1、研究方向研究方向 汽车车载网络与信息集成控制：汽车车载网络与信息集成控制：以汽车为控制对以汽车为控制对象、以象、以车载总线车载总线为信息通道，在汽车电子控制技术、为信息通道，在汽车电子控制技术、网络控制技术、嵌入式技术、传感器技术和智能控制网络控制技术、嵌入式技术、传感器技术和智能控制技术等技术等支撑技术支撑技术支持下，针对支持下，针对特定控制功能特定控制功能，实现汽，实现汽车各车各ECUECU和电器装置的和电器装置的信息共享和关联实时控制信息共享和关联实时控制，并，并最终达到整体提高汽车最终达到整体提高汽车功能和性能功能和性能，减少对驾驶员技，减少对驾驶员技术依赖度的目的。术依赖度的目的。研
2、究方向研究方向ASR其他其他ECUECTICM其他其他ECUVDR高速高速CAN低速低速CAN研究方向研究方向 驾驶意图驾驶意图力矩反馈力矩反馈时间触发车载网络协议时间触发车载网络协议实时性和可靠性评价实时性和可靠性评价资源优化配置方法资源优化配置方法冗余和嵌入式控制方法冗余和嵌入式控制方法仿真与硬件在环验证仿真与硬件在环验证问问 题题1.为什么学习这门课程为什么学习这门课程网络控制技术网络控制技术及应用？及应用？为什么学？为什么学？目的目的 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.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
3、什么学？背景与目的背景与目的网络控制技术是工业控制领域当前和今后的网络控制技术是工业控制领域当前和今后的发展热点。发展热点。对于测量与仪器仪表领域对于测量与仪器仪表领域现场测量仪表现场测量仪表智能电器智能电器在建筑领域在建筑领域楼宇自动化装置楼宇自动化装置智能电梯智能电梯背背 景景为什么学？为什么学？背景与目的背景与目的背背 景景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网络控制在航空航天设备、舰船、装甲车辆中均使用了网络控制系统。系统。对于汽车领域对于汽车领域各各ECU（Electronic Control Unit，电子控制单元）均通，电子控制单元）均通过网络连接，构
4、成车载网络控制系统，实现网络化控制。过网络连接，构成车载网络控制系统，实现网络化控制。为什么学？为什么学？背景与目的背景与目的掌握网络控制系统，尤其是现场总线的概念。掌握网络控制系统，尤其是现场总线的概念。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，能够设计规范，能够设计一般设备的现场总线通信接口。一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，并为进行现场总线系统设计和现场总线分析奠定一定的基行现场总线系统设计和现场总线分析奠定一定的基础。础。目目 的的学什么？学什么？内
5、容内容1 计算机网络与现场总线计算机网络与现场总线计算机网络的形成与发展计算机网络的形成与发展计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念现场总线现场总线2 数据通信技术基础数据通信技术基础数据通信的基本概念数据通信的基本概念数据编码技术数据编码技术数据通信方式数据通信方式数据交换技术数据交换技术传输介质传输介质信道共享信道共享差错控制技术差错控制技术学什么？学什么？内容内容3 计算机网络体系结构与协议计算机网络体系结构与协议OSI参考模型参考模型现场总线网络通信模型现场总线网络通信模型4 CAN总线技术总线技术 CAN发展史发展史CAN的主要特性的主要特性CAN2.0规范规范CAN器件及其应用器
6、件及其应用CAN网络实时性分析网络实时性分析CAN网络信号组帧技术网络信号组帧技术学什么？学什么？内容内容5 SAE J1939车辆控制网络技术车辆控制网络技术 车载网络技术概述车载网络技术概述SAE J1939分层结构和文档架构分层结构和文档架构SAE J1939物理层物理层SAE J1939数据链路层数据链路层SAE J1939应用层应用层6 DeviceNet现场总线现场总线 DeviceNet基本特性基本特性DeviceNet设备模型设备模型DeviceNet设备间的信息交换及应用设备间的信息交换及应用 学什么？学什么？内容内容7 Profibus现场总线现场总线 Profibus基本
7、特性基本特性Profibus协议协议Profibus总线技术应用总线技术应用 怎么学？怎么学？方法方法理论与实践相结合理论与实践相结合理论理论32学时学时实验实验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参考书参考书现场总线工业控制网络技术现场总线工业控制网络技术，主，主 编：夏继强，出版社：编：夏继强，出版社：北京航空航天大学出版社，出版或修订时间：北京航空航天大学出版社，出版或修订时间：2005年年05月月现场总线技术及其应用
