第一章 工业网络技术 概述

工业控制网络与通信天津工程师范学院刘玉亮[e-mail]联系方式联系方式：手机：[phone]邮件：[e-mail]办公：7楼206室（自动化学院A楼）能够学到那些知识？Whattolearn？工业网络与数据通信的概念、原理主要工业控制网络简介网络化控制系统案例Howtolearn?上课注意听讲，记好笔记下课多复习和预习认真完成作业多学多问，交流沟通本课程拟采用的教学方法（1）课堂教学为主,部分章节考虑由同学查阅资料、登台讲授，讨论交流（提问较多）倡导讨论,鼓励质疑以教材为主，但不拘泥于教材提倡扩大知识面,广泛阅读参考书籍与参考文献，包括上网查资料本课程拟采用的教学方法（2）提倡自己动手编程仿真、设计实验提倡撰写综述性文章、研究性或技术性学术论文（设计作业）对教学有任何意见，欢迎随时提出本课程拟采用的教学方法（3）开放性的教学方式不要盲目认为教师讲的就一定正确应是能者为师，平等地交流讨论、共同提高多看、多思、多干、多讨论积极主动地学习一方面虚心请教,一方面技术上不要保密学习上要大气，不要纠缠太多的细节要求实事求是的学习态度具有创新意识与挑战精神在浩如烟海的信息中保持清醒的头脑注意到专业课与基础课的学习方法有很大不同问题20世纪与21世纪的最大区别？教学要求学习方面认真学习、循序渐进、及时总结。注意课后复习，课前预习。按时完成课外作业，学会查阅资料、利用网络。实验课提前准备纪律方面按时上课。上课时，同学的座位相对稳定。在上课的过程中，请将手机的声音关闭。可以不听，但不能干扰别人，否则扣除平时成绩，直至不允许参加考试作业注意事项凡抄袭作业者，无论抄袭与被抄，成绩均为0！谨记！主要参考源有关书籍比较慢，但理论相对上系统与成熟一些有关会议论文集快，新思想与新方法多，但较为粗糙有关期刊、报纸期刊要慢一些,报纸快,但不易保存有关自动化类、IT类、综合及相关行业类的书报杂志，以及相关网站(工控网、电子工程专辑）主要参考源常见的国内自动化类杂志自动化学报、控制理论与应用、系统工程理论与实践、仪器仪表学报、模式识别与人工智能、电子学报等信息与控制、控制与决策、自动化仪表等化工自动化及仪表、冶金自动化、工业控制计算机等等在这里推荐一本科学方法论的书《控制论与科学方法论》金观涛华国凡，新星出版社怎样理解“大学生”？大大地学习生存-技能生活-真谛生命-意义大学学什么？1.知识：直接知识（实践经验）、间接知识（书本）2.学生活的知识3.学生存的本领4.学生命的意义香港大学前校长金耀基先生：1.学会怎样读书2.怎样做事3.怎样与人相处4.怎样做人引用毛主席的一句话：课程是你们（学生）的，也是我们（教师）的，但归根结底是你们的，你们就像早晨八九点钟的太阳，命运掌握在你们自己手上。平时多努力，考试少挂彩！中国传统中推崇做学问的人王国维：人间词话中三种境界“昨夜西风凋碧树。独上高楼，望尽天涯路。”晏殊：蝶恋花“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴。”柳永：凤栖梧“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处。”辛弃疾：青玉案（元夕）补充发现问题疑似山穷水尽，苦思不得其解上下苦苦求索不缀顿悟实证“绝顶聪明的人，不是在卖弄聪明，而是肯下苦工夫、笨工夫。”-胡适信息时代则有所不同，提醒大家注意学习方法在学习与工作中，保持清醒而智慧的头脑比掌握知识本身更为重要。在学生时代就养成独立思考、敢于并善于质疑，探索新思想、新技术的好习惯，将会受益一生。信息时代不能被信息所淹没到哪里去找回我们在信息中丢失的知识又到哪里去找回我们在知识中丢失的智慧—英国诗人爱略特的一句诗在我们所处的信息时代，一代会比一代强，这是历史的必然。不敢奢望一门课的作用有多大，但只求这门课能起到一点抛砖引玉的作用，能在相关的专业领域给同学们一点启发。预祝大家一帆风顺。青出于蓝而胜于蓝晏殊：蝶恋花槛菊愁烟兰泣露。