第1章 工業(yè)通信概論

1、工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)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(chǔ)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等前置課程：數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等 教材教材: :許勇許勇- -工業(yè)通信技術(shù)工業(yè)通信技術(shù)- -原理與應(yīng)用，西安電子原理與應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社，科技大學(xué)出版社，20122012 參考教材參考教材: :許勇許勇- -工業(yè)通信技術(shù)工業(yè)通信技術(shù)- -原理與應(yīng)用，中國原理與應(yīng)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(luò)化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)- -現(xiàn)場總線技現(xiàn)場總線技術(shù)，清華大學(xué)出版社，術(shù)，清華大學(xué)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(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配主要教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)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(chǔ)數(shù)據(jù)通信原理及基礎(chǔ)第第3 3章章 總線接口技術(shù)介紹總線接口技術(shù)介紹第第4 4章章 工控機(jī)與測控儀器接口總線工控機(jī)與測控儀器接口總線第第5 5章章 工業(yè)通信常用技術(shù)工業(yè)通信常用技術(shù)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(luò)和汽車網(wǎng)絡(luò)第第8 8章章 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用4 4/37/37客觀事物的特征通過一定物質(zhì)載體 形式的反映請大家列舉一些工作生活關(guān)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(jià)值的，消息卻不一定有價(jià)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(jì)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(guān)電路有開和關(guān)兩個(gè)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(luò)化，通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為工業(yè)自動化技網(wǎng)絡(luò)化，通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為工業(yè)自動化技術(shù)的核心內(nèi)容之一。工廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)和生產(chǎn)控術(shù)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(shè)備之間的信息制單元之間，控制器與各種生產(chǎn)設(shè)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(xué)習(xí)理解生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)一部分的理解也是我們學(xué)習(xí)理解生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)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(shè)備之間傳遞數(shù)字信息在生產(chǎn)設(shè)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(luò)。是生產(chǎn)企業(yè)的底層網(wǎng)絡(luò)。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(rèn)識需要控制的對象（過程），即）認(rèn)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(shí)間和內(nèi)容。對于計(jì)算機(jī)）決定施加作用的方式、時(shí)間和內(nèi)容。對于計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是一個(gè)人們設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的，在人和一個(gè)人們設(shè)計(jì)和實(shí)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(wù)的和通訊任務(wù)的代理系統(tǒng)代理系統(tǒng)（agentagent）。）。系統(tǒng)遠(yuǎn)程系統(tǒng)遠(yuǎn)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(gè)術(shù)語幾個(gè)術(shù)語： （1 1）實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)：所謂：所謂“實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)”，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(jìn)行處理。的速度進(jìn)行處理。 “ “硬實(shí)時(shí)硬實(shí)時(shí)(hard real-time)(hard real-time)”和和“軟實(shí)時(shí)軟實(shí)時(shí) ( soft real-time)”( soft real-time)” 。在硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，。在硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，要求任務(wù)響應(yīng)要實(shí)時(shí)，而且要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成要求任務(wù)響應(yīng)要實(shí)時(shí)，而且要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成事件的處理。軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)僅要求事件響應(yīng)是實(shí)時(shí)的，事件的處理。軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)僅要求事件響應(yīng)是實(shí)時(shí)的，并不限定任務(wù)必須在多長時(shí)間內(nèi)完成。并不限定任務(wù)必須在多長時(shí)間內(nèi)完成。 工業(yè)控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)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?shí)時(shí)性要求依賴于特定