8、现场总线技术及其应用，主，主 编：阳宪惠，出版社：清编：阳宪惠，出版社：清华大学出版社，出版或修订时间：华大学出版社，出版或修订时间：2008年年10月月网络控制系统与应用网络控制系统与应用，主，主 编：关守平、周玮、尤富强，编：关守平、周玮、尤富强，出版社：电子工业出版社，出版或修订时间：出版社：电子工业出版社，出版或修订时间：2008年年7月月 第第1章章 计算机网络与现场总线计算机网络与现场总线社会三大资源社会三大资源第第1章章 计算机网络与现场总线计算机网络与现场总线网络的出现与人们对资源流通的需求密切相关网络的出现与人们对资源流通的需求密切相关物质物质铁路网、公路网、水路网、航空网铁
9、路网、公路网、水路网、航空网能源能源石油管道网、天然气管道网、电力网石油管道网、天然气管道网、电力网信息信息古代：烽火台、驿路、驿站古代：烽火台、驿路、驿站现代：现代：电信网、电视网、计算机网络电信网、电视网、计算机网络电信网电信网建立时间最久，其电话网传递语音信号建立时间最久，其电话网传递语音信号有线电视网有线电视网传输语音、图像等多媒体信息传输语音、图像等多媒体信息计算机网络计算机网络传输数据和文件传输数据和文件第第1章章 计算机网络与现场总线计算机网络与现场总线新技术产生的两个必备条件新技术产生的两个必备条件社会需求社会需求基础技术成熟基础技术成熟计算机网络技术的基础计算机网络技术的基础
10、计算机技术计算机技术通信技术通信技术本章内容本章内容1 1 计算机网络的形成与发展计算机网络的形成与发展2 2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念3 3 现场总线现场总线1.1 计算机网络的形成与发展计算机网络的形成与发展第第1阶段阶段 计算机技术与通信技术相结合计算机技术与通信技术相结合，形成，形成计算机网络雏形计算机网络雏形1946年，第一台电子计算机年，第一台电子计算机ENIAC在美国诞生。在美国诞生。20世纪世纪50年代，美国半自动地面环境防空系统将雷达和年代，美国半自动地面环境防空系统将雷达和测控设备汇聚到一台测控设备汇聚到一台IBM计算机上，通信线路计算机上，通信线路241万
11、公里。万公里。20世纪世纪60年代，美国航空公司的订票系统将年代，美国航空公司的订票系统将2000多个终多个终端与一台中心计算机连接。端与一台中心计算机连接。从严格意义上讲，这时的系统不能算计算机网络，系统中从严格意义上讲，这时的系统不能算计算机网络，系统中只有一台计算机，终端不具备自主处理能力。只有一台计算机，终端不具备自主处理能力。1.1 计算机网络的形成与发展计算机网络的形成与发展第第1阶段阶段 计算机技术与通信技术相结合，形成计算机技术与通信技术相结合，形成计算机网络雏形计算机网络雏形 从严格意义上讲，这时的系统不能算计算机网络，系统中从严格意义上讲，这时的系统不能算计算机网络，系统中
12、只有一台计算机，终端不具备自主处理能力。只有一台计算机，终端不具备自主处理能力。1.1 计算机网络的形成与发展计算机网络的形成与发展第第2阶段阶段 完成完成网络体系结构与协议研究网络体系结构与协议研究，形成计，形成计算机网络算机网络软件资源、硬件资源以及数据资源具有资源共享需求，计算机软件资源、硬件资源以及数据资源具有资源共享需求，计算机具有自主处理能力，不存在主从关系。具有自主处理能力，不存在主从关系。1969年，美国国防部高级研究计划局年，美国国防部高级研究计划局ARPA（Advanced Research Projects Agency）建立）建立ARPA网网；Internet由其发展而
13、来由其发展而来H IMP IMP H H：主机 IMP：接口信息处理机 T：终端 H IMP TIP T TIP：终端接口处理机 IMP T H 1.1 计算机网络的形成与发展计算机网络的形成与发展第第2阶段阶段 完成网络体系结构与协议研究，形成计完成网络体系结构与协议研究，形成计算机网络算机网络公共数据网公共数据网PDN（Public Data Network）数据通信建立在公共数据网基础上，可通过租用线路方式节省铺数据通信建立在公共数据网基础上，可通过租用线路方式节省铺设线路费用。设线路费用。局部局部网络网络LN（Local Network）1972年，加州大学年，加州大学Newhall环
