现场总线技术概述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,现场总线,现场总线技术,第一章,1,一、,专业方向选修课,，掌握典型现场总线技术的,原理、规范；,二、了解专业发展最新技术，,对工业过程控制发,展,现状有所了解，熟悉,工业以太网技术,。,三、深化专业背景知识，提高专业技能，为今后,从事相关专业工作打下一定基础,；,四、强化有关,过程自动化,专业概念，进一步深入,理解专业知识，为今后,从事相关领域研究工,作,做一定程度的知识铺垫。,学习现场总线的目的,2,本章思考题,现场总线技术概述,一、传统DCS与FCS在现场布线方面有什么区别？,二、,什么是完整的现场总线定义？,三、,现场总线有哪些特点？,四、,现场总线有哪些优点？,五、IEC制定的国际现场总线标准主要包括哪些现场总线？,3,一、,现场总线简介,二、,现场总线系统的特点,三、以现场总线为基础的企业网络系统,四、现场总线技术的标准化,现场总线技术概述,4,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,现场总线的产生背景,一、传统的DCS结构缺欠，需要一种,新型系统体系结构,；,二、智能变送器等,智能现场设备,发展的必然结果；,三、CIMS(Computer Integrated Manufacturing System),综合自动化,发展的迫切需要。,5,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,现场总线,技术来源,DCS,系统技术,智能化仪表,设备技术,计算机,网络技术,6,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,检测控制系统发展历程,一、基地式气动仪表（生产现场）,二、气动、电动系列的单元组合式仪表（集中控制室）,三、集中式数字控制系统,危险集中，可靠性差,四、DCS (Distributed Control System，集散控制系统),显示、操作、管理集中；控制、负载、危险分散；自封闭，“信息孤岛”,五、FCS (Fieldbus Control System，现场总线控制系统),开放，全分布式的控制系统,六、工业以太网控制系统 (第六代控制系统，正在发展中),7,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,基于调节器的单回路自动控制,8,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,基于DCS的自动控制系统,9,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,变送器,DCS,调节阀,DCS传统控制方式,10,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,11,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,Up to 1900,Meters in length,现场总线控制方式,现场智能仪表,现场智能控制设备,12,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,现 场 总 线 控 制 系 统 (FCS) 布 线 方 式,13,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,混合控制模式（DCS+FCS）,14,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,FCS与DCS,FCS,DCS,I/O CPU.,FCS取消了控制站,DCS控制依赖控制站,15,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,FCS与DCS,本安情况下：现场总线多块仪表共用一块安全栅 本安情况下：DCS每块仪表均配一块安全栅,FCS,DCS,I/O,I.S,I.S,I.S,I.S,I.S,16,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,FCS与DCS,FCS,DCS,I/O CPU.,FCS控制在现场中完成,DCS控制在控制站中完成,FCS,DCS,AI,AO,PID,AI,AI,AO,PID,PID,17,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,FCS与DCS,FCS,DCS,I/O CPU.,FCS,DCS,FCS,DCS,FCS信息是双向的,DCS信息是单向的,18,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,基于现场总线的智能现场设备,现场总线的现场设备在不同程度上都具有,数字计算和数字通信能力,。