1、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)概述 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 羅克韋爾自動化實(shí)驗(yàn)室2003年10月第二版工業(yè)過程控制系統(tǒng)的發(fā)展50年代基地式氣動儀表控制系統(tǒng)50年代末420mA電動模擬信號控制系統(tǒng)60年代計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)70年代中期DCS（集散控制系統(tǒng)）80年代FCS（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)） 人們一般把 50年代前的氣動信號控制系統(tǒng)稱作第一代控制系統(tǒng) ,把 4 2 0等電動模擬信號控制系統(tǒng)稱為第二代控制系統(tǒng) ,把數(shù)字計(jì)算機(jī)集中式控制系統(tǒng)稱為第三代 控制系統(tǒng),而把 70年代中期以來的集散式分布控制系統(tǒng)稱作第四代控制系統(tǒng)。工業(yè)過程控制系統(tǒng)的發(fā)展（2）工業(yè)過程控制系統(tǒng)的發(fā)展（3） 第三代數(shù)字計(jì)算機(jī)集中式控制系統(tǒng)一般是以微處理器、PC

2、或工控機(jī)為核心，總線系列一般采用S-100、STD、PC中的ISA、PCI、MULTIBUS總線等。這些總線由于采用集中式控制方式，降低了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，現(xiàn)場太多、太長的接線，使得系統(tǒng)的抗干擾能力降低。如直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)和監(jiān)督控制（SCC）系統(tǒng)。 進(jìn)入 7 0年代 ,大規(guī)模集成電路問世 ,微處理器的誕生 ,控制技術(shù)、顯示技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等的進(jìn)一步發(fā)展 ,人們?yōu)榱死^承常規(guī)模擬儀表和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) ,進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)的安全性和可靠性并降低成本 ,開發(fā)研制了以微處理器為基礎(chǔ)的新型過程控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System),簡稱 D

3、CS。工業(yè)過程控制系統(tǒng)的發(fā)展（4） 回顧DCS應(yīng)用三十年來的情況 ,雖然很多公司相繼開發(fā)出一代又一代的產(chǎn)品 ,功能不斷改進(jìn) ,在通信方式上 ,管理級和監(jiān)控級是數(shù)字總線通信 ,而處于現(xiàn)場的控制級和檢測級仍是 4 2 0 m A模擬量通信。工業(yè)過程控制系統(tǒng)的發(fā)展（5）I/O4-20 mAAnalyzerPLC4-20 mA控制站操作站LAN工業(yè)過程控制系統(tǒng)的發(fā)展（6）DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)作為新一代控制系統(tǒng) ,一方面 ,突破了系統(tǒng)采用通信專用網(wǎng)絡(luò)的局限 ,采用了基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案 ,克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷 ;另一方面把的集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ,變成了新型全分布式結(jié)

4、構(gòu) ,把控制功能徹底下放到現(xiàn)場?？梢哉f ,開放性、分散性與數(shù)字通訊是現(xiàn)場總線系統(tǒng)最顯著的特征。工業(yè)過程控制系統(tǒng)的發(fā)展（7）H2網(wǎng)橋32H1H1H2H1操作站LAN總線卡服務(wù)器124臺設(shè)備現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線H132臺設(shè)備現(xiàn)場總線H132臺設(shè)備現(xiàn)場總線工業(yè)過程控制系統(tǒng)的發(fā)展（8）新一代FCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線的定義根據(jù)IEC的標(biāo)準(zhǔn)定義：“安裝在制造和過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、雙向串行傳輸、多路通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線。設(shè)備層控制層Level of Data Integration信息自動化機(jī)器企業(yè)ModularOpenEmbeddedFCS控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)羅克韋爾推出的現(xiàn)場

5、總線控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)InternetPhotoelectricSensorEtherNetControlNetTMDeviceNetTMInformationDevice ControlComputer 2 Computer 1Controller4Controller3Controller1Controller2Bar Code ReaderSmart Speed ControllerHMIOperatorInterfaceI/OI/ORemote AccessRouter DeviceDisplay StationFCS控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)FCS控制系統(tǒng)組成組態(tài)工具軟件為用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)備配置、網(wǎng)絡(luò)

