第6章 现场总线技术简介

2020/2/17第5讲现场总线技术简介1第6章现场总线技术简介－附IntroductionofFieldBus—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介2本讲主要内容现场总线概述–简介、发展与趋势、技术特点、优点、FCS现场总线标准–七层模型、物理层标准、其它层次协议目前几类有影响的现场总线–FF、Lonworks、HART、CAN、Profibus等现场总线的应用举例2020/2/17第5讲现场总线技术简介3第一节Unit1现场总线简介IntroductionofFieldBus—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介4本节主要内容现场总线简介现场总线发展背景与趋势现场总线技术特点现场总线的优点现场总线与计算机控制、DCS系统几个有影响的现场总线标准化组织及标准—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介55-1现场总线概述现场总线简介现场总线的发展与趋势现场总线的主要技术特点现场总线的优点计算机控制系统、DCS、FCS—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介65-1-1现场总线简介（1）现场总线–是用于自动化等领域最底层的、具有开放、统一的通信协议的通信网络–实现微机化的现场测量控制仪表或设备间的双向串行多节点数字通信现场总线技术–现场总线技术把单个分散的仪表或设备变成了网络的节点—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介75-1-1现场总线简介（2）现场总线控制系统FCS–以现场总线为纽带，连接分散的现场仪表或设备，使之成为可以相互沟通信息、共同完成自动控制任务的网络系统与控制系统与传统仪表的不同之处现场总线技术的关键–使自动控制系统与现场设备具有通信能力–连接成网络系统—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介85-1-1现场总线简介（3）现场总线控制系统FCS的核心现场总线的优点–适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化方向发展的趋势–具有的开放性、数字化、多点通信等功能–应用领域不断扩大—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介95-1-2现场总线的发展与趋势（1）历史的回顾–具备简单测量控制功能的就地式气动仪表–气动、电动单元组合式仪表和集中控制室–集中式计算机控制系统–计算机集散控制系统DCS现场总线的提出—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介105-1-2现场总线的发展与趋势（2）现场总线是企业综合自动化的发展需要–企业综合自动化是企业必然的选择与趋势–DCS在实施企业综合自动化时的缺陷通信是专用网络的封闭系统，无互换性–现场总线的解决方案基于公开化、标准化，遵守同一协议规程的产品具有互换性，可组成在同个系统中—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介115-1-2现场总线的发展与趋势（3）智能仪表为现场总线的出现奠定了基础–智能化设备的提出–模拟通信式的智能设备–模拟-数字混合的智能设备–现场总线的出现现场总线标准化的现状—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介125-1-3现场总线系统的技术特点系统的开放性互可操作性与互换性现场设备的智能化与功能自治性系统结构的高度分散性对现场环境的适应性—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介135-1-4现场总线系统的优点节省硬件数量与投资节省安装费用节省维护开销用户具有高度的系统集成主动权提高了系统的准确性与可靠性提高了系统的可控性和可维护性—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介145-1-5现场总线与计算机控制系统、DCS现场设备现场总线技术将基本控制功能已完全下放到现场现场控制系统FCSFCS未来的趋势—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介155-1-6现场总线标准化组织及标准(1)国际电工委员会（IEC）和美国仪表协会（ISA）–IEC/ISA标准现场总线基金会（简称FF）–采用IEC/ISA标准，未定义的采用自己的FF协议欧洲智能化作用和测量用户集团（EIAMUG）—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介165-1-6现场总线标准化组织及标准(2)LonWorks（LocalOperatingNetwork，局部操作网络)Profibus（ProcessFieldBus，过程现场总线）HART（HighwayAddressableRemoteTransducer，可寻址远程传感器数据通路）CAN（ControllerAreaNetwork，控制器局域网）2020/2/17第5讲现场总线技术简介17第二节Unit2现场总线标准StandardofFieldBus—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介18本节主要内容现场总线的七层模型现场总线物理层标准简介现场总线其它层次协议简介—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介195-2-1现场总线的七层模型ISO/OSI七层参考模型–物理层（PhysicalLayer）–数据链路层（DataLinkLayer）–网络层（NetworkLayer）–传输层（TransportLayer）–会话层（SessionLayer）–表示层（PresentationLayer）–应用层（ApplicationLayer）—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介205-2-2现场总线物理层标准简介（1）IEC定义的现场总线物理层标准–传输线媒介–媒介的主要区别–物理层提供选择现场总线是一种实时网络现场总线物理层的作用是实现最终的信号收发—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介215-2-2现场总线物理层标准简介（2）物理层的编码方法曼彻斯特Ⅱ（ManchesterⅡ）编码方法本层的控制信号为：前导码、帧前定界码、帧结束码–前导码–帧前定界码–帧结束码现场总线分为高速和低速两类规范—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介225-2-3现场总线其它层次协议简介（1）数据链路层（DLL）–负责总线控制权的获取，出错检查，出错恢复以及仲裁、规划、消息装帧等–链接活动调度器（Linkactivescheduler，LAS）–允许一个网络上有三种功能类型的设备存在基本设备桥链接主机—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介235-2-3现场总线其它层次协议简介（2）应用层（ApplicationLayer）–负责与用户层的交互并负责对消息内的命令的解释，应用层取得数据并决定它们的组织和意义–定义了每个消息的内容和支持它们的服务，定义了消息中的每一个比特–应用层还完成地址的自动分配用户层–定义了数据的类型以及如何使用这些数据2020/2/17第5讲现场总线技术简介24第三节Unit3几类有影响的现场总线SomeImportantFieldBuses—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介25基金会现场总线（FF）LonWork技术和LON总线HART通信协议CAN总线Profibus总线InterBus-S总线—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介265-3-1Profibus简介（1）Profibus的特点–可使分散式数字化控制器从现场底层到车间级网络化Profibus的主站和从站Profibus协议的结构Profibus提供的三种类型的传输技术—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介275-3-2Profibus简介（2）三个兼容版本–Profibus-DP–为自动控制系统和设备级分散I/O之间通信设计–Profibus-FMS–解决车间级通用性通信任务–Profibus-PA–为过程自动化设计了标准的本质安全的传输技术2020/2/17第5讲现场总线技术简介28第四节Unit4现场总线的应用举例TheExamplesofFieldBus—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介29S7-200系统变电所操作台高压开关柜ABB变频器ACS627NPBA-12焦炉集气管PS307CPU315-2DPI/O温度显示屏M3M1M2风机房操作室中控室工业控制计算机PROFIBUS—DPPROFIBUS—DP—计算机控制系统—浙江大学控制科学与工程学系2020/2/17第5讲现场总线技术简介30本讲小结现场总线概述现场总线标准目前几类有影响的现场总线现场总线的应用举例