工业控制网络讲解ppt课件

HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物工业控制网络概述工业控制网络概述哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学罗克韦尔自动化实验室罗克韦尔自动化实验室2003年年10月第二版月第二版工业控制网络概述哈尔滨工业大学罗克韦尔自动化实验室200HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物工业过程控制系统的发展工业过程控制系统的发展50年代基地式气动仪表控制系统年代基地式气动仪表控制系统50年代末年代末420mA电动模拟信号控制系电动模拟信号控制系统统60年代计算机控制系统年代计算机控制系统70年代中期年代中期DCS（集散控制系统）（集散控制系统）80年代年代FCS（现场总线控制系统）（现场总线控制系统）工业过程控制系统的发展50年代基地式气动仪表控制系统HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物人们一般把人们一般把50年代前的气动信号控制系统年代前的气动信号控制系统称作第一代控制系统称作第一代控制系统,把把420等等电动模拟信号控制系统称为第二代控制系统电动模拟信号控制系统称为第二代控制系统,把数字计算机集中式控制系统称为第三代把数字计算机集中式控制系统称为第三代控制控制系统系统,而把而把70年代中期以来的集散式分布控制年代中期以来的集散式分布控制系统称作第四代控制系统。系统称作第四代控制系统。工业过程控制系统的发展（工业过程控制系统的发展（2）人们一般把50年代前的气动信号控制系统HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物工业过程控制系统的发展（工业过程控制系统的发展（3）第第三三代代数数字字计计算算机机集集中中式式控控制制系系统统一一般般是是以以微微处处理理器器、PC或或工工控控机机为为核核心心，总总线线系系列列一一般般采采用用S-100、STD、PC中中的的ISA、PCI、MULTIBUS总总线线等等。这这些些总总线线由由于于采采用用集集中中式式控控制制方方式式，降降低低了了系系统统的的可可靠靠性性。同同时时，现现场场太太多多、太太长长的的接接线线，使使得得系系统统的的抗抗干干扰扰能能力力降降低低。如如直直接接数数字字控控制制（DDC）系系统统和和监监督督控制（控制（SCC）系统。）系统。工业过程控制系统的发展（3）第三代数字计算机集中式HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物进入进入70年代年代,大规模集成电路问世大规模集成电路问世,微处理微处理器的诞生器的诞生,控制技术、显示技术、计算机技术、控制技术、显示技术、计算机技术、通信技术等的进一步发展通信技术等的进一步发展,人们为了继承常规模人们为了继承常规模拟仪表和计算机控制技术的优点拟仪表和计算机控制技术的优点,进一步提高控进一步提高控制系统的安全性和可靠性并降低成本制系统的安全性和可靠性并降低成本,开发研制开发研制了以微处理器为基础的新型过程控制系统了以微处理器为基础的新型过程控制系统集散控制系统集散控制系统(DistributedControlSystem),简称简称DCS。工业过程控制系统的发展（工业过程控制系统的发展（4）进入70年代,大规模集成电路问世,微HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物回顾回顾DCS应用三十年来的情况应用三十年来的情况,虽然很虽然很多公司相继开发出一代又一代的产品多公司相继开发出一代又一代的产品,功能功能不断改进不断改进,在通信方式上在通信方式上,管理级和监控级管理级和监控级是数字总线通信是数字总线通信,而处于现场的控制级和检而处于现场的控制级和检测级仍是测级仍是420mA模拟量通信。模拟量通信。工业过程控制系统的发展（工业过程控制系统的发展（5）回顾DCS应用三十年来的情况,虽然很多公司HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物I/O4-20 mAAnalyzerPLC4-20 mA控制站控制站操作站操作站LAN工业过程控制系统的发展（工业过程控制系统的发展（6）DCS系统结构系统结构I/O4-20mAAnalyzerPLC4-20mA控制HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物现场总线控制系统作为新一代控制系统现场总线控制系统作为新一代控制系统,一方面一方面,突破了系统采用通信专用网络的局限突破了系统采用通信专用网络的局限,采用了基于公开化、标准化的解决方案采用了基于公开化、标准化的解决方案,克服了封克服了封闭系统所造成的缺陷闭系统所造成的缺陷;另一方面把的集中与分另一方面把的集中与分散相结合的集散系统结构散相结合的集散系统结构,变成了新型全分布式结构变成了新型全分布式结构,把控制功能彻底下放到现场。可以说把控制功能彻底下放到现场。可以说,开放性、分开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。