6、組態(tài)提供平臺的工具軟件，如：RSNetworx For DeviceNet， RSNetworx For ControlNet；組態(tài)通信軟件為通過計(jì)算機(jī)將設(shè)備配置、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)信息傳送至總線設(shè)備而使用的軟件（將配置與組態(tài)信息根據(jù)現(xiàn)場總線協(xié)議規(guī)范（ProtocolSpecification）的通信要求進(jìn)行處理，再從計(jì)算機(jī)通過總線電纜傳送至總線設(shè)備），如：RSLinx；FCS控制系統(tǒng)組成（2）控制器編程軟件為用戶程序提供編程環(huán)境的軟件平臺，RSLogix 55005000系列編程軟件；用戶程序軟件根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程及其他要求而編寫的PLC（控制器）應(yīng)用程序；設(shè)備接口通信軟件根據(jù)現(xiàn)場總線協(xié)議規(guī)范而編寫的

7、用于總線設(shè)備之間通過總線電纜進(jìn)行通信的軟件；FCS控制系統(tǒng)組成（3）設(shè)備功能軟件使總線設(shè)備實(shí)現(xiàn)自身功能（不包括現(xiàn)場總線通信部分）的軟件，如電動機(jī)保護(hù)器本身的軟件部分；監(jiān)控組態(tài)軟件運(yùn)行于監(jiān)控計(jì)算機(jī)(通常也稱為上位機(jī))上的軟件，具有實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、故障報(bào)警信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄、趨勢圖分析及報(bào)表打印等功能，RSview32等。 FCS控制系統(tǒng)組成（4）現(xiàn)場總線的特點(diǎn)（1）現(xiàn)場總線是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)a.現(xiàn)場總線將通信線（總線電纜）延伸到工業(yè)現(xiàn)場（制造或過程區(qū)域），或總線電纜就是直接安裝在工業(yè)現(xiàn)場的；b.現(xiàn)場總線完全適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，因?yàn)樗褪菫榇硕O(shè)計(jì)的。（2）現(xiàn)場總線是數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)場

8、總線（系統(tǒng)）中，同層的或和不同層的總線設(shè)備之間均采用數(shù)字信號進(jìn)行通信。傳統(tǒng)的DCS的通信網(wǎng)絡(luò)介于操作站與控制站之間，而現(xiàn)場儀表與控制站中的輸入輸出單元之間采用的是一對一的模擬信號傳輸。（3）現(xiàn)場總線是開放互連網(wǎng)絡(luò)a. 現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議規(guī)范是公開的，所有制造商都必須遵守；b. 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)是開放的，既可實(shí)現(xiàn)同層網(wǎng)絡(luò)互連，也可實(shí)現(xiàn)不同層網(wǎng)絡(luò)互連，而不管其制造商是哪一家；（4） 現(xiàn)場總線是現(xiàn)場設(shè)備互連網(wǎng)絡(luò)通過一根通信線將所需的各個現(xiàn)場設(shè)備（如變送器傳感器、執(zhí)行器、控制器）互相連接起來，即用一根通信線直接互連N個現(xiàn)場設(shè)備，從而構(gòu)成了現(xiàn)場設(shè)備的互連網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線的特點(diǎn)（2）現(xiàn)場總線的特點(diǎn)（3） （5）

