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《工业控制网络》PPT课件《工业控制网络》PPT课件问题：问题：Ø1. 1. 为什么学习这门课程为什么学习这门课程————现场总线（工业控制网络）现场总线（工业控制网络）？？ 为什么学？为什么学？ 目的目的Ø2. 2. 通过这门课程能学到什么？通过这门课程能学到什么？ 学什么？学什么？ 内容内容Ø3. 3. 怎样学习这门课程？怎样学习这门课程？ 怎样学？怎样学？ 方法方法问题：1. 为什么学习这门课程——现场总线（工业控制网络）？为什么学？为什么学？Ø工工业业控控制制网网络络————现现场场总总线线是是自自动动化化及及电电气气工工程程领域当前和今后的发展热点领域当前和今后的发展热点Ø对于电气工程领域：对于电气工程领域：Ø在现代电机驱动与控制装置（如变频器）中在现代电机驱动与控制装置（如变频器）中Ø在数字化变电站在数字化变电站Ø配电系统配电系统/ /继电保护装置中继电保护装置中Ø在智能电器中在智能电器中Ø在楼宇自动化装置中在楼宇自动化装置中Ø对于国防领域：对于国防领域：Ø在航空航天设备、舰船、装甲车辆中均使用了现场总线系统。

在航空航天设备、舰船、装甲车辆中均使用了现场总线系统背 景现都均要求配置现场总线通信接口背景与目的为什么学？工业控制网络——现场总线是自动化及电气工程领域当前为什么学？为什么学？Ø掌握现场总线的概念掌握现场总线的概念Ø掌握通信与网络基本知识掌握通信与网络基本知识Ø学学会会阅阅读读并并理理解解现现场场总总线线协协议议/ /规规范范，，能能够够设设计计一一般设备的现场总线通信接口般设备的现场总线通信接口Ø掌掌握握典典型型现现场场总总线线系系统统的的基基本本应应用用技技术术，，并并为为进进行行现现场场总总线线系系统统设设计计和和现现场场总总线线分分析析奠奠定定一一定定的的基础目 的背景与目的为什么学？掌握现场总线的概念目 的背景与目的学什么？学什么？Ø现场总线的概念、组成、特点、优点现场总线的概念、组成、特点、优点Ø现场总线通信与网络基础知识现场总线通信与网络基础知识Ø国际标准现场总线及其它主流现场总线协议国际标准现场总线及其它主流现场总线协议/ /规范规范Ø现现场场总总线线节节点点设设计计以以及及现现场场总总线线系系统统应应用用技技术术基基础础内容学什么？现场总线的概念、组成、特点、优点内容怎么学？怎么学？Ø理论与实践相结合理论与实践相结合Ø理论理论3434学时学时Ø实验实验4 4学时学时Ø听课与自学相结合听课与自学相结合Ø课程特点：知识点多、交叉性强课程特点：知识点多、交叉性强Ø课堂：基础、重点、难点课堂：基础、重点、难点Ø自学：拓展知识面、接触其他具体现场总线自学：拓展知识面、接触其他具体现场总线方法怎么学？理论与实践相结合方法第第 1 1 章章 绪绪 论论Ø1.1 1.1 现场总线的概念现场总线的概念Ø1.2 1.2 现场总线系统的组成与体系结构现场总线系统的组成与体系结构Ø1.3 1.3 现场总线的技术特点及优点现场总线的技术特点及优点 Ø1.4 1.4 现场总线应用领域现场总线应用领域Ø1.5 1.5 典型现场总线简介典型现场总线简介第 1 章 绪 论1.1 现场总线的概念1.1 1.1 现场总线的概念现场总线的概念 什么是现场总线什么是现场总线 1.1 现场总线的概念 什么是现场总线 1.1 1.1 现场总线的概念现场总线的概念 Ø国际电工委员会制定的国际标准国际电工委员会制定的国际标准IEC61158IEC61158对现场总线（对现场总线（fieldbusfieldbus）的定义是：）的定义是： 安安装装在在制制造造或或过过程程区区域域的的现现场场装装置置与与控控制制室室内内的的自自动动控控制制装装置置之之间间的的数数字字式式、、串行、多点通信的串行、多点通信的数据总线数据总线数据总线数据总线称为现场总线。

称为现场总线 1.1 现场总线的概念 国际电工委员会制定的国际标准IEC1.1 1.1 现场总线的概念现场总线的概念Ø第第2 2版版（（Ed2.0Ed2.0））IEC61158-2IEC61158-2用用于于工工业业控控制制系系统统中中的的 现现 场场 总总 线线 标标 准准 ————第第 2 2部部 分分 ：： 物物 理理 层层 规规 范范（（Physical Physical Layer Layer SpecificationSpecification））与与服服务务定定义义（（Server definitionServer definition）又进一步指出：）又进一步指出： 现现场场总总线线是是一一种种用用于于底底层层工工业业控控制制和和测测量量设设备备 ，， 如如 变变 送送 器器 （（ transducerstransducers）） 、、 执执 行行 器器（（ actuatorsactuators）） 和和 本本 地地 控控 制制 器器 （（ local local controllerscontrollers））之之间间的的数数字字式式、、串串行行、、多多点点通通信信的的数据总线。