工业过程控制系统的发展（工业过程控制系统的发展（7）现场总线控制系统作为新一代控制系统,HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物H2网桥网桥32H1H1H2H1操作站操作站LAN总线卡总线卡服务器服务器124台设备台设备现场总线现场总线现场总线现场总线H132台设备台设备现场总线现场总线H132台设备台设备现场总线现场总线工业过程控制系统的发展（工业过程控制系统的发展（8）新一代新一代FCS系统结构系统结构H2网桥32H1H1H2H1操作站LAN总线卡服务器124台HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物现场总线的定义现场总线的定义根据根据IECIEC的标准定义：的标准定义：“安装在制造和过程安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、双向串行传输、多路通信的之间的数字式、双向串行传输、多路通信的数据总线称为现场总线。数据总线称为现场总线。现场总线的定义根据IEC的标准定义：“安装在制造和过程区域的HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物设备层设备层控制层控制层LevelofDataIntegration信息自动化机器企业ModularOpenEmbeddedFCS控制系统结构控制系统结构设备层控制层LevelofDataIntegratioHIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物罗克韦尔推出的现场总线控制系统体系结构InternetPhotoelectricSensorEtherNetEtherNetControlNetControlNetTMTMDeviceNetDeviceNetTMTMInformationDevice ControlComputer 2 Computer 1Controller4Controller3Controller1Controller2Bar Code ReaderSmart Speed ControllerHMIOperatorInterfaceI/OI/ORemote AccessRouter DeviceDisplay StationFCS控制系统结构控制系统结构罗克韦尔推出的现场总线控制系统体系结构InternetPhoHIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物FCS控制系统组成控制系统组成FCS控制系统组成HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物组组态态工工具具软软件件为为用用计计算算机机进进行行设设备备配配置置、网网络络组组态态 提提 供供 平平 台台 的的 工工 具具 软软 件件，如如：RSNetworx RSNetworx For For DeviceNetDeviceNet，RSNetworx For ControlNet RSNetworx For ControlNet；组组态态通通信信软软件件为为通通过过计计算算机机将将设设备备配配置置、网网络络组组态态信信息息传传送送至至总总线线设设备备而而使使用用的的软软件件（将将配配置置与与组组态态信信 息息 根根 据据 现现 场场 总总 线线 协协 议议 规规 范范（ProtocolSpecification）的的通通信信要要求求进进行行处处理理，再再从从计计算算机机通通过过总线电缆传送至总线设备），如：总线电缆传送至总线设备），如：RSLinxRSLinx；FCS控制系统组成（控制系统组成（2）组态工具软件为用计算机进行设备配置、网络组态提供平台的工HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物控制器编程软件控制器编程软件为用户程序提供编程环境的软件为用户程序提供编程环境的软件平台，平台，RSLogix 5RSLogix 550050050005000系列编程软件；系列编程软件；用户程序软件用户程序软件根据系统的工艺流程及其他要求而根据系统的工艺流程及其他要求而编写的编写的PLC（控制器）应用程序；（控制器）应用程序；设备接口通信软件设备接口通信软件根据现场总线协议规范而编根据现场总线协议规范而编写的用于总线设备之间通过总线电缆进行通信的软件；写的用于总线设备之间通过总线电缆进行通信的软件；FCS控制系统组成（控制系统组成（3）控制器编程软件为用户程序提供编程环境的软件平台，RSLoHIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物设备功能软件设备功能软件使总线设备实现自身功能（不包使总线设备实现自身功能（不包括现场总线通信部分）的软件，如电动机保护器本括现场总线通信部分）的软件，如电动机保护器本身的软件部分；身的软件部分；监控组态软件监控组态软件运行于监控计算机运行于监控计算机(通常也称为上通常也称为上位机位机)上的软件，具有实时显示现场设备运行状态参上的软件，具有实时显示现场设备运行状态参数、故障报警信息，并进行数据记录、趋势图分析数、故障报警信息，并进行数据记录、趋势图分析及报表打印等功能，及报表打印等功能，RSview32RSview32等。