自动化仪表装置-自动化仪表装置-10现场总线和工业以太网简介课件.ppt

1、12现场总线：现场总线：安装安装在生产过程区域的现场设备、仪表和控制室内的自动控制装置、在生产过程区域的现场设备、仪表和控制室内的自动控制装置、系统之间的一种串行、数字式、多点通信的系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线数据总线（IEC61158定义）定义）主要的总线类型：主要的总线类型：FF、ProfiBus、ControlNet、P-Net、FF HSE、SwiftNet、WorldFIP、InterBus、CAN现场总线现场总线设备：设备：微处理器微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有数字处理、置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有数字处理、计算、控制和通信计算、控制

2、和通信能力，遵循特定的通信协议，能力，遵循特定的通信协议，成为能独立承担成为能独立承担某些控制、通信任务的网络节点。某些控制、通信任务的网络节点。现场总线现场总线控制系统：控制系统：用规范用规范的通信协议标准，通过总线把的通信协议标准，通过总线把各种自动控制仪表、装各种自动控制仪表、装置置等作为节点连接成具有全数字通信功能的分布式控制系统。简等作为节点连接成具有全数字通信功能的分布式控制系统。简而言之，它把单个分散的测量控制设备变成网络节点，共同完成而言之，它把单个分散的测量控制设备变成网络节点，共同完成自控任务的网络系统与控制系统。自控任务的网络系统与控制系统。3全数字化（数字通信延伸到工业

3、控制系统的最底层）全数字化（数字通信延伸到工业控制系统的最底层）全分布式（各现成设备有足够的自主性）全分布式（各现成设备有足够的自主性）双向传输双向传输开放性（现场总线应成为一种开放技术）开放性（现场总线应成为一种开放技术）互操作性（保证不同厂家的产品可以互操作）互操作性（保证不同厂家的产品可以互操作）控制系统结构高度分散性控制系统结构高度分散性现场设备的高度智能化和自治性现场设备的高度智能化和自治性4 5为了反映现场总线与工业以太网技为了反映现场总线与工业以太网技术的最新发展，术的最新发展，IEC/SC65C/MT9 小组对小组对IEC61158 第二版标准进行第二版标准进行了扩充和修订，新

4、版标准规定了了扩充和修订，新版标准规定了10 种类型现场总线，除原有的种类型现场总线，除原有的8 种类种类型，还增加了型，还增加了Type9 FF H1 现场总现场总线和线和Type10 PROFINET 现场总线现场总线。2003 年年4 月，月，IEC61158 Ed.3现现场总线第三版正式成为国际标准。场总线第三版正式成为国际标准。6经过近多年经过近多年的努力，以太网技术已经被工业自动化系统广泛接受。为的努力，以太网技术已经被工业自动化系统广泛接受。为了满足高实时性能应用的需要，各大公司和标准组织纷纷提出各种提了满足高实时性能应用的需要，各大公司和标准组织纷纷提出各种提升工业以太网实时性

5、的技术解决方案，从而产生了实时以太网（升工业以太网实时性的技术解决方案，从而产生了实时以太网（Real Real Time EthernetTime Ethernet，简称，简称RTERTE）从从IEC61158 Ed.4IEC61158 Ed.4标准的构成来看，该系列标准是经过长期技术争论标准的构成来看，该系列标准是经过长期技术争论而逐步走向合作的产物，标准采纳了经过市场考验的而逐步走向合作的产物，标准采纳了经过市场考验的2020种主要类型的种主要类型的现场总线、现场总线、工业以太网工业以太网。亮点：亮点：EPAEPA（标志着由浙江大学、浙江中控技术有限公司、中科院沈（标志着由浙江大学、浙江

6、中控技术有限公司、中科院沈阳自动化所、重庆邮电学院、清华大学、大连理工大学等单位联合制阳自动化所、重庆邮电学院、清华大学、大连理工大学等单位联合制定的、拥有自主知识产权的用于工厂自动化的实时以太网通信标准得定的、拥有自主知识产权的用于工厂自动化的实时以太网通信标准得到国际电工委员会的正式承认）到国际电工委员会的正式承认）789基本功能基本功能信号传输要求信号传输要求网络结构网络结构基本功能基本功能 10信号信号传输要求传输要求 现场总线通常采用以下二种技术来保证其实时性：现场总线通常采用以下二种技术来保证其实时性：11网络结构网络结构容易容易实现对现场仪表的总线实现对现场仪表的总线供电供电 线

7、状结构的线状结构的电源负载是确定的，沿总线电源电源负载是确定的，沿总线电源电压的变化也是可以预料的。电压的变化也是可以预料的。容易容易实现本安防爆实现本安防爆规范规范 线状结构上的线状结构上的分布电感、电容以及由于电磁分布电感、电容以及由于电磁感应产生的火花感应产生的火花能量相对容易测算，如加上能量相对容易测算，如加上限制限制电缆的长度和总线上负载的数量电缆的长度和总线上负载的数量，利于，利于解决解决本安防爆本安防爆问题。问题。121314工业以太网是指技术上与商用以太网兼容，但在产品设计上，在实时性、可工业以太网是指技术上与商用以太网兼容，但在产品设计上，在实时性、可靠性、环境适应性等方面满