数据总线 1.1 现场总线的概念第2版（Ed2.0）IEC61158-1.1 1.1 现场总线的概念现场总线的概念Ø对现场总线概念的理解和解释还存在一些不同的表述对现场总线概念的理解和解释还存在一些不同的表述 现现场场总总线线一一般般是是指指一一种种用用于于连连接接现现场场设设备备，，如如传传感感器器（（sensorssensors））、、执执行行器器以以及及像像PLCPLC、、调调节节器器（（regulatorsregulators））、、驱驱动动控控制制器器等等现现场场控控制制器器的的网网络；络； 1.1 现场总线的概念对现场总线概念的理解和解释还存在一些不1.1 1.1 现场总线的概念现场总线的概念Ø对现场总线概念的不同的表述：对现场总线概念的不同的表述： 现现场场总总线线是是应应用用在在生生产产现现场场、、在在微微机机化化测测量量控控制制设设备备之之间间实实现现双双向向串串行行多多节节点点数数字字通通信信的的系系统统，，也也被被称称为为开开放放式式、、数数字字化化、、多多点点通通信信的的底底层层控控制制网网络；络； 1.1 现场总线的概念对现场总线概念的不同的表述：1.1 1.1 现场总线的概念现场总线的概念Ø对现场总线概念的不同的表述：对现场总线概念的不同的表述： 现现场场总总线线是是一一种种串串行行的的数数字字数数据据通通信信链链路路，，它它沟沟通通了了生生产产过过程程领领域域的的基基本本控控制制设设备备（（现现场场设设备备））之之间间以以及及更更高高层层次次自自动动控控制制领领域域的的自自动动化化控控制制设设备备（车间级设备）之间的联系；（车间级设备）之间的联系； 1.1 现场总线的概念对现场总线概念的不同的表述：1.1 1.1 现场总线的概念现场总线的概念Ø对现场总线概念的不同的表述：对现场总线概念的不同的表述： 现场总线是连接控制系统中现场装置的双向数字通信网络；现场总线是连接控制系统中现场装置的双向数字通信网络； 现场总线是从控制室连结到现场设备的双向全数字通信总线；现场总线是从控制室连结到现场设备的双向全数字通信总线；1.1 现场总线的概念对现场总线概念的不同的表述：1.1 1.1 现场总线的概念现场总线的概念Ø对现场总线概念的不同的表述：对现场总线概念的不同的表述： 现现场场总总线线是是用用于于过过程程自自动动化化和和制制造造自自动动化化（（最最底底层层））的的现现场场设设备备或或现现场场仪仪表表互连的现场数字通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成；互连的现场数字通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成； 1.1 现场总线的概念对现场总线概念的不同的表述：1.1 1.1 现场总线的概念现场总线的概念Ø对现场总线概念的不同的表述：对现场总线概念的不同的表述： 在在自自动动化化领领域域，，““现现场场总总线线””一一词词是是指指安安装装在在现现场场的计算机、控制器以及生产设备等连接构成的网络；的计算机、控制器以及生产设备等连接构成的网络； 现现场场总总线线是是应应用用在在生生产产现现场场、、在在测测量量控控制制设设备备之之间间实实现现工工业业数数据据通通信信、、形形成成开开放放型型测测控控网网络络的的新新技技术术，，是是自自动动化化领领域域的的计计算算机机局局域域网网，，是是网网络络集集成成的的测测控控系系统。

统1.1 现场总线的概念对现场总线概念的不同的表述：1.1 1.1 现场总线的概念现场总线的概念 现现场场总总线线一一般般应应被被看看作作是是一一个个系系统统、、一一个个网网络络或或一一个个网网络系统，它应用于现场测量和络系统，它应用于现场测量和/ /或控制目的，通常被称为或控制目的，通常被称为u 现场总线现场总线u 现场总线控制系统现场总线控制系统FCSFCS（（Fieldbus Control SystemFieldbus Control System））u 现场总线系统现场总线系统u 现场总线网络现场总线网络u 现场总线网络系统现场总线网络系统u 现场总线网络控制系统现场总线网络控制系统u 网络控制系统网络控制系统NCS NCS （（Network Control SystemNetwork Control System））1.1 现场总线的概念 现场总线一般应被看作是一个系统控制系统的发展过程 （1）初级控制系统　 时间：20世纪50年代以前； 特点：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。

此阶段的控制系统均简单、初级控制系统 控制系统的发展过程（2）模拟仪表控制系统　 时间：60年代至70年代后期； 特点：以电子管、晶体管、集成电路为核心的气动和电动单元组合式仪表两大系列，它们分别以压缩空气和直流电源作为动力，用于对防爆要求较高的化工生产和其他行业，防爆等级为本质安全型，在仪表内部实行电压并联传输，外部实行电流串联传输，以减小传输过程的干扰 《工业控制网络》PPT课件（（3 3）集中式数字控制系统　）集中式数字控制系统　 时间：时间：8080年代初；年代初； 特点：特点：使用数字信号代替模拟信号，并研使用数字信号代替模拟信号，并研制出直接数字控制系统，用数字计算机代替控制出直接数字控制系统，用数字计算机代替控制室内的仪表来完成控制系统功能用一台计制室内的仪表来完成控制系统功能用一台计算机取代控制室的所有仪表解决了信号传输算机取代控制室的所有仪表解决了信号传输及抗干扰问题及抗干扰问题3）集中式数字控制系统　 时间：80年代初； （（4 4）集散控制系统（）集散控制系统（DCSDCS））　　 组成：组成：由数字调节器、可编程控制由数字调节器、可编程控制（（PLCPLC）以及多台计算机构成；）以及多台计算机构成； 特点：特点：当一台计算机出故障时，其他当一台计算机出故障时，其他计算机立即接替该计算机的工作，使系统继续计算机立即接替该计算机的工作，使系统继续正常运行。

