工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（1）哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所劉勇2015（春）工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!章緒論一、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程1、機械式（液動、氣動）儀表3-15psi信號傳遞（對應(yīng)于0.2-1.0kgf/cm2）psi意為磅/平方英寸，氣壓單位缺點：體積較大，適合單機控制2、電動儀表使用4-20mA電流環(huán)模擬信號缺點：線纜較多工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!3、CCS（ComputerControlSystem）中央控制計算機系統(tǒng)包括2種類型：SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisi-tion）監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DDC（DirectDigitalControl）直接數(shù)字控制系統(tǒng)年代：約1962年4、PLC（ProgrammableLogicControllers）可編程邏輯控制器年代：約1972年工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!5、DCS（DistributedControlSystem）集散控制系統(tǒng)，又稱分散控制系統(tǒng)年代：約1976年6、FCS（FieldbusControlSystem）現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)年代：約1994年總結(jié)：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）產(chǎn)生的原因生產(chǎn)力水平的發(fā)展所要求由簡到繁、再由繁到簡的螺旋式上升發(fā)展過程工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!軟件構(gòu)成系統(tǒng)平臺軟件：網(wǎng)絡(luò)配置軟件：一個平臺，實現(xiàn)設(shè)備配置、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，與組態(tài)通信軟件進行通信通信工具軟件：與總線設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信監(jiān)控組態(tài)軟件：實現(xiàn)監(jiān)控功能設(shè)備編程軟件：用戶程序的開發(fā)平臺系統(tǒng)應(yīng)用軟件：系統(tǒng)用戶程序軟件：實現(xiàn)工藝流程設(shè)備接口通信軟件：實現(xiàn)總線設(shè)備間的通信設(shè)備功能軟件：實現(xiàn)總線設(shè)備功能工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!智能速度控制器：執(zhí)行器條形碼識別器：輸入設(shè)備控制、網(wǎng)關(guān)上位機：監(jiān)控三層網(wǎng)絡(luò)遠程訪問路由設(shè)備顯示工作站信息量減少工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!四、現(xiàn)場總線的特點及優(yōu)點特點：(1)現(xiàn)場總線是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)(2)現(xiàn)場總線是數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)(3)現(xiàn)場總線是開放互連網(wǎng)絡(luò)(4)現(xiàn)場總線是現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(5)現(xiàn)場總線是結(jié)構(gòu)與功能高度分散的系統(tǒng)(6)現(xiàn)場總線是互操作性與互換性網(wǎng)絡(luò)一句話：數(shù)字式、開放性、分散性、互操作性與互換性、對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性優(yōu)點：(1)導(dǎo)線和連接附件大量減少(2)儀表和輸入／輸出轉(zhuǎn)換器（卡件）大量減少(3)設(shè)計、安裝和調(diào)試費用大大降低工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!2、按應(yīng)用行業(yè)劃分過程控制用現(xiàn)場總線如：FF、PROFIBUS-PA樓宇自動化如：LonWorks道路交通工具中用的如：CAN、VAN飛機上用的如：SwiftNet農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)中用的如：P-Net低壓開關(guān)設(shè)備中用的如：DeviceNet、AS-i等工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!2、IEC國際標準的制定過程預(yù)備階段提案階段準備階段委員會階段征詢意見階段批準階段出版階段（標志：PPUB，即：PublicationIssued，出版發(fā)行即認為國際標準形成）3、用于低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的現(xiàn)場總線國際標準（Low-VoltageSwitchgearandControl-gear）IEC62026工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!ISO11519：低速CAN和VAN，125kbps以下5、樓宇自動化領(lǐng)域的現(xiàn)場總線國際標準ISO16484-5：BACnet（樓宇自動控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊協(xié)議：ADateCommunicationProtocolforBuildingAutomationandControlNetworks）6、測量與控制數(shù)字數(shù)據(jù)通信——工業(yè)控制系統(tǒng)用現(xiàn)場總線國際標準（FieldbusforuseinindustrialControlSystem）IEC61158ED2.0（第2版）共規(guī)定了8種現(xiàn)場總線類型TYPE-1：IEC61158TS（即FFH1），F(xiàn)F支持TYPE-2：ControlNet，羅克韋爾自動化RA支持TYPE-3：PROFIBUS，西門子支持工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!TYPE-6：SwiftNet（該類型被撤銷）TYPE-7：WorldFIPTYPE-8：InterbusTYPE-9：FFH1TYPE-10：PROFInetTYPE-11：TC-netTYPE-12：EtherCATTYPE-13：EthernetPowerlinkTYPE-14：EPA（中國）TYPE-15：MODBUS-RTPSTYPE-16：SERCOSI，IITYPE-17：VNET/IPTYPE-18：CC-LinkTYPE-19：SERCOSIIITYPE-20：HART工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!CPF-5/1：WorldFIPCPF-5/2：WorldFIPwithsubMMSCPF-5/3：WorldFIPminimalforTCP/IPCPF-6/1：INTERBUSCPF-6/2：INTERBUSforTCP/IPCPF-6/3：INTERBUSminimalCPF-7/1：SwiftNettransportCPF-7/2：SwiftNetfullstackCPF-8：CC-LinkCPF-9：工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!