1、 1.1.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 2.2.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 3.3.怎样学习这门课程？怎样学习这门课程？怎样学？怎样学？方法方法为什么学？为什么学？工业控制网络工业控制网络现场总线是自动化及电气工程现场总线是自动化及电气工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。对于电气工程领域：对于电气工程领域：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 在数字化变电站在数字化变电站 配电系统配电系统/继电保护装置
2、中继电保护装置中 在智能电器中在智能电器中 在楼宇自动化装置中在楼宇自动化装置中 对于国防领域：对于国防领域：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？为什么学？掌握现场总线的概念。掌握现场总线的概念。掌握通信与网络基本知识。掌握通信与网络基本知识。学会阅读并理解现场总线协议学会阅读并理解现场总线协议/规范，能够设计一规范，能够设计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。掌握典型现场总线系统的基本应用技术，并为进掌握典型现场总线系统的基本应用技术，并为进行现场
3、总线系统设计和现场总线分析奠定一定的行现场总线系统设计和现场总线分析奠定一定的基础。基础。目 的背景与目的学什么？学什么？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/规范规范现场总线节点设计以及现场总线系统应用技术基现场总线节点设计以及现场总线系统应用技术基础础内容怎么学？怎么学？理论与实践相结合理论与实践相结合理论理论3434学时学时实验实验4 4学时学时听课与自学相结合听课与自学相结合课程特点：知识点多、交叉性强课程特点：知识点多、交叉性强课
4、堂：基础、重点、难点课堂：基础、重点、难点自学：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 1.1 1.1 现场总线的概念现场总线的概念 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 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 1.4 1.4 现场总线应用领域现场总线应用领域 1.5 1.5 典型现场总线简介典型现场总线简介 什么是现场总线什么是现场总线 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
5、定义是：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的串行、多点通信的称为现场总线。称为现场总线。1.1 1.1 现场总线的概念现场总线的概念第第2 2版（版（Ed2.0Ed2.0）IEC61158-2IEC61158-2用于工业控制系统中用于工业控制系统中的 现 场 总 线 标 准的 现 场 总 线 标 准 第第 2 2 部 分：物 理 层 规 范部 分：物 理 层 规 范（Physical Layer SpecificationPhysical Layer Specification）
6、与服务定义）与服务定义（Server definitionServer definition）又进一步指出：）又进一步指出：现场总线是一种用于底层工业控制和测量设现场总线是一种用于底层工业控制和测量设备，如 变 送 器（备，如 变 送 器（t r a n s d u c e r st r a n s d u c e r s）、执 行 器）、执 行 器（actuatorsactuators）和本地控制器（）和本地控制器（local controllerslocal controllers）之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。对现场总线概念的理解和解释还
7、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。现场总线一般是指一种用于连接现场设备，如传感器（现场总线一般是指一种用于连接现场设备，如传感器（sensorssensors）、）、执行器以及像执行器以及像PLCPLC、调节器（、调节器（regulatorsregulators）、驱动控制器等现场控制器的网）、驱动控制器等现场控制器的网络；络；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：现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的
8、底层控制网多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络；络；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：现场总线是一种串行的数字数据通信链路，它沟通了生产过程领域的基现场总线是一种串行的数字数据通信链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（现场设备）之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备本控制设备（现场设备）之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备（车间级设备）之间的联系；（车间级设备）之间的联系；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
9、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；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：现场总线是用于过程自动化和制造自动化（最底层）的现场设备或现场仪表现场总线是用于过程自动化和制造自动化（最底层）的现场设备或现场仪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；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：在自动化领域，在自动化领域，“现场总线现场总线”一词是指安装在现场一词是指安装在现场的计算机、控制器以及生产设备等连接构成的网络
