《現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用技術(shù)》課件

現(xiàn)場(chǎng)總線與控制網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)安大學(xué)王會(huì)峰2013年9月FieldBusandControlNetwork2023/8/171現(xiàn)場(chǎng)總線與控制網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)安大學(xué)FieldBusandCon主要內(nèi)容現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介、特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)主要現(xiàn)場(chǎng)總線的介紹現(xiàn)場(chǎng)總線的典型應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)的互連技術(shù)2023/8/172主要內(nèi)容現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介、特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)2023/8/42參考書目1.李正軍.《現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用技術(shù)》機(jī)械工業(yè)出版社，20052.陽憲惠.《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用》清華大學(xué)出版社，19983.甘永梅.《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用》機(jī)械工業(yè)出版社，20004.楊寧.《集散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)總線》北航出版社，20015.鄔寬明.《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用選編》北航出版社，20012023/8/173參考書目1.李正軍.《現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用技術(shù)》2023/8/參考書目2023/8/174參考書目2023/8/44要求及考試上課認(rèn)真做筆記認(rèn)真完成課后作業(yè)平時(shí)成績(jī) 30％實(shí)驗(yàn)成績(jī)60%平時(shí)表現(xiàn)及作業(yè)40%期末筆試 70％2023/8/175要求及考試上課認(rèn)真做筆記2023/8/45第一講現(xiàn)場(chǎng)總線概述2023/8/176第一講現(xiàn)場(chǎng)總線概述2023/8/461.1現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀和發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線

現(xiàn)場(chǎng)總線是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多點(diǎn)、多站的通信網(wǎng)絡(luò)。IEC對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的定義

現(xiàn)場(chǎng)總線是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制裝置之間實(shí)行雙向、串行、多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的技術(shù)。涉及智能儀表、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)2023/8/1771.1現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀和發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線2023/8/471.1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生

---控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)第一代：氣動(dòng)信號(hào)控制系統(tǒng)(50年代之前)第二代：電動(dòng)模擬信號(hào)控制系統(tǒng)(50年代至今),4－20mA的模擬量標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。第三代：計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)(70年代)第四代：集散式分布控制系統(tǒng)(80年代)2023/8/1781.1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生

---控第五代：現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)

突破了DCS系統(tǒng)采用通信專用網(wǎng)絡(luò)的局限，采用了基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷；把DCS的集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，變成了新型全分布式結(jié)構(gòu)，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)。開放性、分散性與數(shù)字通訊是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)最顯著的特征。

1.1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生

---控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)2023/8/179第五代：現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)1.1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車間級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)

2023/8/1710傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車間級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)2023/8/DCS與FCS2023/8/1711DCS與FCS2023/8/411微處理器技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使儀表和現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備在性能和功能上有顯著的提高；對(duì)系統(tǒng)維護(hù)管理、測(cè)試和監(jiān)視需求的日益增加；控制領(lǐng)域在控制精度、可操作性、可維護(hù)性、可移植性等方面的要求。1.1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生---產(chǎn)生背景2023/8/1712微處理器技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使儀表和現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備在性能現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)

用于過程及制造自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表互連的通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或儀表指?jìng)鞲衅?、變送器和?zhí)行器等。這些設(shè)備通過一對(duì)傳輸線互連，傳輸線可以使用雙絞線、同軸電纜、光纖和電源線等互操作性

對(duì)不同廠商不同品牌的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備統(tǒng)一組態(tài)，構(gòu)成所需要的控制回路，并且具備相互操作的功能1.1.2現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)2023/8/1713現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)1.1.2現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)2023/8/413分散功能塊

FCS廢棄了DCS的輸入/輸出單元和控制站，把DCS控制站的功能塊分散地分配給現(xiàn)場(chǎng)儀表，從而構(gòu)成虛擬控制站 例如：流量變送器不僅具有流量信號(hào)變換、補(bǔ)償和累加輸入模塊，而且有PID控制和運(yùn)算功能塊。調(diào)節(jié)閥的基本功能是信號(hào)驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行，還內(nèi)含輸出特性補(bǔ)償模塊，或PID控制和運(yùn)算模塊，甚至閥門特性自檢驗(yàn)和自診斷功能。1.1.2現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)2023/8/1714分散功能塊1.1.2現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)2023/8/414通信線供電

