工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第1課

1、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)姓名：蔡凌手機(jī)薦參考書陽(yáng)憲惠主編工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)李正軍主編現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用技術(shù)鄒益仁主編現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)第一章 緒論計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-信息技術(shù)控制網(wǎng)絡(luò)-控制技術(shù)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)-信息、控制技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義：地理上分散多臺(tái)自主計(jì)算機(jī)遵循通信協(xié)議通過軟件、硬件互聯(lián)相互通信、資源共享、信息交換、協(xié)同工作以及在線處理等功能計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的雛形 （單機(jī)、多機(jī)）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)形成（網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議 ）加速網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的研究與應(yīng)用 （OSI、IEEE802）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新時(shí)代 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的雛形特征共享主

2、機(jī)軟硬件資源單臺(tái)主機(jī)：執(zhí)行計(jì)算和通信任務(wù)多臺(tái)終端：執(zhí)行用戶交互圖1.1 單計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)系統(tǒng)圖1.2 多計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)形成特征多主機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從“主機(jī)終端” 轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鳈C(jī)主機(jī)”分組交換技術(shù) HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信線路計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)加速網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的研究與應(yīng)用為什么需要標(biāo)準(zhǔn)化？不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的兼容性和互操作性是推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的原動(dòng)力。 標(biāo)準(zhǔn)化過程的演變廠商標(biāo)準(zhǔn)：IBM-SNA（系統(tǒng)化網(wǎng)絡(luò)體系結(jié) 構(gòu)），DEC-DNA（分布式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)）缺點(diǎn)：適用范圍（同樣存在兼容性的問題） 技術(shù)壟斷 （很容易形成壟斷） 標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一（影響

3、了用戶的利益）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)Open System Interconnection/ Reference Model(開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，簡(jiǎn)稱OSI參考模型)OSI參考模型是一種概念上的網(wǎng)絡(luò)模型詳細(xì)規(guī)劃了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的框架事實(shí)標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP(因特網(wǎng)的骨干協(xié)議)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的新時(shí)代 Nothing is impossible 1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要分類1.按地域范圍分類局域網(wǎng)(Local Area Network ， LAN)范圍：小，20KM傳輸技術(shù)：基帶，10-1000Mbps，延遲低，出錯(cuò)率低（10-11）城域網(wǎng)(Metropolitan Area Network ， M

4、AN)范圍：中等，100KM傳輸技術(shù)：寬帶/基帶廣域網(wǎng)(Wide Area Network ， WAN)范圍：大，100KM傳輸技術(shù)：寬帶，延遲大，出錯(cuò)率高2.按通信傳播方式分類：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳播 廣播方式 一般來說，局域性網(wǎng)絡(luò)使用廣播方式；廣域性網(wǎng)絡(luò)使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式。1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要分類控制網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的發(fā)展20世紀(jì)50年代前，氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)。20世紀(jì)50年代，模擬儀表控制系統(tǒng)。20世紀(jì)6070年代，集中式數(shù)字控制系統(tǒng)。20世紀(jì)8090年代，集散控制系統(tǒng)（DCS）?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)。作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，具備數(shù)字通信能力和控制功能，又稱為全分布式控制系統(tǒng)。集散控制

5、系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)DCS.VS.FCS系統(tǒng)FCSDCS(1)結(jié)構(gòu)一對(duì)多：一對(duì)傳輸線接多臺(tái)儀表，雙向傳輸多個(gè)信號(hào)。一對(duì)一：一對(duì)傳輸線接一臺(tái)儀表，單向傳輸一個(gè)信號(hào)。(2)可靠性可靠性好：數(shù)字信號(hào)傳輸抗干擾能力強(qiáng)，精度高?？煽啃圆睿耗M信號(hào)傳輸不僅精度低，而且容易受干擾。FCSDCS（3）失控狀態(tài)操作員在控制室既可以了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)儀表的工作情況，也能對(duì)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，還可以預(yù)測(cè)或?qū)ふ夜收?，使設(shè)備始終處于操作員的過程監(jiān)控與可控狀態(tài)之中。操作員在控制室既不了解模擬儀表的工作情況，也不能對(duì)其進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，更不能預(yù)測(cè)故障，導(dǎo)致操作員對(duì)儀表處于“失控”狀態(tài)。（4）控制控制功能分散在各個(gè)智能

