现场总线-第二章课件.ppt

1 1现场总线的现状及发展 1 2基于现场总线的企业网络信息集成系统 1 3几种有影响的现场总线简介 1 1现场总线的现状及发展 1 1 1现场总线的产生 1 1 2现场总线的本质 1 1 3现场总线的特点及优点 1 1 4现场总线标准的制定 1 1 5现场总线的现状 1 1 6现场总线网络的实现 1 1 7现场总线技术的发展趋势 现场总线 是用于现场仪表与控制系统及控制室之间的一种全分散 全数字化 智能 双向 互联 多变量 多点 多站的通讯网络 IEC对Fieldbus的定义 现场总线是应用于生产现场 在现场设备之间 现场设备与控制设备之间实行双向 串行 多结点数字通讯的技术 1 1现场总线的现状及发展 传统的分布式控制系统 DCS DCS Distributioncontrolsystem 分布式控制系统或离散型控制系统 PLC Programmablelogiccontroller 可编程逻辑控制器 1 1 1现场总线的产生 1 1现场总线的现状及发展 1 1 2现场总线的本质 1 现场通讯网络 2 现场设备互联 3 互操作性 4 分散功能块 5 通讯线供电 6 开放式互联网络 1 1现场总线的现状及发展 1 1 3现场总线的特点及优点 FCS与DCS的结构 性能对比 1 1现场总线的现状及发展 1 1 3现场总线的特点及优点 1 系统的开放性 2 互可操作性与互用性 3 现场设备的智能化与功能自治性 4 系统结构的高度分散型 5 对现场环境的适应性 1 1现场总线的现状及发展 1 1 3现场总线的特点及优点 1 节省硬件数量与投资 2 节省安装费用 3 节约维护费用 4 用户具有高度的系统集成主动权 5 提高系统的准确性和可靠性 1 1现场总线的现状及发展 1 1 4现场总线标准的制定 早在1984年筹备成立了ICE TC65 SC65C WG6工作组 1993年ICE61158 2现场总线物理层规范成为国际标准 1998年ICE61158 3和ICE61158 4链路服务定义和协议规范成为国际标准 1997年ICE61158 5和ICE61158 6应用层服务定义和协议规范成为国际标准 1999年7月新的现场总线标准ICE61158在加拿大渥太华形成 其采用的8中类型如下 Type1ICE61158 FF的H1 技术报告Type2ControlNet 美国Rockwell公司支持 现场总线Type3Profibus 德国Siemens公司支持 现场总线Type4P Net 丹麦ProccessData公司支持 现场总线Type5FF HSE Fisher Rosemount公司支持 现场总线Type6SwiftNet 美国波音公司支持 现场总线Type7WorldFIP 法国Alstom公司支持 现场总线Type8Interbus 德国PhoenixContack公司支持 现场总线 2000年修改后的ICE61158 3标准正式获得通过 1 1现场总线的现状及发展 1 1 5现场总线的现状 1 多种总线共存 2 每种总线各有其应用领域 3 每种总线各有其国际组织 4 每种总线均有其支持背景 5 设备制造商参加多个总线组织 6 多种总线均作为国家和地区标准 7 协调共存 8 工业以太网引入工业领域 1 1现场总线的现状及发展 1 1 6现场总线网络的实现 目前 各个公司生产的现场总线产品还没有一个统一的协议标准 但在制定协议时 都参考OSI七层协议标准 且大多数采用其中的第1层 第2层和第7层 即物理层 数据链路层和应用层 并增加了第8层 即用户层 1 物理层 2 数据链路层 3 应用层 4 用户层 1 1现场总线的现状及发展 1 1 7现场总线技术的发展趋势 1 具有发展前景的现场总线技术 智能仪表与网络设备开发的软硬件技术 组态技术 包括网络拓扑结构 网络设备 网络互连等 网络管理技术 包括网络管理软件 网络数据操作和传输 人机接口 软件技术 现场总线系统集成技术 1 1现场总线的现状及发展 1 1 7现场总线技术的发展趋势 2 国内现场总线的发展趋势是 多种现场总线在国内展开激烈竞争 竞争的重点是应用工程 国内自己开发的现场总线产品开始投入市场 国内各行业的现场总线应用工程迅速发展 3 现场总线应用工程的发展趋势 通过应用技术发挥现场总线的优势 不同类型的现场总线组合更有利于降低成本 现场总线的本质是信息处理现场化 网络的设计 系统组态傻瓜化 预测在未来十年内 可能会出现几大总线标准共存 甚至在一个现场总线内 