14、网环网1974年，剑桥大学年，剑桥大学Cambridge Ring环网环网1976年，年，Xerox公司总线拓扑公司总线拓扑Ethernet网网提出不同的网络体系结构和协议提出不同的网络体系结构和协议IBM的的SNA（System Network Architecture）DEC的的DNA（Digital Network Architecture）1.1 计算机网络的形成与发展计算机网络的形成与发展第第3阶段阶段 加速加速网络体系结构与协议国际标准化网络体系结构与协议国际标准化的研究与应用的研究与应用国际标准化组织国际标准化组织ISO于于1984年颁布年颁布ISO/IEC7498国际标国际标准
15、准，即，即开放系统互联参考模型开放系统互联参考模型OSI RM（Open System Interconnection Reference Model）。）。20世纪世纪80年代，年代，ISO与与CCITT（原国际电话电报咨询委（原国际电话电报咨询委员会）为员会）为各层定义标准协议各层定义标准协议，CCITT建议建议。ARPA网发展成因特网，网发展成因特网，TCP/IP协议协议。局域网发展迅速，局域网发展迅速，Ethernet、Token Bus、Token Ring、FDDI。1.1 计算机网络的形成与发展计算机网络的形成与发展第第4阶段阶段 各种类型的网络全面互联，并向各种类型的网络全面互
16、联，并向宽带宽带化、高速化、智能化化、高速化、智能化方向发展方向发展网络的发展趋势必将导致网络的发展趋势必将导致计算机网络、通信网络、广播计算机网络、通信网络、广播电视网络三网合一电视网络三网合一网络安全、服务质量网络安全、服务质量QoS、多媒体信息（特别是视频信、多媒体信息（特别是视频信息）的快速传送将成为网络性能的关键问题。息）的快速传送将成为网络性能的关键问题。1.2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念广义的观点广义的观点以以传输信息传输信息为主要目的，用为主要目的，用通信线路通信线路将将多个计算机多个计算机连接起来的连接起来的计算机系统的集合。又称为计算机通信网络。计算机系统的集
17、合。又称为计算机通信网络。1.2.1 1.2.1 计算机网络的定义计算机网络的定义资源共享的观点资源共享的观点以能够相互以能够相互共享资源共享资源的方式连接起来，并且各自的方式连接起来，并且各自具备独立功能具备独立功能的计算机系统的集合。的计算机系统的集合。对用户透明的观点对用户透明的观点计算机网络是一个对用户透明的、大的计算机系统，这个系统计算机网络是一个对用户透明的、大的计算机系统，这个系统存在一个能为用户存在一个能为用户管理资源的网络操作系统管理资源的网络操作系统，由它调用完成用，由它调用完成用户任务所需的资源。又称为分布式计算机系统。户任务所需的资源。又称为分布式计算机系统。1.2 计
18、算机网络的基本概念计算机网络的基本概念计算机网络通常定义为：计算机网络通常定义为：将将地理位置不同地理位置不同并且具并且具有有独立功能独立功能的多个计算机系统通过的多个计算机系统通过通信线路通信线路和和通信通信设备设备相互连接在一起，由网络操作系统相互连接在一起，由网络操作系统网络协议网络协议软软件进行管理，以实现件进行管理，以实现资源共享资源共享和和相互通信相互通信的系统。的系统。1.2.1 1.2.1 计算机网络的定义计算机网络的定义计算机网络建立的主要目的是计算机网络建立的主要目的是资源共享资源共享。计算机网络中的计算机具有计算机网络中的计算机具有自治自治特点。特点。网络中的计算机都要遵
19、循统一的网络中的计算机都要遵循统一的网络协议网络协议。1.2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念（1）文件和打印服务文件和打印服务（2）通信服务）通信服务（3）邮件服务）邮件服务（4）Internet服务服务（5）管理服务）管理服务流量监测和控制、负载平衡流量监测和控制、负载平衡、硬件诊断和失效报警、资产管理硬件诊断和失效报警、资产管理、许可证跟踪、安、许可证跟踪、安全审计全审计、软件分发、地址管理、软件分发、地址管理、数据备份和数据恢、数据备份和数据恢复复（6）电子商务）电子商务1.2.2 1.2.2 计算机网络的功能计算机网络的功能1.2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念资源
20、子网资源子网和和通信子网（逻辑上）通信子网（逻辑上）1.2.3 1.2.3 计算机网络的结构与组成计算机网络的结构与组成1.2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念通信子网通信子网网络中网络中面向数据传输或者数据通信面向数据传输或者数据通信的部分资源集合，包的部分资源集合，包括括传输线路、网络通信控制处理机与其他通信设备传输线路、网络通信控制处理机与其他通信设备，主，主要完成整个网络的要完成整个网络的数据传输、存储转发数据传输、存储转发等功能。等功能。1.2.3 1.2.3 计算机网络的结构与组成计算机网络的结构与组成资源子网资源子网网络中网络中面向数据处理面向数据处理的资源集合，主要由的
