第1章 工業(yè)通信概論

1、工業(yè)通信網(wǎng)絡技術和應用工業(yè)通信網(wǎng)絡技術和應用現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線主講：莫太平主講：莫太平2 2/37/37 前置課程：數(shù)據(jù)通信基礎、計算機網(wǎng)絡等前置課程：數(shù)據(jù)通信基礎、計算機網(wǎng)絡等 教材教材: :許勇許勇- -工業(yè)通信技術工業(yè)通信技術- -原理與應用，西安電子原理與應用，西安電子科技大學出版社，科技大學出版社，20122012 參考教材參考教材: :許勇許勇- -工業(yè)通信技術工業(yè)通信技術- -原理與應用，中國原理與應用，中國電力出版社，電力出版社，2008.92008.9 參考教材：陽憲惠參考教材：陽憲惠- -網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)- -現(xiàn)場總線技現(xiàn)場總線技術，清華大學出版社，術，清華大學出

2、版社，2009.52009.5 Email: Email: Telephone: 229-1208Telephone: 229-1208教材及參考資料教材及參考資料3 3/37/37主要教學內(nèi)容和學時分配主要教學內(nèi)容和學時分配第第1 1章章 工業(yè)通信概論工業(yè)通信概論第第2 2章章 數(shù)據(jù)通信原理及基礎數(shù)據(jù)通信原理及基礎第第3 3章章 總線接口技術介紹總線接口技術介紹第第4 4章章 工控機與測控儀器接口總線工控機與測控儀器接口總線第第5 5章章 工業(yè)通信常用技術工業(yè)通信常用技術第第6 6章章 常用的工業(yè)現(xiàn)場總線常用的工業(yè)現(xiàn)場總線第第7 7

3、章章 CAN BusCAN Bus和汽車網(wǎng)絡和汽車網(wǎng)絡第第8 8章章 工業(yè)以太網(wǎng)技術及應用工業(yè)以太網(wǎng)技術及應用4 4/37/37客觀事物的特征通過一定物質載體 形式的反映請大家列舉一些工作生活關于信息的例子什么是信息？什么是信息？5 5/37/37消息信息是有價值的，消息卻不一定有價值信息需要捕捉，需要挖掘，需要經(jīng)營信息信息和消息信息和消息信息可以度量信息可以度量6 6/37/37信息的量化信息的量化信息含量就是對消息中這種不確定性的度量。消息中信息量是消息出現(xiàn)概率的函數(shù)。)(xPII P(x)越小，I越大； P(x) 1，I 0 。)(log)(1logxPxpIaa香農(nóng)提出計算公司（等概率

4、情況）a=2， 比特（比特（bit）a=10，哈特萊，哈特萊a=e，奈特（，奈特（nat）bit15 . 01log2I如開關電路有開和關兩個狀態(tài)：，7 7/37/37工業(yè)數(shù)據(jù)通信工業(yè)數(shù)據(jù)通信）通訊是信息的交換。隨著工業(yè)系統(tǒng)走向分布化和通訊是信息的交換。隨著工業(yè)系統(tǒng)走向分布化和網(wǎng)絡化，通信技術和網(wǎng)絡技術成為工業(yè)自動化技網(wǎng)絡化，通信技術和網(wǎng)絡技術成為工業(yè)自動化技術的核心內(nèi)容之一。工廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)和生產(chǎn)控術的核心內(nèi)容之一。工廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)和生產(chǎn)控制單元之間，控制器與各種生產(chǎn)設備之間的信息制單元之間，控制器與各種生產(chǎn)設備之間的信息流通道成為工業(yè)企業(yè)的命脈。對通信和數(shù)據(jù)傳輸流通道成為工業(yè)企業(yè)的命脈。對

