計算機網(wǎng)絡及現(xiàn)場總線技術概述

1、工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系WWW.OUC.EDU.CNWWW.OUC.EDU.CNOCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-4現(xiàn)場總線工業(yè)控制網(wǎng)絡技術現(xiàn)場總線工業(yè)控制網(wǎng)絡技術 計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述劉蘭軍劉蘭軍工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-42課程公共郵箱fcs_, 登錄2010123456工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF

2、 CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-43計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述本章學習目標1）了解現(xiàn)場總線與計算機網(wǎng)絡的關系2）了解計算機網(wǎng)絡的發(fā)展過程3）掌握計算機網(wǎng)絡的定義、組成結構、拓撲結構4）掌握工業(yè)自動化的發(fā)展過程5）掌握現(xiàn)場總線的定義、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點6）了解各種具體現(xiàn)場總線技術、現(xiàn)場總線標準工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-44計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機網(wǎng)絡的關系計算機網(wǎng)絡的發(fā)展過程計算機網(wǎng)絡的定義、組成結構、

3、拓撲結構工業(yè)自動化的發(fā)展過程現(xiàn)場總線的定義、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點各種具體現(xiàn)場總線技術、現(xiàn)場總線標準工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-45計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機網(wǎng)絡1. 網(wǎng)絡資源流通傳統(tǒng)網(wǎng)絡：交通運輸網(wǎng)：物質與人員流通，鐵路、公路、水路、航空 能源網(wǎng)：能源流通，煤炭、石油、天然氣、電力信息是與物質、能源并列的第三大資源電信網(wǎng)：語音信號數(shù)據(jù)、文件、視頻電視網(wǎng)：多媒體信號數(shù)據(jù)、文件、視頻計算機網(wǎng)絡：數(shù)據(jù)、文件多媒體信號工程學院工程學院 自動化及測控系自動化

4、及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-46計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機網(wǎng)絡2. 計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展基礎計算機技術：處理器技術、存儲技術等通信技術：編碼技術、數(shù)據(jù)交換技術、信道共享技術、差錯控制技術、傳輸介質等工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-47計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機網(wǎng)絡3. 企業(yè)信息網(wǎng)絡企業(yè)信息化需求計算機網(wǎng)絡技術應用于企業(yè)現(xiàn)場自動控制、生產(chǎn)調(diào)度、經(jīng)營管

5、理、辦公自動化、市場營銷等企業(yè)信息網(wǎng)絡市場營銷層生產(chǎn)管理層過程監(jiān)控層現(xiàn)場控制層因特網(wǎng)工業(yè)控制網(wǎng)絡工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-48計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機網(wǎng)絡4. 工業(yè)控制網(wǎng)絡又稱現(xiàn)場總線，是應用于企業(yè)信息網(wǎng)的現(xiàn)場控制層與過程監(jiān)控層的網(wǎng)絡通信技術。企業(yè)底層運行信息工業(yè)控制網(wǎng)絡（現(xiàn)場總線）工業(yè)現(xiàn)場設備工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022

6、-5-49計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機網(wǎng)絡4. 工業(yè)控制網(wǎng)絡現(xiàn)場總線：控制技術、通信技術、計算機技術的融合計算機網(wǎng)絡技術在工業(yè)現(xiàn)場的具體應用工廠底層網(wǎng)絡工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-410計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機網(wǎng)絡5. 工業(yè)控制網(wǎng)絡（現(xiàn)場總線）的特點1）現(xiàn)場設備的多樣性：產(chǎn)品多樣性、加工過程工藝多樣性2）網(wǎng)絡接口開放性：實現(xiàn)單元設備儀表間互連、互操作、互換3）高度的實時性、可靠性：產(chǎn)品質量保證工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控

7、系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-411計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機網(wǎng)絡的關系計算機網(wǎng)絡的發(fā)展過程計算機網(wǎng)絡的定義、組成結構、拓撲結構工業(yè)自動化的發(fā)展過程現(xiàn)場總線的定義、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點各種具體現(xiàn)場總線技術、現(xiàn)場總線標準工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-412計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 計算機網(wǎng)絡的形成與發(fā)展1. 計算機網(wǎng)絡雛形階段20世紀50年代、60年代，計算機技術與通

