现场总线控制系统学习教案

1、会计学1第一页，共61页。共61页第2页图：传统的现场图：传统的现场(xinchng)(xinchng)级与车间级自动化监控及级与车间级自动化监控及信息集成系统信息集成系统 第一节 现场总线(zn xin)控制系统概述第1页/共60页第二页，共61页。共61页第3页第一节 现场总线控制系统(kn zh x tn)概述第2页/共60页第三页，共61页。共61页第4页第一节 现场总线(zn xin)控制系统概述第3页/共60页第四页，共61页。共61页第5页第一节 现场(xinchng)总线控制系统概述第4页/共60页第五页，共61页。共61页第6页操作站LAN服务器FTFGAI110差压变送器模

2、拟量输入功能块现场总线PID功能控制块调节阀模拟量输出功能块PID110AO110第一节 现场总线(zn xin)控制系统概述第5页/共60页第六页，共61页。共61页第7页操作站LAN服务器124H2现场总线现场设备32H1现场总线现场设备32H1现场总线现场设备H1H1H1H1H2网桥第一节 现场(xinchng)总线控制系统概述第6页/共60页第七页，共61页。共61页第8页及网络计算机结构(Network Computing Archnitecture NCA)第一节 现场总线(zn xin)控制系统概述第7页/共60页第八页，共61页。共61页第9页第一节 现场(xinchng)总线

3、控制系统概述第8页/共60页第九页，共61页。共61页第10页应用层表达层会话层传输层物理层ISO/OSI模型76网络层数据链路层54321应用层物理层现场总线协议总线接口子层数据链路层用户层物理层FF模型功能块设备描述传送块通信栈物理层Proifbus-DP数据链路层应用层接口物理层Proifbus-FMS数据链路层用户接口隐去第3至第7层隐去第3至第6层应用层信息规范底层接口HART指令Bell202HART模型HART通信规则第一节 现场(xinchng)总线控制系统概述第9页/共60页第十页，共61页。共61页第11页操作站LAN服务器124H2现场总线现场设备32H1现场总线现场设备

4、32H1现场总线现场设备H1H1H1H1H2网桥第一节 现场总线(zn xin)控制系统概述第10页/共60页第十一页，共61页。共61页第12页CPU通信接口MNET低速现场总线A/D电容测量电路显示单元3.3V电源线智能智能(zh nn(zh nn) )压力变压力变送器原理图送器原理图 第一节 现场总线控制系统概述第11页/共60页第十二页，共61页。共61页第13页1 1采集差压信号采集差压信号(xnho)(xnho)2 2采集温度信号采集温度信号(xnho)(xnho)3 3压力信号压力信号(xnho)(xnho)单位转换单位转换4 4测压膜片非线性补偿测压膜片非线性补偿5 5压力信号

5、压力信号(xnho)(xnho)温度补偿温度补偿6 6流速和流量计算流速和流量计算7 7测量数据越限报警测量数据越限报警8 8自标定自标定9 9零点和满度设定零点和满度设定1010掉电保护掉电保护1111数据通信数据通信1212回路控制回路控制第一节 现场总线控制系统概述第12页/共60页第十三页，共61页。共61页第14页1系统组态系统组态2数据库组态数据库组态3历史历史(lsh)库组态库组态 4图形组态图形组态5控制算法组态控制算法组态6数据报表组态数据报表组态7实时数据显示实时数据显示8历史历史(lsh)数据显示数据显示9图形显示图形显示 10参数列表参数列表11数据打印输出数据打印输出

6、12数据输入及参数修改数据输入及参数修改13控制运算调节控制运算调节14报警处理报警处理15故障处理故障处理 16通信接口通信接口17人机接口人机接口第一节 现场总线控制系统概述第13页/共60页第十四页，共61页。共61页第15页第二节 几种常见的现场(xinchng)总线第14页/共60页第十五页，共61页。共61页第16页第二节 几种常见(chn jin)的现场总线第15页/共60页第十六页，共61页。共61页第17页H2H1H1H2接线盒网桥总线型点对点树型菊花链型H1H1H1第二节 几种(j zhn)常见的现场总线第16页/共60页第十七页，共61页。共61页第18页低速现场总线低速