,这一方面提高了信号的,测量、控制和传输精度,，同时为丰富,控制信息的内容,、实现其远程传送创造了条件。,借助现场设备的计算、通信能力，在现场就可以进行多种复杂的控制计算，形成,真正分散在现场的完整的控制系统,，提高了控制系统运行的可靠性。,还可借助现场总线控制网络以及与之有通信连接的其他网络，实现,异地远程自动控制,，如操作远在数百里之外的电气开关。,还可提供传统仪表所不能提供的如设备资源、阀门开关动作次数、故障诊断等信息，便于操作管理人员更好、更深入地了解生产现场和自控设备的运行状态。,19,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,现场智能总线压力变送器LD302（FF协议）,. 电容式压力传感器,.,40:1量程比,. 0.075%精度,. 全系列,.,0-125Pa 到 0-40MPa可选,- 远传法兰,. 主站功能,. 功能块: AI, PID, ISS（输入选择模块）, INTG（积分器）, ARTH（运算模块）, CHAR （特征化模块）,. 自诊断功能,.,全面认证:FM认证，CE认证,20,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,现场总线到气信号转换器FP302（FF协议）,. 输出0.02-0.1Mpa气信号,. 0.4%精度,.,低气源消耗,. 主站功能,.,功能块: A,O, PID, ISS, ARTH, CHAR,. 自诊断功能,.,本地数字显示,. 全面安全认证: FM， CE,21,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,从整个自动化系统的体系结构分析,从整体把握复杂工业自动化系统，根据工厂管理、生产过程控制及功能需求等分层设计。,按照标准,CIMS,体系结构可分为,5,层，即,工厂级、车间级、单元级、工作站级和现场级,。简化的,CIMS,则分为,3,层，即,工厂级、车间级和现场级,。,在一个现代化、大规模的工业生产过程控制中，工业数据结构同样分为这三个层次，与简化的网络层次相对应。,22,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,CIM的概念,CIM,(Computer Integrated Manufacturing),计算机集成制造,企业资源（人、财、物、技术、经营管理）,计算机技术集成,资源优化，产品优质、低耗、上市快，增强竞争力,23,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,FCS,DCS,I/O CPU.,FCS,DCS,FCS,DCS,简化的CIMS层次结构,24,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,三个层次之间的相互关系,现场级,与,车间级,自动化,信息监控,及,信息集成,是实现工厂自动化管理及CIMS的重要基础。,现场级与车间级自动化监控及信息集成主要完成,1. 底层设备单机控制、连机控制、通信连网、在线设备状态监测及现场设备运行、生产数据的采集、存储、统计等功能。保证现场设备高质量完成生产任务，并将现场设备产生及运行数据信息传送到工厂管理层，向工厂级,MIS系统,（Management Information System，管理信息系统）数据库提供数据。,2. 同时,接收,和,执行,工厂管理层下达的生产管理及调度命令。,25,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,传统控制系统的现场设备级、车间级监控和管理信息集成,FCS,DCS,I/O CPU.,FCS,DCS,FCS,DCS,26,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,传统控制系统主要缺点,一、,信息集成能力不强,控制器与现场设备之间靠I/O连线连接，传送4-20mA模拟量信号或24VDC等开关量等一个变量。这样，控制器获取信息量有限，其他的大量信息，如设备参数、故障纪录等数据很难得到。底层生产数据不全造成信息集成能力不强，不能满足CIMS的要求。,二、,系统不开放、可集成性差、专业性不强,现场设备均靠标准4-20mA/24VDC连接，系统其它软、硬件通常只能使用一家产品。不同厂家产品之间缺乏互操作性、互换性，因此可集成性差。这种系统很少留出开发接口，允许其它厂商将自己专长的控制技术，如控制算法、工艺流程、生产配方等集成到通用系统中去。