8、信技術結合美國半自動地面環(huán)境防空系統(tǒng)美國航空公司訂票系統(tǒng)組成：一臺中心計算機+若干終端（終端不具備自主處理能力）遠程聯(lián)機系統(tǒng)或面向終端的計算機網(wǎng)絡工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-413計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 計算機網(wǎng)絡的形成與發(fā)展2. 完成網(wǎng)絡體系結構與協(xié)議研究、計算機網(wǎng)絡形成階段20世紀70年代，軟件資源、硬件資源、數(shù)據(jù)資源共享的需求美國國防部高級研究計劃局 ARPA 網(wǎng)公共數(shù)據(jù)網(wǎng) PDN局部網(wǎng) LN (環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)（Ethernet）)ARPA網(wǎng)：計算機網(wǎng)絡的定

9、義、分類；提出了資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)兩級網(wǎng)絡的體系結構；研究了報文分組交換的數(shù)據(jù)交換方法；采用了層次結構的網(wǎng)絡體系結構與協(xié)議體系。（因特網(wǎng)從ARPA網(wǎng)發(fā)展而來）百家爭鳴，網(wǎng)絡體系結構和協(xié)議不統(tǒng)一，限制了發(fā)展。工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-414計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 計算機網(wǎng)絡的形成與發(fā)展3. 網(wǎng)絡體系結構與協(xié)議標準化階段20世紀80年代1）國際標準化組織（ISO）頒布了ISO/IEC7498國際標準，即開放系統(tǒng)互連參考模型 OSI RM；ISO與CCITT(國際電

10、話電報咨詢委員會)為OSI各層制訂標準協(xié)議，成為CCITT建議，包括X.21、X.29、X.75。2)ARPA網(wǎng)發(fā)展成為因特網(wǎng)，遵循TCP/IP協(xié)議，同樣具有層次性結構和開放性，TCP/IP協(xié)議成為事實上的國際標準。3）局域網(wǎng)中Ethernet發(fā)展迅速，形成了網(wǎng)絡結構化布線技術，z在辦公自動化領域應用廣泛。4）光線傳輸介質在高速和主干網(wǎng)絡中獲得廣泛應用，網(wǎng)絡通信帶寬獲得長足發(fā)展。工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-415計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 計算機網(wǎng)絡的形成與發(fā)展4.

11、 網(wǎng)絡計算時代20世紀90年代以來1）計算機網(wǎng)絡高速化趨勢發(fā)展強勁： 廣域網(wǎng)（64K2M2.5G）；局域網(wǎng)（10M100M1G10G）。2）計算機網(wǎng)絡功能：數(shù)據(jù)、文字語音、圖像、視頻3）三網(wǎng)融合：電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、計算機網(wǎng)絡。4）網(wǎng)絡計算：網(wǎng)格、云計算等。5）計算機網(wǎng)絡的擴展：無線傳感器網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)等。工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-416計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機網(wǎng)絡的關系計算機網(wǎng)絡的發(fā)展過程計算機網(wǎng)絡的定義、組成結構、拓撲結構工業(yè)自動化的發(fā)展過程現(xiàn)

12、場總線的定義、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點各種具體現(xiàn)場總線技術、現(xiàn)場總線標準工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-417計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 計算機網(wǎng)絡的基本概念1. 計算機網(wǎng)絡的定義廣義觀點：以傳輸信息為主要目的，用通信線路將多個計算機連接起 來的計算機系統(tǒng)的集合。資源共享觀點：以能夠相互共享資源的方式連接起來，并各自具有獨 立功能的計算機系統(tǒng)的集合。用戶透明觀點：計算機網(wǎng)絡是一個對用戶透明的、大的計算機系統(tǒng)， 該系統(tǒng)存在一個能自動為用戶管理資源的網(wǎng)絡操作系 統(tǒng)，由它調(diào)用完

13、成用戶任務的資源，又稱為分布式計 算機系統(tǒng)。工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-418計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 計算機網(wǎng)絡的基本概念1. 計算機網(wǎng)絡的定義資源共享觀點：以能夠相互共享資源的方式連接起來，并各自具有獨 立功能的計算機系統(tǒng)的集合。主要特點：1）資源共享，軟件、硬件、數(shù)據(jù) 2）計算機具有自治特點，無主從之分 3）網(wǎng)絡中計算機遵循統(tǒng)一的網(wǎng)絡協(xié)議工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERS

14、ITY OF CHINA2022-5-419計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 計算機網(wǎng)絡的基本概念2. 計算機網(wǎng)絡的結構與組成資源子網(wǎng) + 通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)：主計算機系統(tǒng)、終端、軟件資源與數(shù)據(jù)資源 負責數(shù)據(jù)處理業(yè)務，向用戶提供資源和網(wǎng)絡服務主機、終端：源節(jié)點、宿節(jié)點，端節(jié)點 主機：提供網(wǎng)絡資源服務，支持上網(wǎng) 終端：用戶訪問網(wǎng)絡的界面工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-420計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 計算機網(wǎng)絡的基本概念2. 計算機網(wǎng)絡的結構與組成資源子網(wǎng) + 通信子網(wǎng)通信子網(wǎng)：網(wǎng)