7、现场总线H1H1高速现场总线高速现场总线H2H2传输速率传输速率31.25kbi31.25kbit/st/s31.25kbit31.25kbit/s/s31.25kbit31.25kbit/s/s1Mbit/s1Mbit/s1Mbit/s1Mbit/s1Mbit/s1Mbit/s信号类型信号类型电压电压电压电压电压电压电流电流电压电压电压电压拓扑结构拓扑结构总线总线/ /菊菊花花链链/ /树型树型总线总线/ /菊花菊花链链/ /树型树型总线总线/ /菊花菊花链链/ /树型树型总线总线总线总线总线总线通信距离通信距离19001900米米19001900米米19001900米米750750米米75

8、0750米米750750米米分枝长度分枝长度120120米米120120米米120120米米0 00 00 0供电方式供电方式非总线非总线供电供电总线总线供电供电总线总线供电供电总线交流总线交流供电供电非总线供非总线供电电非总线供非总线供电电本质安全本质安全不支持不支持不支持不支持支持支持支持支持不支持不支持支持支持设备数设备数/ /段段2-322-321-121-122-62-62-322-322-322-322-322-32第二节 几种常见(chn jin)的现场总线第17页/共60页第十八页，共61页。共61页第19页第二节 几种常见的现场(xinchng)总线第18页/共60页第十九页

9、，共61页。共61页第20页控制器网桥PLC手持终端总线分析器H1低速现场总线H2高速现场总线（或Ethernet）H1H1H1监控计算机第二节 几种常见(chn jin)的现场总线第19页/共60页第二十页，共61页。共61页第21页第二节 几种(j zhn)常见的现场总线第20页/共60页第二十一页，共61页。共61页第22页第二节 几种常见(chn jin)的现场总线第21页/共60页第二十二页，共61页。共61页第23页Profibus-FMSProfibus-DP PLC PLC网桥工业PC机工业PC机A C TA C T1 0 M 1 0 0 M1 2 3 41 3 1 4 1 5

10、 1 65 6 7 81 7 1 8 1 9 2 09 1 0 1 1 1 22 1 2 2 2 3 2 4U P L IN K123456789 1 0 1 1 1 21 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4C O LC O LP W RS W IT C H耦合器 传感器执行器 传感器执行器第二节 几种常见的现场(xinchng)总线第22页/共60页第二十三页，共61页。共61页第24页 一般自动化 PROFIBUS-FMS(DIN 19 245 T1+T2) Pr EN 50170 行业应用规范： 纺织工业、 楼宇自动化、 传动技术、

11、 传感器和执行器、 PLCs可编程控制器、 低压开关设备过程自动化PROFIBUS-PA(DIN 19 245 T4)在起草中符合IEC 1158-2标准的本质安全传输技术加工自动化PROFIBUS-DP(DIN 19 245 T1+T3)Pr EN 50170分散外设间的高速数据传输第二节 几种常见的现场(xinchng)总线第23页/共60页第二十四页，共61页。共61页第25页从站1从站2从站3从站4从站5从站6主站1（1类）主站2（2类）主站3（1类）主站间的逻辑令牌环总线电缆短截线多主站系统多主站系统(xtng)PROFIBUS(xtng)PROFIBUS系统系统(xtng) (xt

12、ng) 第二节 几种(j zhn)常见的现场总线第24页/共60页第二十五页，共61页。共61页第26页第二节 几种常见(chn jin)的现场总线第25页/共60页第二十六页，共61页。共61页第27页第二节 几种常见(chn jin)的现场总线第26页/共60页第二十七页，共61页。共61页第28页计算机系统HART接口手操器智能仪表智能仪表HART420mA模拟仪表第二节 几种常见的现场(xinchng)总线第27页/共60页第二十八页，共61页。共61页第29页 应用层数据链路层 物理层用 户物理介质 应用层 数据链路层 物理层用 户第二节 几种(j zhn)常见的现场总线第28页/共