,27,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,传统控制系统主要缺点,三、,可靠性不易保证,对于大范围的分布式系统，铺设大量的I/O电缆，不仅增加成本，也增加了系统的不可靠性。,四、,可维护性不高,由于现场级设备采集信息不全，现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能不强。另一方面也很难完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化功能，影响了系统的可维护性。,28,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,由于处于生产过程低层的测控自动化系统采用,一对一连线,，用,电压和电流的模拟信号,进行测量控制，或采用自封闭式的集散系统，难以实现设备之间以及系统与外界之间的信息交换，使自动化系统成为“,信息孤岛,”。,为解决上述问题，则需要自动控制,信息集成,，必须设计一种能在工业现场环境运行的、性能可靠的、造价低廉的,工厂底层网络,。实现自动化设备之间的多点数字通信，实现底层设备现场之间以及生产现场与外界的信息交换。现场总线就是在实际需求下应运而生。,29,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,现场总线的定义,现场总线是以,测量控制设备,作为网络节点，以双绞线等,传输介质,作为纽带，把位于生产现场、具备了数字计算,和数字通信能力的测量控制设备连接成,网络系统,，按照,公开、规范的,网络协议,，在多个测量控制设备之间、以,及,现场设备,与,远程监控计算机,之间，实现数据传输与信,息交换，形成适应各种应用需要的,自动控制系统,。,30,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,基于现场总线的数据通信系统,基于现场总线的数据通信系统示例,基于现场总线的数据通信系统由,数据的发送设备,、,接收设备,、作为传输介质的,现场总线,、,传输报文,、,通信协议,等几部份组成。,这里的数据通信系统实际上是一个以总线为连接纽带的硬软件结合体。,31,1.1 现场总线简介,现场总线技术概述,基于现场总线的数据通信系统,传感器级总线,：位级的数据总线,ASI(Actuator,Sensor Interface),总线,设备级总线,：字节级总线,用于处理传感器、行程开关、继电器、接触器和阀门,定位器这类工业设备,;,CAN(Control,Area Network),总线,现场总线,：数据块级总线,用于完成一些过程控制器或现场仪表之间的通信。,FF,（,Foundation,Fieldbus,),总线,32,1.2 现场总线系统的特点,现场总线技术概述,现场总线系统的结构特点,设备之间采用,网络式连接,是现场总线系统在结构上最显著的特,征之一。,现场总线系统中，由于设备增强了数字计算能力，有条件将各,种控制计算功能模块、输入输出功能模块置入到现场设备之中。,借助现场设备所具备通信能力，直接在现场完成测量变送仪表,与阀门等执行机构之间的信息传送，实现了彻底分散在,现场的,全分布式控制,。,33,FCS,DCS,FCS,DCS,DCS,FCS,下装,FCS,DCS,DCS,FCS,DCS,可远程调校,系统完全分散,与半分散的DCS不同，FCS无论是结构上还是控制上均做到了全分散。,AI,AI,AO,PID,PID,FCS控制完全分布在现场,AI,PID,AO,DCS控制依靠控制站为半分布,现场,控制室,FCS,DCS,34,1.2 现场总线系统的特点,现场总线技术概述,现场总线系统的技术特点,一、,系统的开放性,系统的开放性体现在通信协议公开，不同制造商提供的设备之间可实现,网络互联与信息交换。一个开放系统，是指它可以与世界上任一制造商,提供的、遵守相同标准的其他设备或系统相互连通。,现场总线系统应该,成为自动化领域的开放互联系统,；,企业底层的测控系统，依然封闭、孤立的“,信息孤岛,”，严重制约了其自,身信息交换的范围与功能发展。用户和设备制造商都强烈要求形成统一,标准，打破各自封闭的体系结构，组成开放互联网络。,正是这种需求促,进了现场总线技术的诞生与发展。,35,1.2 现场总线系统的特点,现场总线技术概述,现场总线系统的技术特点,二、,互可操作性与互用性,互可操作性，是指网络中互联的设备之间可实现数据信息传送与交换；,互用则意味着对不同生产厂家的性能类似的设备可以相互替换。,三、,通信的实时性与确定性,现场总线系统的基本任务是实现测量控制，有些测控任务有,严格的时序,和实时性要求,；,现场总线系统能提供相应的通信机制，提供时间发布与时间管理功能，,满足控制系统的实时性要求；,现场总线系统中的媒体访问控制机制、通信模式、网络管理与调度方式等,都会影响到通信的实时性、有效性与确定性。