9、現(xiàn)場總線是結(jié)構(gòu)與功能高度分散的系統(tǒng) a. 現(xiàn)場總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有高度分散性，這是由上述（4）、（3）兩點(diǎn)決定的； b. 現(xiàn)場總線的系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)了高度分散。 現(xiàn)場總線廢棄了DCS的控制站及其輸入輸出單元，從根本上改變了DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，通過將控制功能高度分散到現(xiàn)場設(shè)備這一途徑，實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制。 （6）現(xiàn)場設(shè)備的互操作性與互換性 a.互操作性：不同廠商的現(xiàn)場設(shè)備可以互連，互相之間可以進(jìn)行信息交換并可統(tǒng)一組態(tài)； b. 互換性：不同廠商的性能類似的現(xiàn)場設(shè)備可以互相替換 現(xiàn)場總線中現(xiàn)場設(shè)備的互操作性與互換性是DCS無法具備的。 1. 導(dǎo)線和連接附件大量減少 2. 儀表和輸入

10、輸出轉(zhuǎn)換器（卡件）大量減少 3. 設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試周期短，費(fèi)用大大降低 4. 維護(hù)開銷大幅度下降 5. 系統(tǒng)可靠性提高 6. 系統(tǒng)測量與控制的精度提高 現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)7. 系統(tǒng)具有優(yōu)異的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能8. 系統(tǒng)具有強(qiáng)大的（遠(yuǎn)程）故障診斷功能9. 設(shè)備配置、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)和系統(tǒng)集成方便自由10. 現(xiàn)場設(shè)備更換和系統(tǒng)擴(kuò)展更為方便11.為企業(yè)信息系統(tǒng)的構(gòu)建創(chuàng)造了重要條件現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)（2）2.現(xiàn)場總線產(chǎn)生的因素 (1)模擬儀表的缺點(diǎn) *一對一結(jié)構(gòu)：一對傳輸線，一臺儀表，單向傳輸一個信號； 安裝接線龐雜，工程費(fèi)用高，維護(hù)困難； *可靠性差：模擬信號傳輸易受干擾，精度低； (2)現(xiàn)場總線儀表的優(yōu)點(diǎn) *一對N結(jié)構(gòu)

11、：一對傳輸線，N臺儀表，雙向傳輸多個信號； 安裝接線簡單，工程費(fèi)用低，維護(hù)容易； *可靠性高：數(shù)字信號傳輸抗干擾強(qiáng)，精度高； *可控狀態(tài)：操作人員在控制室既可了解其工作狀況，也能對其進(jìn)行 參數(shù)調(diào)整，還可預(yù)測故障； *綜合功能：現(xiàn)場總線儀表既有檢測、變換和補(bǔ)償功能， 又有控制和運(yùn)算功能； *分散控制：功能塊分散在現(xiàn)場儀表中，實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制?，F(xiàn)場總線產(chǎn)生的因素(1/2)現(xiàn)場總線產(chǎn)生的因素(2/2)(3)微處理器技術(shù)的發(fā)展(4)集成電路技術(shù)的發(fā)展(5)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展(6)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展(7)用戶需求和市場競爭 現(xiàn)場總線將網(wǎng)絡(luò)化、信息化的概念引入控制領(lǐng)域中，構(gòu)建完整的控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)，實(shí)

12、現(xiàn)控制靈活、分散控制、信息共享、優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的量化管理，減少安裝、維護(hù)成本，提高設(shè)備可靠性，提高生產(chǎn)效率。當(dāng)今不少國家的自動化公司都投入巨大的人力、物力、財(cái)力全方位地進(jìn)行現(xiàn)場總線技術(shù)研究與應(yīng)用開發(fā)，形成了劇烈的市場競爭，這使現(xiàn)場總線技術(shù)出現(xiàn)了復(fù)雜的局面，形成了多種現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)目前國際上至少有超過40種的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。IEC（國際電工委員會）1984年開始著手試圖制訂單一的國際總線標(biāo)準(zhǔn)，但一直未能實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)(1/4) 目前國際上是多種現(xiàn)場總線并存，IEC于2000年1月4日公布 IEC現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)(IEC61158) 的 投票結(jié)果。 IEC61158采用以下8