10、；的计算机、控制器以及生产设备等连接构成的网络；现场总线是应用在生产现场、在测量控制设备之间现场总线是应用在生产现场、在测量控制设备之间实现工业数据通信、形成开放型测控网络的新技术，实现工业数据通信、形成开放型测控网络的新技术，是自动化领域的计算机局域网，是网络集成的测控系是自动化领域的计算机局域网，是网络集成的测控系统。统。现场总线一般应被看作是一个系统、一个网络或一个网现场总线一般应被看作是一个系统、一个网络或一个网络系统，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（Fiel
11、dbus 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）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。（2）模拟仪表控制系统 时间：60年代
12、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。（3 3）集中式数字控制系统）集中式数字控制系统 时间：时间：特点：特点：（4 4）集散控制系统（）集散控制系统（DCSDCS）组成：组成：特点：特点：（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
13、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。远程传感器和执行机构控制器控制器工控机.远程传感器和执行机构控制器现场总线智能自治节点远程传感器和执行机构控制器控制器工控机.远程传感器和执行机构控制器现场总线智能自治节点控制器控制器工控机控制器控制器控制器控制器工控机.远程传感器和执行机构控制器控制器现场总线智能自治节点现场总线智能自治节点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 5良 工良 工良 工良 工良 工CPU大量的电缆和连接!I/O,AD/DA etc.Modules 现场总线泵/阀控制系统结构示
14、意图P&V 1P&V 2P&V 3P&V 4P&V 5良 工良 工良 工良 工良 工CPUDeviceNet 接口 只有一根电缆!Network Scanner 1.2.1 1.2.1 现场总线系统的组成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构现场总线控制系统的体系结构图1 现场总线系统的组成 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连接在通信线上的设备称为总线设备，亦称为总线装置、节点（主节连接在通信线上的设备称为总线设备，亦称为总线装置、节点（主节点、从节点）、站点（主站、从站）。点
15、、从节点）、站点（主站、从站）。软件包括：软件包括：系统平台软件：为系统构建、运行以及为系统系统平台软件：为系统构建、运行以及为系统应用软件编程而提供环境、条件或工具的基础应用软件编程而提供环境、条件或工具的基础软件。包括组态工具软件、组态通信软件、监软件。包括组态工具软件、组态通信软件、监控组态软件和设备编程软件控组态软件和设备编程软件 。系统应用软件：为实现系统以及设备的各种功系统应用软件：为实现系统以及设备的各种功能而编写的软件，包括系统用户程序软件、设能而编写的软件，包括系统用户程序软件、设备接口通信软件和设备功能软件。备接口通信软件和设备功能软件。软件包括：软件包括：u组态工具软件组
16、态工具软件为用计算机进行设备配置、网络组态为用计算机进行设备配置、网络组态提供平台并按现场总线协议提供平台并按现场总线协议/规范（规范（ProtocolProtocolSpecificationSpecification）与组态通信软件交换信息的工具软件，）与组态通信软件交换信息的工具软件，如如RSNetWorx for DeviceNetRSNetWorx for DeviceNet、ControlNetControlNet、EtherNet/IP EtherNet/IP。u组态通信软件组态通信软件为计算机与总线设备进行通信，读取为计算机与总线设备进行通信，读取总线设备参数或将总线设备配置、
17、网络组态信息传送至总线设备参数或将总线设备配置、网络组态信息传送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。软件包括：软件包括：u监控组态软件监控组态软件运行于监控计算机运行于监控计算机(通常也称为上通常也称为上位机位机)上的软件，具有实时显示现场设备运行状态参上的软件，具有实时显示现场设备运行状态参数、故障报警信息，并进行数据记录、趋势图分析及数、故障报警信息，并进行数据记录、趋势图分析及报表打印等功能。监控组态软件可使用户通过简单形报表打印等功能。监控组态软件可使用户通过简单形象的组态工作即可实现系统的监控功能。监控组态软象的组态工作即可实现系统的监控功能
18、。监控组态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。软件包括：软件包括：u设备编程软件设备编程软件为系统应用软件提供编程环境的平台软件。当设备为系统应用软件提供编程环境的平台软件。当设备为控制器为控制器/PLC/PLC时，设备编程软件即为控制器编程软件，如时，设备编程软件即为控制器编程软件，如RSLogix500RSLogix500（用于（用于SLC500SLC500系列和系列和MLML系列控制器的系列控制器的3232位基于位基于WindowsWindows的梯形图逻辑编的梯形图逻辑编程软件）。程软件）。软件包括：软件包括：u系统用户程序软件系
19、统用户程序软件根据系统的工艺流程或功能及根据系统的工艺流程或功能及其他要求而编写的系统级的用户应用程序。该程序一其他要求而编写的系统级的用户应用程序。该程序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设备接口通信软件设备接口通信软件根据现场总线协议根据现场总线协议/规范而编写规范而编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设备功能软件设备功能软件使总线设备实现自身功能（不包括使总线设备实现自身功能（不包括现场总线通信部分）的软件。现场总线通信部分）的软件。离散量/模 拟 量输入/输出设备指示灯：状态指示
20、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 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 变送器传感器（输入设变送器传感器（输入设备）备）；执行器（输出设备）执行器（输出设