5、通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦斫庖彩俏覀儗W習理解生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎一部分的理解也是我們學習理解生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎一部分。工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)：工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)：在生產(chǎn)設備之間傳遞數(shù)字信息在生產(chǎn)設備之間傳遞數(shù)字信息, ,的局域網(wǎng)的局域網(wǎng)， 是生產(chǎn)企業(yè)的底層網(wǎng)絡。是生產(chǎn)企業(yè)的底層網(wǎng)絡。第第1 1章章 工業(yè)通信概述工業(yè)通信概述8 8/37/37 生產(chǎn)控制系統(tǒng)要素：生產(chǎn)控制系統(tǒng)要素： （1 1）認識需要控制的對象（過程），即）認識需要控制的對象（過程），即“讀讀” （2 2）對對象施加作用，）對對象施加作用，“寫寫”，和，和 （3 3）決定施加作用的方式、時間和內(nèi)容。對于計算機）決定施加作用的方式、時間和內(nèi)容。對于計算機控制

6、系統(tǒng)來說，即控制系統(tǒng)來說，即“算算”； （4 4）隨著控制系統(tǒng)的分布化，控制單元之間的數(shù)據(jù)傳）隨著控制系統(tǒng)的分布化，控制單元之間的數(shù)據(jù)傳輸也成為要素，即輸也成為要素，即通訊通訊。 計算機控制系統(tǒng)就是計算機控制系統(tǒng)就是一個人們設計和實現(xiàn)的，在人和一個人們設計和實現(xiàn)的，在人和控制對象間的完成控制對象間的完成“讀讀”“”“算算”“”“寫寫”和通訊任務的和通訊任務的代理系統(tǒng)代理系統(tǒng)（agentagent）。）。系統(tǒng)遠程系統(tǒng)遠程控制命令控制命令第第1 1章章 工業(yè)通信概述工業(yè)通信概述9 9/37/37 幾個術語幾個術語： （1 1）實時實時：所謂：所謂“實時實時”，是指對輸入信息以足夠快，是指對輸入信息

7、以足夠快的速度進行處理。的速度進行處理。 “ “硬實時硬實時(hard real-time)(hard real-time)”和和“軟實時軟實時 ( soft real-time)”( soft real-time)” 。在硬實時系統(tǒng)中，。在硬實時系統(tǒng)中，要求任務響應要實時，而且要求在規(guī)定的時間內(nèi)完成要求任務響應要實時，而且要求在規(guī)定的時間內(nèi)完成事件的處理。軟實時系統(tǒng)僅要求事件響應是實時的，事件的處理。軟實時系統(tǒng)僅要求事件響應是實時的，并不限定任務必須在多長時間內(nèi)完成。并不限定任務必須在多長時間內(nèi)完成。 工業(yè)控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求依賴于特定的工業(yè)控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求依賴于特定

8、的應用。比如：應用。比如： 化工熱化控制須有秒級的響應時間；化工熱化控制須有秒級的響應時間； 過程控制和監(jiān)控系統(tǒng)需要過程控制和監(jiān)控系統(tǒng)需要100ms100ms的響應時間；的響應時間； 基于可編程控制器基于可編程控制器PLCPLC（Programmable Logic Programmable Logic ControllerController）的機械控制系統(tǒng)需要）的機械控制系統(tǒng)需要10ms10ms的響應時間；的響應時間； 多軸協(xié)同動態(tài)高速運動控制系統(tǒng)實時性要求在多軸協(xié)同動態(tài)高速運動控制系統(tǒng)實時性要求在1ms1ms以內(nèi)以內(nèi)。第第1 1章章 工業(yè)通信概述工業(yè)通信概述1010/37/37 （2 2

9、）“在線在線”方式和方式和“離線離線”方式方式： 在計算機控制系統(tǒng)中，生產(chǎn)過程和計算機直接連接，并受在計算機控制系統(tǒng)中，生產(chǎn)過程和計算機直接連接，并受計算機控制的方式稱為在線方式或聯(lián)機方式；生產(chǎn)過程不計算機控制的方式稱為在線方式或聯(lián)機方式；生產(chǎn)過程不和計算機相連，且不受計算機控制，而是通過中間記錄介和計算機相連，且不受計算機控制，而是通過中間記錄介質，靠人進行聯(lián)系并作相應操作的方式稱為離線方式或脫質，靠人進行聯(lián)系并作相應操作的方式稱為離線方式或脫機方式。機方式。 工業(yè)控制信號有周期性實時數(shù)據(jù)、非周期性實時數(shù)據(jù)和軟工業(yè)控制信號有周期性實時數(shù)據(jù)、非周期性實時數(shù)據(jù)和軟實時數(shù)據(jù)等。實時數(shù)據(jù)等。 周期性