,36,1.2 现场总线系统的特点,现场总线技术概述,现场总线系统的技术特点,四、,现场设备的智能与功能自治性,智能主要体现在现场设备的,数字计算与数字通信能力上,；,功能自治性则是指将传感测量、补偿计算、工程量处理、控制计算等功能,块 分散嵌入到现场设备中，借助位于现场的设备即可完成自动控制的基本,功能，构成,全分布式控制系统,；具有随时诊断设备工作状态的能力；,五、,对现场环境的适应性,高温、严寒、粉尘环境下保持正常工作状态，具备抗震动、抗电磁干扰,能力；在易燃易爆环境下能保证本质安全，有能力支持总线供电等。,这是,总线控制网络区别与普通计算机网络的重要方面,。,防雨、防潮、防电磁干扰的壳体封装；温度范围更宽的电子器件；,采用屏蔽电缆或光纤为传输介质；实现总线供电；满足本质安全,防爆要求。,37,1.2 现场总线系统的特点,现场总线技术概述,现场总线系统的优点,一、,节省硬件数量与投资,智能现场设备直接执行多参数测量、控制、报警、累计计算等功能，,减少了变送器的数量；,不需要DCS系统的信号调理、转换等功能单元、节省硬件投资，减少,控制室的占地面积。,二、,节省安装费用,智现场总线系统在一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因此,连线简单，与传统连接方式相比，所需电缆、端子、槽盒、桥架的用量,大大减少；,当需要增加新的现场设备时，无需增设新的电缆，就近连接在原有电缆，,既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量；,据有关典型实验工程的测算资料，,可节约安装费用60%以上,。,38,1.2 现场总线系统的特点,现场总线技术概述,现场总线系统的优点,三、,节省维护开销,现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，可通过数字通信将,相关诊断维护信息发送往控制室，便于用户查询以便早期分析故障原因,并快速排除，缩短了维护停工时间；,系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。,四、,用户具有系统集成主动权,用户 可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。不会为系统集成,中不兼容的协议、接口而一筹莫展；,系统集成过程中的主动权牢牢掌握在用户手中。,39,1.2 现场总线系统的特点,现场总线技术概述,现场总线系统的优点,五、,提高了系统的准确性与可靠性,现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，从根本,上提高了 测量与控制的精确度，减少了传送误差；,系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强，,减少了 信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性；,设备标准化，功能模块化，使系统具有设计简单，易于重构,等优点。,40,FCS,DCS,I/O CPU.,FCS,DCS,FCS,DCS,FCS,下装,DCS,更少的设计，简化了图纸,由于FCS结构减化，接线简单，使图纸减少,简化。,FCS,DCS,41,FCS,DCS,I/O CPU.,FCS,DCS,DCS,FCS,下装,FCS,DCS,DCS,简化了控制系统的工程实施,由于FCS采取并接方式，使铺线，接线，对线，以及安装桥架，分线盒等工作,FCS,DCS,量得到大量减少，FCS支持远程调校，使安装更加快捷,。,可远程调校,无法远程调校,可远程调校,无法远程调校,42,FCS,DCS,I/O CPU.,FCS,DCS,FCS,FCS,下装,FCS,DCS,FCS,DCS,减少了导线，端子排，机柜，分线盒，桥架,FCS,DCS,由于FCS采取并接方式，简少了大量导线，短子排以及安装桥架，分线盒,接线柜等。,DCS,43,FCS,DCS,FCS,DCS,FCS,FCS,下装,FCS,DCS,FCS,DCS,FCS,DCS,DCS,Classic I/O,Digital Busses,44,FCS,DCS,I/O CPU.,FCS,DCS,FCS,DCS,组态简单,FCS,FCS采用功能块组态方式，迅速快捷。,AI,AO,PID,AI,AO,PID,下装,FCS,DCS,DCS,45,FCS,DCS,I/O CPU.,FCS,DCS,FCS,DCS,FCS,下装,FCS,DCS,DCS,可查看的信息大大增加,FCS,DCS,只有PV,PV,SP,量程,变送器特性,所受压力,仪表健康状况,就地显示.,由于FCS是纯数字系统, 所能观察到的有用信息相对于DCS大量增加。