等。FCS控制系统组成（控制系统组成（4）设备功能软件使总线设备实现自身功能（不包括现场总线通信部HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物现场总线的特点现场总线的特点（1 1）现场总线是现场通信网络）现场总线是现场通信网络a.现现场场总总线线将将通通信信线线（总总线线电电缆缆）延延伸伸到到工工业业现现场场（制制造造或过程区域），或总线电缆就是直接安装在工业现场的；或过程区域），或总线电缆就是直接安装在工业现场的；b.现现场场总总线线完完全全适适应应于于工工业业现现场场环环境境，因因为为它它就就是是为为此此而而设计的。设计的。（2 2）现场总线是数字通信网络）现场总线是数字通信网络在在现现场场总总线线（系系统统）中中，同同层层的的或或和和不不同同层层的的总总线线设设备备之间均采用数字信号进行通信。之间均采用数字信号进行通信。传传统统的的DCS的的通通信信网网络络介介于于操操作作站站与与控控制制站站之之间间，而而现现场场仪仪表表与与控控制制站站中中的的输输入入输输出出单单元元之之间间采采用用的的是是一一对对一一的的模模拟信号传输。拟信号传输。现场总线的特点（1）现场总线是现场通信网络HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物（3 3）现场总线是开放互连网络）现场总线是开放互连网络a.现场总线标准、协议规范是公开的，所有制造现场总线标准、协议规范是公开的，所有制造商都必须遵守；商都必须遵守；b.现场总线网络是开放的，既可实现同层网络互连，现场总线网络是开放的，既可实现同层网络互连，也可实现不同层网络互连，而不管其制造商是哪一也可实现不同层网络互连，而不管其制造商是哪一家；家；（4 4）现场总线是现场设备互连网络现场总线是现场设备互连网络通通过过一一根根通通信信线线将将所所需需的的各各个个现现场场设设备备（如如变变送送器器传传感感器器、执执行行器器、控控制制器器）互互相相连连接接起起来来，即即用用一一根根通通信信线线直直接接互互连连N个个现现场场设设备备，从从而而构构成成了了现现场场设备的互连网络。设备的互连网络。现场总线的特点（现场总线的特点（2）（3）现场总线是开放互连网络现场总线的特点（2）HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物现场总线的特点（现场总线的特点（3）（5 5）现场总线是结构与功能高度分散的系统）现场总线是结构与功能高度分散的系统a.现现场场总总线线的的系系统统结结构构具具有有高高度度分分散散性性，这这是是由由上上述述（4）、（）、（3）两点决定的；）两点决定的；b.现场总线的系统功能实现了高度分散。现场总线的系统功能实现了高度分散。现现场场总总线线废废弃弃了了DCS的的控控制制站站及及其其输输入入输输出出单单元元，从从根根本本上上改改变变了了DCS集集中中与与分分散散相相结结合合的的集集散散控控制制系系统统体体系系，通通过过将将控控制制功功能能高高度度分分散散到到现现场场设设备备这这一一途途径径，实实现现了彻底的分散控制。了彻底的分散控制。（6 6）现场设备的互操作性与互换性）现场设备的互操作性与互换性a.互互操操作作性性：不不同同厂厂商商的的现现场场设设备备可可以以互互连连，互互相相之之间间可以进行信息交换并可统一组态；可以进行信息交换并可统一组态；b.互互换换性性：不不同同厂厂商商的的性性能能类类似似的的现现场场设设备备可可以以互互相相替替换换 现场总线中现场设备的互操作性与互换性是现场总线中现场设备的互操作性与互换性是DCS无无法具备的。法具备的。现场总线的特点（3）（5）现场总线是结构与功能高度分散HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物1.导线导线和和连接附件连接附件大量减少大量减少2.仪仪表表和和输输入入输输出出转转换换器器（卡卡件件）大大量量减减少少3.设计、安装和调试设计、安装和调试周期短，周期短，费用费用大大降低大大降低4.维护开销维护开销大幅度下降大幅度下降5.系统系统可靠性可靠性提高提高 6 6.系统测量与控制的系统测量与控制的精度精度提高提高 现场总线的优点现场总线的优点1.导线和连接附件大量减少现场总线的优点HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物7.系统具有优异的系统具有优异的远程监控远程监控功能功能8.系统具有强大的（远程）系统具有强大的（远程）故障诊断故障诊断功能功能9.设备配置、网络组态和系统集成设备配置、网络组态和系统集成方便自由方便自由10.现场设备现场设备更换更换和系统和系统扩展扩展更为方便更为方便1111.为为企业信息系统企业信息系统的构建创造了重要条件的构建创造了重要条件现场总线的优点（现场总线的优点（2）7.系统具有优异的远程监控功能现场总线的优点（2）HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物2.