8、的應(yīng)用。比如：應(yīng)用。比如： 化工熱化控制須有秒級的響應(yīng)時(shí)間；化工熱化控制須有秒級的響應(yīng)時(shí)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(yīng)時(shí)間；的響應(yīng)時(shí)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(jī)械控制系統(tǒng)需要）的機(jī)械控制系統(tǒng)需要10ms10ms的響應(yīng)時(shí)間；的響應(yīng)時(shí)間； 多軸協(xié)同動態(tài)高速運(yùn)動控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求在多軸協(xié)同動態(tài)高速運(yùn)動控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，生產(chǎn)過程和計(jì)算機(jī)直接連接，并受在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，生產(chǎn)過程和計(jì)算機(jī)直接連接，并受計(jì)算機(jī)控制的方式稱為在線方式或聯(lián)機(jī)方式；生產(chǎn)過程不計(jì)算機(jī)控制的方式稱為在線方式或聯(lián)機(jī)方式；生產(chǎn)過程不和計(jì)算機(jī)相連，且不受計(jì)算機(jī)控制，而是通過中間記錄介和計(jì)算機(jī)相連，且不受計(jì)算機(jī)控制，而是通過中間記錄介質(zhì)，靠人進(jìn)行聯(lián)系并作相應(yīng)操作的方式稱為離線方式或脫質(zhì)，靠人進(jìn)行聯(lián)系并作相應(yīng)操作的方式稱為離線方式或脫機(jī)方式。機(jī)方式。 工業(yè)控制信號有周期性實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、非周期性實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和軟工業(yè)控制信號有周期性實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、非周期性實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和軟實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等。 周期性

10、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和非周期性實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)必須嚴(yán)格在規(guī)定時(shí)間周期性實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和非周期性實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)必須嚴(yán)格在規(guī)定時(shí)間內(nèi)響應(yīng)，否則將導(dǎo)致設(shè)備誤操作，甚至整個(gè)控制系統(tǒng)崩潰內(nèi)響應(yīng)，否則將導(dǎo)致設(shè)備誤操作，甚至整個(gè)控制系統(tǒng)崩潰。軟實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是的傳輸延時(shí)雖然不會造成災(zāi)難性的損失，。軟實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是的傳輸延時(shí)雖然不會造成災(zāi)難性的損失，但同樣威脅系統(tǒng)的正常運(yùn)行。但同樣威脅系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 一個(gè)在線的系統(tǒng)不一定是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，但一個(gè)實(shí)時(shí)控制一個(gè)在線的系統(tǒng)不一定是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，但一個(gè)實(shí)時(shí)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(yīng)該滿足的要求應(yīng)該滿足的要求 1

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

12、；防塵。因此要求工控系統(tǒng)具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)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(guān)量、脈沖量、頻率量等模擬量、開關(guān)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(kuò)充性好：）系統(tǒng)擴(kuò)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(kuò)大，因此工控系統(tǒng)要有靈活的擴(kuò)充制規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，因此工控系統(tǒng)要有靈活的擴(kuò)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(luò)通）系統(tǒng)開放性：要求工控系統(tǒng)在主系統(tǒng)接口、網(wǎng)絡(luò)通信、軟件兼容及升級等方面，以便于擴(kuò)充、連接；信、軟件兼容及升級等方面，以便于擴(kuò)充、連接； 7 7）控制軟件包功能強(qiáng)；）控制軟件包功能強(qiáng)； 8 8）系統(tǒng)通信功能強(qiáng)：具有串行通信、網(wǎng)絡(luò)通信功能；）系統(tǒng)通信功能強(qiáng)：具有串行通信、網(wǎng)絡(luò)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(hù)、）后備措施齊全：包括供電后備、存儲器信息保護(hù)、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(jī)工作及冗余系統(tǒng)，包括雙控制站、雙操作站、雙雙機(jī)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(jī)切換功能網(wǎng)通信、雙供電系統(tǒng)、雙電源等，具有雙機(jī)切換功能、雙機(jī)監(jiān)視軟件等，以確保系統(tǒng)長期不間斷地運(yùn)行。、雙機(jī)監(jiān)視軟件等，以確保系統(tǒng)長期不間斷地運(yùn)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(shè)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(shè)備之間傳遞信息，傳感器、按鈕、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等連接、按鈕、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等連接z z控制器上?？刂破魃?。最最早早的測控設(shè)備主要是氣動、電動單元組合式儀表和集中的測控設(shè)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(jìn)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(jìn)行調(diào)理放大后，經(jīng)過過V/IV/I電路轉(zhuǎn)換，輸出電路轉(zhuǎn)換，輸出420mA420mA或或05V05V的模擬信號。的模擬信號。1919世紀(jì)中已經(jīng)出現(xiàn)了基于世紀(jì)中已經(jīng)出現(xiàn)了基于5 513psi13psi氣動信號標(biāo)準(zhǔn)的氣