13、60页第二十九页，共61页。共61页第30页版版 本本发布时间发布时间内内 容容 变变 化化1.01.019851985年年1.11.119871987年年位定时要求重新定义位定时要求重新定义1.21.219901990年年振荡器容错能力提高振荡器容错能力提高2.02.019911991年年Part A,Part A,与与1.21.2版相同版相同Part B,Part B,引入数据帧和远程帧的扩引入数据帧和远程帧的扩展帧结构展帧结构CANCAN协议版本协议版本(bnbn)(bnbn)发展发展 第二节 几种常见的现场总线第29页/共60页第三十页，共61页。共61页第31页第二节 几种(j zh

14、n)常见的现场总线第30页/共60页第三十一页，共61页。共61页第32页上位机系统转发器1节点节点转发器2节点节点转发器n节点节点一级总线二级总线系统的总体系统的总体(zngt)(zngt)结构结构 第二节 几种常见的现场总线第31页/共60页第三十二页，共61页。共61页第33页微处理器80C592EPROM锁存器CAN驱动器82C250传感器接口传感器AD590电源模块复位芯片+220V-220V二级总线第二节 几种常见(chn jin)的现场总线第32页/共60页第三十三页，共61页。共61页第34页微控制器MCS51总线接口82C200+82C250电源模块+220V-220V一级总

15、线总线接口82C200+82C250二级总线第二节 几种常见的现场(xinchng)总线第33页/共60页第三十四页，共61页。共61页第35页上控主设备CAN接口卡监控报警器CAN接口电路智能仪表1#CAN接口电路智能仪表N#CAN接口电路智能开关量板CAN接口电路CAN总线120120CANCAN网络网络(wnglu)(wnglu)总体设计方案总体设计方案 第二节 几种常见的现场总线第34页/共60页第三十五页，共61页。共61页第36页执行机构灵敏元件人-机接口模块控制器CAN控制器CAN接收发送器RxTx执行机构灵敏元件人-机接口AT89C51SJA1000PCA82C250RxTxC

16、AN总线第二节 几种(j zhn)常见的现场总线第35页/共60页第三十六页，共61页。共61页第37页CAN接口卡监控主机现场传感器现场设备现场传感器现场设备分线盒现场传感器现场设备现场传感器现场设备点对点连接树型连接支脉型连接菊花链型CANCAN网络网络(wnglu)(wnglu)组网连接方式原理示意图组网连接方式原理示意图 第二节 几种常见的现场总线第36页/共60页第三十七页，共61页。共61页第38页CAN接口卡CANHCANL中继器CAN模块1CAN模块2CAN模块NCANLCANHSdLRTRTRTRT监控主机第二节 几种常见(chn jin)的现场总线第37页/共60页第三十八

17、页，共61页。共61页第39页第三节 局部(jb)操作网络(LonWorks)第38页/共60页第三十九页，共61页。共61页第40页通信接口I/O口MAC处理器网络处理器应用处理器网络缓冲器应用缓冲器第三节 局部操作(cozu)网络(LonWorks)第39页/共60页第四十页，共61页。共61页第41页传感器和执行器晶振电源I/O调理收发器16k58k ROM神经元芯片3150/3120神经元节点神经元节点(ji din)(ji din)的结构框图的结构框图 第三节 局部操作网络(LonWorks)第40页/共60页第四十一页，共61页。共61页第42页主处理器接口单元神经元芯片收发器复位

18、电路EPROM典型宿主典型宿主(szh)(szh)结构框图结构框图 第三节 局部操作网络(LonWorks)第41页/共60页第四十二页，共61页。共61页第43页路由器NodeNodeNode路由器NodeNodeNode路由器NodeNodeNode路由器NodeNodeNodeNodeNodePC机DDEServerNetMakerInstallationToolLonBuilder开发工具箱Power Line Channel78Kbps Tp ChannelRadio Frequency ChannelLine Power Channel串口LonTalk适配器串口LonTalk适配

19、器第三节 局部操作(cozu)网络(LonWorks)第42页/共60页第四十三页，共61页。共61页第44页层号层号OSIOSI层层目目 的的提供的服务提供的服务7 7应用层应用层标准网络变量类型标准网络变量类型6 6表示层表示层数据解释数据解释网络变量发送网络变量发送5 5会话层会话层远程操作远程操作请求请求应答每件事认证、网络管理应答每件事认证、网络管理4 4传输层传输层端到端的可靠性端到端的可靠性确认和非确认单一广播和多路发送认证排序，确认和非确认单一广播和多路发送认证排序，重复检测重复检测3 3网络层网络层目的寻址目的寻址寻址路由选择寻址路由选择2 2链路层链路层媒体访问和数据包媒体