允許現(xiàn)場(chǎng)儀表直接從通信線上獲取能量，對(duì)于要求本征安全的低功耗現(xiàn)場(chǎng)儀表，可采用這種供電方式開放式互連網(wǎng)絡(luò)

既可與同層網(wǎng)絡(luò)互連，也可以與不同層網(wǎng)絡(luò)互連，還可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的共享1.1.2現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)2023/8/1715通信線供電1.1.2現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)2023/8/4151.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)由于采用智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，能夠把DCS系統(tǒng)中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊置入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中，在現(xiàn)場(chǎng)直接完成采集和控制。由于不需要其他的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，且一對(duì)電線能傳輸多個(gè)信號(hào)，因而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)約了設(shè)備及安裝維護(hù)費(fèi)用。2023/8/17161.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)2023/8/17172023/8/4171.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---FCS與DCS的詳細(xì)對(duì)比結(jié)構(gòu)

FCS: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)

DCS: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)2023/8/17181.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---FCS與DCS1.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---FCS與DCS的詳細(xì)對(duì)比可靠性

FCS:可靠性好：數(shù)字信號(hào)傳輸抗干擾能力強(qiáng)，精度高；

DCS:可靠性差：模擬信號(hào)傳輸不僅精度低，而且容易受干擾2023/8/17191.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---FCS與DCS1.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---FCS與DCS的詳細(xì)對(duì)比失控狀態(tài)

FCS:操作員在控制室既可以了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表的工作狀況，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遠(yuǎn)程監(jiān)視與可控狀態(tài)之中； DCS:操作員在控制室既不能了解模擬儀表的工作狀態(tài)，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)2023/8/17201.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---FCS與DCS1.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---FCS與DCS的詳細(xì)對(duì)比互換性

FCS: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； DCS:盡管模擬儀表統(tǒng)一了信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)(4-20mADC)，可大部分參數(shù)仍由制造廠自定，致使不同品牌的儀表互換難度較大2023/8/17211.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---FCS與DCS1.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---FCS與DCS的詳細(xì)對(duì)比儀表

FCS: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)算的能力； DCS:模擬儀表只具有檢測(cè)、變換、補(bǔ)償?shù)裙δ芸刂?/p>

FCS:控制功能分散在各個(gè)智能儀表中； DCS:所有控制功能集中在控制站中2023/8/17221.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---FCS與DCSIFixPrimaryServerIFixSecondaryServerABBOPCServeriFixOPCClientIFixClient1IFixClient2Gateway3NICAC800MAC800MAC800MMISERPABBAC800MiFIX典型ABB的AC800M系統(tǒng)組成2023/8/1723IFixPrimaryServerIFixSecondPlantNetwork/IntranetFirewall

Client/serverNetworkThirdpartyapplicationserverWorkplacesEnterpriseOptimization

SuiteMobile

Operator

ConnectivityServerControlNetwork

RedundantEngineeringWorkplaceApplicationServerAspectServerThirdpartycontrollers,serversetcSerial,OPCorfieldbusFieldBusFieldBusAC800MHIAC800MAC800M2023/8/1724PlantNetwork/IntranetFirew系統(tǒng)的開放性

通信協(xié)議公開，各不同廠家的設(shè)備之間可進(jìn)行互連并實(shí)現(xiàn)信息交換互可操作性與互用性現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性1.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)2023/8/1725系統(tǒng)的開放性1.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---現(xiàn)節(jié)省硬件數(shù)量與投資節(jié)省安裝費(fèi)用節(jié)約維護(hù)開銷用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性1.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)2023/8/1726節(jié)省硬件數(shù)量與投資1.1.3現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