10、實時數(shù)據(jù)和非周期性實時數(shù)據(jù)必須嚴格在規(guī)定時間周期性實時數(shù)據(jù)和非周期性實時數(shù)據(jù)必須嚴格在規(guī)定時間內(nèi)響應，否則將導致設備誤操作，甚至整個控制系統(tǒng)崩潰內(nèi)響應，否則將導致設備誤操作，甚至整個控制系統(tǒng)崩潰。軟實時數(shù)據(jù)是的傳輸延時雖然不會造成災難性的損失，。軟實時數(shù)據(jù)是的傳輸延時雖然不會造成災難性的損失，但同樣威脅系統(tǒng)的正常運行。但同樣威脅系統(tǒng)的正常運行。 一個在線的系統(tǒng)不一定是一個實時系統(tǒng)，但一個實時控制一個在線的系統(tǒng)不一定是一個實時系統(tǒng)，但一個實時控制系統(tǒng)必定是在線系統(tǒng)。系統(tǒng)必定是在線系統(tǒng)。第第1 1章章 工業(yè)通信概述工業(yè)通信概述1111/37/37 工業(yè)工業(yè)通信通信應該滿足的要求應該滿足的要求 1

11、1）可靠性高：平均無故障工作時間）可靠性高：平均無故障工作時間MTBFMTBF（Mean Time Mean Time Between Failure)Between Failure)可可達到幾萬小時，盡量縮短故障修達到幾萬小時，盡量縮短故障修復時間復時間MTTRMTTR（Mean Time To Repair)Mean Time To Repair) ； 2 2）實時性好：系統(tǒng)實時響應控制對象各種參數(shù)的變化）實時性好：系統(tǒng)實時響應控制對象各種參數(shù)的變化； 3 3）環(huán)境適應性強：工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，電磁干擾嚴重）環(huán)境適應性強：工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境惡劣，電磁干擾嚴重。因此要求工控系統(tǒng)具有很強的環(huán)境適應能力

12、；防塵。因此要求工控系統(tǒng)具有很強的環(huán)境適應能力；防塵、防腐蝕、防振動沖擊；具有較好的電磁兼容性和高、防腐蝕、防振動沖擊；具有較好的電磁兼容性和高抗干擾能力；抗干擾能力； 4 4）輸入輸出配套較好：具有豐富的多種功能的過程輸）輸入輸出配套較好：具有豐富的多種功能的過程輸入和輸出入和輸出手段：手段：模擬量、開關量、脈沖量、頻率量等模擬量、開關量、脈沖量、頻率量等。有多種類型的信號調(diào)理功能，如隔離型和非隔離型。有多種類型的信號調(diào)理功能，如隔離型和非隔離型信號調(diào)理；各類熱電偶，熱電阻信號輸入調(diào)理；電壓信號調(diào)理；各類熱電偶，熱電阻信號輸入調(diào)理；電壓電流信號輸入和輸出信號的調(diào)理等；電流信號輸入和輸出信號的

13、調(diào)理等；第第1 1章章 工業(yè)通信概述工業(yè)通信概述1212/37/37 5 5）系統(tǒng)擴充性好：）系統(tǒng)擴充性好： 隨著工廠自動化水平的提高，控隨著工廠自動化水平的提高，控制規(guī)模也在不斷擴大，因此工控系統(tǒng)要有靈活的擴充制規(guī)模也在不斷擴大，因此工控系統(tǒng)要有靈活的擴充性；性； 6 6）系統(tǒng)開放性：要求工控系統(tǒng)在主系統(tǒng)接口、網(wǎng)絡通）系統(tǒng)開放性：要求工控系統(tǒng)在主系統(tǒng)接口、網(wǎng)絡通信、軟件兼容及升級等方面，以便于擴充、連接；信、軟件兼容及升級等方面，以便于擴充、連接； 7 7）控制軟件包功能強；）控制軟件包功能強； 8 8）系統(tǒng)通信功能強：具有串行通信、網(wǎng)絡通信功能；）系統(tǒng)通信功能強：具有串行通信、網(wǎng)絡通信功能

