封装”(安全技术、校准等)。
3.2.5 设备地址 1)地址127保留用于全局控制或广播信息。 2)地址126保留用于尚未分配地址，需要使用2类主站来设置地址 的从站。
3.2 PROFIBUS基础
现场总线技术及其应用
典型控制网络结构：罗克韦尔公司
现场总线的实质
现场总线的协议 制定协议依据：ISO的开发系统互联协议(OSI)。 实际制定的协议：OSI中的某些层 OSI协议：7层协议结构
现场总线系统的组成：
7 6 5 4 3 2 1
应用层 表达层 会话层 传输层 网络层 数据链路 层 物理层
应用层
现场设备 形成系统的传输介质
－－控制层现场总线ControlNet
网络目标功 能 网络拓扑 端到端设备和I/O网络 在同一链路上传递I/O，编程和系统组 态信息 总线、星形、树形 网络节点数 99个可编地址 单段最多48个 模型对象设计；设备对象模型，类/ 实例/属性，设备描述
几种典型的现场总线
应用层设计
最大通讯速 率
通讯方式 网络刷新时 间 数据分组大 小 网络最大拓 扑
电源
网络模型
外部供电
生产者/消费者
连接器
物理层介质
标准同轴电缆BNC
RG6同轴电缆；光纤
其他几种典型现场总线
设备层现场总线DeviceNet：
基于CAN技术的开放标准，三层协议结构。罗克韦 尔 非完全开放的标准。德国
ProfiBus协议：
FF总线
由FF组织提出。三层协议结构。国际
端到端的控制系统解决方案。七层协议结构。 Echleon公司
－－控制层现场总线ControlNet
概述：ControlNet是一种面向控制层的实时性现场总线网络，在 同一物理介质上提供时间关键性I/O数据和报文数据：包括程序上、 下载，组态数据，和端到端报文传递。具有高度的确定性和可重 复性。适用于控制关系复杂关联、要求控制信息同步、协调实时 控制、输出数据速率高的应用场合。 7 应用层 对象和对象模型 ControlNet协议规范
3CC-Link现场总线第3章(1)图文模板
任务3 CC-Link站号和专用电缆的连接 1、站号、站数、设备台数
Date: 2020/11/14
Page: 21
CC-Link的特性
循环通讯
主站
本地站
HMI
主站
Rx/y Bit Rx/y Bit Rx/y Bit Rw Word Rx/y Bit Rw Word Rx/y Bit Rw Word
任务1 CC-Link的特点
1、高速、大容量传送数据 最高通信速度是10Mbps。
2、长距离传输
Date: 2020/11/14
Page: 18
3、在控制器间能实现N：N传送 4、丰富的RAS功能
1）具有备用主站功能； 2）可以隔离故障从站； 3）从站异常状态正常复位后自动返回数据链接。
任务2 CC-Link的结构
Date: 2020/11/14
Page: 34
2、LJ61BT11为主站四设备7从站网络组建
要求：LPLC为主站，FX3G为1号站占两站，远 程IO为3号站，QPLC为4号站占三站，变频器为7号 站，传输速度为2.5M
（1）主站的网络参数设置
（2）FX3G远程设备站站号、站数、传输速度的设置
（3）远程I/O站号、站数、传输速度的设置 （4）本地站的网络参数设置及站号传输速度设置 （5）变频器的站号速率设置
2号站，LPLC为3号站，变频器为4号站，传输速度为 10M
（1）主站的网络参数设置
Date: 2020/11/14
Page: 37
（2）FX3G远程设备站站号、站数、传输速度的设置
M3端子螺钉
外部24VDC电源端子 站号设置开关 占用站数设置开关
预留扩展接头
波特率设置开关
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注意：每个设备要设站号，波特率要求设计为10M。