16、動控氣動信號標(biāo)準(zhǔn)的氣動控制系統(tǒng)制系統(tǒng)PCSPCS（Pneumatic Control SystemPneumatic Control System）2020世紀(jì)世紀(jì)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(yīng)用，標(biāo)志了電氣自動控制時(shí)代的到來；到廣泛的應(yīng)用，標(biāo)志了電氣自動控制時(shí)代的到來； 7070年代，數(shù)字計(jì)算機(jī)年代，數(shù)字計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)制計(jì)算機(jī)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(luò)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(luò)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(shè)備功能單元間、設(shè)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(shè)備功能單元間、設(shè)備間遵照通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)傳遞數(shù)據(jù)信息的過程。據(jù)傳輸技術(shù)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(jì)算功能；還在了計(jì)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(zhuǎn)換為采樣，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并經(jīng)過微處理器的運(yùn)算、補(bǔ)償?shù)忍幚砗?，再通過數(shù)字信號，并經(jīng)過微處理器的運(yùn)算、補(bǔ)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(shù)，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(shù)，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(chǔ)。能夠傳送數(shù)字信息的基礎(chǔ)。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(shí)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(shí)現(xiàn)相互之間的信息互訪。計(jì)算機(jī)用于工業(yè)控制后，用來連接計(jì)算機(jī)外部的系統(tǒng)總線也被擴(kuò)展成計(jì)算機(jī)用于工業(yè)控制后，用來連接計(jì)算機(jī)外部的系統(tǒng)總線也被擴(kuò)展成外部總線，去連接一些測控設(shè)備或儀表。最早的工業(yè)數(shù)據(jù)通信常用點(diǎn)外部總線，去連接一些測控設(shè)備或儀表。最早的工業(yè)數(shù)據(jù)通信常用點(diǎn)對點(diǎn)的串行通信方式，共用設(shè)備或節(jié)點(diǎn)，則用星型連接（工業(yè)電話線對點(diǎn)的串行通信方式，共用設(shè)備或節(jié)點(diǎn)，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(luò)工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線

21、現(xiàn)場總線2020世紀(jì)世紀(jì)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(jì)算機(jī)網(wǎng)），可看作工業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)雛形。早期的絡(luò)雛形。早期的DCSDCS無統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模小節(jié)點(diǎn)不多，通信無統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模小節(jié)點(diǎn)不多，通信距離約在距離約在1km1km以內(nèi)。主要節(jié)點(diǎn)為控制站和操作站，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以環(huán)型以內(nèi)。主要節(jié)點(diǎn)為控制站和操作站，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以環(huán)型和總線型為主，通信介質(zhì)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(zhì)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(diǎn)內(nèi)有以內(nèi)，節(jié)點(diǎn)內(nèi)有“通信卡通信卡”等專用網(wǎng)絡(luò)部件。這時(shí)等專用網(wǎng)絡(luò)部