14、； 9 9）后備措施齊全：包括供電后備、存儲器信息保護、）后備措施齊全：包括供電后備、存儲器信息保護、手動自動操作切換、緊急事故處理裝置等；手動自動操作切換、緊急事故處理裝置等； 1010）具有冗余性：在可靠性要求更高的場合，要求有）具有冗余性：在可靠性要求更高的場合，要求有雙機工作及冗余系統(tǒng)，包括雙控制站、雙操作站、雙雙機工作及冗余系統(tǒng)，包括雙控制站、雙操作站、雙網(wǎng)通信、雙供電系統(tǒng)、雙電源等，具有雙機切換功能網(wǎng)通信、雙供電系統(tǒng)、雙電源等，具有雙機切換功能、雙機監(jiān)視軟件等，以確保系統(tǒng)長期不間斷地運行。、雙機監(jiān)視軟件等，以確保系統(tǒng)長期不間斷地運行。第第1 1章章 工業(yè)通信概述工業(yè)通信概述1313

15、/37/37早期發(fā)展歷史早期發(fā)展歷史早期工業(yè)通信通過連線在測控設備之間傳遞信息，傳感器早期工業(yè)通信通過連線在測控設備之間傳遞信息，傳感器、按鈕、執(zhí)行機構等連接、按鈕、執(zhí)行機構等連接z z控制器上?？刂破魃?。最最早早的測控設備主要是氣動、電動單元組合式儀表和集中的測控設備主要是氣動、電動單元組合式儀表和集中控制室，全模擬式儀表將傳感器信號進行調(diào)理放大后，經(jīng)控制室，全模擬式儀表將傳感器信號進行調(diào)理放大后，經(jīng)過過V/IV/I電路轉換，輸出電路轉換，輸出420mA420mA或或05V05V的模擬信號。的模擬信號。1919世紀中已經(jīng)出現(xiàn)了基于世紀中已經(jīng)出現(xiàn)了基于5 513psi13psi氣動信號標準的氣

16、動控氣動信號標準的氣動控制系統(tǒng)制系統(tǒng)PCSPCS（Pneumatic Control SystemPneumatic Control System）2020世紀世紀5050年代，基于年代，基于0 010mA10mA或或4 420mA20mA的電流模擬信號的電流模擬信號 得得到廣泛的應用，標志了電氣自動控制時代的到來；到廣泛的應用，標志了電氣自動控制時代的到來； 7070年代，數(shù)字計算機年代，數(shù)字計算機出現(xiàn)出現(xiàn)，產(chǎn)生了，產(chǎn)生了“集中控制集中控制”的中央控的中央控制計算機系統(tǒng)制計算機系統(tǒng)。信號傳輸系統(tǒng)大部分依然沿用信號傳輸系統(tǒng)大部分依然沿用4 420mA20mA的模的模擬信擬信 號，集中控制系統(tǒng)發(fā)

17、展為分布式控制系統(tǒng)（號，集中控制系統(tǒng)發(fā)展為分布式控制系統(tǒng)（DCSDCS，Distributed Control SystemDistributed Control System）。數(shù)字傳輸信號逐步取代）。數(shù)字傳輸信號逐步取代模擬傳輸信號，數(shù)字通信網(wǎng)絡延伸到工業(yè)過程現(xiàn)場。模擬傳輸信號，數(shù)字通信網(wǎng)絡延伸到工業(yè)過程現(xiàn)場。工業(yè)通信系統(tǒng)的發(fā)展工業(yè)通信系統(tǒng)的發(fā)展1414/37/372. 2. 工業(yè)數(shù)據(jù)通信工業(yè)數(shù)據(jù)通信工業(yè)數(shù)據(jù)通信就是在設備功能單元間、設備間遵照通信協(xié)議，利用數(shù)工業(yè)數(shù)據(jù)通信就是在設備功能單元間、設備間遵照通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術傳遞數(shù)據(jù)信息的過程。據(jù)傳輸技術傳遞數(shù)據(jù)信息的過程。198319