21、资源集合，主要由主计算机系统、主计算机系统、终端及各种软件资源和数据资源终端及各种软件资源和数据资源组成，负责全网的组成，负责全网的数据数据处理业务处理业务，向网络用户提供各种资源和网络服务。，向网络用户提供各种资源和网络服务。1.2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念网络协议网络协议语法：语法：协议的语法规定了将若干个协议的语法规定了将若干个协议元素和数据协议元素和数据组合组合在一起来表达一个更完整的内容时所应遵循的在一起来表达一个更完整的内容时所应遵循的格式格式。语义：语义：协议的语义是指对构成协议的协议元素含义的协议的语义是指对构成协议的协议元素含义的解解释释。同步：同步：也称时序
22、，用来规定事件的也称时序，用来规定事件的执行顺序执行顺序。1.2.3 1.2.3 计算机网络的结构与组成计算机网络的结构与组成1.2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念网络拓扑网络拓扑是指网络中节点间连通性关系，所以主是指网络中节点间连通性关系，所以主要是讨论通信子网的拓扑结构。要是讨论通信子网的拓扑结构。1.2.3 1.2.3 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构计算机网络拓扑结构计算机网络拓扑结构星型拓扑结构星型拓扑结构环型拓扑结构环型拓扑结构总线型拓扑结构总线型拓扑结构树型拓扑结构树型拓扑结构网型拓扑结构网型拓扑结构1.2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念星型拓扑结构星
23、型拓扑结构 每个站通过每个站通过点点-点连点连接到中央节点接到中央节点，任何两站，任何两站之间通信都通过中央节点之间通信都通过中央节点进行。进行。1.2.3 1.2.3 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构1.2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念特点特点中央节点中央节点负责整个网络的通信控负责整个网络的通信控制制，是网络的控制中枢，中央节点，是网络的控制中枢，中央节点可以与网络中任何节点进行通信。可以与网络中任何节点进行通信。非中央节点的两个节点不能直接非中央节点的两个节点不能直接通信，但可以在中央节点的控制下，通信，但可以在中央节点的控制下，通过中央节点实现数据交换通过中央节点实
24、现数据交换。1.2.3 1.2.3 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构1.2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念优点优点控制简单，便于管理。控制简单，便于管理。便于维护。便于维护。网络延迟时间短，误码率低。网络延迟时间短，误码率低。1.2.3 1.2.3 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构缺点缺点中央节点中央节点要求较高、负担过重要求较高、负担过重。其他节点负担较轻，其他节点负担较轻，不能均衡、合理地发挥网络的最大作用不能均衡、合理地发挥网络的最大作用。网络网络共享能力较差，通信线路利用率不高共享能力较差，通信线路利用率不高。安装工作量大、成本较高。安装工作量大、成本较高。1
25、.2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念环型拓扑结构环型拓扑结构 每个节点都有每个节点都有输入端口和输入端口和输出端口输出端口，节点间通过线路首，节点间通过线路首尾相接，组成一个尾相接，组成一个闭合的环路闭合的环路。1.2.3 1.2.3 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构1.2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念特点特点每个站点接收从一端链路传来的数每个站点接收从一端链路传来的数据据，并送到另一端链路，为，并送到另一端链路，为单向传单向传递递。节点发出的数据带有节点发出的数据带有目的地址目的地址，目，目的节点在的节点在转发的同时复制数据转发的同时复制数据，该，该数据数据最终