22、件。這時(shí)的現(xiàn)場儀表大部分還是模擬儀表，少數(shù)專用設(shè)備有的現(xiàn)場儀表大部分還是模擬儀表，少數(shù)專用設(shè)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(fù)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(fù)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(zhì)和量有了更高的要求，要求設(shè)測控，自動化測控系統(tǒng)對通信的質(zhì)和量有了更高的要求，要求設(shè)計(jì)出一種能在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境運(yùn)行的、性能可靠、造價(jià)低廉的通信計(jì)出一種能在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境運(yùn)行的、性能可靠、造價(jià)低廉的通信系統(tǒng)，這些網(wǎng)絡(luò)的通信標(biāo)準(zhǔn)必須進(jìn)行統(tǒng)一，能組成

23、開放互連系統(tǒng)系統(tǒng)，這些網(wǎng)絡(luò)的通信標(biāo)準(zhǔn)必須進(jìn)行統(tǒng)一，能組成開放互連系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)底層現(xiàn)場設(shè)備之間以及生產(chǎn)現(xiàn)場與外界的信息交換。，能實(shí)現(xiàn)底層現(xiàn)場設(shè)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(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)現(xiàn)場總在測量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)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(jià)格的急芯片的不斷發(fā)展和價(jià)格的急劇降低，為此提供了基礎(chǔ)。劇降低，為此提供了基礎(chǔ)。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(gè)現(xiàn)場總線集團(tuán)：一個(gè)是以世界逐漸形成了兩個(gè)現(xiàn)場總線集團(tuán)：一個(gè)是以Siemen

24、sSiemens、RosemountRosemount、橫河為、橫河為首的首的ISPISP；另一個(gè)是由；另一個(gè)是由HoneywellHoneywell、BaileyBailey等公司牽頭的等公司牽頭的WorldFIPWorldFIP。ISPISP技術(shù)主要基于德國的技術(shù)主要基于德國的ProfibusProfibus標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)，World FIPWorld FIP基于法國基于法國FIPFIP。目標(biāo)都是為。目標(biāo)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(tuán)宣布合并，融年，兩大集團(tuán)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(biāo)多種現(xiàn)場總線，號稱為開放標(biāo)準(zhǔn)的也有二三十種。主要有準(zhǔn)的也有二三十種。主要有FFFF、ProfibusProfibus、CANCAN、lonWorkslonWorks等，各有其領(lǐng)域，等，各有其領(lǐng)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(lǐng)領(lǐng)域；域；LonWorksLonWorks、Profibus-FMSProfibus-FMS、DevieceNetDevieceNe

26、t適用于樓宇、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)等適用于樓宇、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域；領(lǐng)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(shè)備，現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作至關(guān)重面對自動化行業(yè)千變?nèi)f化的現(xiàn)場儀表設(shè)備，現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作至關(guān)重要。為此要。為此IEC61158IEC61158要制定現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。要制定現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 1999 1999年年1212月，月，IEC61158IEC61158放

27、棄了原有設(shè)想，通過妥協(xié)方案，作為放棄了原有設(shè)想，通過妥協(xié)方案，作為IEC61158IEC61158技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的方案包含技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)的努力失敗，面臨一個(gè)多種總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并存的現(xiàn)實(shí)世界。術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的努力失敗，面臨一個(gè)多種總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并存的現(xiàn)實(shí)世界。傳統(tǒng)現(xiàn)場總線都能較好

28、實(shí)現(xiàn)速率要求較慢的過程控制。而關(guān)鍵是互操作性。傳統(tǒng)現(xiàn)場總線都能較好實(shí)現(xiàn)速率要求較慢的過程控制。而關(guān)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(diǎn)系統(tǒng)特點(diǎn)1818/37/37 工業(yè)自動控制網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)需要考慮：工業(yè)自動控制網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)需要考慮： （1 1）傳輸及時(shí)性和系統(tǒng)實(shí)時(shí)性：）傳輸及時(shí)性和系統(tǒng)實(shí)時(shí)性：比較比較制造化系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間要制造化系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間要求在求在0.010.010.5s0.5s，過程控制系統(tǒng)