在正常运行在DCSDCS系统中，测量仪表、变送器系统中，测量仪表、变送器一般为模拟仪表，控制器多为数字式，因而它一般为模拟仪表，控制器多为数字式，因而它又是一种模拟数字混合系统但是各厂家的产又是一种模拟数字混合系统但是各厂家的产品互换与互操作有一定的局限性品互换与互操作有一定的局限性 （4）集散控制系统（DCS）　 组成：由数 （5）现场总线控制系统（FCS） 特点：把基于封闭、专用的解决方案变成了基于公开化、标准化的解决方案，即可以将来自不同厂商而遵守同一协议规范的自动化设备通过现场总线控制系统把DCS集中与分散结合的集散系统结构变成了新型全分布式系统结构，把控制功能彻底下放到现场 （5）现场总线控制系统（FCS） 现场总线控制集散控制集中控制现场总线控制集散控制集中控制传统泵/阀控制系统结构示意图P&V 1P&V 2P&V 3P&V 4P&V 5CPU大量的电缆和连接 !I/O, AD/DA etc. Modules 传统泵/阀控制系统结构示意图P&V 1P&V 2P&V 3P现场总线泵/阀控制系统结构示意图P&V 1P&V 2P&V 3P&V 4P&V 5CPUDeviceNet 接口 只有一根电缆 !!!Network Scanner 现场总线泵/阀控制系统结构示意图P&V 1P&V 2P&V 1.2 1.2 现场总线系统的组成与体系结构现场总线系统的组成与体系结构 Ø1.2.1 1.2.1 现场总线系统的组成现场总线系统的组成Ø1.2.2 1.2.2 现场总线控制系统的体系结构现场总线控制系统的体系结构1.2 现场总线系统的组成与体系结构 1.2.1 现场总线系1.2.1 1.2.1 现场总线系统的组成现场总线系统的组成图1 现场总线系统的组成 1.2.1 现场总线系统的组成图1 现场总线系统的组成 Ø硬件：硬件：u总线电缆，又称为通信线、通信介质（媒体总线电缆，又称为通信线、通信介质（媒体/ /媒介媒介/ /介体）。

介体）u连连接接在在通通信信线线上上的的设设备备称称为为总总线线设设备备，，亦亦称称为为总总线线装装置置、、节节点点（（主主节节点、从节点）、站点（主站、从站）点、从节点）、站点（主站、从站）1.2.1 1.2.1 现场总线系统的组成现场总线系统的组成硬件：1.2.1 现场总线系统的组成 软件包括：软件包括：Ø系系统统平平台台软软件件：：为为系系统统构构建建、、运运行行以以及及为为系系统统应应用用软软件件编编程程而而提提供供环环境境、、条条件件或或工工具具的的基基础础软软件件包包括括组组态态工工具具软软件件、、组组态态通通信信软软件件、、监监控控组组态态软件和设备编程软件软件和设备编程软件 Ø系系统统应应用用软软件件：：为为实实现现系系统统以以及及设设备备的的各各种种功功能能而而编编写写的的软软件件，，包包括括系系统统用用户户程程序序软软件件、、设设备备接接口通信软件和设备功能软件口通信软件和设备功能软件 1.2.1 1.2.1 现场总线系统的组成现场总线系统的组成 软件包括：1.2.1 现场总线系统的组成Ø软件包括：软件包括：u组组态态工工具具软软件件————为为用用计计算算机机进进行行设设备备配配置置、、网网络络组组态态提提 供供 平平 台台 并并 按按 现现 场场 总总 线线 协协 议议 / /规规 范范 （（ ProtocolProtocol／／SpecificationSpecification））与与组组态态通通信信软软件件交交换换信信息息的的工工具具软软件件，，如如RSNetWorx RSNetWorx for for DeviceNetDeviceNet、、ControlNetControlNet、、EtherNet/IP EtherNet/IP 。

u组组态态通通信信软软件件————为为计计算算机机与与总总线线设设备备进进行行通通信信，，读读取取总总线线设设备备参参数数或或将将总总线线设设备备配配置置、、网网络络组组态态信信息息传传送送至至总线设备而使用的软件，如总线设备而使用的软件，如RSLinx RSLinx 1.2.1 1.2.1 现场总线系统的组成现场总线系统的组成软件包括：1.2.1 现场总线系统的组成Ø软件包括：软件包括：u监监控控组组态态软软件件————运运行行于于监监控控计计算算机机( (通通常常也也称称为为上上位位机机) )上上的的软软件件，，具具有有实实时时显显示示现现场场设设备备运运行行状状态态参参数数、、故故障障报报警警信信息息，，并并进进行行数数据据记记录录、、趋趋势势图图分分析析及及报报表表打打印印等等功功能能监监控控组组态态软软件件可可使使用用户户通通过过简简单单形形象象的的组组态态工工作作即即可可实实现现系系统统的的监监控控功功能能监监控控组组态态软软件亦称上位机监控组态软件，如件亦称上位机监控组态软件，如RSView32RSView32 1.2.1 1.2.1 现场总线系统的组成现场总线系统的组成软件包括：1.2.1 现场总线系统的组成Ø软件包括：软件包括：u设设备备编编程程软软件件————为为系系统统应应用用软软件件提提供供编编程程环环境境的的平平台台软软件件。

当当设设备备为为 控控 制制 器器 /PLC/PLC时时 ，， 设设 备备 编编 程程 软软 件件 即即 为为 控控 制制 器器 编编 程程 软软 件件 ，， 如如RSLogix500RSLogix500（（用用于于SLC500SLC500系系列列和和MLML系系列列控控制制器器的的3232位位基基于于WindowsWindows的的梯梯形图逻辑编程软件）形图逻辑编程软件） 1.2.1 1.2.1 现场总线系统的组成现场总线系统的组成软件包括：1.2.1 现场总线系统的组成Ø软件包括：软件包括：u系系统统用用户户程程序序软软件件————根根据据系系统统的的工工艺艺流流程程或或功功能能及及其其他他要要求求而而编编写写的的系系统统级级的的用用户户应应用用程程序序该该程程序序一一般运行于作为主站的控制器中或计算机中般运行于作为主站的控制器中或计算机中u设设备备接接口口通通信信软软件件————根根据据现现场场总总线线协协议议/ /规规范范而而编编写写的用于总线设备之间通过总线电缆进行通信的软件的用于总线设备之间通过总线电缆进行通信的软件u设设备备功功能能软软件件————使使总总线线设设备备实实现现自自身身功功能能（（不不包包括括现场总线通信部分）的软件。