4、监视输出电压编程实例
名称
变频器正常 正转启动 反转启动 停机 反转显示 运行显示 监视输出电压
软元件
Y0 X500 X501 X502
M503
名称
设定运行频率 运行频率输入 监视输出频率 输出频率显示 监视输出电流 输出电流显示 输出电压显示
软元件
M500 D500 M501 D501 M502 D502 D503
1、远程控制正反转编程实例
2、设定频率编程实例
3、监视输出频率编程实例
4、监视输出电流编程实例
5、监视输出电压编程实例
作业：LPLC为主站，FX3G为1号站占3站， QPLC为4号站占4站，变频器为8号站占1站，远程IO 为9号站占1站，传输速度为10M。试进行网络组建 （站号传输速度设置，主站本地站网络参数设置）， 主站编程使远程IO上两个按钮分别点亮和熄灭一只指 示灯，用三个按钮分别启动电机正反转和停机，并给 变频器远程设置30Hz的频率和监视变频器运行频率、 电压值、电流值。
任务2 变频器的远程速度控制
远程设定频率编程示例
任务3 变频器的远程频率、电流和电压数据读取
监视器代码
触摸屏读取运行频率编程示例
触摸屏读取输出电流编程示例
触摸屏读取输出电压编程示例
任务三 变频器远程正反转控制和速度控制综合实践项目
主站为L02CPU ，带四个设备，分别为FX3G，远程IO （AJ61BTB1 ）， Q00UJ，变频器。其中主站为0号站， FX3G为远程设备站占3个站（初始站为1），远程IO为一个 站（4号站）， Q00UJ本地站占3个站（初始站为5），变频 器为8号站。要求启用远程IO设备起停按钮控制变频器的正 反转，并用指示灯显示变频器的运行状态。并使用触摸屏设 置频率和读取频率、电流、电压。
RYnE
RY（n+1）A RY（n+1）B
频率设定指令 （RAM、 EEPROM）
异常复位请求标志
保留
RXnE
RX（n+1）A RX（n+1）B
频率设定完成 （RAM、 EEPROM） 异常状态标志
远程站就绪
任务3 字I/O信号表(远程寄存器）
任务二 主站对变频器远程正反转控制和速度控制
任务1 变频器的远程正反转控制任务ຫໍສະໝຸດ 位I/O信号表 (远程I/O继电器）
设备号 RYn0 RYn1
信号
正转指令
反转指令
设备号 RXn0 RXn1
信号
正转中
反转中
RYn2 RYn3 RYnC RYnD
高速运行指令 （ RH ） 中速运行指令 （RM）
监视器指令 频率设定指令 （RAM）
RXn2 RXn3 RXnC RXnD
运行中 频率到达 监视 频率设定完成 （RAM）
项目十 主站对变频器远程正反转和速度控制
1、 会CC-Link 硬件接线。
2、理解变频器网卡I/O信号表。
学习 目标
3、会站号波特率设置和主站网络参数设置。 4、理解主站与变频器网卡通信机制。
重点：理解变频器网卡远程寄存器 I/O信号表。
难点：理解主站与变频器网卡通信机制。
任务一 内容回顾 任务1 CC-Link工控网的硬件接线
名称
变频器正常 正转启动 反转启动 停机 反转显示 运行显示 监视输出电压
软元件
Y0 X500 X501 X502
M503
名称
设定运行频率 运行频率输入 监视输出频率 输出频率显示 监视输出电流 输出电流显示 输出电压显示
软元件
M500 D500 M501 D501 M502 D502 D503
远程控制正反转编程示例
LPLC为主站，QPLC为1号站占4站，变频器为5 号站占1站， FX3G为6号站占4站，远程IO为10号站 占1站，波特率为10M。
（1）试进行网络组建（站号传输速度设置，主站 网络参数设置）
（2）两地控制，一地为远程IO三个按钮启动电机 正反转和停机，二地为触摸屏启动电机正反转和停机。
4、监视输出电压编程实例