现场总线产生的因素现场总线产生的因素(1)模拟仪表的模拟仪表的缺点缺点*一对一结构：一对一结构：一一对传输线，对传输线，一一台仪表，单向传输台仪表，单向传输一一个信号；个信号；安装接线庞杂，工程费用高，维护困难；安装接线庞杂，工程费用高，维护困难；*可靠性差：模拟信号传输易受干扰，精度低；可靠性差：模拟信号传输易受干扰，精度低；(2)现场总线仪表的现场总线仪表的优点优点*一对一对N结构：结构：一一对传输线，对传输线，N台仪表，双向传输台仪表，双向传输多多个信号；个信号；安装接线简单，工程费用低，维护容易；安装接线简单，工程费用低，维护容易；*可靠性高：数字信号传输抗干扰强，精度高；可靠性高：数字信号传输抗干扰强，精度高；*可控状态：操作人员在控制室既可了解其工作状况，也能对其进行可控状态：操作人员在控制室既可了解其工作状况，也能对其进行参数调整，还可预测故障；参数调整，还可预测故障；*综合功能：现场总线仪表既有检测、变换和补偿功能，综合功能：现场总线仪表既有检测、变换和补偿功能，又有控制和运算功能；又有控制和运算功能；*分散控制：功能块分散在现场仪表中，实现了分散控制：功能块分散在现场仪表中，实现了彻底的分散控制彻底的分散控制。现场总线产生的因素现场总线产生的因素(1/2)2.现场总线产生的因素现场总线产生的因素(1/2)HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物现场总线产生的因素现场总线产生的因素(2/2)(3)微处理器微处理器技术的发展技术的发展(4)集成电路集成电路技术的发展技术的发展(5)计算机计算机技术的发展技术的发展(6)通信网络通信网络技术的发展技术的发展(7)用户需求和市场竞争用户需求和市场竞争现场总线产生的因素(2/2)(3)微处理器技术的发展HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物现场总线将现场总线将网络化网络化、信息化信息化的概念引入控制领域中，构建的概念引入控制领域中，构建完整的控制网络和信息网络，实现控制灵活、分散控制、信息完整的控制网络和信息网络，实现控制灵活、分散控制、信息共享、优化企业生产过程，实现企业的共享、优化企业生产过程，实现企业的量化管理量化管理，减少安装、，减少安装、维护成本，提高设备可靠性，提高生产效率。当今不少国家的维护成本，提高设备可靠性，提高生产效率。当今不少国家的自动化公司都投入巨大的人力、物力、财力全方位地进行现场自动化公司都投入巨大的人力、物力、财力全方位地进行现场总线技术研究与应用开发，形成了剧烈的市场竞争，这使现场总线技术研究与应用开发，形成了剧烈的市场竞争，这使现场总线技术出现了复杂的局面，形成了多种现场总线技术标准，总线技术出现了复杂的局面，形成了多种现场总线技术标准，据统计目前国际上至少有超过据统计目前国际上至少有超过40种的现场总线标准。种的现场总线标准。IEC（国（国际电工委员会）际电工委员会）1984年开始着手试图制订单一的国际总线标准，年开始着手试图制订单一的国际总线标准，但一直未能实现。但一直未能实现。现场总线的标准现场总线的标准(1/4)现场总线将网络化、信息化的概念引入控制领域中HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物目前国际上是目前国际上是多种多种现场总线现场总线并存并存，IEC于于2000年年1月月4日公布日公布IEC现场总线标准现场总线标准(IEC61158)的的投票结果。投票结果。IEC61158采用以下采用以下8种种现场总线：现场总线：类型类型1：IEC61158技术报告技术报告(即即FFH1)类型类型2：ControlNet(美国美国RockwellAutomation)类型类型3：PROFIBUS(德国德国Siemens)类型类型4：P-NET(丹麦丹麦ProcessData)类型类型5：FFHSE(美国美国Fisher-Rosemount)类型类型6：Swiftnet(美国美国Boeing)类型类型7：WorldFIP(法国法国Alstom)类型类型8：Interbus(德国德国PhoenixContact)注：注：IEC现场总线标准的现场总线标准的8种类型都是平等的，并要求类型种类型都是平等的，并要求类型28对类型对类型1提供接口，但不要求类型提供接口，但不要求类型28之间提供接口。之间提供接口。现场总线的标准现场总线的标准(2/4)目前国际上是多种现场总线并存，IEC于2000年1HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物其余现场总线：其余现场总线：HART(美国美国Fisher-Rosemount)CAN(德国德国Bosch，ISO11898，Philips)LON(LonWorks)(美国美国Echelon)Dupline(瑞士瑞士CarloGavazzi)*设备层设备层现场总线现场总线:IEC62026-(IEC17BCommittee)DeviceNet(Rockwell,Omron,Cutler-Hammer,.)AS-i(P+F,Siemens)SDS*现场总线的标准现场总线的标准(3/4)其余现场总线：现场总线的标准(3/4)HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物*每种总线的产生都有一定的应用背景，如每种总线的产生都有一定的应用背景，如Profibus在制造在制造业，业，WorldFIP、FF、ControlNet在过程控制行业，在过程控制行业，P-Net在农业自动化领域。