29、響應(yīng)時(shí)間為，過程控制系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間為0.50.52s2s。而信息。而信息網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間是網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間是2 26s6s。顯然，工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的。顯然，工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性要實(shí)時(shí)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(luò)必須適工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的通信網(wǎng)絡(luò)必須適應(yīng)環(huán)境應(yīng)環(huán)境，包括電磁環(huán)境適應(yīng)性或電磁兼容性（包括電磁環(huán)境適應(yīng)性或電磁兼容性（EMCEMC）、氣候環(huán)）、氣候環(huán)境適應(yīng)性（耐溫、防水、防塵）、機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性（耐沖擊、境適應(yīng)性（耐溫、防水、防塵）、機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性（耐沖擊、耐振動）。在易爆或可燃的場合，應(yīng)有耐振動）。在易爆或可燃的場合，應(yīng)有本質(zhì)安全本質(zhì)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(qiáng)調(diào)互操作性，在，強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)功能塊和裝置描述（標(biāo)準(zhǔn)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(luò)不僅能傳輸通信信息，而工業(yè)現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)不僅能傳輸通信信息，而且要能夠?yàn)楝F(xiàn)場設(shè)備傳輸工作電源。這主要是從線纜鋪設(shè)和維且要能夠?yàn)楝F(xiàn)場設(shè)備傳輸工作電源。這主要是從線纜鋪設(shè)和維護(hù)方便考慮，同時(shí)總線供電還能減少線纜，降低布

31、線成本。護(hù)方便考慮，同時(shí)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(shè)備間傳輸?shù)男畔㈤L度都比較小，通常僅為）現(xiàn)場控制層設(shè)備間傳輸?shù)男畔㈤L度都比較小，通常僅為幾位比特或幾個(gè)、幾十個(gè)字節(jié)，對帶寬要求不高。這些信息幾位比特或幾個(gè)、幾十個(gè)字節(jié)，對帶寬要求不高。這些信息包括生產(chǎn)裝置運(yùn)行參數(shù)的測量值、控制量、開關(guān)與閥門的工包括生產(chǎn)裝置運(yùn)行參數(shù)的測量值、控制量、開關(guān)與閥門的工作位置、報(bào)警狀態(tài)、設(shè)備的資源與維護(hù)信息、系統(tǒng)組態(tài)、參作位置、報(bào)警狀態(tài)、設(shè)備的資源與維護(hù)信息、系統(tǒng)組態(tài)、參數(shù)修改、零點(diǎn)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(diǎn)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(luò)傳輸?shù)膸捯笠苍谠黾?。傳輸多媒體信息增加，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膸捯笠苍谠黾印?（6 6）工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送數(shù)據(jù)都遵循嚴(yán)格的時(shí)序。周）工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送數(shù)據(jù)都遵循嚴(yán)格的時(shí)序。周期與非周期信息同時(shí)存在，正常工作狀態(tài)下，周期性信息（期與非周期信息同時(shí)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(bào)警、程序上下載等）較少。（如突發(fā)事件報(bào)警、程序上下載等）較少。 （7 7）信息流向的單一性較強(qiáng)，如測量信息由變送器向控制器）信息流向的單一性較強(qiáng)，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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(diǎn)和特殊性，目前現(xiàn)場設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)主要由低正是由于以上特點(diǎn)和特殊性，目前現(xiàn)場設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)主要由低速現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)（如速現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)（如ProfibusProfibus、CanCan、DeviceNetDeviceNet等）組成，等）組成，而正在向高速網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。而正在向高速網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。2020/37/37 1 1）以雙絞線、光纜或無線電等為介質(zhì)，用總線方式傳輸數(shù)）以雙絞線、光纜或無線電等為介質(zhì)，用總線方式傳輸數(shù)字信號，減少大量導(dǎo)線，提高可靠性和抗干擾能力。字信號，減少大量導(dǎo)線，提高可靠性和抗干擾能力。 2 2）采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，同標(biāo)準(zhǔn)下不同廠家