15、絡通信控制處理機、通信線路、其他通信設備 負責數(shù)據(jù)傳輸、存儲轉發(fā)等業(yè)務通信控制處理機：網(wǎng)絡節(jié)點、轉接節(jié)點、中間節(jié)點工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-421計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 計算機網(wǎng)絡的基本概念3. 計算機網(wǎng)絡的拓撲結構拓撲：實體點，連接實體的線路線，研究點、線、面關系網(wǎng)絡拓撲結構的研究內(nèi)容：網(wǎng)絡節(jié)點之間的連通關系，即通信子網(wǎng)的 連通關系。網(wǎng)絡拓撲結構設計的重要性：與網(wǎng)絡性能、可靠性、費用密切相關，是網(wǎng)絡設計的關鍵。網(wǎng)絡拓撲結構設計的目的：在考慮主機和終端位置、保

16、證一定的響應時間、吞吐量、可靠性的前提下，通過選擇合適的線路、線路容量、連接方式、流量分配，使整個網(wǎng)絡結構合理、便于維護、易于擴展、成本經(jīng)濟。工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-422計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 計算機網(wǎng)絡的基本概念3. 計算機網(wǎng)絡的拓撲結構1）星形拓撲中央節(jié)點：負責通信控制，可與網(wǎng)絡中任何節(jié)點通信非中央節(jié)點：非中央節(jié)點不能直接通信，需通過中央節(jié)點交換數(shù)據(jù)優(yōu)點：（1）控制簡單，便于管理：相當于集中管理 （2）便于維護，故障隔離容易缺點：（1）中央節(jié)點風險大，

17、負擔重，一旦故障，全網(wǎng)癱瘓 （2）不能均衡合理的發(fā)揮網(wǎng)絡的最大作用 （3）網(wǎng)絡節(jié)點之間單獨連線，安裝費用高工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-423計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 計算機網(wǎng)絡的基本概念3. 計算機網(wǎng)絡的拓撲結構2）總線拓撲存在一條公共傳輸媒體，各節(jié)點均經(jīng)總線接口并聯(lián)在該總線上優(yōu)點：（1）結構簡單，節(jié)點通信負擔均衡 （2）易于擴充，可靠性高 （3）廣播信息，易于同步 （4）電纜少，安裝費用低缺點：（1）信號衰減，通信距離受限，遠距離需加中繼 （2）一旦某節(jié)點出現(xiàn)故

18、障，不易隔離 （3）需要媒體訪問控制、地址識別，帶來額外軟硬件開銷工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-424計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 計算機網(wǎng)絡的基本概念3. 計算機網(wǎng)絡的拓撲結構3）環(huán)形拓撲每個節(jié)點均有一個輸入口和輸出口，各節(jié)點依次相連，數(shù)據(jù)單向傳輸優(yōu)點：（1）結構簡單，節(jié)點通信負擔均衡 （2）傳輸延遲確定，適合于有特定時間要求的場合 （3）增加或減少節(jié)點方便 （4）電纜少，安裝費用低缺點：（1）一旦某節(jié)點出現(xiàn)故障，全網(wǎng)癱瘓 （2）需要一定的環(huán)維護工作，帶來額外軟硬件開

19、銷工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-425計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 計算機網(wǎng)絡的基本概念3. 計算機網(wǎng)絡的拓撲結構4）樹形拓撲同層次節(jié)點不能直接通信，需通過高層次節(jié)點，是星形拓撲的擴展適合于統(tǒng)計等具有信息匯聚要求的場合工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-426計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 計算機網(wǎng)絡的基本概念3. 計算機網(wǎng)絡的拓撲結構5）網(wǎng)形拓撲（無規(guī)

20、則網(wǎng)）每個節(jié)點與相鄰節(jié)點相連，線路連接高冗余優(yōu)點：可靠性高缺點：（1）結構復雜，成本高 （2）節(jié)點需具有路由選擇算法和流量控制算法在廣域網(wǎng)中應用廣泛（高可靠性）工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-427計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 計算機網(wǎng)絡的基本概念4. 計算機網(wǎng)絡的分類1）按網(wǎng)絡拓撲結構：星形、總線、環(huán)形、樹形、網(wǎng)形2）按網(wǎng)絡覆蓋范圍：廣域網(wǎng)WAN：遠程網(wǎng)，幾十至幾千公里，國家、洲際局域網(wǎng)LAN：十公里以下，辦公室、辦公樓城域網(wǎng)MAN：介于WAN與LAN之間，城市中大型企