,PV,SP,量程,变送器特性,所受压力,仪表健康状况,就地显示.,只有PV,46,FCS,DCS,I/O CPU.,FCS,DCS,FCS,DCS,FCS,下装,DCS,FCS,DCS,只有PV,完善的诊断信息,只有PV,FCS不仅能观察到简单的变量值,而且可观察到大量状态, 这就为准确判断故障,提供了方便。,FCS,DCS,FCS,DCS,PV（good&normal,OUT of Service,Bad initialization,sensor,alarm),多达十数种,只有PV,47,FCS,DCS,I/O CPU.,FCS,DCS,FCS,DCS,FCS,下装,DCS,FCS,DCS,只有PV,只有PV,FCS,DCS,FCS,DCS,可在线校验，量程调整，调零,FCS可以在线对仪表进行校验，量程修改，仪表调零等工作而不必将表拆下。,DCS在校验时,必须将表拆下,FCS在校验时,无须将表拆下,仪表校验,仪表校验,FCS,DCS,48,FCS,DCS,I/O CPU.,FCS,DCS,FCS,DCS,FCS,下装,DCS,FCS,DCS,只有PV,只有PV,FCS,DCS,DCS,DCS,减少了停机时间，降低费用,由于FCS所具备的上述特点，减少了系统由于仪表问题造成的无计划性停车,。,停车检修,在线诊断连续运行,怀疑损坏,拆下,FCS,DCS,FCS,49,FCS,DCS,I/O CPU.,FCS,DCS,FCS,DCS,FCS,下装,DCS,FCS,DCS,只有PV,只有PV,FCS,DCS,FCS,DCS,系统具有开放性,FCS所具备的开放性，不仅可充分利用来源丰富的硬软件资源，而且使整,个系统的成本大大降低。,基于PC标,准的硬件,专用硬件,基于微软平,台的软件,专用软件,DCS,FCS,DCS,50,1.2 现场总线系统的特点,现场总线技术概述,现场总线系统的劣势,在现场总线系统中，由于网络成为各组成部件之间的信息传递通过，网络成为控制系统不可缺少的组成部分之一。,网络通信中数据包的传输延迟、通信系统的瞬时错误和数据包丢失，发送与到达次序的不一致等，都会破坏传统控制系统原本具有的确定性，使得控制系统的分析和综合变得更复杂，使控制系统的性能受到负面影响。,如何使,控制网络满足控制系统对通信实时性、确定性的要求,，是现场总线系统在设计和运行中应该关注的重要问题。,51,1.3 以现场总线为基础的企业网络系统,现场总线技术概述,典型的企业网络系统,52,1.3 以现场总线为基础的企业网络系统,现场总线技术概述,53,1.3 以现场总线为基础的企业网络系统,现场总线技术概述,基于OPC的生产信息管理网络示例,54,1.3 以现场总线为基础的企业网络系统,现场总线技术概述,现场总线是自控领域的局域网,开放的、数字化、多点通信的企业底层网络；,构成,网络集成式测量控制系统,；,总线是构成自动化系统的纽带，网络所传输的是测量控制信息。,特点：,适应,工业应用环境,；,要求,实时性强,，,可靠性高,，,安全性好,；,多为,短帧,传送；,通信的传输速率相对较低。,55,1.3 以现场总线为基础的企业网络系统,现场总线技术概述,1.企业管理层,企业资源规划层,ERP(Enterprise Resource Planning),2.过程监控层,制造执行层,MES(Manufacturing Execution,System),3.现场控制层,FCS(Field Control System),56,1.3 以现场总线为基础的企业网络系统,现场总线技术概述,位于生产控制和网络结构底层的低带宽网络。,可与局域网、Internet、Intranet相连，构成,开放的网络,。,57,1.3 以现场总线为基础的企业网络系统,现场总线技术概述,目前，,控制网络与上层网络的连接方式,一般有以下三种：,一、采用专用网关完成不同通信协议的转换，把控制网段或DCS连接到以太网。,现场总线控制网段与信息网络之间的网关连接,58,1.3 以现场总线为基础的企业网络系统,现场总线技术概述,二、将,现场总线网卡,和,以太网卡,都置入工业PC。,三、将,WEB服务器,直接置入PLC或现场控制设备内，借助WEB服务器或和通用浏览工具，实现数据信息的动态交互。,采用PCI卡连接控制网段与上层网络,59,1.4 现场总线技术的标准化,现场总线技术概述,现场总线技术始发于二十世纪八十年代，但该项技术的火热发展是近年出现的。,早期的,现场总线技术,与,PLC,同时出现的、,Culter,-Hammer,推出的,Directrol,General Electric,的,Genius I/O,Phoenix,的,Interbus,-S,TURCK,的,Sensoplex,丹麦,Process Data,公司,83,年推出的,P-Net,德国,Siemens,公司,84,年推出的,Profibus(Process,Field bus,的简称,),法国,Alstom,公司,87,年推出的,FIP(Factory,Instrumentation Protocol),等都属于早期推出且至今仍有较大影响的总线技术。