26、回到发送节点最终回到发送节点。各节点共享环路信道，需要各节点共享环路信道，需要媒体访媒体访问控制策略问控制策略。1.2.3 1.2.3 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构1.2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念优点优点结构简单，各节点负载均衡。结构简单，各节点负载均衡。传输延迟确定。传输延迟确定。增减节点时，仅需简单连接工作。增减节点时，仅需简单连接工作。多以光纤为传输介质，传输速率较高。多以光纤为传输介质，传输速率较高。1.2.3 1.2.3 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构缺点缺点单个节点的故障会造成整个网络故障单个节点的故障会造成整个网络故障。运行时需要必要的环维护
27、工作。运行时需要必要的环维护工作。1.2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念总线型拓扑结构总线型拓扑结构 有一条被称为有一条被称为总线的公共总线的公共传输介质传输介质，所有站点都通过相应，所有站点都通过相应的硬件接口直接连到总线上，它的硬件接口直接连到总线上，它是一个能被总线上所有节点使用是一个能被总线上所有节点使用的公共信道。的公共信道。1.2.3 1.2.3 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构1.2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念总线型拓扑结构总线型拓扑结构任何站点任何站点都可以向总线上都可以向总线上发出发出数据数据，任何站点都可以，任何站点都可以接收到接收到数据信号
28、数据信号。节点发出的数据带有节点发出的数据带有目的地址目的地址，目的节点目的节点复制该数据复制该数据。所有站点共享一条传输信道，所有站点共享一条传输信道，同一时刻只能由一个节点发送同一时刻只能由一个节点发送数据数据。1.2.3 1.2.3 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构1.2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念优点优点结构简单，各节点结构简单，各节点负载均衡负载均衡。总线总线一般是无源一般是无源的，可靠性较高。的，可靠性较高。易于扩充易于扩充，增加和减少用户比较方便。，增加和减少用户比较方便。所有站点串接在一条线路上，所有站点串接在一条线路上，电缆数量较少电缆数量较少。1.2.
29、3 1.2.3 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构缺点缺点信号在传输中会衰减，信号在传输中会衰减，传输距离有限传输距离有限。某一节点出现故障，隔离较困难。某一节点出现故障，隔离较困难。需要进行需要进行媒体访问控制和地址识别媒体访问控制和地址识别，增加软硬件开销。，增加软硬件开销。1.2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念树型拓扑结构树型拓扑结构 整个网络形状如同一整个网络形状如同一颗倒置的树，顶端相当于颗倒置的树，顶端相当于树树根根，树根以下带，树根以下带分支分支，每个，每个分支还可再带子分支。分支还可再带子分支。1.2.3 1.2.3 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构1.
30、2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念特点特点每个节点每个节点只能和它的根只能和它的根节点或子节点直接通信节点或子节点直接通信。同一层次的节点间同一层次的节点间不能不能直接通信。直接通信。各个层次上的各个层次上的根节点负根节点负责与其子节点间的通信控责与其子节点间的通信控制制。1.2.3 1.2.3 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构1.2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念网型拓扑结构网型拓扑结构 每个节点都每个节点都通过多条线通过多条线路与网中的其他节点连接路与网中的其他节点连接。又称无规则网。又称无规则网。1.2.3 1.2.3 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构