21、备）；控制器控制器；监控监视计算机；监控监视计算机；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）；其他现场总线设备（其他现场总线设备（HMIHMI）。）。现场总线是当今现场总线是当今3C3C技术，即通信（技术，即通信（CommunicationCommunication）、）、计算机（计算机（ComputerComputer）、控制（）、控制（ControlControl）技术发展的结）技术发展的结合点。合点。现场总线是过程控制技术、自动化仪表技术、计算机现场总线是过程控制技术、自动化仪表技术、计算机网络技术三大技术发展的交汇点。网
22、络技术三大技术发展的交汇点。现场总线是信息技术、网络技术的发展在控制领域的现场总线是信息技术、网络技术的发展在控制领域的体现。体现。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现场总线是自动化领域技术发展的热点之一，将对传统的工业自动化带来现场总线是自动化领域技术发展的热点之一，将对传统的工业自动化带来革命，从而开创工业自动化的新纪元。革命，从而开创工业自动化的新纪元。现场总线控制系统必将逐步取代传统的独立控制系统、集中采集控制系统现场总线控制系统必将逐步取代传统的独立控制系统、集中采集控制系统和集散控制系统和集散控制系统D
23、CSDCS（Distributed Control SystemDistributed Control System），成为本世纪自动控制），成为本世纪自动控制系统的主流系统的主流。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：现场通信网络现场通信网络特点特点1 1现场总线将现场总线将通信线通信线（总线电缆）（总线电缆）延伸延伸工业现场工业现场（制造或过（制造或过程区域），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
24、计的。，因为它就是为此而设计的。数字通信网络数字通信网络 特点特点2 2的变送器传感器、执行器、控制器之间的信号传的变送器传感器、执行器、控制器之间的信号传输均用输均用数字信号数字信号；的控制器、监控监视计算机等设备之间的数据传的控制器、监控监视计算机等设备之间的数据传送均用送均用数字信号数字信号；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。传统的传统的DCSDCS的通信网络介于操作站与控制站之间，而的通信网络介于操作站与控制站之间，而模模拟信号传输。拟信号传输。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、协议规范是的，所有制造商都必须遵守；
25、的，所有制造商都必须遵守；现场总线网络是现场总线网络是的，既可实现同层网络互连，也可实现不同层网络互连，而的，既可实现同层网络互连，也可实现不同层网络互连，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。现场设备互连网络现场设备互连网络特点特点4 4用一根通信线直接互连用一根通信线直接互连N N个现场设备，个现场设备，从而构成了现场设备的互连网络。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；现场总线的系统现场总线的系统功能功能实现了实现了高度分散高度分散，现场设备由分散，现场
26、设备由分散的功能模块构成。的功能模块构成。现场总线废弃了现场总线废弃了DCSDCS的控制站及其输入输出单元，的控制站及其输入输出单元，从根本上改变了从根本上改变了DCSDCS集中与分散相结合集中与分散相结合的集散控制系统体的集散控制系统体系，通过将控制功能高度分散到现场设备这一途径，系，通过将控制功能高度分散到现场设备这一途径，实现了彻底分散控制。实现了彻底分散控制。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互操作性：不同厂商的现场设备可以互操作性：不同厂商的现场设备可以互连互连，互相之间，互相之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；互换性：不同厂商的性能类似
27、的现场设备可以互相互换性：不同厂商的性能类似的现场设备可以互相替换替换。现场总线中现场设备所具有的互操作性与互换现场总线中现场设备所具有的互操作性与互换性是性是DCSDCS无法具备的。无法具备的。现场总线所具有的现场适应性、数字化、开放现场总线所具有的现场适应性、数字化、开放性、分散性、设备互联性、互操作性与互换性等特性、分散性、设备互联性、互操作性与互换性等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：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 1一根总线电缆直接互接一根总线电缆直接互接N N台现场设备，台现场设备，（原来（原来DCSDCS的几百根甚至几千根信号与控制
28、电缆减少到现场的几百根甚至几千根信号与控制电缆减少到现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。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 采用人机界面、本身具有显示功能的现场设备或监视计算机代替显示仪表，采用人机界面、本身具有显示功能的现场设备或监视计算机代替显示仪表，使使；输入输出输入输出。在在DCSDCS中所用的（中所用的（420420）mAmA线路只能获得一个测量参数，且与控制站中线路只能获得一个测量参数，且与控制站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
29、元一对一地直接相连，因此输入输出单元数量多。在现场总线系统中，一台现场设备可以测量多个参数，并将它们以所在现场总线系统中，一台现场设备可以测量多个参数，并将它们以所需的数字信号形式通过总线电缆进行传送，因此对单独的输入输出转换需的数字信号形式通过总线电缆进行传送，因此对单独的输入输出转换器（卡件）的需要少。器（卡件）的需要少。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原来原来DCSDCS繁琐的繁琐的在现场总线中变得在现场总线中变得；和和的工作的工作；可根据需要将系统分为几个部分分别调试，使可根据需要将系统分为几个部分分别调试，使变得变得；强大的强大的使得调试工作变得