罗幕轻寒，燕子双飞去。明月不谙离恨苦。斜光到晓穿朱户。昨夜西风凋碧树。独上高楼，望尽天涯路。欲寄彩笺兼尺素。山长水阔知何处。柳永：凤栖梧伫倚危楼风细细。望极离愁，黯黯生天际。草色山光残照里。无言谁会凭阑意。拟把疏狂图一醉。对酒当歌，强乐还无味。衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴。辛弃疾：青玉案（元夕）东风夜放花千树。更吹落，星如雨。宝马雕车香满路。风萧声动，玉壶光转，一夜鱼龙舞。蛾儿雪柳黄金缕，笑语盈盈暗香去。众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处。M2MPACAllianceSolutionValue-addedEthernetSerialAD-CIFXXEthernetEthernetFieldbusUNO-2058GSM/GPRS/CDMAWLANI/OWLANEDG3’rdDeviceTPC-60SNA-StudioGPSADAM-457xADAM-6520ControlCenterFieldControllerI/OModuleKWSoftLogicWLANWLANGPS/GSM/GPRS/CDMAERP,MES,PlantHistorian,WebServerSystemSupervisoryPackageServerFieldSensor&EquipmentVisionSensor工厂自动化全面解决方案ManageCenterEthernet嵌入式&网络技术带动自动化技术发展eAutomation人机界面一体化工作站数据采集板卡远程监控模块工业通讯WebTechnology•TCP/IP•Wireless•WebapplicationEmbeddedTechnology•HowardEmbedded•SoftwareEmbedded•SemiconductorCompactPCISystemControllerCPUModulesBackplanesIndustrialDataComm.行业应用电力环保设施监控客户化定制机台自动化交通军工工厂自动化智能交通\铁路控制网络与信息网络的融合新加坡机场----地面管理系统为什么要采用工业控制网络？工业生产规模的扩大自动化程度的提高管控一体化的需要全球化生产降低成本、提高效率提高核心竞争力的需要技术进步使然为什么学习工业网络技术？就业的需要技术发展的需要知识更新的需要开拓视野的需要控制网络和现场总线控制网络是网络技术在工业数据通信中的应用，是计算机网络、通信与自动控制技术结合的产物。控制网络是企业网络的重要组成部分，它和信息网络共构成企业网络。现场总线是控制网络的一个重要组成部分，控制网络的含义更加广泛。现场总线名称的局限性现场总线技术的不断发展和其内容的不断丰富各种控制、应用功能与功能块、控制网络的网络管理、系统管理等内容的不断扩充现场总线超出了原有的定位范围，不再只是通信标准与通信技术，而成为网络系统与控制系统。现场总线的定义IEC（InternationalElectrotechnicalCommission，国际电工技术委员会）将现场总线（Fieldbus）定义为：安装在制造或过程区域的现场装置之间、以及现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、双向和多点通信的数据总线。现场总线以测控设备为网络节点，以双绞线等传输介质为纽带，将位于生产现场、具备数字就是和数字通信能力的测控设备连接成网络系统，按公开、规范的通信协议，在多个测控设备之间、现场设备与远程监控计算机之间，实现数据传输与交换，进而形成适应各种应用的自动控制系统。打破“信息孤岛”网络化控制系统的发展控制系统的变迁基地式气动仪表-单表体内电动组合仪表控制-4-20mA直流信号，集中控制，按需组合DDCDCS-集散控制系统。