-1.1.4現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制定1984年，IEC開始起草現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)；1993-1998年，制定IEC61158的現(xiàn)場(chǎng)總線物理層規(guī)范、鏈路服務(wù)定義及協(xié)議規(guī)范、應(yīng)用層服務(wù)定義及協(xié)議規(guī)范1999年，修改IEC61158技術(shù)規(guī)范，形成8種類型新標(biāo)準(zhǔn)2000年，修改后的IEC61158最終獲得通過2023/8/17271.1.4現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制定1984年，IEC開始起草現(xiàn)場(chǎng)新標(biāo)準(zhǔn)采用8種類型Type1IEC61158(FF的H1)Type2ControlNet(美國Rockwell公司)Type3PROFIBUS(德國Siemens公司)Type4P-Net(丹麥ProcessData公司)Type5FFHSE(Fisher-Rosemount公司)Type6SwiftBet(美國波音公司)Type7WorldFIP(法國Alstom公司)Type8INTERBUS(德國PhoenixContact公司)2023/8/1728新標(biāo)準(zhǔn)采用8種類型Type1IEC61158(FF的H11.1.5現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀多種總線共存 世界市場(chǎng)對(duì)各種現(xiàn)場(chǎng)總線的需求：過程自動(dòng)化：15%(FF,PROFIBUS-PA,WorldFIP)醫(yī)藥領(lǐng)域：18%(FF,PROFIBUS-PA,WorldFIP)加工制造：15%(PROFIBUS-DP,DeviceNet)交通運(yùn)輸：15%(PROFIBUS-DP,DeviceNet)航空，國防：34%(PROFIBUS-FMS,LonWorks,ControlNet,DeviceNet)其它，如樓宇自動(dòng)化，農(nóng)業(yè)等2023/8/17291.1.5現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀多種總線共存2023/8/4291.1.5現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀每種總線各有其應(yīng)用領(lǐng)域每種總線各有其國際組織每種總線均有其支持背景設(shè)備制造商參加多個(gè)總線組織多種總線均作為國家和地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)共存工業(yè)以太網(wǎng)引入工業(yè)領(lǐng)域2023/8/17301.1.5現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀每種總線各有其應(yīng)用領(lǐng)域2023/81.1.6現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)參照OSI七層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；大多采用第1層(物理層)、第2層(數(shù)據(jù)鏈路層)和第7層(應(yīng)用層)，并增加第8層用戶層。

物理層：定義了信號(hào)的編碼與傳送方式、傳送介質(zhì)、接口的電氣及機(jī)械特性、信號(hào)傳輸速率等。 現(xiàn)場(chǎng)總線有兩種編碼方式：Manchester和NRZ，前者同步性好，但頻帶利用率低，后者剛好相反。前者采用基帶傳輸，后者采用頻帶傳輸。調(diào)制方式主要有CPFSK和COFSK。傳輸介質(zhì)主要有：有線電纜、光纖和無線介質(zhì)。2023/8/17311.1.6現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)參照OSI七層協(xié)議標(biāo)1.1.6現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層

分為兩個(gè)子層：介質(zhì)訪問控制層(MAC)和邏輯鏈路控制層(LLC)。MAC對(duì)傳輸介質(zhì)傳送的信號(hào)進(jìn)行發(fā)送和接收控制；LLC對(duì)數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行控制，保證數(shù)據(jù)傳送到指定的設(shè)備上。現(xiàn)場(chǎng)總線上的設(shè)備可以是主站，也可以是從站。