18、83年，年，HoneywellHoneywell推出了智能化儀表（推出了智能化儀表（SmarSmar變送器），帶芯片，增加變送器），帶芯片，增加了計算功能；還在了計算功能；還在4 420mA20mA直流信號上迭加了數(shù)字信號，由模擬信號過直流信號上迭加了數(shù)字信號，由模擬信號過渡到數(shù)字信號。在智能儀表，過程變量經(jīng)調(diào)理放大、渡到數(shù)字信號。在智能儀表，過程變量經(jīng)調(diào)理放大、A/DA/D采樣，轉換為采樣，轉換為數(shù)字信號，并經(jīng)過微處理器的運算、補償?shù)忍幚砗螅偻ㄟ^數(shù)字信號，并經(jīng)過微處理器的運算、補償?shù)忍幚砗?，再通過D/AD/A、V/IV/I等電路，等電路，仍然以仍然以4 420mA20mA或或0 05V5V

19、的模擬信號輸出的模擬信號輸出。由于采用從模擬信。由于采用從模擬信號中的過濾技術，數(shù)字信號并不會影響模擬量信號的讀數(shù)。這就是號中的過濾技術，數(shù)字信號并不會影響模擬量信號的讀數(shù)。這就是HARTHART協(xié)議協(xié)議能夠傳送數(shù)字信息的基礎。能夠傳送數(shù)字信息的基礎。智能儀表模擬信號傳輸精度和可靠性都不高。于是人們開始以數(shù)字通智能儀表模擬信號傳輸精度和可靠性都不高。于是人們開始以數(shù)字通信的方式代替模擬信號傳輸（如：信的方式代替模擬信號傳輸（如：232232）。由于對于數(shù)據(jù)鏈路層及其以）。由于對于數(shù)據(jù)鏈路層及其以上各高層協(xié)議規(guī)范沒有統(tǒng)一定義，致使不同生產(chǎn)廠家的儀器儀表由于上各高層協(xié)議規(guī)范沒有統(tǒng)一定義，致使不同生

20、產(chǎn)廠家的儀器儀表由于通信協(xié)議的專有與不兼容而無法實現(xiàn)相互之間的信息互訪。通信協(xié)議的專有與不兼容而無法實現(xiàn)相互之間的信息互訪。計算機用于工業(yè)控制后，用來連接計算機外部的系統(tǒng)總線也被擴展成計算機用于工業(yè)控制后，用來連接計算機外部的系統(tǒng)總線也被擴展成外部總線，去連接一些測控設備或儀表。最早的工業(yè)數(shù)據(jù)通信常用點外部總線，去連接一些測控設備或儀表。最早的工業(yè)數(shù)據(jù)通信常用點對點的串行通信方式，共用設備或節(jié)點，則用星型連接（工業(yè)電話線對點的串行通信方式，共用設備或節(jié)點，則用星型連接（工業(yè)電話線）。）。工業(yè)通信系統(tǒng)的發(fā)展工業(yè)通信系統(tǒng)的發(fā)展1515/37/373. 3. 工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡現(xiàn)場總線

21、現(xiàn)場總線2020世紀世紀7070年代中的分布式控制系統(tǒng)（年代中的分布式控制系統(tǒng)（DCSDCS），可看作工業(yè)計算機網(wǎng)），可看作工業(yè)計算機網(wǎng)絡雛形。早期的絡雛形。早期的DCSDCS無統(tǒng)一網(wǎng)絡標準。網(wǎng)絡規(guī)模小節(jié)點不多，通信無統(tǒng)一網(wǎng)絡標準。網(wǎng)絡規(guī)模小節(jié)點不多，通信距離約在距離約在1km1km以內(nèi)。主要節(jié)點為控制站和操作站，拓撲結構以環(huán)型以內(nèi)。主要節(jié)點為控制站和操作站，拓撲結構以環(huán)型和總線型為主，通信介質多為同軸電纜，也有采用雙絞線的，通和總線型為主，通信介質多為同軸電纜，也有采用雙絞線的，通信速率在信速率在1Mb/s1Mb/s以內(nèi)，節(jié)點內(nèi)有以內(nèi)，節(jié)點內(nèi)有“通信卡通信卡”等專用網(wǎng)絡部件。這時等專用網(wǎng)絡部