在农业自动化领域。*每种总线都有一个或多个大公司的支持，公司的利益与每种总线都有一个或多个大公司的支持，公司的利益与总线的发展息息相关。如总线的发展息息相关。如WorldFIP主要由主要由Alstom公司支持，公司支持，Profibus以以Siemens为主要支持，为主要支持，ControlNet则以则以Rockwell公司为主要背景。公司为主要背景。*每种总线都力图开发其应用领域，以扩张其势力范围。每种总线都力图开发其应用领域，以扩张其势力范围。大多数总线都成立了相应的国际组织，力图在制造商和用大多数总线都成立了相应的国际组织，力图在制造商和用户中创造影响，以取得更多方面的支持。户中创造影响，以取得更多方面的支持。*每种总线大多将自己作为国家或地区标准，以加强自己每种总线大多将自己作为国家或地区标准，以加强自己的竞争地位，如的竞争地位，如P-Net已成为丹麦标准，已成为丹麦标准，Profibus已成为德已成为德国标准，国标准，WorldFIP成为法国标准成为法国标准2。现场总线的标准现场总线的标准(4/4)*每种总线的产生都有一定的应用背景，如Profibus在制HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物FCS和和DCS的集成技术的集成技术现场总线数字仪表现场总线数字仪表逐步替代逐步替代常规的模拟仪表常规的模拟仪表FCS逐步改造逐步改造DCSFCS和和DCS集成集成FCS和DCS的集成技术现场总线数字仪表逐步替代常规的模拟仪HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物FCS系统和系统和DCS系统系统的集成的集成(1/2)DCSFCSnet网关网关控制单元控制单元 (CU)常规模拟仪表常规模拟仪表 输入输出单元输入输出单元 (IOU)现线总线服务器现线总线服务器 (FS)H1H2现线总线数字仪表现线总线数字仪表H1H1网桥网桥H1 IO总总线线DCSnet工程师站工程师站操作员站操作员站计算机站计算机站工程师站工程师站操作员站操作员站计算机站计算机站终端器终端器FCSFCS系统和DCS系统的集成(1/2)DCSFCSneHIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物企业网络企业网络(Intranet)网关网关DCSFCS网关网关FCS系统和系统和DCS系统系统的集成的集成(1/2)FCS信息层信息层FCS控制层控制层FCS设备层设备层网关网关DCS企业网络网关DCSFCS网关FCS系统和DCS系统的集成HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物网络基本概念网络基本概念1.通信系统组成通信系统组成信息源信息源发送设备编码调制传输介质接收设备译码调制接收者接收者噪声干扰信息源：信息源：信息的产生者信息的产生者接收者：接收者：信息的接收者信息的接收者发送设备：发送设备：发送设备的基发送设备的基本功能是将信息源产生的本功能是将信息源产生的信号经过编码，并变换为信号经过编码，并变换为便于传送的信号形式，送便于传送的信号形式，送往传输介质往传输介质接收设备：接收设备：接收设备的基接收设备的基本功能是完成发送设备的本功能是完成发送设备的反变换，从带有干扰的信反变换，从带有干扰的信号中正确恢复出原始的信号中正确恢复出原始的信息来。息来。传输介质：传输介质：发送设备到接收设备之间信号传递所经过的媒介发送设备到接收设备之间信号传递所经过的媒介网络基本概念1.通信系统组成信息源发送设备编码调制传输介质接HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物网络基本概念（网络基本概念（2）传输介质传输介质双绞线双绞线 同轴电缆同轴电缆光纤光纤无线与卫星通信无线与卫星通信网络基本概念（2）传输介质双绞线HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物网络基本概念（网络基本概念（3）2.通信方式通信方式单工通信：单工通信：信息传输始终是一个方向信息传输始终是一个方向半双工通信：半双工通信：信息流可在两个方向上传输，信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向但同一时刻只限于一个方向传输传输全双工通信：全双工通信：能同时作双向通信的网络。与能同时作双向通信的网络。与半双工相比全双工通信效率高，半双工相比全双工通信效率高，控制简单，但结构复杂，成本控制简单，但结构复杂，成本较高较高发送单向通道接收发送接收单向通道接收发送发送接收接收发送双向通道网络基本概念（3）2.通信方式单工通信：半双工通信：全双工HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物网络基本概念（网络基本概念（4）3.