MAC層的三種協(xié)議：集中式輪詢協(xié)議、令牌總線協(xié)議和總線仲裁協(xié)議。應(yīng)用層

分為兩子層：應(yīng)用服務(wù)層(FMS)，用于為用戶提供服務(wù)；現(xiàn)場(chǎng)總線存取層(FAS)，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路的連接。2023/8/17321.1.6現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層2023/8/4321.1.6現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)用戶層 定義了從現(xiàn)場(chǎng)裝置中讀寫信息和向網(wǎng)絡(luò)中其他裝置分派信息的方法，即規(guī)定了供用戶組態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)“功能模塊”。2023/8/17331.1.6現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)用戶層2023/8/4331.1.7現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備將朝著現(xiàn)場(chǎng)總線體系結(jié)構(gòu)方向發(fā)展；在未來數(shù)年內(nèi)幾大總線標(biāo)準(zhǔn)共存，甚至在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)幾種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備通過路由網(wǎng)關(guān)互連實(shí)現(xiàn)信息共享；我國在這一領(lǐng)域剛剛起步。2023/8/17341.1.7現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備將朝著現(xiàn)場(chǎng)總線1.1.7現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)具有發(fā)展前景的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)：智能儀表與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開發(fā)的軟硬件技術(shù)；組態(tài)技術(shù)、包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)互連等；網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)管理軟件、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)操作與傳輸；人機(jī)接口、軟件技術(shù)；現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)集成技術(shù)2023/8/17351.1.7現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)具有發(fā)展前景的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)：21.2.1企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)1.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線的作用1.2.3現(xiàn)場(chǎng)總線與上層網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)1.2.4現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)集成應(yīng)考慮的因素1.2企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)2023/8/17361.2.1企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)1.2企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)直接面向生產(chǎn)過程，因此要求很高的實(shí)時(shí)性、可靠性、數(shù)據(jù)完整性和可用性；因此一般只包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層；要完成與上層工廠信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和傳遞；統(tǒng)一的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)應(yīng)具有三層結(jié)構(gòu)，從底向上依次是：過程控制層(PCS)、制造執(zhí)行層(MES)、企業(yè)資源規(guī)劃層(ERP)1.2.1企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)2023/8/1737現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)直接面向生產(chǎn)過程，因此要求很高的實(shí)時(shí)性、可靠性、1.2.1企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)工業(yè)局域網(wǎng)企業(yè)網(wǎng)Internet過程控制層PCS制造執(zhí)行層MES企業(yè)資源規(guī)劃層ERP2023/8/17381.2.1企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線控工廠中的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的CIMS網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車間級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)基于現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車間級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)2023/8/1739工廠中的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的CIMS網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)20簡(jiǎn)化的CIMS網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2023/8/1740簡(jiǎn)化的CIMS網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2023/8/440傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車間級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)2023/8/1741傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車間級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)2023/8/4基于現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車間級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)2023/8/1742基于現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與車間級(jí)自動(dòng)化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)2023資源規(guī)劃層(ERP)以太網(wǎng)段制造執(zhí)行層(MES)以太網(wǎng)段現(xiàn)場(chǎng)控制層(FCS)Internet控制網(wǎng)絡(luò)各功能層次的網(wǎng)絡(luò)類型2023/8/1743資源規(guī)劃層(ERP)以太網(wǎng)段制造執(zhí)行層(MES)以太網(wǎng)段現(xiàn)場(chǎng)1.2.1企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)過程控制層

依照現(xiàn)場(chǎng)總線的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，智能設(shè)備采用功能塊的結(jié)構(gòu)，通過組態(tài)設(shè)計(jì)，完成數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、溫度壓力補(bǔ)償、PID控制等功能。智能轉(zhuǎn)換模塊對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)儀表的電流電壓進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換和補(bǔ)償。過程控制層的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

環(huán)形網(wǎng)：時(shí)延確定性好，重載時(shí)網(wǎng)絡(luò)效率高； 總線網(wǎng)：成本低，時(shí)延不確定，重載時(shí)效率低； 樹形網(wǎng)：可擴(kuò)張性好，頻帶較寬，但節(jié)點(diǎn)間通信不便； 令牌總線網(wǎng)：物理上是總線網(wǎng)，邏輯上是令牌網(wǎng)。2023/8/17441.2.1企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)過程控制層20231.2.1企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)制造執(zhí)行層

從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)，完成各種控制、運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)、報(bào)警和趨勢(shì)分析等功能，還包括控制組態(tài)的設(shè)計(jì)和下裝。 通過總線接口轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段和以太網(wǎng)段的連接。2023/8/17451.2.1企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)制造執(zhí)行層20231.2.1企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)企業(yè)資源規(guī)劃層 在分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下構(gòu)建一個(gè)安全的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。 首先將中間監(jiān)控層的數(shù)據(jù)庫中的信息轉(zhuǎn)入上層關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，使遠(yuǎn)程用戶能通過瀏覽器查詢網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程監(jiān)控； 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析和整理，為相關(guān)的各種管理、經(jīng)營決策提供支持，實(shí)現(xiàn)管控一體化。2023/8/17461.2.1企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)企業(yè)資源規(guī)劃層201.2.1企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線與數(shù)據(jù)局域網(wǎng)的區(qū)別用途不同