30、轻松愉快。使得调试工作变得轻松愉快。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；强大的故障诊断功能使故障的早期发现、定位和排强大的故障诊断功能使故障的早期发现、定位和排除变得快速而有效，系统正常运行时间更长，除变得快速而有效，系统正常运行时间更长，。系统可靠性提高系统可靠性提高优点优点5 5系统结构与功能的系统结构与功能的决定了系统的决定了系统的；现场总线协议规范对通信可靠性方面（通信现场总线协议规范对通信可靠性方面（通信介质、报文检验、报文纠错、重复地址检测等）介质、报文检验、报文纠错、重复地址检测等）的严格规定保证了的严格规定保证了。系统测量
31、与控制精度提高系统测量与控制精度提高优点优点6 6 在现场总线中，各种开关量、模拟量就近转变为在现场总线中，各种开关量、模拟量就近转变为数字信号，所有总线设备间均采用数字信号进行通数字信号，所有总线设备间均采用数字信号进行通信，避免了信号的衰减和变形，减少了传送误差。信，避免了信号的衰减和变形，减少了传送误差。换言之，换言之，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。系统具有强大的（远程）故障诊断功能系统具有强大的（远程）
32、故障诊断功能 优点优点8 8 可以可以，如总线设备和连接器的，如总线设备和连接器的断路、短路故障以及通信故障和电源故障等；断路、短路故障以及通信故障和电源故障等；可以将各种状态及可以将各种状态及，大大减少了使用和维护人员不必要的，大大减少了使用和维护人员不必要的现场巡视。当现场总线是安装在恶劣环境中时，这尤现场巡视。当现场总线是安装在恶劣环境中时，这尤其具有重要意义。其具有重要意义。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；利用网络组态工具软件可以，配置网络参数；由于现场总线的开放性、互操
33、作性与互换性，用户可以，从而构成所需的系统。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“”；当需要增加现场设备时，无需增设新的电缆，可在原有的电缆上；系统扩展所需的。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企业信息系统由企业信息系统由和和构成；构成；现场总线或者构成了企业信息系统的现场总线或者构成了企业信息系统的，或者构成，或者构成了企业信息系统的了企业信息系统的；现场总线为总线设备及系统的各种运行状态和故障信息、各现场总线为总线设备及系
34、统的各种运行状态和故障信息、各种控制信息进入（企业）公用数据网络创造了条件，使管理者种控制信息进入（企业）公用数据网络创造了条件，使管理者能能，为管理者做出各种正确决策提供了有，为管理者做出各种正确决策提供了有力的支持，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。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
35、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（50805080）；）；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%。现场总线可广泛应用于过程工业现场总线可广泛应用于过程工业/工厂自动化、电力系统自动化、工厂自动化、电力系统自动化、交通、家庭自动化等各领域，如交通、家庭自动化等各领域，如 汽车工业汽车工业 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 食品饮料制造食
36、品饮料制造 机器人机器人 物流业物流业/搬运业搬运业 智能楼宇智能楼宇 制药业制药业 暖通空调暖通空调 包装业包装业 轨道交通轨道交通/城市交通城市交通 石油与化工石油与化工 能源与环境监控及管理能源与环境监控及管理 钢铁钢铁/冶金冶金 （煤矿）安全（煤矿）安全 造纸业造纸业 家庭用品家庭用品 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 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 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
37、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1.5 典型现场总线简介 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
38、总线简介 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 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
39、,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 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
40、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 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，在线修改网络配置 基于CAN的技术,低成本,高可靠性1.5 典型现场总线简介 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
41、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 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 WorldFIP基于FIP协议，其最初由法国于80年
42、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 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
43、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 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
44、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。1.1.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 Thank you!Thank you!感谢下感谢下载载