网络拓扑结构网络拓扑结构星型星型树型树型总线型总线型环型环型采用集中式通讯控制策略，所有节点通讯均由采用集中式通讯控制策略，所有节点通讯均由中央节点控制中央节点控制适合于主次、分等级的层次型管理系统适合于主次、分等级的层次型管理系统网络基本概念（4）3.网络拓扑结构星型树型总线型环型采用集HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物网络基本概念（网络基本概念（4）介质访问控制方式介质访问控制方式在总线和环形拓扑结构中，网上的设备必须共享传输线路。为解决同一时在总线和环形拓扑结构中，网上的设备必须共享传输线路。为解决同一时间有几个设备同时争用传输介质，需有某种介质访问控制方式，以便协调间有几个设备同时争用传输介质，需有某种介质访问控制方式，以便协调设备访问介质的顺序，设备之间交换数据。设备访问介质的顺序，设备之间交换数据。CSMACD（载波监听多路访问冲突检测）（载波监听多路访问冲突检测）这种工作方式对任何工作站都没有预约发送时间。工作站的发送是随机这种工作方式对任何工作站都没有预约发送时间。工作站的发送是随机的，必须在网络上争用传输介质，称之为争用技术。若同一时刻有多个的，必须在网络上争用传输介质，称之为争用技术。若同一时刻有多个工作站、向传输线路发送信息，则这些信息会在传输线上互相混淆而遭工作站、向传输线路发送信息，则这些信息会在传输线上互相混淆而遭破坏，称为破坏，称为“冲突冲突”。为尽量避免由于竞争引起的冲突，每个工作站发。为尽量避免由于竞争引起的冲突，每个工作站发送信息之前，都要监听传输线上是否有信息在发送，这就是送信息之前，都要监听传输线上是否有信息在发送，这就是“载波监听载波监听”。网络基本概念（4）介质访问控制方式在总线和环形拓扑结构中，网HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物网络基本概念（网络基本概念（5）令牌访问控制令牌访问控制令牌环（令牌环（tokenring)形式形式环形结构网络采用的一种访问控制方式。环形结构网络采用的一种访问控制方式。节点节点A要传递一个信息给节点要传递一个信息给节点C，则则等到持有令牌时，将包含有目的地址和数据的数据帧发送给等到持有令牌时，将包含有目的地址和数据的数据帧发送给B节点，节点，B节点比较目的地址与本站地址不相符，便将原帧发送给节点比较目的地址与本站地址不相符，便将原帧发送给C节点，节点，C节点节点接收后，修改状态位，表示此帧已被正确接收，并将修改后数据帧传接收后，修改状态位，表示此帧已被正确接收，并将修改后数据帧传送给送给D节点，节点，E节点，最后回到节点，最后回到A，A从返回帧的状态位上得知发送成从返回帧的状态位上得知发送成功，则取消此帧，并将令牌传递给功，则取消此帧，并将令牌传递给B节点。节点。ABCDE网络基本概念（5）令牌访问控制令牌环（tokenring)HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物网络基本概念（网络基本概念（5）令牌传递总线（令牌传递总线（token-Ringbus)方式方式采用总线拓扑结构，网上各工作站按一定顺序形成一逻采用总线拓扑结构，网上各工作站按一定顺序形成一逻辑环，按照令牌环网的形式进行通信。辑环，按照令牌环网的形式进行通信。令牌环令牌环网网络每个站点都知道信息的来去动向，保证了较网网络每个站点都知道信息的来去动向，保证了较高的信息传递的确定性。由于能估算出信息传输的延迟时高的信息传递的确定性。由于能估算出信息传输的延迟时间，所以比较适合在实时系统中应用。而间，所以比较适合在实时系统中应用。而CSMA/CD方式方式的信息传递时间是不确定的。令牌环方式对轻、重负荷不的信息传递时间是不确定的。令牌环方式对轻、重负荷不太敏感，但网络节点出现故障时会使整个网络瘫痪，可靠太敏感，但网络节点出现故障时会使整个网络瘫痪，可靠性较差。性较差。令牌传递总线令牌传递总线具有网络初始化（分配访问顺序）、故障恢具有网络初始化（分配访问顺序）、故障恢复、出去不活动节点及添加新网络节点的功能，但也大大复、出去不活动节点及添加新网络节点的功能，但也大大增加了令牌传递总线访问控制的复杂性。增加了令牌传递总线访问控制的复杂性。网络基本概念（5）令牌传递总线（token-RingbusHIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物通信网络模型通信网络模型国际标准化组织国际标准化组织(ISO)公布的开放系统互连公布的开放系统互连(OSI)参考模型共有参考模型共有七层七层ISO：InternationalStandardizationOrganizationOSI：OpenSystemInterconnection通信网络模型通信网络模型(1/4)通信网络模型国际标准化组织(ISO)公布的开放系统互连(OSHIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物通信网络模型通信网络模型(2/4)国际标准化组织国际标准化组织(ISO)公布的开放系统互连公布的开放系统互连(OSI)参考模型共有参考模型共有七层七层：应用层应用层7表示层表示层6会话层会话层5传输层传输层4网络层网络层3链路层链路层2物理层物理层1应用层应用层7表示层表示层6会话层会话层5传输层传输层