13、種現(xiàn)場總線： 類型1：IEC61158技術(shù)報(bào)告 (即FF H1) 類型2：ControlNet (美國Rockwell Automation) 類型3：PROFIBUS (德國Siemens) 類型4：P-NET (丹麥Process Data) 類型5：FF HSE (美國Fisher-Rosemount) 類型6：Swiftnet (美國Boeing) 類型7：World FIP (法國Alstom) 類型8：Interbus (德國Phoenix Contact) 注：IEC現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的8種類型都是平等的，并要求類型28對類型1提供接口，但不要求類型28之間提供接口?，F(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)(2

14、/4)其余現(xiàn)場總線： HART (美國Fisher-Rosemount) CAN (德國Bosch，ISO11898 ，Philips) LON (Lon Works) (美國Echelon) Dupline (瑞士Carlo Gavazzi) * * 設(shè)備層現(xiàn)場總線: IEC62026 - (IEC17B Committee) DeviceNet(Rockwell, Omron, Cutler-Hammer,.)AS-i (P+F, Siemens) SDS *現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)(3/4)* 每種總線的產(chǎn)生都有一定的應(yīng)用背景，如Profibus在制造業(yè)，WorldFIP、FF、ControlNe

15、t在過程控制行業(yè)，P-Net在農(nóng)業(yè)自動化領(lǐng)域。*每種總線都有一個或多個大公司的支持，公司的利益與總線的發(fā)展息息相關(guān)。如WorldFIP主要由Alstom公司支持，Profibus以Siemens為主要支持，ControlNet則以Rockwell公司為主要背景。*每種總線都力圖開發(fā)其應(yīng)用領(lǐng)域，以擴(kuò)張其勢力范圍。大多數(shù)總線都成立了相應(yīng)的國際組織，力圖在制造商和用戶中創(chuàng)造影響，以取得更多方面的支持。*每種總線大多將自己作為國家或地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，以加強(qiáng)自己的競爭地位，如P-Net已成為丹麥標(biāo)準(zhǔn)，Profibus已成為德國標(biāo)準(zhǔn)，WorldFIP成為法國標(biāo)準(zhǔn)2?，F(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)(4/4)FCS和DCS的集成技術(shù)

16、現(xiàn)場總線數(shù)字儀表逐步替代常規(guī)的模擬儀表 FCS逐步改造DCS FCS和DCS集成FCS系統(tǒng)和DCS 系統(tǒng) 的集成(1/2)DCSFCS net網(wǎng)關(guān)控制單元 ( CU )常規(guī)模擬儀表 輸入輸出單元 ( IOU ) 現(xiàn)線總線服務(wù)器 ( FS )H1H2現(xiàn)線總線數(shù)字儀表H1H1網(wǎng)橋H1 IO總線DCS net工程師站操作員站計(jì)算機(jī)站工程師站操作員站計(jì)算機(jī)站終端器FCS企業(yè)網(wǎng)絡(luò)(Intranet)網(wǎng)關(guān)DCSFCS網(wǎng)關(guān)FCS系統(tǒng)和DCS 系統(tǒng) 的集成(1/2)FCS信息層FCS控制層FCS設(shè)備層網(wǎng)關(guān)DCS網(wǎng)絡(luò)基本概念1.通信系統(tǒng)組成信息源發(fā)送設(shè)備編碼調(diào)制傳輸介質(zhì)接收設(shè)備譯碼調(diào)制接收者噪聲干擾信息源：信息

17、的產(chǎn)生者接收者：信息的接收者發(fā)送設(shè)備：發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信息源產(chǎn)生的信號經(jīng)過編碼，并變換為便于傳送的信號形式，送往傳輸介質(zhì)接收設(shè)備：接收設(shè)備的基本功能是完成發(fā)送設(shè)備的反變換，從帶有干擾的信號中正確恢復(fù)出原始的信息來。傳輸介質(zhì)：發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備之間信號傳遞所經(jīng)過的媒介網(wǎng)絡(luò)基本概念（2）傳輸介質(zhì)雙絞線 同軸電纜光纖無線與衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)基本概念（3）2. 通信方式單工通信：信息傳輸始終是一個方向半雙工通信：信息流可在兩個方向上傳輸，但同一時(shí)刻只限于一個方向傳輸全雙工通信：能同時(shí)作雙向通信的網(wǎng)絡(luò)。與半雙工相比全雙工通信效率高，控制簡單，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高發(fā)送單向通道接收發(fā)送接收單向通道接收發(fā)送發(fā)