现场总线通信部分）的软件1.2.1 1.2.1 现场总线系统的组成现场总线系统的组成软件包括：1.2.1 现场总线系统的组成1.2.2 1.2.2 现场总线控制系统的体系结现场总线控制系统的体系结构构离散量/模 拟 量输入/输出设备指示灯：状态指示光电传感器：检测开关操作员接口 ：输入操作命令 阀和交流驱动器：执行器，输出设备 变送器（传感器）：输入设备控制器：主站、从站 人机界面 ：输入/输出设备参数、命令、显示1.2.2 现场总线控制系统的体系结构离散量/模拟量输入/输1.2.2 1.2.2 现场总线控制系统的体系结现场总线控制系统的体系结构构智能速度控制器 ：执行器 条形码识别器 ：输入设备控制、网关 上位机：监控与三层网络 相连远程访问路由设备 显示工作站 信息量减少图3 罗克韦尔推出的现场总线控制系统 1.2.2 现场总线控制系统的体系结构智能速度控制器 条形码1.2.2 1.2.2 现场总线控制系统的体系结现场总线控制系统的体系结构构图4 FF HSE 网络架构（体系结构）链接设备：核心网桥、网关时间发布链路调度器 31.25kbps 100Mbps 主机系统 以太网交换机 高速以太网 组态、监控 现场信息 控制信息1.2.2 现场总线控制系统的体系结构图4 FF HSE1.2.2 1.2.2 现场总线控制系统的体系结构现场总线控制系统的体系结构Ø变送器／传感器（输入设备）变送器／传感器（输入设备）；；Ø执行器（输出设备）执行器（输出设备）；；Ø控制器控制器；；Ø监控／监视计算机；监控／监视计算机；Ø网桥／网关网桥／网关/ /中继器中继器/ /集线器集线器/ /交换机交换机/ /路由器（网络互联设备）；路由器（网络互联设备）；Ø其他现场总线设备（其他现场总线设备（HMIHMI）。

在现场总线控制系统中，总线设备主要分为6类： 1.2.2 现场总线控制系统的体系结构变送器／传感器（输入设1.3 1.3 现场总线的技术特点及优点现场总线的技术特点及优点Ø现现场场总总线线是是当当今今3C3C技技术术，，即即通通信信（（CommunicationCommunication））、、计计算算机机（（ComputerComputer））、、控控制制（（ControlControl））技技术术发发展展的的结结合点Ø现现场场总总线线是是过过程程控控制制技技术术、、自自动动化化仪仪表表技技术术、、计计算算机机网络技术三大技术发展的交汇点网络技术三大技术发展的交汇点Ø现现场场总总线线是是信信息息技技术术、、网网络络技技术术的的发发展展在在控控制制领领域域的的体现Ø现场总线是信息技术、网络技术发展到现场的结果现场总线是信息技术、网络技术发展到现场的结果现场总线在技术上的产生1.3 现场总线的技术特点及优点现场总线是当今3C技术，即通1.3 1.3 现场总线的技术特点及优点现场总线的技术特点及优点Ø现现场场总总线线是是自自动动化化领领域域技技术术发发展展的的热热点点之之一一，，将将对对传传统统的的工工业业自自动动化化带带来来革革命，从而开创工业自动化的新纪元。

命，从而开创工业自动化的新纪元Ø现现场场总总线线控控制制系系统统必必将将逐逐步步取取代代传传统统的的独独立立控控制制系系统统、、集集中中采采集集控控制制系系统统和和集集散散控控制制系系统统DCSDCS（（Distributed Distributed Control Control SystemSystem）），，成成为为本本世世纪纪自自动动控控制制系系统的主流统的主流1.3 现场总线的技术特点及优点现场总线是自动化领域技术发展1.3.1 1.3.1 现场总线的技术特点现场总线的技术特点 与与DCSDCS等传统的系统相比，现场总线（系统）有以下特点：等传统的系统相比，现场总线（系统）有以下特点：Ø现场通信网络现场通信网络————特点特点1 1•现现场场总总线线将将通通信信线线（（总总线线电电缆缆））延延伸伸到到到到工工业业现现场场（（制制造造或或过过程区域），或总线电缆就是直接安装在工业现场的；程区域），或总线电缆就是直接安装在工业现场的；•现场总线现场总线完全适应于工业现场环境完全适应于工业现场环境，因为它就是为此而设计的因为它就是为此而设计的 1.3.1 现场总线的技术特点 与DCS等传统的系统1.3.1 1.3.1 现场总线的技术特点现场总线的技术特点 Ø数字通信网络数字通信网络 ————特点特点2 2• •现现现现场场场场底底底底层层层层的的变变送送器器／／传传感感器器、、执执行行器器、、控控制制器器之之间间的的信信号号传传输均用输均用数字信号数字信号；；• •中中中中／／／／上上上上层层层层的的控控制制器器、、监监控控／／监监视视计计算算机机等等设设备备之之间间的的数数据据传传送均用送均用数字信号数字信号；；• •各层各层各层各层设备之间的信息交换均用设备之间的信息交换均用数字信号数字信号。