現(xiàn)場(chǎng)總線主要用于對(duì)生產(chǎn)、生活設(shè)備的控制； 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)主要用于通信、辦公，提供文字、聲音和圖像等數(shù)據(jù)信息。技術(shù)要求不同

現(xiàn)場(chǎng)總線要求具備高度的實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性，網(wǎng)絡(luò)接口盡可能簡(jiǎn)單，成本盡量降低，數(shù)據(jù)量一般較??； 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)則需要大批量數(shù)據(jù)傳輸和處理。2023/8/17471.2.1企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線與數(shù)據(jù)局域現(xiàn)場(chǎng)總線與管理信息網(wǎng)絡(luò)的特性比較特性現(xiàn)場(chǎng)總線管理信息網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視與控制能力強(qiáng)弱可靠性與故障容限高高實(shí)時(shí)響應(yīng)快中信息報(bào)文長(zhǎng)度短長(zhǎng)OSI相容性低中、高體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議復(fù)雜性低中、高通信功能級(jí)別中級(jí)大范圍通信速率低、中高抗干擾能力強(qiáng)中2023/8/1748現(xiàn)場(chǎng)總線與管理信息網(wǎng)絡(luò)的特性比較特性現(xiàn)場(chǎng)總線管理信息網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視第一種方式：采用專用網(wǎng)關(guān)完成不同通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，把現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段或DCS網(wǎng)段連接到以太網(wǎng)上。第二種方式：將現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡和以太網(wǎng)卡都置入工業(yè)PC機(jī)插槽上，在PC機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。第三種方式：將Web服務(wù)器直接置入PLC或現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備內(nèi)，借助Web服務(wù)器和通用瀏覽工具實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的動(dòng)態(tài)交互。1.2.2現(xiàn)場(chǎng)總線與上層網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)2023/8/1749第一種方式：采用專用網(wǎng)關(guān)完成不同通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換，把現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)采用專用網(wǎng)關(guān)2023/8/1750采用專用網(wǎng)關(guān)2023/8/450將現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡和以太網(wǎng)卡都置入工業(yè)PC機(jī)插槽上2023/8/1751將現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡和以太網(wǎng)卡都置入工業(yè)PC機(jī)插槽上2023/8/控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)適應(yīng)工業(yè)控制應(yīng)用環(huán)境，要求實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可靠性高，安全性好；網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)氖箿y(cè)控?cái)?shù)據(jù)及其相關(guān)信息，短幀，傳輸速率低標(biāo)準(zhǔn)支持(國際、國家、地區(qū)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn))網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

介質(zhì)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)數(shù)等網(wǎng)絡(luò)性能

傳輸速率、時(shí)間同步準(zhǔn)確度、訪問控制方式等測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用考慮市場(chǎng)及其他因素1.2.4現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)集成應(yīng)考慮的因素2023/8/1752控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)1.2.4現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)集成應(yīng)考慮的因素2021.3現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF)PROFIBUSLonWorksCANHARTDeviceNet2023/8/17531.3現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF)2023/8/451.3.1基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF)前身為以Fisher-Rousemount公司為首，聯(lián)合Foxboro、橫河、ABB、西門子等公司的ISP協(xié)議，以及以Honeywell為首的WorldFIP協(xié)議，合并后成立現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)；以ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，并增加用戶層；分低速H1(31.25Kbps,距離1900m)和高速H2(1Mbps,750m和2.5Mbps,500m)兩種通信速率；介質(zhì)支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射，傳輸信號(hào)采用曼徹斯特編碼2023/8/17541.3.1基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF)前身為以Fisher-Ro1.3.2PROFIBUS德國國家標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)；參考模型也是ISO/OSI模型；由PROFIBUS-DP、-FMS和-PA組成；

PROFIBUS-DP型用于分散外設(shè)間的高速傳輸，適用于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用；

PROFIBUS-FMS為現(xiàn)場(chǎng)信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、PLC等一般自動(dòng)化；

PROFIBUS-PA用于過程自動(dòng)化。傳輸速率為9.6Kbps-12Mbps，最大傳輸距離為9.6Kbps時(shí)1200m，1.5Mbps時(shí)200m，可用中級(jí)器延長(zhǎng)至10km，傳輸介質(zhì)為雙絞線、光纜。2023