模拟数字混合系统FCS-现场总线控制系统NCS-网络化控制系统气动基地式仪表是对生产过程中介质的压力、温度、差压(流量)、液位等工艺参数进行检测和控制的仪表。在一台仪表中具有测量、显示和调节功能，可对单个被调参数构成一个调节回路。可在生产现场进行就地调节，故称为“基地式”仪表。气动基地式仪表具有防尘、防水、防寒、防爆、不受电磁场、射线的干扰，产品结构牢靠，维护简便，以及可直接操纵气动执行机构等优点，几十年来一直在自动控制领域中发挥重要的作用。即使在当今电子技术、计算机技术和自动化技术高度发展的年代，在大型的生产装置中（如300MW、600MW大力发电机组，30万吨乙烯装置）对单变量的简单自动调节系统就采用基地式仪表实现对各种参数的就地调节，从而为大系统的安全、稳定、高效运行创造条件。控制网络的作用控制网络将多个分散在生产现场，具有数字通信能力的测量控制仪表作为网络节点，采用公开、规范的通信协议，以现场总线作为通信连接的纽带，把现场控制设备连接成可以相互沟通信息，共同完成自控任务的网络系统与控制系统。简单控制网络示意图ISFieldbus1.网络构筑沟通数据信息的通道，实现各种设备之间数据通信。2.网络是整个控制系统的支撑。控制网络与计算机网络的异同控制网络普通网络组成元素可编程控制器、开关、马达、变送器、阀门、按钮计算机、工作站、打印机、显示终端智能程度低高信息流量小大信息长度不定比较规律传输频度高低规律性强散乱运行模式模拟数字混合全数字时间要求高低可靠性要求高一般现场环境恶劣良好数据通信两点或多点之间以二进制形式进行信息交换的过程。一般指计算机通信，用于计算机之间、计算机和外设之间交换信息。工业数据通信工业设备的各功能单元之间、设备与设备之间以及这些设备与计算机之间遵照通信协议，利用数据传输技术传递数据信息的过程，称之为工业数据通信。形式：点对点、网络特点：串行总线方式（经济、简便,规模可大可小）分类：根据通信帧的大小划分传感器总线-位级（10Bit左右）ASI设备总线-字节级（10-100Byte）CAN现场总线-块级（几十Byte）FF强调实时性工业数据通信的特点是：除计算机级外设外，还有大量检测工艺参数和状态的变送器和生产过程控制设备传统的4-20mA仪表接线方式,对每一设备，均需配置一个本安栅，一对接线4-20mAISISISIS早期现场总线-工业电话线现场总线技术始发于二十世纪八十年代，但对该项技术的开发之热是近年之举早期的现场总线技术•与PLC同时出现的、Culter-Hammer推出的Directrol•GeneralElectric的GeniusI/O•Phoenix的Interbus-S，•TURCK的Sensoplex•丹麦ProcessData公司83年推出的P-Net；•德国Siemens公司84年推出的Profibus(ProcessFieldbus的简称)•法国Alstom公司87年推出的FIP(FactoryInstrumentationProtocol)等都属于早期推出且至今仍有较大影响的总线技术早期现场总线的特点专有技术，自成系统，互不兼容，比较封闭规模较小通信帧短网络集成式控制系统的特点改变了传统控制系统的结构形式传统的4-20mA仪表接线方式,对每一设备，均需配置一个本安栅，一对接线4-20mAISISISIS多台设备可以共用一个本安栅，一对接线ISFieldbus网络集成式控制系统的特点彻底改变了传统控制系统的结构形式；常用串行总线式通信，可以传送更加丰富的控制信息。例如参数调整、自诊断、开关次数统计等；彻底分散控制。控制功能完全下放到现场；打破了控制系统所处的信息孤岛，为管控一体化创造了条件。控制系统对网络的要求开放性互操作性实时性环境适应性现场总线系统的特点结构特点：采用网络式连接，变单回路连接为总线连接技术特点：开放性、互操作性、通信的确定性与实时性、现场设备智能与功能自治、环境适应性。现场总线系统的优势和劣势节省硬件和投资节省安装费用节省维护开销用户具有自主选择权提高可靠性和确定性底层控制网互联网控制