22、件。這時的現(xiàn)場儀表大部分還是模擬儀表，少數(shù)專用設備有的現(xiàn)場儀表大部分還是模擬儀表，少數(shù)專用設備有RS-232/RS-RS-232/RS-422/RS-485422/RS-485等串口，可與之相連接。等串口，可與之相連接。隨著自動化系統(tǒng)的發(fā)展，為完成越來越復雜的分布式生產(chǎn)系統(tǒng)的隨著自動化系統(tǒng)的發(fā)展，為完成越來越復雜的分布式生產(chǎn)系統(tǒng)的測控，自動化測控系統(tǒng)對通信的質和量有了更高的要求，要求設測控，自動化測控系統(tǒng)對通信的質和量有了更高的要求，要求設計出一種能在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境運行的、性能可靠、造價低廉的通信計出一種能在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境運行的、性能可靠、造價低廉的通信系統(tǒng)，這些網(wǎng)絡的通信標準必須進行統(tǒng)一，能組成

23、開放互連系統(tǒng)系統(tǒng)，這些網(wǎng)絡的通信標準必須進行統(tǒng)一，能組成開放互連系統(tǒng)，能實現(xiàn)底層現(xiàn)場設備之間以及生產(chǎn)現(xiàn)場與外界的信息交換。，能實現(xiàn)底層現(xiàn)場設備之間以及生產(chǎn)現(xiàn)場與外界的信息交換。在測量控制設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)現(xiàn)場總在測量控制設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)現(xiàn)場總線就是在這樣的背景下產(chǎn)生的。而線就是在這樣的背景下產(chǎn)生的。而ICIC芯片的不斷發(fā)展和價格的急芯片的不斷發(fā)展和價格的急劇降低，為此提供了基礎。劇降低，為此提供了基礎。工業(yè)通信系統(tǒng)的發(fā)展工業(yè)通信系統(tǒng)的發(fā)展1616/37/37世界逐漸形成了兩個現(xiàn)場總線集團：一個是以世界逐漸形成了兩個現(xiàn)場總線集團：一個是以Siemen

24、sSiemens、RosemountRosemount、橫河為、橫河為首的首的ISPISP；另一個是由；另一個是由HoneywellHoneywell、BaileyBailey等公司牽頭的等公司牽頭的WorldFIPWorldFIP。ISPISP技術主要基于德國的技術主要基于德國的ProfibusProfibus標準，標準，World FIPWorld FIP基于法國基于法國FIPFIP。目標都是為。目標都是為建立一種開放性的、相互兼容的現(xiàn)場總線。建立一種開放性的、相互兼容的現(xiàn)場總線。19941994年，兩大集團宣布合并，融年，兩大集團宣布合并，融合成現(xiàn)場總線基金會合成現(xiàn)場總線基金會FFFF。

25、目前市場上的現(xiàn)場總線有目前市場上的現(xiàn)場總線有200200多種，常見的有多種，常見的有4040多種現(xiàn)場總線，號稱為開放標多種現(xiàn)場總線，號稱為開放標準的也有二三十種。主要有準的也有二三十種。主要有FFFF、ProfibusProfibus、CANCAN、lonWorkslonWorks等，各有其領域，等，各有其領域，比如比如FFFF、Profibus-PAProfibus-PA適用于石油、化工、醫(yī)藥、冶金等行業(yè)的過程控制適用于石油、化工、醫(yī)藥、冶金等行業(yè)的過程控制 領領域；域；LonWorksLonWorks、Profibus-FMSProfibus-FMS、DevieceNetDevieceNe