,60,1.4 现场总线技术的标准化,现场总线技术概述,欧洲、北美、亚洲的许多国家都投入巨额资金与人力进行研究开发；,已经形成了各式各样的企业、国家、地区、及国际现场总线标准；,根据相关资料统计，已出现的现场总线一百多种，其中宣称为开放型总线的就有,40,多种,。,61,1.4 现场总线技术的标准化,现场总线技术概述,现场总线组织,现场总线基金会（,Fieldbus,Foundation,）,LonMark,协会,Profibus,协会,工业以太网协会,IEA,（,Industrial Ethernet Association,），,工业自动化开放网络联盟,IAONA,（,Industrial Automation Open Network Alliance,）,Society of Automotive Engineers,（,SAE,）,制定现场总线标准的国际标准化组织,IEC,国际电工委员会,ISO,国际标准化组织,62,1.4 现场总线技术的标准化,现场总线技术概述,国际电工委员会IEC极为重视现场总线标准的制定，早于1984年就筹备成立了IEC/TC65/SC65C/WG6工作组，开始起草现场总线标准。经过十五年的努力和曲折斗争, 2000年1月4日，IEC终于推出了以下现场总线标准:,Type1：,IEC 61158技术规范,Type2：,Control Net现场总线,Type3：,Profibus现场总线,Type4：,P-Net现场总线,Type5：,FF HSE（High Speed Ethernet）,Type6:,Swift Net现场总线,Type7：,WorldFIP现场总线,Type8：,Interbus现场总线,63,1.4 现场总线技术的标准化,现场总线技术概述,Type1：,IEC 61158技术规范,1999年一季度出版的IEC 61158 TS技术规范全面定义的现场总线称作Type1现场总线。该现场总线的网络协议是按照ISO OSI参考模型建立的，它由物理层、数据链路层、应用层以及考虑到现场装置的控制功能和具体应用而增加的用户层组成。,标准规定了32种功能块，现场装置使用这些功能块完成控制策略。由于装置描述功能包括描述装置通信所需的所有信息，并且与主站无关，所以可使现场装置实现真正的互操作性。,基金会现场总线（FF）是Type1现场总线的一个子集（Subset）。,64,1.4 现场总线技术的标准化,现场总线技术概述,Type2：,Control Net现场总线,Type2现场总线得到Contro1 Net International(CI)组织的支持。Contro1 Net的基础最早于1995年面世。该总线网络是一种用于对信息传送有时间苛刻要求的、高速确定性网络，同时，它允许传送无时间苛求的报文数据。由Type2现场总线构成的系统结构示由:信息层（Ethernet）、控制层(Contro1Ner)和现场层(DeviceNet)三层结构。,65,1.4 现场总线技术的标准化,现场总线技术概述,Type3：,Profibus现场总线,Type3现场总线得到Profibus用户组织PNO的支持，德国西门子公司则是Profibus产品的主要供应商。由该总线构成的系统的通信网络体系结构共分4级，最低一级执行器/变送器级采用ASI位总线（IEC TC17B）标准，现场一级采用Profibus-DP现场总线，车间单元一级采用Profibus-FMS总线，工厂一级使用工业Ethernet网络。,Profibus系列由三个兼容部分组成，即Profibus-DP、Profibus-FMS和Profibus-PA三条总线。,Profibus-DP特别适用于装置一级自动控制系统与分散I/O之间高速通信，它使用物理层、数据链路层以及用户接口。,这种结构能够保证快速和有效的数据传送，在用户接口中定义了用户和系统使用的应用功能，以及Profibus-DP装置的特性。传输可使用RS-485或光纤媒体；,66,1.4 现场总线技术的标准化,现场总线技术概述,Type4：,P-Net现场总线,Type4现场总线由丹麦Process-Data Sikebrorg Aps从1983年开始开发，主要应用于啤酒、食品、农业和饲养业，现已成为EN50170欧洲标准的第1部分。它得到P-NET（Process Automation NET）用户组织的支持。,67,1.4 现场总线技术的标准化,现场总线技术概述,Type5：,FF HSE（High Speed Ethernet）,Type5现场总线即为IEC 定义的H2总线，它由Fieldbus Foundation(FF)组织负责开发，并于1998年决定全面采用广泛应用于IT产业的高速以太网（High Speed Ethernet ,HSE）标准。