18、送接收接收發(fā)送雙向通道網(wǎng)絡(luò)基本概念（4）3. 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型樹型總線型環(huán)型采用集中式通訊控制策略，所有節(jié)點(diǎn)通訊均由中央節(jié)點(diǎn)控制適合于主次、分等級的層次型管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基本概念（4）介質(zhì)訪問控制方式在總線和環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，網(wǎng)上的設(shè)備必須共享傳輸線路。為解決同一時(shí)間有幾個設(shè)備同時(shí)爭用傳輸介質(zhì)，需有某種介質(zhì)訪問控制方式，以便協(xié)調(diào)設(shè)備訪問介質(zhì)的順序，設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)。CSMACD（載波監(jiān)聽多路訪問沖突檢測）這種工作方式對任何工作站都沒有預(yù)約發(fā)送時(shí)間。工作站的發(fā)送是隨機(jī)的，必須在網(wǎng)絡(luò)上爭用傳輸介質(zhì)，稱之為爭用技術(shù)。若同一時(shí)刻有多個工作站、向傳輸線路發(fā)送信息，則這些信息會在傳輸線上互相混淆而遭破壞，稱為“

19、沖突”。為盡量避免由于競爭引起的沖突，每個工作站發(fā)送信息之前，都要監(jiān)聽傳輸線上是否有信息在發(fā)送，這就是“載波監(jiān)聽”。網(wǎng)絡(luò)基本概念（5）令牌訪問控制令牌環(huán)（tokenring)形式環(huán)形結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)采用的一種訪問控制方式。節(jié)點(diǎn)A要傳遞一個信息給節(jié)點(diǎn)C， 則等到持有令牌時(shí)，將包含有目的地址和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀發(fā)送給B節(jié)點(diǎn)，B節(jié)點(diǎn)比較目的地址與本站地址不相符，便將原幀發(fā)送給C節(jié)點(diǎn)，C節(jié)點(diǎn)接收后，修改狀態(tài)位，表示此幀已被正確接收，并將修改后數(shù)據(jù)幀傳送給D節(jié)點(diǎn)，E節(jié)點(diǎn)，最后回到A，A從返回幀的狀態(tài)位上得知發(fā)送成功，則取消此幀，并將令牌傳遞給B節(jié)點(diǎn)。 A B C D E網(wǎng)絡(luò)基本概念（5）令牌傳遞總線（token-Ri

20、ng bus)方式采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)上各工作站按一定順序形成一邏輯環(huán)，按照令牌環(huán)網(wǎng)的形式進(jìn)行通信。令牌環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)每個站點(diǎn)都知道信息的來去動向，保證了較高的信息傳遞的確定性。由于能估算出信息傳輸?shù)难舆t時(shí)間，所以比較適合在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中應(yīng)用。而CSMA/CD方式的信息傳遞時(shí)間是不確定的。令牌環(huán)方式對輕、重負(fù)荷不太敏感，但網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)會使整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓，可靠性較差。令牌傳遞總線具有網(wǎng)絡(luò)初始化（分配訪問順序）、故障恢復(fù)、出去不活動節(jié)點(diǎn)及添加新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的功能，但也大大增加了令牌傳遞總線訪問控制的復(fù)雜性。通信網(wǎng)絡(luò)模型國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)公布的開放系統(tǒng)互連(OSI)參考模型共有七層ISO：Interna