31、1.2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念优点优点可靠性高可靠性高。一旦一个节点出现问题，传输的数据可以。一旦一个节点出现问题，传输的数据可以绕过该节点，选择其他路径到达目的节点。绕过该节点，选择其他路径到达目的节点。缺点缺点结构复杂结构复杂，成本较高。，成本较高。节点必须具有节点必须具有路由选择算法和流量控制路由选择算法和流量控制。1.2.3 1.2.3 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构1.2 计算机网络的基本概念计算机网络的基本概念按照网络覆盖的地理范围分类按照网络覆盖的地理范围分类（1）广域网）广域网WAN(Wide Area Network)广域网的作用范围通常为广域网的
32、作用范围通常为几十到几千公里几十到几千公里，采用了新技，采用了新技术和新设备，广域网的主干线路传输速率已可达术和新设备，广域网的主干线路传输速率已可达2.5Gbps。（2）局域网）局域网LAN(Local Area Network)局域网的覆盖范围较小，从局域网的覆盖范围较小，从几十米到几千米几十米到几千米，通信距离，通信距离一般小于一般小于10公里，传输速率在公里，传输速率在0.11000Mbps，响应时间为，响应时间为百微秒（百微秒（s）级）级。局域网的特点是组建方便、使用灵活。局域网的特点是组建方便、使用灵活。1.2.4 1.2.4 计算机网络的分类计算机网络的分类1.2 计算机网络的基
33、本概念计算机网络的基本概念按照网络覆盖的地理范围分类按照网络覆盖的地理范围分类（3）城域网）城域网MAN(Metropolitan Area Network)城域网是城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络介于广域网与局域网之间的一种高速网络，城域网，城域网设计的目标是满足设计的目标是满足几十公里范围内几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求，以实现大量用户之间的数据、语音、图形个局域网互连的需求，以实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能。与视频等多种信息的传输功能。按照不同用途按照不同用途公共网、科研网、企业网、商业网公共
34、网、科研网、企业网、商业网按照不同的网络技术按照不同的网络技术有线网、无线网有线网、无线网1.2.4 1.2.4 计算机网络的分类计算机网络的分类1.3 现场总线现场总线第第1阶段阶段 人工控制阶段人工控制阶段气动信号控制系统（气动信号控制系统（20世纪世纪50年代以前）年代以前）气动测量仪表气动测量仪表生产现场人工巡视调定生产现场人工巡视调定仪表处于仪表处于封闭状态封闭状态，无法与外界沟通信息无法与外界沟通信息1.3.1 1.3.1 工业自动化的发展工业自动化的发展1.3 现场总线现场总线第第2阶段阶段 模拟控制阶段（模拟控制阶段（20世纪世纪50年代）年代）生产规模扩大、多点测控，出现现场
35、仪表与集中控制室生产规模扩大、多点测控，出现现场仪表与集中控制室控制理论控制理论：以：以传递函数传递函数作为模型描述方法，以根轨迹、频率作为模型描述方法，以根轨迹、频率法作为基本的分析和综合方法；法作为基本的分析和综合方法；控制方法控制方法：基本：基本PID控制与串级、前馈控制等；控制与串级、前馈控制等；1.3.1 1.3.1 工业自动化的发展工业自动化的发展1.3 现场总线现场总线第第2阶段阶段 模拟控制阶段（模拟控制阶段（20世纪世纪50年代）年代）控制仪表控制仪表：气动、电动单元组合式仪表：气动、电动单元组合式仪表0.020.1MPa气压信号、气压信号、420mA直流电流信号、直流电流信
36、号、15V直流电压信号直流电压信号等模拟信号等模拟信号传送到集中控制室。传送到集中控制室。信号传递困难，变化缓慢，信号传递困难，变化缓慢，抗干扰能力较差。抗干扰能力较差。1.3.1 1.3.1 工业自动化的发展工业自动化的发展1.3 现场总线现场总线第第2阶段阶段 模拟控制阶段模拟控制阶段现场仪表与集中控制室现场仪表与集中控制室控制理论：以传递函数作为模型描述方法，以根轨迹、频率控制理论：以传递函数作为模型描述方法，以根轨迹、频率法作为基本的分析和综合方法；法作为基本的分析和综合方法；控制方法：基本控制方法：基本PID控制与串级、前馈控制等；控制与串级、前馈控制等；控制仪表：气动、电动单元组合
37、式仪表控制仪表：气动、电动单元组合式仪表0.020.1MPa气压信号、气压信号、420mA直流电流信号、直流电流信号、15V直直流电压信号等模拟信号传送到集中控制室。流电压信号等模拟信号传送到集中控制室。信号传递困难，变化缓慢，抗干扰能力较差。信号传递困难，变化缓慢，抗干扰能力较差。1.3.1 1.3.1 工业自动化的发展工业自动化的发展1.3 现场总线现场总线第第2阶段阶段 模拟控制阶段模拟控制阶段敏感元件（又称敏感元件（又称“一次仪表一次仪表”）：）：“独立独立”于被测系统之外，直接与工艺介质相接触，并以参数于被测系统之外，直接与工艺介质相接触，并以参数方式对被测物理量作出方式对被测物理量