几种总线标准总线的设备通过路由网关互联形成信息共享的局面 1 2基于现场总线的企业网络信息集成系统 1 2 1企业网络信息集成系统的层次结构 1 2 2现场总线的作用 1 2 3现场总线与上层网络的互联 1 2 4现场总线网络集成应考虑的因素 企业网 EnterpriseNetwork 是指在一个企业范围内将信号检测 数据传输 处理 存储 计算 控制等设备或系统连接在一起 将企业范围内的网络 计算 存储等资源连接在一起 提供企业内的资源共享 员工间的便捷通信和企业外部访问 提供面向客户的企业信息查询及业务伙伴间的信息交流等多方面功能的一个计算机网络 1 2基于现场总线的企业网络信息集成系统 1 2 1企业网络信息集成系统的层次结构 1 过程控制层PCS由现场总线网络连接的现场控制器和现场仪表所构成 通过组态设计 主要完成数据采集和设备控制的工作 2 制造执行层MES由上位计算机构成 完成从现场设备中获取数据 对各种控制 运行参数的监测 报警和趋势分析功能 还能完成对控制组态设计和下载 3 企业资源规划层ERP主要是在分布式网络环境下构建一个安全的远程监控系统 使远程用户能随时通过浏览器查询网络运行状态及现场设备的工况 对生产过程进行实时的远程监控 1 2基于现场总线的企业网络信息集成系统 1 2 1企业网络信息集成系统的层次结构 4 现场总线与局域网的区别 现场总线与数据网络相比有如下特点 1 现场总线主要用于对生产 生活设备的控制 对生产过程状态检测 监视和控制 或实现 家庭自动化 等 数据网络主要用于通讯 办公 提供文字 声音 图像等数据信息 2 控制网络要求高实时性 安全性和可靠性 网络接口尽量简单 成本尽量低 数据传输量较小 数据网络要适应大批量的数据传输和控制 3 现场总线具有全数字式通讯 具有开放式 全分布 互操作性等特点 4 在现代生产的现代生活中 这两种网络将具有越来越紧密地联系 1 2基于现场总线的企业网络信息集成系统 1 2 2现场总线的作用 各功能层次的网络类型图 1 2基于现场总线的企业网络信息集成系统 1 2 3现场总线与上层网的互联 1 2基于现场总线的企业网络信息集成系统 1 2 4现场总线网络集成应考虑的因素 1 控制网络的特点 2 标准支持 3 网络结构 4 网络性质 5 测控系统应用考虑 6 市场因素 7 其它因素 1 3几种有影响的现场总线简介 目前国际上至少存在着40多种现场总线标准 导致多种总线同时发展的主要原因是 1 工业技术的迅速发展2 工业领域的高度分散3 各大跨国集团的利益 目前国际比较流行有FF CAN DeviceNet LonWorks FROFIBUS HART INTERBUS CC Link ControlNet WorldFIP P Net SwiftNet等现场总线 1 3几种有影响的现场总线简介 基金会现场总线FF FoundationFieldbus 主要应用在过程自动化领域 1 3 1基金会现场总线 FF 发展背景 美国Fisher Rousemount 罗斯蒙特 为首的80家公司制定的ISP协议美国Honeywell 霍尼威尔 为首的150家公司制定的WorldFIP协议 通信模型 OSI的物理层 数据链路层 应用层及用户层 新增 FF分低速H1和高速H2两种通信速率 H1的传输速率为3125Kbps 通信距离可达1900m 可加中继器延长 可支持总线供电 支持本质安全防爆环境 H2的传输速率为1Mbps和25Mbps两种 其通信距离为750m和500m 物理传输介质可支持双绞线 光缆和无线发射 协议符合IEC1158 2标准 其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码 1 3几种有影响的现场总线简介 控制器局域网CAN ControllerAreaNetwork 主要应用在离散控制领域 1 3 2CAN 发展背景 最早由德国BOSCH 博世 提出 用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信 通信模型 OSI的物理层 数据链路层 应用层 CAN信号传输介质为双绞线 通信速率最高可达1Mbps 40m 直接传输距离最远可达10km 5kbps 可挂接设备最多可达110个 CAN的信号传输采用短帧结构 每一帧的有效字节数为8个 因而传输时间短 受干扰的概率低 当节点严重错误时 具有自动关闭的功能以切断该节点与总线的联系 使总线上的其它节点及其通信不受影响 