21、業(yè)、機關聯(lián)網(wǎng)3）按網(wǎng)絡使用的交換方式：電路交換網(wǎng)、報文交換網(wǎng)、報文分組交換網(wǎng)4）按照用途：公共網(wǎng)、科研網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、商業(yè)網(wǎng)等工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-428計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機網(wǎng)絡的關系計算機網(wǎng)絡的發(fā)展過程計算機網(wǎng)絡的定義、組成結構、拓撲結構工業(yè)自動化的發(fā)展過程現(xiàn)場總線的定義、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點各種具體現(xiàn)場總線技術、現(xiàn)場總線標準工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNI

22、VERSITY OF CHINA2022-5-429計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 工業(yè)自動化的發(fā)展過程1. 人工控制階段20世紀50年代前，基地式氣動儀表控制系統(tǒng)1） 氣動測量儀表，功能簡單，安裝在現(xiàn)場，無互連，儀表處于封閉 狀態(tài)2） 操作人員直接在現(xiàn)場儀表上調(diào)整被控對象參數(shù)工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-430計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 工業(yè)自動化的發(fā)展過程2. 模擬控制階段20世紀50年代，氣動、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)1） 現(xiàn)場儀表 + 集中控制室2） 現(xiàn)場：

23、氣動、電動組合單元模擬儀表，模擬信號0.020.1MPa、420mA、15V3） 集中控制室：集中監(jiān)控生產(chǎn)過程問題：模擬信號傳輸困難，抗干擾能力差，難滿足速度、精度需求工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-431計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 工業(yè)自動化的發(fā)展過程3. 集中式數(shù)字控制階段20世紀60年代至70年代中期，集中式數(shù)字控制系統(tǒng)直接數(shù)字控制（DDC）、集中型計算機控制、分層計算機控制1）DDC：由一臺計算機替代一組模擬控制器，數(shù)字化，閉環(huán)控制2）集中型計算機控制：用一臺計

24、算機替代控制室的所有儀表盤，實 現(xiàn)過程監(jiān)視、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存 儲、報警等過程控制的全部功能工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-432計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 工業(yè)自動化的發(fā)展過程3. 集中式數(shù)字控制階段2）集中型計算機控制：用一臺計算機替代控制室的所有儀表盤，實 現(xiàn)過程監(jiān)視、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存 儲、報警等過程控制的全部功能問題：風險集中、主機負擔重、開發(fā)困難3）分層計算機控制：過程現(xiàn)場控制 + 集中顯示操作過程現(xiàn)場控制：現(xiàn)場控制儀表獨立工作，可接受上位計

25、算機的設 定值，可將現(xiàn)場信息送給上位計算機集中顯示操作：顯示參數(shù)，并進行優(yōu)化計算，最優(yōu)參數(shù)下傳已具有了集散式控制系統(tǒng)的初步概念工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-433計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 工業(yè)自動化的發(fā)展過程4. 集散式數(shù)字控制階段20世紀70年代中期，集散式數(shù)字控制系統(tǒng) DCSDCS在邏輯結構上分為過程控制級、控制管理級和生產(chǎn)管理級，體現(xiàn)了管理的集中性和控制的分散性。DCS：集中管理部分、分散控制監(jiān)測部分、通信部分集中管理部分：工程師站（組態(tài)和維護）、操作站（監(jiān)視

26、和操 作）、管理計算機（全系統(tǒng)信息管理和優(yōu)化控制）分散控制監(jiān)測部分：控制站、監(jiān)測站、現(xiàn)場控制站通信部分：數(shù)據(jù)、指令、信息的傳遞DCS系統(tǒng)軟件：實時多任務操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信軟 件、組態(tài)軟件、各種應用軟件工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-434計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 工業(yè)自動化的發(fā)展過程4. 集散式數(shù)字控制階段集散式控制系統(tǒng) DCS 是一場革命，但仍存在問題：1）信息化問題：如集散式控制系統(tǒng)無法診斷現(xiàn)場儀表，影響了信息 完整性2）數(shù)字化問題：系統(tǒng)中仍有模擬

27、測量儀表3）互操作和互換性問題：各廠家產(chǎn)品協(xié)議不統(tǒng)一，產(chǎn)品不能互換、 互操作工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-435計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 工業(yè)自動化的發(fā)展過程5. 現(xiàn)場總線控制階段20世紀80年代中期以后，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) FCS1）全分布式系統(tǒng)：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場控制設備之間及其與更高管理層之間的聯(lián)系：向下深入到每臺儀表、執(zhí)行機構，控制功能徹底下放到現(xiàn)場；向上連接到上產(chǎn)管理、企業(yè)經(jīng)營的方方面面。2）全數(shù)字化系統(tǒng)：模擬儀表被符合現(xiàn)場總線標準的雙向通信