38、作出“敏感敏感”响应的物理实体。这里，响应的物理实体。这里，“独立独立”是是指被测物理量不应因敏感元件的设置而受到影响。指被测物理量不应因敏感元件的设置而受到影响。传感器：传感器：是将敏感元件参数响应变量转换成便于应用和传送的信号装置。是将敏感元件参数响应变量转换成便于应用和传送的信号装置。因此，其是因此，其是由敏感元件和相应线路所组成的物理系统由敏感元件和相应线路所组成的物理系统。变送器：变送器：是输出信号符合标准化要求的传感器。是输出信号符合标准化要求的传感器。1.3.1 1.3.1 工业自动化的发展工业自动化的发展1.3 现场总线现场总线第第3阶段阶段 集中式数字控制阶段集中式数字控制阶
39、段20世纪世纪60年代年代70年代中期年代中期（1）直接数字控制直接数字控制一台计算机替代一组模拟控制器，一台计算机替代一组模拟控制器，实时采集生产过程被控参数实时采集生产过程被控参数的信息，按照控制算法运算的信息，按照控制算法运算后，控制执行器。后，控制执行器。1.3.1 1.3.1 工业自动化的发展工业自动化的发展管理命令DDC微型机报告人工监管给定值测量值A/D多路开关检测元件D/A反多路开关生产过程1.3 现场总线现场总线1.3.1 1.3.1 工业自动化的发展工业自动化的发展（2）集中型计算机控制集中型计算机控制一台计算机取代控制室的所有仪一台计算机取代控制室的所有仪表，并实现生产调
40、度和工厂管理的部分功能表，并实现生产调度和工厂管理的部分功能1.3 现场总线现场总线第第3阶段阶段 集中式数字控制阶段集中式数字控制阶段20世纪世纪60年代年代70年代中期年代中期（3）分层计算机控制）分层计算机控制过程现场控制与集中显示操过程现场控制与集中显示操作相分离。作相分离。1.3.1 1.3.1 工业自动化的发展工业自动化的发展1.3 现场总线现场总线第第4阶段阶段 集散控制系统（集散控制系统（DCS）阶段）阶段20世纪世纪70年代中期年代中期集中与分散相结合集中与分散相结合总体逻辑结构上是一个总体逻辑结构上是一个分支型结构分支型结构，分为，分为过程控制级、控制过程控制级、控制管理级
41、和生产管理级管理级和生产管理级。体现了。体现了管理的集中性和控制的分散性管理的集中性和控制的分散性，把控制功能分散到若干台控制站，在监控操作站进行集中监视把控制功能分散到若干台控制站，在监控操作站进行集中监视操作。操作。1.3.1 1.3.1 工业自动化的发展工业自动化的发展1.3 现场总线现场总线第第4阶段阶段 集散控制系统（集散控制系统（DCS）阶段）阶段20世纪世纪70年代中期年代中期集中与分散相结合集中与分散相结合总体逻辑结构上是一个分支型结构，分为过程控制级、控制总体逻辑结构上是一个分支型结构，分为过程控制级、控制管理级和生产管理级。体现了管理的集中性和控制的分散性，管理级和生产管理
42、级。体现了管理的集中性和控制的分散性，把控制功能分散到若干台控制站，在监控操作站进行集中监视把控制功能分散到若干台控制站，在监控操作站进行集中监视操作。操作。1.3.1 1.3.1 工业自动化的发展工业自动化的发展1.3 现场总线现场总线优点优点 系统组态灵活，控制功能完善，数据处理方便，显示操作系统组态灵活，控制功能完善，数据处理方便，显示操作集中，人机界面友好，安装简单、规范，调节方便，运行安全集中，人机界面友好，安装简单、规范，调节方便，运行安全可靠。可靠。1.3.1 1.3.1 工业自动化的发展工业自动化的发展缺点缺点 （1）无法对现场仪表进行诊断，影响系统信息完整性。）无法对现场仪表
43、进行诊断，影响系统信息完整性。（2）仍然有模拟测量仪表，是一种模拟数字混合仪表。）仍然有模拟测量仪表，是一种模拟数字混合仪表。（3）不利于互换和互操作。）不利于互换和互操作。1.3 现场总线现场总线第第5阶段阶段 现场总线控制系统阶段现场总线控制系统阶段20世纪世纪80年代年代中后期中后期全分布式测控系统全分布式测控系统沟通沟通生产过程现场控制设备生产过程现场控制设备之间及其与之间及其与更高控制管理层更高控制管理层之间的关系之间的关系双向通信全双工数字智能仪表，传输信号数字化双向通信全双工数字智能仪表，传输信号数字化产品互换性和互操作性产品互换性和互操作性1.3.1 1.3.1 工业自动化的发