传传统统的的DCSDCS的的通通信信网网络络介介于于操操作作站站与与控控制制站站之之间间，，而而现现现现场场场场仪仪仪仪表表表表与与与与控控控控制制制制站站站站中中中中的的的的输输输输入入入入／／／／输输输输出出出出单单单单元元元元之之之之间间间间采采采采用用用用的的的的是是是是一一一一对对对对一一一一的的的的模模拟信号传输拟信号传输 1.3.1 现场总线的技术特点 数字通信网络 ——特点21.3.1 1.3.1 现场总线的技术特点现场总线的技术特点 Ø开放互连网络开放互连网络————特点特点3 3 •现场总线标准、协议／规范是现场总线标准、协议／规范是公开公开公开公开的，所有制造商都必须遵守；的，所有制造商都必须遵守；•现现场场总总线线网网络络是是开开开开放放放放的的，，既既可可实实现现同同层层网网络络互互连连，，也也可可实实现现不不同同层层网网络络互互连连，，而而不管其制造商是哪一家；不管其制造商是哪一家；•用户可用户可共享网络资源共享网络资源 1.3.1 现场总线的技术特点 开放互连网络——特点3 1.3.1 1.3.1 现场总线的技术特点现场总线的技术特点 Ø现场设备互连网络现场设备互连网络————特点特点4 4•用用一一根根通通信信线线直直接接互互连连N N个个现现场场设设备备，，从而构成了现场设备的互连网络。

1.3.1 现场总线的技术特点 现场设备互连网络——特点41.3.1 1.3.1 现场总线的技术特点现场总线的技术特点 Ø结构与功能高度分散的系统结构与功能高度分散的系统————特点特点5 5•现场总线的系统现场总线的系统结构结构具有具有高度分散性高度分散性；；•现现场场总总线线的的系系统统功功能能实实现现了了高高度度分分散散，，现现场场设设备备由由分分散散的功能模块构成的功能模块构成 现现场场总总线线废废弃弃了了DCSDCS的的控控制制站站及及其其输输入入／／输输出出单单元元，，从从根根本本上上改改变变了了DCSDCS集集中中与与分分散散相相结结合合的的集集散散控控制制系系统统体体系系，，通通过过将将控控制制功功能能高高度度分分散散到到现现场场设设备备这这一一途途径径，，实实现了彻底分散控制现了彻底分散控制 1.3.1 现场总线的技术特点 结构与功能高度分散的系统——1.3.1 1.3.1 现场总线的技术特点现场总线的技术特点 Ø互操作性与互换性网络互操作性与互换性网络————特点特点6 6•互互操操作作性性：：不不同同厂厂商商的的现现场场设设备备可可以以互互连连，，互互相相之之间间可以进行可以进行信息交换信息交换并可并可统一组态统一组态；； •互互换换性性：：不不同同厂厂商商的的性性能能类类似似的的现现场场设设备备可可以以互互相相替换替换。

现现场场总总线线中中现现场场设设备备所所具具有有的的互互操操作作性性与与互互换换性是性是DCSDCS无法具备的无法具备的 1.3.1 现场总线的技术特点 互操作性与互换性网络——特点1.3.2 1.3.2 现场总线的优点现场总线的优点 现现场场总总线线所所具具有有的的现现场场适适应应性性、、数数字字化化、、开开放放性性、、分分散散性性、、设设备备互互联联性性、、互互操操作作性性与与互互换换性性等等特特点决定和派生了其一系列优点：点决定和派生了其一系列优点： Ø导线和连接附件大量减少导线和连接附件大量减少————优点优点1 1•一一根根总总线线电电缆缆直直接接互互接接N N台台现现场场设设备备，，电电电电缆缆缆缆用用用用量量量量大大大大大大大大减减减减少少少少（（原原来来DCSDCS的的几几百百根根甚甚至至几几千千根根信信号号与与控控制制电电缆缆减减少少到到现现场场总线的一根总线电缆）；总线的一根总线电缆）；•端子、槽盒、桥架、配线板等端子、槽盒、桥架、配线板等连接附件用量大大减少连接附件用量大大减少连接附件用量大大减少连接附件用量大大减少1.3.2 现场总线的优点 现场总线所具有的现场适应1.3.2 1.3.2 现场总线的优点现场总线的优点 Ø仪表和输入／输出转换器（卡件）大量减少仪表和输入／输出转换器（卡件）大量减少————优点优点2 2 •采采用用人人机机界界面面、、本本身身具具有有显显示示功功能能的的现现场场设设备备或或监监视视计计算算机机代代替替显显示示仪仪表表，，使使仪表的数量大大减少仪表的数量大大减少仪表的数量大大减少仪表的数量大大减少；；•输入／输出输入／输出转换器（卡件）的数量大大减少转换器（卡件）的数量大大减少转换器（卡件）的数量大大减少转换器（卡件）的数量大大减少。

在在DCSDCS中中所所用用的的（（4~204~20））mAmA线线路路只只能能获获得得一一个个测测量量参参数数，，且且与与控控制制站站中中的输入／输出单元一对一地直接相连，因此输入／输出单元数量多的输入／输出单元一对一地直接相连，因此输入／输出单元数量多 在在现现场场总总线线系系统统中中，，一一台台现现场场设设备备可可以以测测量量多多个个参参数数，，并并将将它它们们以以所所需需的的数数字字信信号号形形式式通通过过总总线线电电缆缆进进行行传传送送，，因因此此对对单单独独的的输输入入／／输输出出转转换换器（卡件）的需要少器（卡件）的需要少 1.3.2 现场总线的优点 仪表和输入／输出转换器（卡件）大1.3.2 1.3.2 现场总线的优点现场总线的优点 Ø设计、安装和调试费用大大降低设计、安装和调试费用大大降低————优点优点3 3•原原来来DCSDCS繁繁琐琐的的原原原原理理理理图图图图设设设设计计计计在在现现场场总总线线中中变变得得简简简简单单单单易易易易行行行行；；• •安装安装安装安装和和校对校对校对校对的工作的工作量大大减少量大大减少量大大减少量大大减少；；• 可可根根据据需需要要将将系系统统分分为为几几个个部部分分分分别别调调试试，，使使调调调调试试试试工作工作工作工作变得变得灵活方便灵活方便灵活方便灵活方便；；•强大的强大的故障诊断功能故障诊断功能故障诊断功能故障诊断功能使得调试工作变得轻松愉快。