该总线使用框架式以太网（Shelf Ethernet）技术，传输速率从100Mbps到1Gbps或更高。,HSE完全支持Type1现场总线的各项功能，诸如功能块和装置描述语言等，并允许基于以太网的装置通过一种连接装置与H1装置相连接。,连接到一个连接装置上的H1装置无须主系统的干预可以进行对等层通信。连接一个连接装置上的H1装置同样无须主系统的干预也可以与另一个连接装置上的H1装置直接进行通信。,HSE总线成功地采用CSMA/CD链路控制协议和TCP/IP传输协议，并使用了高速以太网IEEE802.3u标准的最新技术。Type5现场总线于2000年3月完成了规范制定, 进入工业自动化领域。,68,1.4 现场总线技术的标准化,现场总线技术概述,Type6：,Swift Net现场总线,Type6现场总线由美国SHIP STAR协会主持制定，得到美国波音公司的支持，为满足波音飞机对同步、高速数据传输的需要而研制开发的控制网络技术。具有传输速率高、系统性能稳定、错误率低等优点，主要应用于飞机测试、飞机模拟中的直接数字控制和系统操作，在原油油井探测、深海原油平台、采矿业、交通系统和校园网络等处也有应用。,该总线是一种结构简单、实用性高的总线，协议仅包括物理层和数据链路层，在标准中没有定义应用层。,69,1.4 现场总线技术的标准化,现场总线技术概述,Type7：,WorldFIP现场总线,成立于1987年的WordFIP 协会制定并大力推广Type7现场总线。WorldFIP协议是欧洲标准EN50170的第三部分。物理层采用IEC 61158.2标准，其产品在法国占有60%的市场，在欧洲市场占有大约25%的份额。它们广泛用于发电与输配电、加工自动化、铁路运输、地铁和过程自动化等领域。,WorldFIP现场总线构成的系统分为三级，即过程级、控制级和监控级。它能满足用户的各种需要，适合与各种类型的应用结构，集中型、分散型和主站/从站型。用单一的 WorldFIP总线满足过程控制、工厂制造加工和各种驱动系统的需要。为了适应低成本的要求，开发了低成本的Device WorldFIP(DWF)总线，它是装置一级的网络，能很好适应工业现场的各种恶劣环境，并具有本质安全防爆性能，可以实现多主站与从站的通信。,70,1.4 现场总线技术的标准化,现场总线技术概述,Type8：,Interbus现场总线,Type8现场总线由德国Phoenix Contact公司开发，Interbus Club俱乐部支持。它是一种串行总线系统，适用与分散输入/输出，以及不同类型控制系统间的数据传输。协议包括物理层、链路层和应用层，它以成为德国DIN19258标准。,Interbus总线可构成主/从式和环型拓扑网络，传输速率为500Kbps，采用RS-485屏蔽双绞电缆。数据链路层采用整体帧协议（Total Frame Protocol）方式传输循环过程数据和非循环数据，共有16个二进制过程数据同时被集成在循环协议中，应用层服务只对主站有效，用于实现实时数据交换、变量访问、程序调用和12个相关的服务。Interbus总线对单主机的远程I/O具有良好的诊断能力。,71,1.4 现场总线技术的标准化,现场总线技术概述,现场总线技术的发展趋势,一、,标准之争暂告结束,群雄逐鹿各霸一方,(1) FF 过程自动化,(2) Profibus 离散工业，机械制造业自动化,(3) WorldFIP 交通行业自动化,(4) LonWorks 楼宇自动化,二、,PC网络技术将进入并主宰工业总线,(1) 工业Ethernet技术,(2) TCP/IP协议,(3) Web技术,72,1.4 现场总线技术的标准化,现场总线技术概述,实时以太网的标准化,近两年正在进行的实时以太网的标准化进程又重蹈覆辙，有,11,个基于,实时以太网的,PAS,（,Publicly Available Specification,，公共可用规范）,文件进入了,IEC61784-2,，它们是：,EtherNet,/IP,，,PROFINET,，,P-,Net,，,Interbus,，,VNET/IP,，,TCnet,，,EtherCAT,，,EtherNet,Powerlink,，,EPA,（Ethernet,for Process,Automation,）,，,Modbus,-,RTPS,，,SERCOS-,。,这些结果都违背了当初制定,单一现场总线标准,的初衷，令人无奈的,多种总线并存依然是今后相当长一段时间不得不面对的现实。,浙大中控：国产DCS品牌,73,现场总线的典型应用（FF）,74,汽车内部网络 CAN总线（SAE-J1939）,75,第三代LonWorks技术应用系统（智能楼宇、连锁店）,76,本章思考题,现场总线技术概述,一、传统DCS与FCS在现场布线方面有什么区别？,二、,什么是完整的现场总线定义？,三、,现场总线有哪些特点？,四、,现场总线有哪些优点？,五、IEC制定的国际现场总线标准主要包括哪些现场总线？,77,