具有较强的抗干扰能力 已有多家公司开发生产了符合CAN协议的通信芯片 如Intel公司的82527 Motorola公司的MC68HC05X4 Philips公司的82C250等 还有插在PC机上的CAN总线接口卡 具有接口简单 编程方便 开发系统价格便宜等优点 1 3几种有影响的现场总线简介 工业 设备网DeviceNet 主要应用在制造业 工业控制及电力系统等领域 1 3 3DeviceNet 发展背景 由美国RockwellAutomation 罗克威尔 1994年提出 用于实现低成本 高性能工业设备的网络互连 DeviceNet通信模式 生产者 客户 Producer Consumer DeviceNet基于CAN总线技术 传输介质为双绞线 通信速率125 500kbps 可挂接设备最多可达64个 干线长度100 500m DeviceNet上的设备具有互换性 具有 即插即现 性 具有安装简捷性 使用RSNetworkforDeviceNet软件可方便地对网上的设备进行配置 测试和管理 开放式设备网络独立供货商协会ODVA OpenDeviceNetVendorAssociation 现共有310个供货商会员 2000年筹建ODVACHINA 2002年批准为国家标准 2003年4月1日开始实施 1 3几种有影响的现场总线简介 LonWorks 主要应用在楼宇自动化 家庭自动化 保安系统 办公系统 运输设备及工业过程控制等领域 1 3 4LonWorks 发展背景 由美国Echelon 埃施朗 公司推出 并与Motorola Toshiba公司共同倡导 于1990年公布形成 LonWorks其通讯速率从300bps 15Mbps 通信距离可达到2700m 78kbps 双绞线 支持双绞线 同轴电缆 光纤 射频 红外线 电源线等多种通信介质 LonWorks技术所采用的LonTalk协议被封装在称之为Neuron 神经元 的芯片中并得以实现 Neuron芯片还被应用在智能通讯接口 智能传感器方面 典型芯片如Motorola公司的MC143120E2 通信模型 OSI的全部七层通讯协议 1 3几种有影响的现场总线简介 PROFIBUS由PROFIBUS DP PROFIBUS FMS PROFIBUS PA所组成 其中DP型主要适合应用在加工自动化领域 FMS型主要适合应用在纺织 楼宇自动化 PLC 低压电器等一般自动化领域 PA型主要应用在过程自动化领域 1 3 5FROFIBUS 发展背景 由德国Siemens 西门子 为主的几十家公司 研究所共同推出 现已作为德国标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线 Profibus的传输速率为96 12kbps最大传输距离在12kbps时为1000m 15Mbps时为400m 可用中继器延长至10km 其传输介质可以是双绞线 也可以是光缆 最多可挂接127个站点 通信模型 OSI的物理层 数据链路层 1 3几种有影响的现场总线简介 HART HighwayAddressableRemoteTransducer 主要用于在现有的模拟信号传输线上实现数字通信 1 3 6HART 发展背景 由美国Rosemount 罗斯蒙特 最早开发 并得到80多家著名仪表公司支持 1993年成立了HART通信基金会 HART总线上 可挂接设备最多可达15个 每个现场设备可由256个变量 最大传输距离3000m 可利用总线供电 可满足本安防爆要求 通信模型 OSI的物理层 数据链路层和应用层 物理层采用FSK技术在4 20mA模拟信号上叠加一个频率信号 频率信号采用Bell202国际标准 数据传输速率为1200bit s 逻辑 0 的信号频率为2200Hz 逻辑 1 的信号频率为1200Hz 1 3几种有影响的现场总线简介 工业 设备网DeviceNet 主要应用在制造业 工业控制及电力系统等领域 1 3 7INTERBUS 发展背景 由美国RockwellAutomation 罗克威尔 1994年提出 用于实现低成本 高性能工业设备的网络互连 DeviceNet通信模式 生产者 客户 Producer Consumer DeviceNet基于CAN总线技术 传输介质为双绞线 通信速率125 500kbps 可挂接设备最多可达64个 干线长度100 500m DeviceNet上的设备具有互换性 具有 即插即现 性 具有安装简捷性 