使得调试工作变得轻松愉快 1.3.2 现场总线的优点 设计、安装和调试费用大大降低——1.3.2 1.3.2 现场总线的优点现场总线的优点 Ø维护开销大幅度下降维护开销大幅度下降————优点优点4 4•系统的高可靠性使系统系统的高可靠性使系统出现故障的机率大大减小出现故障的机率大大减小出现故障的机率大大减小出现故障的机率大大减小；； •强强大大的的故故障障诊诊断断功功能能使使故故障障的的早早期期发发现现、、定定位位和和排排除除变变得得快快速速而而有有效效，，系系统统正正常常运运行行时时间间更更长长，，维维维维护护护护停工时间大大减少停工时间大大减少停工时间大大减少停工时间大大减少 1.3.2 现场总线的优点 维护开销大幅度下降——优点41.3.2 1.3.2 现场总线的优点现场总线的优点 Ø系统可靠性提高系统可靠性提高————优点优点5 5•系系统统结结构构与与功功能能的的高高高高度度度度分分分分散散散散性性性性决决定定了了系系统统的的高高高高可可可可靠性靠性靠性靠性；；•现现场场总总线线协协议议／／规规范范对对通通信信可可靠靠性性方方面面（（通通信信介介质质、、报报文文检检验验、、报报文文纠纠错错、、重重复复地地址址检检测测等等））的的严格规定保证了严格规定保证了通信的高可靠性通信的高可靠性通信的高可靠性通信的高可靠性。

1.3.2 现场总线的优点 系统可靠性提高——优点51.3.2 1.3.2 现场总线的优点现场总线的优点 Ø系统测量与控制精度提高系统测量与控制精度提高————优点优点6 6 •在在现现场场总总线线中中，，各各种种开开关关量量、、模模拟拟量量就就近近转转变变为为数数字字信信号号，，所所有有总总线线设设备备间间均均采采用用数数字字信信号号进进行行通通信信，，避避免免了了信信号号的的衰衰减减和和变变形形，，减减少少了了传传送送误误差差换换言言之之，，现现现现场场场场总总总总线线线线采采采采用用用用数数数数字字字字信信信信号号号号通通通通信信信信这这这这一一一一数数数数字字字字化化化化特特特特点点点点，，，，从根本上提高了系统的测量与控制精度从根本上提高了系统的测量与控制精度从根本上提高了系统的测量与控制精度从根本上提高了系统的测量与控制精度 1.3.2 现场总线的优点 系统测量与控制精度提高——优点61.3.2 1.3.2 现场总线的优点现场总线的优点 Ø系统具有优异的远程监控功能系统具有优异的远程监控功能————优点优点7 7•可以在控制室可以在控制室远程监视远程监视远程监视远程监视现场设备和系统的各种运行状态；现场设备和系统的各种运行状态； •可以在控制室对现场设备及系统进行可以在控制室对现场设备及系统进行远程控制远程控制远程控制远程控制。

1.3.2 现场总线的优点 系统具有优异的远程监控功能——优1.3.2 1.3.2 现场总线的优点现场总线的优点 Ø系统具有强大的（远程）故障诊断功能系统具有强大的（远程）故障诊断功能———— 优点优点8 8 •可可以以诊诊诊诊断断断断和和和和显显显显示示示示各各各各种种种种故故故故障障障障，，如如总总线线设设备备和和连连接接器器的的断断路、短路故障以及通信故障和电源故障等；路、短路故障以及通信故障和电源故障等； •可可以以将将各各种种状状态态及及故故故故障障障障信信信信息息息息传传传传送送送送到到到到控控控控制制制制室室室室中中中中的的的的监监监监视视视视／／／／监监监监控控控控计计计计算算算算机机机机，，大大大大减减少少了了使使用用和和维维护护人人员员不不必必要要的的现现场场巡巡视视当当现现场场总总线线是是安安装装在在恶恶劣劣环环境境中中时时，，这这尤尤其其具有重要意义具有重要意义 1.3.2 现场总线的优点 系统具有强大的（远程）故障诊断功1.3.2 1.3.2 现场总线的优点现场总线的优点 Ø设备配置、网络组态和系统集成方便自由设备配置、网络组态和系统集成方便自由—— 优点优点9 9 •用户可以通过同层网络或上层网络对现场设备进行参数设置，而不不不不必必必必到到到到现现现现场场场场对对每每一一个个设设备备逐逐个个进进行行配配置置；•利用网络组态工具软件可以迅迅迅迅速速速速而而方方方方便便便便地地组组组组建建建建现现场场总线总线网络网络网络网络，配置网络参数；•由于现场总线的开放性、互操作性与互换性，用户可以自自自自由由由由地地集集集集成成成成不不同同厂厂商商、、不不同同品品牌牌的的产产品品和和网网络络，从而构成所需的系统。