4网络层网络层3链路层链路层2物理层物理层1传输介质传输介质ISO：InternationalStandardizationOrganizationOSI：OpenSystemInterconnectionS1S2通信网络模型(2/4)国际标准化组织(ISO)公布的开放系统HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物物理层：物理层：提供通信设备的机械、电气、功能和规程特性，提供通信设备的机械、电气、功能和规程特性，对数据位流进行编码和解码，故障检测指示；对数据位流进行编码和解码，故障检测指示；链路层：链路层：构造传送数据的帧，构造传送数据的帧，介质访问控制，差错控制介质访问控制，差错控制；网络层：网络层：传送报文分组，选择路径，传送报文分组，选择路径，拥挤控制，网络互连；拥挤控制，网络互连；传送层：传送层：提供建立、维护和拆除传送连接的功能，提供建立、维护和拆除传送连接的功能，提供可靠的传送服务提供可靠的传送服务；会话层：会话层：建立和管理两个进程之间的连接，建立和管理两个进程之间的连接，为两个进程提供对话服务；为两个进程提供对话服务；表示层：表示层：提供数据变换服务，提供数据变换服务，协议转换服务，协议转换服务，数据库管理服务；数据库管理服务；应用层：应用层：面向用户，为面向用户，为OSI用户提供各种服务用户提供各种服务，如通信服务、终端服务、文件传送和网络管理等。如通信服务、终端服务、文件传送和网络管理等。通信网络模型通信网络模型(3/4)物理层：提供通信设备的机械、电气、功能和规程特性，通信网络HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物应用层应用层7表示层表示层6会话层会话层5传输层传输层4网络层网络层3链路层链路层2物理层物理层1S1应用层应用层7表示层表示层6会话层会话层5传输层传输层4网络层网络层3链路层链路层2物理层物理层1S2数数据据数数据据H7数数据据H7H6数数据据H7H6H5数数据据H7H6H5H4数数据据H7H6H5H4H3H2数数据据H7H6H5H4H3T2H2数数据据H7H6H5H4H3T2数数据据H7数数据据H2H3H4H5H6T2H7数数据据H2H3H4H5H6T2H7数数据据H3H4H5H6H7数数据据H4H5H6H7数数据据H5H6H7数数据据H6H7数数据据封装封装卸装卸装报头报头(Header)H7H2报尾报尾(Trailer)T2帧帧通信网络模型通信网络模型(4/4)应用层7表示层6会话层5传输层4网络层3HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物现场总线模型现场总线模型 邮件内容邮件内容：n 通用语言通用语言n 读读并并理解理解FB:功能块功能块信件内容信件内容：n 收收/发信件人发信件人n 信件内容信件内容FB:数据参数数据参数信封内容信封内容：n收收/发信人的地址发信人的地址n邮票邮票n信件内容包在里面信件内容包在里面n书写格式严格书写格式严格FB:报文何时送出报文何时送出 送给哪个设备送给哪个设备信箱信箱：n 保存信封保存信封n 地地址址并并标识标识运送信件运送信件：FB:在通信媒体上的信号在通信媒体上的信号物物 理理层层数数 据据 链链 路路 层层应应用用层层网络管理网络管理传输介质传输介质用用户户层层Postmaster:n Coordination网网络络管管理理1278TAG TIC101Reactor TemperaturePV=242 degrees C省略省略36层层现场总线模型邮件内容：n通用语言n读并理解FBHIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物选择什么样的网络选择什么样的网络控制系统的通信中往往要考虑以下几个控制系统的通信中往往要考虑以下几个问题：问题：系统中不同产品间要有可靠的系统中不同产品间要有可靠的互操作性互操作性及不及不同供货商的同类产品要有可同供货商的同类产品要有可互换性互换性。产品怎样互联在一起？产品怎样互联在一起？产品将要交换什么样产品将要交换什么样类型类型的数据？的数据？是控制数据是控制数据(如如 I/O I/O 等等)还是信息数据。还是信息数据。系统需要什么样的吞吐量系统需要什么样的吞吐量产品怎样被组态？产品怎样被组态？系统能否在将来可以进一步扩充？系统能否在将来可以进一步扩充？选择什么样的网络控制系统的通信中往往要考虑以下几个问题：HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物根据具体的应用需求来选择不同的网络，不根据具体的应用需求来选择不同的网络，不同的应用需求对数据的要求是不同的同的应用需求对数据的要求是不同的:对数据量要求的不同。网络上要求传送的数据量可对数据量要求的不同。网络上要求传送的数据量可能以兆字节或字节或位来计算。负载量的变化，对能以兆字节或字节或位来计算。负载量的变化，对网络的带宽有不同要求。网络的带宽有不同要求。对数据类型要求不同。要求可能是对数据类型要求不同。要求可能是I/OI/O信息，状态信息，状态突变的信息或显式报文（突变的信息或显式报文（Explicit MessagingExplicit Messaging），），程序的程序的 上载上载/下载下载 ，诊断信息等，诊断信息等对网络性能要求不同。