21、tionalStandardizationOrganizationOSI：OpenSystemInterconnection通信網(wǎng)絡(luò)模型(1/4)通信網(wǎng)絡(luò)模型(2/4)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)公布的開放系統(tǒng)互連(OSI)參考模型共有七層：應(yīng)用層 7表示層 6會話層 5傳輸層 4網(wǎng)絡(luò)層 3鏈路層 2物理層 1應(yīng)用層 7表示層 6會話層 5傳輸層 4網(wǎng)絡(luò)層 3鏈路層 2物理層 1傳輸介質(zhì)ISO：InternationalStandardizationOrganizationOSI：OpenSystemInterconnectionS1S2物理層： 提供通信設(shè)備的機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程特性， 對數(shù)據(jù)

22、位流進(jìn)行編碼和解碼，故障檢測指示；鏈路層： 構(gòu)造傳送數(shù)據(jù)的幀， 介質(zhì)訪問控制，差錯控制；網(wǎng)絡(luò)層： 傳送報(bào)文分組，選擇路徑， 擁擠控制，網(wǎng)絡(luò)互連；傳送層： 提供建立、維護(hù)和拆除傳送連接的功能， 提供可靠的傳送服務(wù)；會話層： 建立和管理兩個進(jìn)程之間的連接， 為兩個進(jìn)程提供對話服務(wù)；表示層： 提供數(shù)據(jù)變換服務(wù)， 協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)， 數(shù)據(jù)庫管理服務(wù)；應(yīng)用層： 面向用戶，為OSI用戶提供各種服務(wù)， 如通信服務(wù)、終端服務(wù)、文件傳送和網(wǎng)絡(luò)管理等。通信網(wǎng)絡(luò)模型(3/4)應(yīng)用層 7表示層 6會話層 5傳輸層 4網(wǎng)絡(luò)層 3鏈路層 2物理層 1S1應(yīng)用層 7表示層 6會話層 5傳輸層 4網(wǎng)絡(luò)層 3鏈路層 2物理層 1S

23、2數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)H7數(shù) 據(jù)H7H6數(shù) 據(jù)H7H6H5數(shù) 據(jù)H7H6H5H4數(shù) 據(jù)H7H6H5H4H3H2數(shù) 據(jù)H7H6H5H4H3T2H2數(shù) 據(jù)H7H6H5H4H3T2數(shù) 據(jù)H7數(shù) 據(jù)H2H3H4H5H6T2H7數(shù) 據(jù)H2H3H4H5H6T2H7數(shù) 據(jù)H3H4H5H6H7數(shù) 據(jù)H4H5H6H7數(shù) 據(jù)H5H6H7數(shù) 據(jù)H6H7數(shù) 據(jù)封裝卸裝報(bào)頭(Header) H7H2報(bào)尾(Trailer) T2幀通信網(wǎng)絡(luò)模型(4/4)現(xiàn)場總線模型 郵件內(nèi)容：n 通用語言n 讀并理解FB: 功能塊信件內(nèi)容：n 收/發(fā)信件人n 信件內(nèi)容FB: 數(shù)據(jù)參數(shù)信封內(nèi)容：n收/發(fā)信人的地址n郵票n信件內(nèi)容包在里面n書寫格式嚴(yán)

24、格FB: 報(bào)文何時(shí)送出 送給哪個設(shè)備信箱：n 保存信封n 地址并標(biāo)識運(yùn)送信件：FB: 在通信媒體上的信號物 理層數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)管理傳輸介質(zhì)用戶層Postmaster:n Coordination網(wǎng)絡(luò)管理1278TAG TIC101Reactor TemperaturePV = 242 degrees C省略36層選擇什么樣的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的通信中往往要考慮以下幾個問題：系統(tǒng)中不同產(chǎn)品間要有可靠的互操作性及不同供貨商的同類產(chǎn)品要有可互換性。產(chǎn)品怎樣互聯(lián)在一起？產(chǎn)品將要交換什么樣類型的數(shù)據(jù)？是控制數(shù)據(jù)(如 I/O 等)還是信息數(shù)據(jù)。系統(tǒng)需要什么樣的吞吐量產(chǎn)品怎樣被組態(tài)？系統(tǒng)能否在將來可以進(jìn)一步