1.3.2 现场总线的优点 设备配置、网络组态和系统集成方便1.3.2 1.3.2 现场总线的优点现场总线的优点 Ø现场设备更换和系统扩展更为方便现场设备更换和系统扩展更为方便————优点优点1010 •现场设备具有互操作性和互换性，损坏的设备可用功能类似的任何厂家的设备替换，实现“即插即用即插即用即插即用即插即用”；•当需要增加现场设备时，无需增设新的电缆，可就就就就近近近近连连连连接接接接在原有的电缆上；•系统扩展所需的组态时间组态时间组态时间组态时间大大大大减少减少减少减少 1.3.2 现场总线的优点 现场设备更换和系统扩展更为方便—1.3.2 1.3.2 现场总线的优点现场总线的优点 Ø为企业信息系统的构建创造了重要条件为企业信息系统的构建创造了重要条件————优点优点1111•企企业业信信息息系系统统由由现现现现场场场场控控控控制制制制层层层层、、、、过过过过程程程程监监监监控控控控层层层层和和企企企企业业业业经经经经营营营营管管管管理理理理层层层层构成；构成；•现现场场总总线线或或者者构构成成了了企企业业信信息息系系统统的的现现现现场场场场控控控控制制制制层层层层，，或或者者构构成成了企业信息系统的了企业信息系统的基本框架基本框架基本框架基本框架；；•现现场场总总线线为为总总线线设设备备及及系系统统的的各各种种运运行行状状态态和和故故障障信信息息、、各各种种控控制制信信息息进进入入（（企企业业））公公用用数数据据网网络络创创造造了了条条件件，，使使管管理理者者能能得得得得到到到到更更更更多多多多的的的的决决决决策策策策依依依依据据据据，，为为管管理理者者做做出出各各种种正正确确决决策策提提供供了了有有力的支持，从而可使企业获得较高的整体综合效益。

力的支持，从而可使企业获得较高的整体综合效益 1.3.2 现场总线的优点 为企业信息系统的构建创造了重要条1.3.2 1.3.2 现场总线的优点现场总线的优点Ø与传统的与传统的DCSDCS方案相比，美国阿拉斯加方案相比，美国阿拉斯加West Sak ARCOWest Sak ARCO油田油田（自然环境十分恶劣）采用某现场总线所带来的节省情况（自然环境十分恶劣）采用某现场总线所带来的节省情况如下：如下：•减少接线端子减少接线端子8484％；％；•减少减少I/OI/O卡件数量卡件数量9393％；％；•减少控制仪表面板空间减少控制仪表面板空间7070％；％；•减少室内接线减少室内接线9898％；％；•由于远程诊断而减少维护工作量（由于远程诊断而减少维护工作量（50~8050~80）％；）％；•扩展油田所需组态时间减少扩展油田所需组态时间减少9090％；％；•节省电缆费用节省电缆费用69%69%1.3.2 现场总线的优点与传统的DCS方案相比，美国阿拉斯1.4 1.4 现场总线应用领域现场总线应用领域 现现场场总总线线可可广广泛泛应应用用于于过过程程工工业业/ /工工厂厂自自动动化化、、电电力力系系统统自自动动化化、、交通、家庭自动化等各领域，如交通、家庭自动化等各领域，如◆ ◆ 汽汽车车工工业业 ◆ ◆ 继电保护与电力监控继电保护与电力监控◆ ◆ 半导体芯片和半导体产品制造半导体芯片和半导体产品制造 ◆ ◆ 水处理水处理◆ ◆ 食食品品饮饮料料制制造造 ◆ ◆ 机机器人器人◆ ◆ 物物流流业业/ /搬搬运运业业 ◆ ◆ 智智能楼宇能楼宇◆ ◆ 制制药药业业 ◆ ◆ 暖通空调暖通空调◆ ◆ 包包装装业业 ◆ ◆ 轨道交通轨道交通/ /城市交通城市交通◆ ◆ 石石油油与与化化工工 ◆ ◆ 能源与环境监控及管理能源与环境监控及管理◆ ◆ 钢钢铁铁/ /冶冶金金 ◆◆（煤矿）安全（煤矿）安全◆ ◆ 造造纸纸业业 ◆ ◆ 家庭用品家庭用品1.4 现场总线应用领域 现场总线可广泛应1.4 1.4 现场总线应用领域现场总线应用领域 汽车总装生产线现场总线控制系统汽车总装生产线现场总线控制系统 1.4 现场总线应用领域 1.4 1.4 现场总线应用领域现场总线应用领域1.4 现场总线应用领域1.4 1.4 现场总线应用领域现场总线应用领域 大豆分离蛋白现场总线控制系统大豆分离蛋白现场总线控制系统 1.4 现场总线应用领域 1.4 1.4 现场总线应用领域现场总线应用领域 上海世博园区配电网现场总线监控系统配置图打印机后台系统站控单元GPS 调 度 中心间隔1保护测控单元间隔2保护测控单元间隔3保护测控单元间隔n保护测控单元其它智能装置CT\ PT数字量控制输出CT\ PTCT\ PTCT\ PT数字量数字量数字量控制输出控制输出控制输出1.4 现场总线应用领域 上海世1.5 典型现场总线简介•基金会现场总线基金会现场总线(Foundation Fieldbus,FF)(Foundation Fieldbus,FF)–1994年,由ISP和WorldFIP两大集团合并成立现场总线基金会.拥有120多个成员:AB,ABB,Honeywell等–采用OSI/ISO物理层,数据链路层和应用层,增加了用户层–有低速(H1,31.25kb/s,200m，400m，1200m，1900m)与高速(H2,1Mbps, 2.5Mpbs,750m,500m))之分,H2逐渐被HSE(100Mb/s,甚至更高)取代–支持双绞线、同轴电缆、光缆和无线发射等传输介质–应用领域以过程自动化为主,比如化工,石油,污水处理1.5 典型现场总线简介基金会现场总线(Foundation1.5 典型现场总线简介•过程现场总线过程现场总线(Process field bus,Profibus)(Process field bus,Profibus)–西门子为首的13家公司–共有3种版本•Profibus-FMS（Fieldbus Message Specification）•Profibus-PA（Process Automation）•Profibus-DP（Decentralised Peripherals）–采用ISO/OSI的物理层、数据链路层和应用层–传输速率为9.6kbps-12Mbps,传输距离为100m-1.2km–采用总线型、树型、 星型–支持双绞线和光纤–制造自动化和过程控制自动化,电力,铁路交通1.5 典型现场总线简介过程现场总线(Process fie1.5 典型现场总线简介•控制器局域网络控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)(Controller Area Network,CAN)–由德国 Bosch 开发,起初专为汽车工业设计.–遵循ISO/OSI模型,采用了物理层和数据链路层,应用层协议允许用户自行开发.–采用短帧结构,最可靠–可采用双绞线、同轴电缆、光缆等传输介质–通讯速率最高1Mb/s,最远通讯距离可达10km–成为ISO国际标准.–芯片由摩托罗拉,Intel等公司生产,价格低廉,用量最大1.5 典型现场总线简介控制器局域网络(Controller1.5 典型现场总线简介•局部操作网络局部操作网络(Local Operating Network,LON)(Local Operating Network,LON)–由美国Echelon公司推出,摩托罗拉、东芝支持倡导.组成LonMARK互操作协会–采用OSI模型全部7层通讯协议–通讯速率从300b/s到1.5Mb/s,通讯距离可达2700m–采用总线型、树型–支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线、电力线、无线发射等传输介质–LonTalk协议固化在Neuron芯片中.每片芯片带3个8位微处理器–最大的应用领域在楼宇自动化,在工业控制领域如石油,铁路也有应用1.5 典型现场总线简介局部操作网络(Local Opera1.5 典型现场总线简介• •设备网设备网(DeviceNet)(DeviceNet)–由Rockwell推出,交由ODVA管理后得到全球众多制造商的支持,如Omron, Hitachi, ABB–采用物理层,数据链路层和应用层–可选数据传输速率125Kbps,250Kbps,500Kbps–对等（peer to peer)，多主和主从通信方式–可带电更换网络节点，修改网络配置–基于CAN的技术,低成本,高可靠性1.5 典型现场总线简介设备网(DeviceNet)1.5 典型现场总线简介• •控制网控制网(ControlNet)(ControlNet)–由美国Rockwell Automation推出,交由CI管理后在全世界范围内拥有包括Rockwell Automation、ABB、Honeywell等70家著名厂商组成的成员单位.–通讯速率5Mb/s,通讯距离30km–采用物理层,数据链路层和应用层–支持总线型,树型和星型–应用于交通运输,汽车制造,冶金,矿山,电力,食品等领域1.5 典型现场总线简介控制网(ControlNet)1.5典型现场总线简介• •P-Net (Process automation Net)P-Net (Process automation Net)–1984年由丹麦Process data A/s公司提出, 由Process-Data Silkeborg Aps 开发。