七、現(xiàn)場總線的中國標準推薦性國家標準GB/T18858（低壓電器）AS-iDeviceNet推薦性國家標準GB/T20540（工業(yè)控制系統(tǒng)）PROFIBUS推薦性國家標準GB/T20171（工業(yè)控制系統(tǒng)）EPA推薦性國家標準GB/T19582（工業(yè)自動化）Modbus推薦性國家標準GB/T19760（半導(dǎo)體制造）CC-Link國家標準指導(dǎo)性文件GB/Z20541：PROFINETGB/Z20177：LonWorksGB/Z20830：PROFIsafe工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!他們不得不開發(fā)打破壟斷、全面開放的現(xiàn)場總線，與其自身利益相矛盾，是無奈之舉；一旦國際標準與其技術(shù)產(chǎn)品不符，就投反對票；一些小國在技術(shù)、經(jīng)濟上依附于大國，投票中搖擺，不能自主；IEC是多極化組織，代表分別來自各大國及各大公司，斗爭的復(fù)雜性反復(fù)性不可避免；技術(shù)上，沒有一種現(xiàn)場總線對所有領(lǐng)域都是最好的。工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!二、現(xiàn)場總線的概念安裝在制造或過程區(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、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線。IEC61158ED1.0中的定義廣義理解：可以把現(xiàn)場總線看成是一種網(wǎng)絡(luò)、一種鏈路、一個系統(tǒng)的集成，甚至是一個測控系統(tǒng)。三、現(xiàn)場總線的軟硬件構(gòu)成硬件構(gòu)成總線電纜：也叫通信介質(zhì)、通信媒體總線設(shè)備：包括變送器、執(zhí)行器、控制器等工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!離散量/模擬量輸入/輸出設(shè)備指示燈：狀態(tài)指示光電傳感器：檢測開關(guān)操作員接口：輸入操作命令閥和交流驅(qū)動器：執(zhí)行器，輸出設(shè)備變送器（傳感器）：輸入設(shè)備控制器：主站、從站人機界面：輸入/輸出設(shè)備參數(shù)、命令、顯示工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!FFHSE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（體系結(jié)構(gòu)）鏈接設(shè)備：核心網(wǎng)橋、網(wǎng)關(guān)時間發(fā)布鏈路調(diào)度器

31.25kbps100Mbps主機系統(tǒng)以太網(wǎng)交換機高速以太網(wǎng)

組態(tài)、監(jiān)控現(xiàn)場信息控制信息工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!(4)維護開銷大幅度下降(5)系統(tǒng)可靠性提高(6)系統(tǒng)測量與控制精度提高(7)系統(tǒng)具有優(yōu)異的遠程監(jiān)控功能(8)系統(tǒng)具有強大的（遠程）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)造了重要條件五、現(xiàn)場總線的分類1、按傳送的數(shù)據(jù)寬度劃分傳感器網(wǎng)絡(luò)：數(shù)據(jù)寬度為位（bit）如：AS-i、Seriplex設(shè)備總線：數(shù)據(jù)寬度為字節(jié)（byte）如：Interbus、DeviceNet全功能型總線：數(shù)據(jù)寬度為數(shù)據(jù)流或數(shù)據(jù)工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!信息層EtherNet/IPHSE/H2PROFInet/PROFIBUS-FMS控制層ControlNetH1PROFIBUS-PA設(shè)備層DeviceNetPROFIBUS-DPRAFFPROFIBUS三種主流現(xiàn)場總線協(xié)議簇六、現(xiàn)場總線的國際標準1、制定標準的國際組織有：IEC（國際電工委員會）ISO（國際標準化組織）ITU（國際電信聯(lián)盟）3、按功能分層工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!包括4個類型AS-i：ActuatorSensorinterface，執(zhí)行器傳感器接口，西門子支持DeviceNet：設(shè)備網(wǎng)，RA支持SDS：SmartDistributedSystem，智能分布系統(tǒng)，Honeywell支持Seriplex：SerialMultiplexedControlBus，串行多路控制總線標準形成時間：2001年11月4、用于道路交通工具進行數(shù)字信息交換的現(xiàn)場總線國際標準ISO11898：高速CAN，125k-1M（bps）工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!TYPE-4：P-NET，丹麥ProcessData支持TYPE-5：FFHSE，艾默生（Emerson）支持TYPE-6：SwiftNet，波音公司的TYPE-7：WorldFIP，法國阿爾斯通公司的TYPE-8：Interbus，德國菲尼克斯公司支持IEC61158ED3.0（第3版）又新增加了2個類型TYPE-9：FF應(yīng)用層TYPE-10：PROFInetIEC61158ED4.0（第4版）TYPE-1：IEC/TS61158TYPE-2：CIPTYPE-3：PROFIBUSTYPE-4：P-NETTYPE-5：FFHSE工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!7、工業(yè)控制系統(tǒng)的連續(xù)與斷續(xù)制造用現(xiàn)場總線國際標準IEC61784CPF-1/1：FFH1CPF-1/2：FFHSECPF-1/3：FFH2CPF-2/1：ControlNetCPF-2/2：EtherNet/IPCPF-3/1：PROFIBUS-DPCPF-3/2：PROFIBUS-PACPF-3/3：PROFInetCPF-4/1：P-NETRS-485CPF-4/2：P-NETRS-232工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!CPF-10：VNET/IP（VirtualNetworkProtocol）CPF-11：TC-netCPF-12：EtherCAT（EthernetforControlAutomationTechnology）CPF-13：EPL（EthernetPowerLink）CPF-14：EPA（EthernetforPlantAutoma-tion）CPF-15：MODBUS-RTPS（Real-TimePub-lish-Subscibe）CPF-16：SERCOS工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共25頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!八、中國的現(xiàn)場總線行業(yè)標準機械行業(yè)：JB/T10308PROFIBUSControlNet和Ethernet/IP九、幾種有影響的非國際標準現(xiàn)場總線LonWorks、LIN、