20、访问和数据包数据包、数据编码、数据包、数据编码、CRCCRC差错检测、差错检测、CSMACSMA冲冲突避免，选择优先级和冲突检测突避免，选择优先级和冲突检测1 1物理层物理层电子设备内部联接电子设备内部联接特定媒体接口和调试方式特定媒体接口和调试方式七层协议七层协议(xiy)(xiy)中各层的情况中各层的情况 第三节 局部操作(cozu)网络(LonWorks)第43页/共60页第四十四页，共61页。共61页第45页第三节 局部操作(cozu)网络(LonWorks)第44页/共60页第四十五页，共61页。共61页第46页安装按钮电源路由器核心模块A边收发器B边收发器第三节 局部(jb)操作网

21、络(LonWorks)第45页/共60页第四十六页，共61页。共61页第47页第三节 局部(jb)操作网络(LonWorks)第46页/共60页第四十七页，共61页。共61页第48页第四节 现场(xinchng)总线发展趋势第47页/共60页第四十八页，共61页。共61页第49页第四节 现场(xinchng)总线发展趋势第48页/共60页第四十九页，共61页。共61页第50页第四节 现场(xinchng)总线发展趋势第49页/共60页第五十页，共61页。共61页第51页信 息 层自 动 化 和 控 制 层 设 备 层以太网（Ethernet）网络控制网（ControlNETTM）设备网（Dev

22、iceNETTM）网络第四节 现场(xinchng)总线发展趋势第50页/共60页第五十一页，共61页。共61页第52页管理级总线循环时间1000ms单元级总线循环时间100ms现场级总线循环时间10ms管理级计算机CNCPV/VEM变送器执行器I/O现场设备VEM/PCPLCPCSPROFIBUS-FMSPROFIBUS-DPPROFIBUS-PA第四节 现场(xinchng)总线发展趋势第51页/共60页第五十二页，共61页。共61页第53页总线类型总线类型位式总线位式总线(Sensor Bus or Bit-Bus)字节总线字节总线(Device Bus or Byte-Bus)数据流总

23、线数据流总线(Full Function Bus or Block-Bus)典型总线典型总线AS-IDeviceNetFoundation Fieldbus设备识别设备识别否否是是是是诊断、维护信息诊断、维护信息很少很少是是是是设备的遥控组态设备的遥控组态否否是是是是遥控校验遥控校验否否是是是是附加功能附加功能否否是是是是时间同步时间同步否否否否是是现场控制现场控制否否否否是是模拟量测量模拟量测量否否有限制有限制是是自由选择供应商自由选择供应商无设备行规无设备行规是是是是多主机多主机否否限制，增加主机影响巡回时间限制，增加主机影响巡回时间是是网络供电网络供电是是是是是是已存在电缆的使用已存在电

24、缆的使用否否否否是是在危险区域使用在危险区域使用否否否否是是产品类型产品类型简单开关量简单开关量I/O模块模块开关量和模拟量开关量和模拟量I/O模块，适合模块，适合PLC应用或过程控制应用应用或过程控制应用具有功能块的开关量和模拟量具有功能块的开关量和模拟量I/O设备，设备，适合过程控制适合过程控制控制功能块控制功能块否否否否是是设备描述语言设备描述语言否否否否是是价格价格非常低非常低低低高高第四节 现场(xinchng)总线发展趋势第52页/共60页第五十三页，共61页。共61页第54页TP78K 双 绞 线 网 络 总 线ROUTERPLC-20 电 源 线 网 络 总 线TP78KNodeTP78KNode接口变换器对象TP78KNode接口变换器对象PL-20Node接口变换器对象PL-20Node接口变换器对象SLTA/2PL-20Node设备运行状态显 示 屏监控中心PL-20Node监控主机第五节 应用(yngyng)系统举例第53页/共60页第五十四页，共61页。共61页第55页通用PC机CAN适配器CAN控制器传感器CAN总线执行器打印机CAN控制器传感器执行器局域网Interne