6、儀器中。所有的控制功能集中在控制站中。FCSDCS（5）互換性用戶可以自由選擇不同制造商提供的性能價(jià)格比最優(yōu)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和儀表，并將不同品牌的儀表互連，實(shí)現(xiàn)“即插即用”。盡管模擬儀表統(tǒng)一了信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)（420mA DC），可是大部分技術(shù)參數(shù)仍由制造廠自定，致使不同品牌的儀表互換性差。（6）儀表智能儀表除了具有模擬儀表的檢測(cè)、變換、補(bǔ)償?shù)裙δ芡?，還具有數(shù)字通信能力，并且具有控制和運(yùn)算能力。模擬儀表只具有檢測(cè)、變換、補(bǔ)償?shù)裙δ堋９I(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展特點(diǎn)計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制系統(tǒng)中起到越來越重要的作用信息的集成度越來越高控制功能越來越接近現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)儀表的測(cè)控能力越來越強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)總線定義根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)IEC6115

7、8標(biāo)準(zhǔn)定義： 現(xiàn)場(chǎng)總線是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線?，F(xiàn)場(chǎng)總線概述現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將專用的微處理器置入傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀表，使它們各自都具有了一定的數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，成為能獨(dú)立承擔(dān)控制、通信任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。它們分別通過雙絞線、同軸電纜、光纖以及無線等多種途徑進(jìn)行信息傳輸，并遵守公開、規(guī)范的通信協(xié)議?，F(xiàn)場(chǎng)總線的特性現(xiàn)場(chǎng)總線是低帶寬的局域網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線是一種數(shù)字通信協(xié)議現(xiàn)場(chǎng)總線是底層控制網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）用于工業(yè)控制系統(tǒng)的IEC61158標(biāo)準(zhǔn)FF-H1（IEC61158技術(shù)報(bào)告）Cont

8、rolNet（羅克韋爾自動(dòng)化支持）Profibus（西門子公司支持）P-Net（丹麥Process Data公司支持）FF-HSE（Fisher-Rosemount公司支持）SwiftNet（波音公司支持）WorldFIP（法國(guó)阿爾斯通公司支持）Interbus（德國(guó)Phoenix公司）IEC62026標(biāo)準(zhǔn)用于低壓開關(guān)設(shè)備與控制設(shè)備、控制器與電氣設(shè)備接口標(biāo)準(zhǔn)；執(zhí)行器-傳感器接口AS-i（西門子公司支持）；設(shè)備網(wǎng)，即DeviceNet（羅克韋爾自動(dòng)化和歐姆龍公司）；智能分散系統(tǒng)（SDS）（Honeywell公司支持）；IEC62026標(biāo)準(zhǔn)ext串行多路控制總線（SMCB）（美國(guó)Honeywell

9、公司支持）；新增EtherNet/IP（羅克韋爾自動(dòng)化）。ISO現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)道路車輛數(shù)字信息交換領(lǐng)域：高速通信的控制器局域網(wǎng)（CAN）信息層自動(dòng)化與控制層24vdc509 -BODT設(shè)備層羅克韋爾自動(dòng)化三層網(wǎng)絡(luò)High AlarmLow AlarmComm. Err.DeviceNet / Foundation Fieldbus智能設(shè)備和 I/O控制ControlNet(EtherNet/IP & HSE)I/O數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)控制 Ethernet TCP/IP非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換過程監(jiān)視開放現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)遠(yuǎn)程 I/O DeviceNet帶有診斷功能的智能設(shè)備和 I/O64 節(jié)點(diǎn)/網(wǎng)絡(luò)125, 250,

10、500 Kbps可調(diào)8 字節(jié)大小的分組ControlNet實(shí)時(shí)確定性控制冗余系統(tǒng)99 個(gè)節(jié)點(diǎn)/網(wǎng)絡(luò)5 Mbps 數(shù)據(jù)率510字節(jié)的數(shù)據(jù)包（分組）EtherNet/IP非時(shí)間關(guān)鍵的數(shù)據(jù)交換過程監(jiān)視無限的節(jié)點(diǎn)10/100 Mbps1500 字節(jié)大小的數(shù)據(jù)包（分組）傳感器變頻器閥開關(guān)執(zhí)行器馬達(dá)啟動(dòng)器操作員接口HMITCP/IP交換機(jī)路由器網(wǎng)橋Flex I/OHMI變頻器PLCsLgx I/O網(wǎng)橋操作員接口操作員站Flex I/ONetLinx 開放通訊架構(gòu)信息層(EtherNet/IP)設(shè)備層(DeviceNet)站控 HMI24vdc509 -BOD模塊化 I/O塊型 I/O變頻器控制層(ControlNet)集成網(wǎng)關(guān)或鏈接設(shè)備可編程設(shè)備 維護(hù)用 PC馬達(dá)啟動(dòng)器微型 PLC操作員界