26、t適用于樓宇、交通運輸、農(nóng)業(yè)等適用于樓宇、交通運輸、農(nóng)業(yè)等領域；領域；DeviceNetDeviceNet、Profibus-DPProfibus-DP適用于加工制造業(yè)。適用于加工制造業(yè)。BOSCHBOSCH的的CANCAN、ECHELONECHELON的的LonWorksLonWorks等。等。面對自動化行業(yè)千變?nèi)f化的現(xiàn)場儀表設備，現(xiàn)場總線技術標準化工作至關重面對自動化行業(yè)千變?nèi)f化的現(xiàn)場儀表設備，現(xiàn)場總線技術標準化工作至關重要。為此要。為此IEC61158IEC61158要制定現(xiàn)場總線技術標準。要制定現(xiàn)場總線技術標準。 1999 1999年年1212月，月，IEC61158IEC61158放

27、棄了原有設想，通過妥協(xié)方案，作為放棄了原有設想，通過妥協(xié)方案，作為IEC61158IEC61158技術標準的方案包含技術標準的方案包含Control NetControl Net、ProfibusProfibus、P-NetP-Net、FF HSEFF HSE、Swift NetSwift Net、WorldFIPWorldFIP和和InterbusInterbus等總線。自動化行業(yè)期待了十多年的統(tǒng)一的現(xiàn)場總線技等總線。自動化行業(yè)期待了十多年的統(tǒng)一的現(xiàn)場總線技術標準的努力失敗，面臨一個多種總線技術標準并存的現(xiàn)實世界。術標準的努力失敗，面臨一個多種總線技術標準并存的現(xiàn)實世界。傳統(tǒng)現(xiàn)場總線都能較好

28、實現(xiàn)速率要求較慢的過程控制。而關鍵是互操作性。傳統(tǒng)現(xiàn)場總線都能較好實現(xiàn)速率要求較慢的過程控制。而關鍵是互操作性。工業(yè)通信系統(tǒng)的發(fā)展工業(yè)通信系統(tǒng)的發(fā)展1717/37/37 企業(yè)自動化系統(tǒng)中的通信企業(yè)自動化系統(tǒng)中的通信（右邊表示不同層次中對信息交換速度的不同要求）（右邊表示不同層次中對信息交換速度的不同要求）工業(yè)通信系統(tǒng)工業(yè)通信系統(tǒng)系統(tǒng)特點系統(tǒng)特點1818/37/37 工業(yè)自動控制網(wǎng)絡通信技術需要考慮：工業(yè)自動控制網(wǎng)絡通信技術需要考慮： （1 1）傳輸及時性和系統(tǒng)實時性：）傳輸及時性和系統(tǒng)實時性：比較比較制造化系統(tǒng)響應時間要制造化系統(tǒng)響應時間要求在求在0.010.010.5s0.5s，過程控制系統(tǒng)

29、響應時間為，過程控制系統(tǒng)響應時間為0.50.52s2s。而信息。而信息網(wǎng)絡響應時間是網(wǎng)絡響應時間是2 26s6s。顯然，工業(yè)通信網(wǎng)絡的。顯然，工業(yè)通信網(wǎng)絡的實時性要實時性要求高求高。 （2 2）高可靠性：環(huán)境惡劣）高可靠性：環(huán)境惡劣下下工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的通信網(wǎng)絡必須適工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的通信網(wǎng)絡必須適應環(huán)境應環(huán)境，包括電磁環(huán)境適應性或電磁兼容性（包括電磁環(huán)境適應性或電磁兼容性（EMCEMC）、氣候環(huán)）、氣候環(huán)境適應性（耐溫、防水、防塵）、機械環(huán)境適應性（耐沖擊、境適應性（耐溫、防水、防塵）、機械環(huán)境適應性（耐沖擊、耐振動）。在易爆或可燃的場合，應有耐振動）。在易爆或可燃的場合，應有本質安全本質安全的性能