8、足工业现场的需要，是继现场总线之后发展起来，靠性、环境适应性等方面满足工业现场的需要，是继现场总线之后发展起来，最被认同也最具发展前景的一种工业通信网络。最被认同也最具发展前景的一种工业通信网络。工业工业以太网的以太网的本质本质就是以太网技术办公自动化走向工业自动化就是以太网技术办公自动化走向工业自动化以太网以太网技术具有最最广泛的应用背景（指商用以太网），是促使工业以太网技术具有最最广泛的应用背景（指商用以太网），是促使工业以太网得到广泛认同和重视的最直接因素之一。得到广泛认同和重视的最直接因素之一。Ethernet产生于上个世纪七十年代产生于上个世纪七十年代采用星型或总线型结构采用星型或总

9、线型结构传输速率当时仅为几传输速率当时仅为几M（目前已（目前已达千兆以上）达千兆以上）传输介质：屏蔽（非屏蔽）双绞线、光纤、同轴电缆传输介质：屏蔽（非屏蔽）双绞线、光纤、同轴电缆CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）为什么以前不用为什么以前不用Ethernet？15以太网存在所谓的以太网存在所谓的“不确定性不确定性”EtherNet的介质访问控制协议的介质访问控制协议：CSMA/CD先先听后听后说、边听边说说、边听边说负荷负荷大时，网络会发生碰撞大时，网络会发生碰撞响应时间无法预知，实时性得不到响应时间无法预知，实时

10、性得不到保证保证发送数据前先侦听网络是否空闲发送数据前先侦听网络是否空闲网络空闲，发送数据；边发送，边检测碰撞网络空闲，发送数据；边发送，边检测碰撞检测到碰撞，即同一时刻有多于两个节点发送数据检测到碰撞，即同一时刻有多于两个节点发送数据设备D1时间设备D2设备D3 停止发送停止发送继续等待一段时间继续等待一段时间通信机理示意通信机理示意因为以太网通信存在不确定性，在因为以太网通信存在不确定性，在9090年代中期之前，几乎所有的控制系统不选用以年代中期之前，几乎所有的控制系统不选用以太网，而选用令牌总线或令牌环（其实问题并没有那么严重）太网，而选用令牌总线或令牌环（其实问题并没有那么严重）16其

11、实以太网的不确定性问题没有那么严重其实以太网的不确定性问题没有那么严重1.通信速率的提高，意味着网络负荷减轻、传输延时减少、碰撞概率下降；通信速率的提高，意味着网络负荷减轻、传输延时减少、碰撞概率下降；2.以太网交换技术的发展，极以太网交换技术的发展，极大地大地减轻减轻了碰撞问题了碰撞问题负荷越小，碰撞越少；负荷越小，碰撞越少；E网负荷在网负荷在10%以下时，基本以下时，基本无碰撞无碰撞负荷在负荷在25%以下时以下时，E网通信网通信响应时间明显短于令牌网响应时间明显短于令牌网 17加上工业控制网络的特点，也利于以太网的应用加上工业控制网络的特点，也利于以太网的应用传输的信息量少，信息长度都比较

12、小传输的信息量少，信息长度都比较小周期性信息较多周期性信息较多【测量、控制信息测量、控制信息】非周期性信息较少非周期性信息较少用户操作指令、组态信息等等用户操作指令、组态信息等等报警等突发性事件信息报警等突发性事件信息网络负荷较为平稳网络负荷较为平稳信息流向具有明显的方向性信息流向具有明显的方向性节点数少节点数少“不确定性不确定性”不再是不再是E E网的主要障碍网的主要障碍 E网通信网通信速率的提高速率的提高以太网交换技术的应用以太网交换技术的应用报文优先级的处理报文优先级的处理18当然当然，工业以太网还有很多问题需要（或正在）解决：，工业以太网还有很多问题需要（或正在）解决：统一国际标准统一

13、国际标准的问题、网络安全的问题、安全防爆的问题等等的问题、网络安全的问题、安全防爆的问题等等 总线供电技术总线供电技术 本质安全技术本质安全技术网络安全技术网络安全技术通信实时性服务质量（通信实时性服务质量（QoSQoS）互可操作技术互可操作技术网络生存性技术网络生存性技术19 控制层网络控制层网络管理层网络管理层网络远程节点远程节点Web服务器服务器 操作站操作站 工程师站工程师站Internet 现场设备层现场设备层网络网络以太网以太网冗余冗余以太网以太网EPA20“e网到底网到底”能带来什么好处能带来什么好处21FF HSEEthernet/IPPROFINetMODBUS TCPP-NET on EthernetInterbus on Ethernet现场总线标准争了十多年，没有统一，工业以太网标准或许也会这样。现场总线标准争了十多年，没有统一，工业以太网标准或许也会这样。如许多著名的现场总线标准都在向工业以太网方向发展：如许多著名的现场总线标准都在向工业以太网方向发展：