44、展工业自动化的发展1.3 现场总线现场总线第第5阶段阶段 现场总线控制系统阶段现场总线控制系统阶段20世纪世纪80年代年代中后期中后期全分布式测控系统全分布式测控系统沟通生产过程现场控制设备之间及其与更高控制管理层沟通生产过程现场控制设备之间及其与更高控制管理层之间的关系之间的关系双向通信全双工数字智能仪表，传输信号数字化双向通信全双工数字智能仪表，传输信号数字化产品互换性和互操作性产品互换性和互操作性1.3.1 1.3.1 工业自动化的发展工业自动化的发展1.3 现场总线现场总线第第5阶段阶段 现场总线控制系统阶段现场总线控制系统阶段20世纪世纪80年代年代中后期中后期全分布式测控系统全分布
45、式测控系统沟通生产过程现场控制设备之间及其与更高控制管理层沟通生产过程现场控制设备之间及其与更高控制管理层之间的关系之间的关系双向通信全双工数字智能仪表，传输信号数字化双向通信全双工数字智能仪表，传输信号数字化产品互换性和互操作性产品互换性和互操作性1.3.1 1.3.1 工业自动化的发展工业自动化的发展1.3 现场总线现场总线工业控制系统发展的特点工业控制系统发展的特点计算机技术在工业控制系统中起到越来越重要计算机技术在工业控制系统中起到越来越重要的作用的作用1.3.1 1.3.1 工业自动化的发展工业自动化的发展信息的集成度原来越高信息的集成度原来越高控制功能越来越控制功能越来越“接近接近
46、”现场现场现场仪表的测控能力越来越强现场仪表的测控能力越来越强1.3 现场总线现场总线1.3.2 1.3.2 现场总线的概念现场总线的概念1.3 现场总线现场总线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IEC61158对对现场现场总线（总线（fieldbus）的定义是：的定义是：安装在制造或过程区域的安装在制造或过程区域的现场装置现场装置与控制室内的与控制室内的自动控制装置自动控制装置之间的之间的数字式、串行、多点通信数字式、串行、多点通信的的数数据总线据总线称为现场总线。称为现场总线。1.3 现场总线现场总线什么是现场总线什么是现场总线第第2版（版
47、（Ed2.0）IEC61158-2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部分：物理层规范部分：物理层规范（Physical Layer Specification）与服务定义）与服务定义（Server definition）又进一步指出：）又进一步指出：现场总线是一种用于现场总线是一种用于底层工业控制和测量设备底层工业控制和测量设备，如变送，如变送器（器（transducers）、执行器（）、执行器（actuators）和本地控制器）和本地控制器（local controllers）之间的）之间的数字式、串行、多点通信数字式、串行、多点通信的数据的数据总线。总线
48、。1.3 现场总线现场总线什么是现场总线什么是现场总线对现场总线概念的对现场总线概念的理解和解释理解和解释还存在一些还存在一些不同的不同的表述表述 （1）现场总线一般是指一种用于）现场总线一般是指一种用于连接现场设备连接现场设备，如传感，如传感器（器（sensors）、执行器以及像）、执行器以及像PLC、调节器（、调节器（regulators）、）、驱动控制器等现场控制器的网络；驱动控制器等现场控制器的网络；（2）现场总线是应用在）现场总线是应用在生产现场生产现场、在、在微机化测量控制设微机化测量控制设备备之间实现之间实现双向串行多节点数字通信双向串行多节点数字通信的系统，也被称为的系统，也被
49、称为开放开放式、数字化、多点通信式、数字化、多点通信的底层控制网络；的底层控制网络；1.3 现场总线现场总线什么是现场总线什么是现场总线对现场总线概念的理解和解释的不同表述对现场总线概念的理解和解释的不同表述 （3）现场总线是一种）现场总线是一种串行的数字数据通信链路串行的数字数据通信链路，它沟通，它沟通了了生产过程领域的基本控制设备（现场设备）生产过程领域的基本控制设备（现场设备）之间以及更高之间以及更高层次层次自动控制领域的自动化控制设备（车间级设备）自动控制领域的自动化控制设备（车间级设备）之间的之间的联系；联系；（4）现场总线是连接控制系统中）现场总线是连接控制系统中现场装置现场装置的
50、的双向数字通双向数字通信网络信网络；（5）现场总线是）现场总线是从控制室连结到现场设备从控制室连结到现场设备的的双向全数字双向全数字通信总线通信总线；1.3 现场总线现场总线什么是现场总线什么是现场总线对现场总线概念的理解和解释的不同表述对现场总线概念的理解和解释的不同表述 （6）现场总线是用于过程自动化和制造自动化（最底层）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的现场设备或现场仪表互连的现场数字通信网络现场数字通信网络，是，是现场通现场通信网络与控制系统的集成信网络与控制系统的集成；（7）在自动化领域，）在自动化领域，“现场总线现场总线”一词是指一词是指安装