4、监视输出电压编程实例
名称
变频器正常 正转启动 反转启动 停机 反转显示 运行显示 监视输出电压
软元件
Y0 X500 X501 X502
M503
名称
设定运行频率 运行频率输入 监视输出频率 输出频率显示 监视输出电流 输出电流显示 输出电压显示
软元件
M500 D500 M501 D501 M502 D502 D503
1、远程控制正反转编程实例
2、设定频率编程实例
3、监视输出频率编程实例
4、监视输出电流编程实例
5、监视输出电压编程实例
作业：LPLC为主站，FX3G为1号站占3站， QPLC为4号站占4站，变频器为8号站占1站，远程IO 为9号站占1站，传输速度为10M。试进行网络组建 （站号传输速度设置，主站本地站网络参数设置）， 主站编程使远程IO上两个按钮分别点亮和熄灭一只指 示灯，用三个按钮分别启动电机正反转和停机，并给 变频器远程设置30Hz的频率和监视变频器运行频率、 电压值、电流值。
任务2 变频器的远程速度控制
远程设定频率编程示例
任务3 变频器的远程频率、电流和电压数据读取
监视器代码
触摸屏读取运行频率编程示例
触摸屏读取输出电流编程示例
触摸屏读取输出电压编程示例
任务三 变频器远程正反转控制和速度控制综合实践项目
主站为L02CPU ，带四个设备，分别为FX3G，远程IO （AJ61BTB1 ）， Q00UJ，变频器。其中主站为0号站， FX3G为远程设备站占3个站（初始站为1），远程IO为一个 站（4号站）， Q00UJ本地站占3个站（初始站为5），变频 器为8号站。要求启用远程IO设备起停按钮控制变频器的正 反转，并用指示灯显示变频器的运行状态。并使用触摸屏设 置频率和读取频率、电流、电压。
RYnE
RY（n+1）A RY（n+1）B
频率设定指令 （RAM、 EEPROM）
异常复位请求标志
保留
RXnE
RX（n+1）A RX（n+1）B
频率设定完成 （RAM、 EEPROM） 异常状态标志
远程站就绪
任务3 字I/O信号表(远程寄存器）
任务二 主站对变频器远程正反转控制和速度控制
任务1 变频器的远程正反转控制任务ຫໍສະໝຸດ 位I/O信号表 (远程I/O继电器）
设备号 RYn0 RYn1
信号
正转指令
反转指令
设备号 RXn0 RXn1
信号
正转中
反转中
RYn2 RYn3 RYnC RYnD
高速运行指令 （ RH ） 中速运行指令 （RM）
监视器指令 频率设定指令 （RAM）
RXn2 RXn3 RXnC RXnD
运行中 频率到达 监视 频率设定完成 （RAM）
项目十 主站对变频器远程正反转和速度控制
1、 会CC-Link 硬件接线。
2、理解变频器网卡I/O信号表。
学习 目标
3、会站号波特率设置和主站网络参数设置。 4、理解主站与变频器网卡通信机制。
重点：理解变频器网卡远程寄存器 I/O信号表。
难点：理解主站与变频器网卡通信机制。
任务一 内容回顾 任务1 CC-Link工控网的硬件接线
名称
变频器正常 正转启动 反转启动 停机 反转显示 运行显示 监视输出电压
软元件
Y0 X500 X501 X502
M503
名称
设定运行频率 运行频率输入 监视输出频率 输出频率显示 监视输出电流 输出电流显示 输出电压显示
软元件
M500 D500 M501 D501 M502 D502 D503
远程控制正反转编程示例
LPLC为主站，QPLC为1号站占4站，变频器为5 号站占1站， FX3G为6号站占4站，远程IO为10号站 占1站，波特率为10M。
（1）试进行网络组建（站号传输速度设置，主站 网络参数设置）
（2）两地控制，一地为远程IO三个按钮启动电机 正反转和停机，二地为触摸屏启动电机正反转和停机。
4、监视输出电压编程实例