使用RSNetworkforDeviceNet软件可方便地对网上的设备进行配置 测试和管理 开放式设备网络独立供货商协会ODVA OpenDeviceNetVendorAssociation 现共有310个供货商会员 2000年筹建ODVACHINA 2002年批准为国家标准 2003年4月1日开始实施 1 3几种有影响的现场总线简介 工业 设备网DeviceNet 主要应用在制造业 工业控制及电力系统等领域 1 3 8CC Link 发展背景 由美国RockwellAutomation 罗克威尔 1994年提出 用于实现低成本 高性能工业设备的网络互连 DeviceNet通信模式 生产者 客户 Producer Consumer DeviceNet基于CAN总线技术 传输介质为双绞线 通信速率125 500kbps 可挂接设备最多可达64个 干线长度100 500m DeviceNet上的设备具有互换性 具有 即插即现 性 具有安装简捷性 使用RSNetworkforDeviceNet软件可方便地对网上的设备进行配置 测试和管理 开放式设备网络独立供货商协会ODVA OpenDeviceNetVendorAssociation 现共有310个供货商会员 2000年筹建ODVACHINA 2002年批准为国家标准 2003年4月1日开始实施 1 3几种有影响的现场总线简介 工业 设备网DeviceNet 主要应用在制造业 工业控制及电力系统等领域 1 3 9ControlNet 发展背景 由美国RockwellAutomation 罗克威尔 1994年提出 用于实现低成本 高性能工业设备的网络互连 DeviceNet通信模式 生产者 客户 Producer Consumer DeviceNet基于CAN总线技术 传输介质为双绞线 通信速率125 500kbps 可挂接设备最多可达64个 干线长度100 500m DeviceNet上的设备具有互换性 具有 即插即现 性 具有安装简捷性 使用RSNetworkforDeviceNet软件可方便地对网上的设备进行配置 测试和管理 开放式设备网络独立供货商协会ODVA OpenDeviceNetVendorAssociation 现共有310个供货商会员 2000年筹建ODVACHINA 2002年批准为国家标准 2003年4月1日开始实施 1 3几种有影响的现场总线简介 工业 设备网DeviceNet 主要应用在制造业 工业控制及电力系统等领域 1 3 10WorldFIP 发展背景 由美国RockwellAutomation 罗克威尔 1994年提出 用于实现低成本 高性能工业设备的网络互连 DeviceNet通信模式 生产者 客户 Producer Consumer DeviceNet基于CAN总线技术 传输介质为双绞线 通信速率125 500kbps 可挂接设备最多可达64个 干线长度100 500m DeviceNet上的设备具有互换性 具有 即插即现 性 具有安装简捷性 使用RSNetworkforDeviceNet软件可方便地对网上的设备进行配置 测试和管理 开放式设备网络独立供货商协会ODVA OpenDeviceNetVendorAssociation 现共有310个供货商会员 2000年筹建ODVACHINA 2002年批准为国家标准 2003年4月1日开始实施 1 3几种有影响的现场总线简介 工业 设备网DeviceNet 主要应用在制造业 工业控制及电力系统等领域 1 3 11P Net 发展背景 由美国RockwellAutomation 罗克威尔 1994年提出 用于实现低成本 高性能工业设备的网络互连 DeviceNet通信模式 生产者 客户 Producer Consumer DeviceNet基于CAN总线技术 传输介质为双绞线 通信速率125 500kbps 可挂接设备最多可达64个 干线长度100 500m DeviceNet上的设备具有互换性 具有 即插即现 性 具有安装简捷性 使用RSNetworkforDeviceNet软件可方便地对网上的设备进行配置 测试和管理 开放式设备网络独立供货商协会ODVA OpenDeviceNetVendorAssociation 现共有310个供货商会员 2000年筹建ODVACHINA 2002年批准为国家标准 2003年4月1日开始实施 1 3几种有影响的现场总线简介 工业 设备网DeviceNet 主要应用在制造业 工业控制及电力系统等领域 1