30、。的性能。 （3 3）工業(yè)通信需要解決不同廠商的產(chǎn)品和系統(tǒng)相互兼容問題）工業(yè)通信需要解決不同廠商的產(chǎn)品和系統(tǒng)相互兼容問題，強調(diào)互操作性，在，強調(diào)互操作性，在ISO/OSI ISO/OSI 參考模型上，加了用戶層，通過參考模型上，加了用戶層，通過標準功能塊和裝置描述（標準功能塊和裝置描述（DDDD）功能來）功能來保證保證開放性通信開放性通信。 （4 4）總線供電總線供電：工業(yè)現(xiàn)場控制網(wǎng)絡不僅能傳輸通信信息，而工業(yè)現(xiàn)場控制網(wǎng)絡不僅能傳輸通信信息，而且要能夠為現(xiàn)場設備傳輸工作電源。這主要是從線纜鋪設和維且要能夠為現(xiàn)場設備傳輸工作電源。這主要是從線纜鋪設和維護方便考慮，同時總線供電還能減少線纜，降低布

31、線成本。護方便考慮，同時總線供電還能減少線纜，降低布線成本。1919/37/37 （5 5）現(xiàn)場控制層設備間傳輸?shù)男畔㈤L度都比較小，通常僅為）現(xiàn)場控制層設備間傳輸?shù)男畔㈤L度都比較小，通常僅為幾位比特或幾個、幾十個字節(jié)，對帶寬要求不高。這些信息幾位比特或幾個、幾十個字節(jié)，對帶寬要求不高。這些信息包括生產(chǎn)裝置運行參數(shù)的測量值、控制量、開關與閥門的工包括生產(chǎn)裝置運行參數(shù)的測量值、控制量、開關與閥門的工作位置、報警狀態(tài)、設備的資源與維護信息、系統(tǒng)組態(tài)、參作位置、報警狀態(tài)、設備的資源與維護信息、系統(tǒng)組態(tài)、參數(shù)修改、零點與量程調(diào)校信息等。不過，現(xiàn)在隨著工業(yè)現(xiàn)場數(shù)修改、零點與量程調(diào)校信息等。不過，現(xiàn)在隨著工

32、業(yè)現(xiàn)場傳輸多媒體信息增加，網(wǎng)絡傳輸?shù)膸捯笠苍谠黾?。傳輸多媒體信息增加，網(wǎng)絡傳輸?shù)膸捯笠苍谠黾印?（6 6）工業(yè)現(xiàn)場設備向網(wǎng)絡上發(fā)送數(shù)據(jù)都遵循嚴格的時序。周）工業(yè)現(xiàn)場設備向網(wǎng)絡上發(fā)送數(shù)據(jù)都遵循嚴格的時序。周期與非周期信息同時存在，正常工作狀態(tài)下，周期性信息（期與非周期信息同時存在，正常工作狀態(tài)下，周期性信息（如過程測量與控制信息、監(jiān)控信息等）較多，而非周期信息如過程測量與控制信息、監(jiān)控信息等）較多，而非周期信息（如突發(fā)事件報警、程序上下載等）較少。（如突發(fā)事件報警、程序上下載等）較少。 （7 7）信息流向的單一性較強，如測量信息由變送器向控制器）信息流向的單一性較強，如測量信息由變送器向

33、控制器傳送，控制信息由控制器向執(zhí)行機構傳送，過程監(jiān)控與突發(fā)傳送，控制信息由控制器向執(zhí)行機構傳送，過程監(jiān)控與突發(fā)信息由現(xiàn)場儀表向操作站傳送。信息由現(xiàn)場儀表向操作站傳送。 正是由于以上特點和特殊性，目前現(xiàn)場設備層網(wǎng)絡主要由低正是由于以上特點和特殊性，目前現(xiàn)場設備層網(wǎng)絡主要由低速現(xiàn)場總線網(wǎng)絡（如速現(xiàn)場總線網(wǎng)絡（如ProfibusProfibus、CanCan、DeviceNetDeviceNet等）組成，等）組成，而正在向高速網(wǎng)絡發(fā)展。而正在向高速網(wǎng)絡發(fā)展。2020/37/37 1 1）以雙絞線、光纜或無線電等為介質，用總線方式傳輸數(shù)）以雙絞線、光纜或無線電等為介質，用總線方式傳輸數(shù)字信號，減少大量導線，提高可靠性和抗干擾能力。字信號，減少大量導線，提高可靠性和抗干擾能力。 2 2）采用統(tǒng)一的標準，同標準下不同廠家