–采用OSI/的物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层–采用屏蔽双绞线,数据传输速率为76.8kbps,传输距离1.2km–多主控制器,主从式总线,每段最多可容纳32个主控制器–应用主要集中农业,水产,饲养,林业,食品等行业1.5典型现场总线简介P-Net (Process auto1.5 典型现场总线简介• •WorldFIP(World Factory Instrumentation Protocol)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1.5 典型现场总线简介WorldFIP(World Fac1.5 典型现场总线简介•Interbus (International Bus)Interbus (International Bus)–1984年由德国Phoenix Contact公司开发,后成立Interbus组织(Interbus Club)–采用OSI/ISO物理层,数据链路层和应用层–集中式主从方案，环型拓扑，传输速率为500Kbps–InterBus适用于分散输入输出、串行总线的PLC和PC系统–Interbus是一种传感器级的现场总线，令牌网，经济性是它的一大特点。

–Interbus的应用主要在汽车制造,机械制造,水处理,隧道交通,食品,轻工,烟草,印刷等行业.1.5 典型现场总线简介Interbus (Internat1.5 典型现场总线简介HARTHARTHARTHART：：：： Highway Addressable Remote Transducer Highway Addressable Remote Transducer Highway Addressable Remote Transducer Highway Addressable Remote Transducer–HARTHART协议为可寻址远程传感器数据通路通信协议协议为可寻址远程传感器数据通路通信协议– 它最早由它最早由RosemountRosemount公司开发并得到公司开发并得到8080多家著名仪表多家著名仪表公司的支持和加盟，于公司的支持和加盟，于19931993年成立了年成立了HARTHART通信基金会通信基金会–其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，是模拟系统向数字系统转变过程中的过渡性产品，因是模拟系统向数字系统转变过程中的过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较快的发展。

了较快的发展1.5 典型现场总线简介HART： Highway Addr思考题思考题1.1.现场总线的定义现场总线的定义2.2.现场总线系统的组成现场总线系统的组成3.3.请列举请列举4 4类现场总线设备类现场总线设备4.4.请给出现场总线的技术特点请给出现场总线的技术特点5.5.请给出请给出5 5个现场总线的优点个现场总线的优点6.6.请列举现场总线的一些应用领域请列举现场总线的一些应用领域哈工大网络与电气智能化研究所 思考题现场总线的定义哈工大网络与电气智能化研究所 Thank you!Thank you!Thank you!75可编辑感谢下感谢下载载77可编辑感谢下载感谢聆听。