28、全數(shù)字智能儀表代替。3）全開放性系統(tǒng)：現(xiàn)場總線協(xié)議的完全開放使不同生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品之間可以互換、互操作。工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-436計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 工業(yè)自動化的發(fā)展過程6. 工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展的特點1）計算機技術在工業(yè)控制系統(tǒng)中的作用越來越大2）信息集成度越來越高3）控制功能越來越接近現(xiàn)場4）現(xiàn)場儀表的測控能力越來越強工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF

29、CHINA2022-5-437計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機網(wǎng)絡的關系計算機網(wǎng)絡的發(fā)展過程計算機網(wǎng)絡的定義、組成結構、拓撲結構工業(yè)自動化的發(fā)展過程現(xiàn)場總線的定義、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點各種具體現(xiàn)場總線技術、現(xiàn)場總線標準工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-438計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 現(xiàn)場總線、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)及其特點1. 現(xiàn)場總線定義國際電工委員會IEC61158標準定義：現(xiàn)場總線是應用在制造或過程區(qū)域現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信

30、的數(shù)據(jù)總線?，F(xiàn)場總線又稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡。工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-439計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 現(xiàn)場總線、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)及其特點2. 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)定義現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是指以現(xiàn)場總線為技術核心的工業(yè)控制系統(tǒng)，是一種新型網(wǎng)絡集成式全分布控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)英文縮寫 FCS（Fieldbus Control System）。工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN

31、 UNIVERSITY OF CHINA2022-5-440計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 現(xiàn)場總線、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)及其特點3. 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結構 VS 傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結構傳統(tǒng)控制系統(tǒng)：一對一設備連線現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)：通過總線將各個設備簡單串聯(lián)工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-441計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 現(xiàn)場總線、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)及其特點3. 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點1）現(xiàn)場設備具有智能自治特點：可測、執(zhí)行、數(shù)據(jù)處理、控制。2）提高系統(tǒng)精度和自診斷

32、功能：可獨立調(diào)節(jié)、數(shù)字信號傳輸精度高、 具有故障診斷和數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能。3）降低了設計、安裝費用和維護費用：減少了隔離器、端子柜、變送器、獨立調(diào)節(jié)器、信號調(diào)理轉換模塊等；減少了復雜連線和校對；減小了控制室的占用面積等；故障自診斷方便了系統(tǒng)維護。4）組態(tài)和修改容易：總線拓撲，組態(tài)軟件，系統(tǒng)易于擴展。工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-442計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述現(xiàn)場總線與計算機網(wǎng)絡的關系計算機網(wǎng)絡的發(fā)展過程計算機網(wǎng)絡的定義、組成結構、拓撲結構工業(yè)自動化的發(fā)展過程現(xiàn)場總線的定義

33、、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點各種具體現(xiàn)場總線技術、現(xiàn)場總線標準工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-443計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 幾種現(xiàn)場總線技術簡介、現(xiàn)場總線標準1. CAN總線控制器局域網(wǎng)絡CAN（Controller Area Network），德國BOSCH公司推出，最初用于汽車總線。特點：1）采用短幀結構，抗干擾能力強；2）支持多主通信、優(yōu)先級通信，采用非破壞性總線仲裁技術；3）通信速率高，通信距離遠；4）僅定義了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議1993年11月成為ISO國際

34、標準ISO11898，已廣泛應用于道路交通運輸工具和工業(yè)控制領域。工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-444計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 幾種現(xiàn)場總線技術簡介、現(xiàn)場總線標準2. FF總線基金會現(xiàn)場總線 FF（Fieldbus Foundation），1994年FF基金會推出，是IEC61158標準總線中的一種。低速標準（H1）、高速標準（H2）、結合以太網(wǎng)技術的高速以太網(wǎng)HSEFF在化工、電力等連續(xù)流程工業(yè)生產(chǎn)過程中應用較廣。工程學院工程學院 自動化及測控系自動化及測控系OCEAN UNIVERSITY OF CHINAOCEAN UNIVERSITY OF CHINA2022-5-445計算機網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線概述 幾種現(xiàn)場總線技術簡介、現(xiàn)場總線標準3. PROFIBUS總線由西門子公司等13家企業(yè)和5家科研機構聯(lián)合研制。PROFIBUS-FMS:工廠、樓宇自動化中的單元級，用