25、擴(kuò)充？根據(jù)具體的應(yīng)用需求來選擇不同的網(wǎng)絡(luò)，不同的應(yīng)用需求對數(shù)據(jù)的要求是不同的:對數(shù)據(jù)量要求的不同。網(wǎng)絡(luò)上要求傳送的數(shù)據(jù)量可能以兆字節(jié)或字節(jié)或位來計(jì)算。負(fù)載量的變化，對網(wǎng)絡(luò)的帶寬有不同要求。對數(shù)據(jù)類型要求不同。要求可能是I/O信息，狀態(tài)突變的信息或顯式報(bào)文（Explicit Messaging），程序的 上載/下載 ，診斷信息等對網(wǎng)絡(luò)性能要求不同?？赡芤缶W(wǎng)絡(luò)主要處理高速離散量或者模擬量，對工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)特別要求確定性和可重復(fù)性。選擇什么樣的網(wǎng)絡(luò)紅外色譜掃描儀器傳感器分析儀器開關(guān)量信號單回路控制器驅(qū)動裝置微驅(qū)動裝置控制閥門馬達(dá)啟動器接觸器 電磁閥ASI數(shù)據(jù)寬度：位字節(jié)數(shù)據(jù)流SeriplexDevi

26、ceNetINTER-BUSPROFI-BUS-DPPROFIBUS-FMSP-NETLON WorksFIPFOUNDATION FieldbusControlNet各種現(xiàn)場總線適于應(yīng)用的場合吞吐量吞吐量：來自設(shè)備的輸入數(shù)據(jù)傳送到需要它的所有節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)傳送到需要它的所有節(jié)點(diǎn)的速率。吞吐量有以下三個因素決定： 波特率 是把數(shù)字信號放到網(wǎng)上去的原始速率，通常上用每秒比特位或字節(jié)表示。 協(xié)議效率：數(shù)據(jù)包中有效數(shù)據(jù)位與整個包長度的比值。 網(wǎng)絡(luò)模式：源/目的模式，生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式。其他影響吞吐量的因素：介質(zhì)訪問控制沖突檢測機(jī)制感覺 實(shí)際 波特率 數(shù)字信號放到網(wǎng)上的原始速率1 協(xié)議效率

27、數(shù)據(jù)包中有效數(shù)據(jù)位與整個包長度的比值 網(wǎng)絡(luò)模式 ProduceConsumer、源目的23213吞吐量決定因素網(wǎng)絡(luò)傳輸模式現(xiàn)今的工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)中有兩種主要的網(wǎng)絡(luò)模型，即源/目的 (Source/Destination)模型和 生產(chǎn)者/消費(fèi)者 (Producer/Customer)模型。典型的源/目的模型的一個數(shù)據(jù)包如下所示：源目的模式是以節(jié)點(diǎn)地址為中心的編碼方式，數(shù)據(jù)包中包含了源ID、目的ID、數(shù)據(jù)及校驗(yàn)碼。源目的數(shù)據(jù)crc網(wǎng)絡(luò)傳輸模式（2）- 在主/從系統(tǒng)中經(jīng)常用這種模式，主/從是一個層次體系， 系統(tǒng)中包含一個發(fā)起所有通信的主機(jī)，從機(jī)只能跟主機(jī)通信并且以“只答”的方式（speak only when spoken to）， 當(dāng)用于I/O信息時(shí)，這種網(wǎng)絡(luò)就只能限于這種功能。- 點(diǎn)對點(diǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)于主/從結(jié)構(gòu)，提供更多的靈活性，在點(diǎn)對點(diǎn)的系統(tǒng)中，設(shè)備既可以發(fā)起通信，也可以回應(yīng)系統(tǒng)中其它設(shè)備的請求。由于所要求的靈活性，支持