可能要求网络主要处理高速对网络性能要求不同。可能要求网络主要处理高速离散量或者模拟量，对工业控制网络特别要求确定离散量或者模拟量，对工业控制网络特别要求确定性和可重复性。性和可重复性。选择什么样的网络选择什么样的网络根据具体的应用需求来选择不同的网络，不同的应用需求对数据的HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物红外色谱扫描仪器传感器分析仪器开关量信号单回路控制器驱动装置微驱动装置控制阀门马达启动器接触器 电磁阀ASI数据宽度：位字节数据流SeriplexDeviceNetINTER-BUSPROFI-BUS-DPPROFIBUS-FMSP-NETLON WorksFIPFOUNDATION FieldbusControlNet各种现场总线适于应用的场合红外色谱扫描仪器传感器分析仪器开关量信号单回路控制器驱动装置HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物吞吐量吞吐量吞吐量：来自设备的输入数据传送到需要它的所有节点和吞吐量：来自设备的输入数据传送到需要它的所有节点和节点产生的输出数据传送到需要它的所有节点的速率。节点产生的输出数据传送到需要它的所有节点的速率。吞吐量有以下三个因素决定：吞吐量有以下三个因素决定：波特率波特率是把数字信号放到网上去的原始速率，通常上用每是把数字信号放到网上去的原始速率，通常上用每秒比特位或字节表示。秒比特位或字节表示。协议效率协议效率：数据包中有效数据位与整个包长度的比值。：数据包中有效数据位与整个包长度的比值。网络模式网络模式：源：源/目的模式，生产者目的模式，生产者/消费者模式消费者模式。其他影响吞吐量的因素：其他影响吞吐量的因素：介质访问控制介质访问控制冲突检测机制冲突检测机制吞吐量吞吐量：来自设备的输入数据传送到需要它的所有节点和节点HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物感觉感觉 实际实际波特率波特率数字信号放到网上的原始速率数字信号放到网上的原始速率1协议效率协议效率数据包中有效数据位与整个包长度的比值数据包中有效数据位与整个包长度的比值网络模式网络模式ProduceConsumer、源目的、源目的23213吞吐量决定因素吞吐量决定因素感觉实际波特率1协议效率网络模式HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物网络传输模式网络传输模式现今的工业自动化网络中有两种主要的网络模型，即现今的工业自动化网络中有两种主要的网络模型，即源源/目的目的(Source/Destination)(Source/Destination)模型和模型和 生产者生产者/消费者消费者(Producer/Customer)(Producer/Customer)模型。模型。典型的源典型的源/目的模型的一个数据包如下所示：目的模型的一个数据包如下所示：源目的模式是以节点地址为中心的编码方式，数源目的模式是以节点地址为中心的编码方式，数据包中包含了据包中包含了源源IDID、目的目的IDID、数据及校验码。、数据及校验码。源源目的目的数据数据crc网络传输模式现今的工业自动化网络中有两种主要的网络模型，即源HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物网络传输模式（网络传输模式（2 2）-在主在主/从系统中经常用这种模式，主从系统中经常用这种模式，主/从是一个层次体系，从是一个层次体系，系统中包含一个发起所有通信的主机，从机只能跟主机通信系统中包含一个发起所有通信的主机，从机只能跟主机通信并且以并且以“只答只答”的方式（的方式（speak only when spoken tospeak only when spoken to），），当用于当用于I/OI/O信息时，这种网络就只能限于这种功能。信息时，这种网络就只能限于这种功能。-点对点结构优于主点对点结构优于主/从结构，提供更多的灵活性，在点对点从结构，提供更多的灵活性，在点对点的系统中，设备既可以发起通信，也可以回应系统中其它设的系统中，设备既可以发起通信，也可以回应系统中其它设备的请求。由于所要求的灵活性，支持点对点的网络使用显备的请求。由于所要求的灵活性，支持点对点的网络使用显性报文进行通信。性报文进行通信。源目的模式：源目的模式：网络传输模式（2）-在主/从系统中经常用这种模式，主/从是HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物-不论是主/从结构，还是点对点通信结构。基于源/目的地的网络在把同样数据发往不同节点时都消耗了过多带宽，另外要实现协同控制，象以同步的方式将一个设定值同时送达不同的驱动器将更加困难，因为数据到达每个驱动器(目的地)的时间是不同的。网络传输模式（网络传输模式（3 3）-不论是主/从结构，还是点对点通信结构。基于源/目的地的网HIT Rockwell Automation Lab采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