机电集成技术（初级）课件 42.什么是工业网络

什么是工业网络——课证融通课程现场总线什么是工业网络121/22工业以太网3工业以太网交换机4工业网络是指安装在工业生产环境中的一种全数字化、双向、多站的通信系统，主要包括现场总线、工业以太网、工业无线等通信系统。2/21.什么是工业网络

（1）工业网络分类工业网络通信一般基于组织或个体开发的网络通信协议/标准/规范，根据网络的开放程度，具体有以下三种类型：3/21.什么是工业网络①专用、封闭型工业网络：该网络规范是由各公司自行研制，往往是针对某一特定应用领域而设，效率也是最高。但是在跨领域相互连接时，会出现各项指标参差不齐的情况，推广与维护都难以协调。②开放型工业网络：除了一些较简单的标准是无条件开放外，大部分是有条件开放，或仅对开发的组织成员开放。生产商必须成为该组织的成员，产品需经过该组织的测试、认证，方可在该工业网络系统中使用。③标准工业网络：符合国际标准IEC61158、IEC62026、ISO11519或欧洲标准EN50170的工业网络。4/22

（2）工业网络的传输介质及网络拓扑形式在工业网络的通信过程中通常会用到有线和无线两种传输介质。常用的有线传输介质有双绞线、同轴电缆、光纤。常用的无线传输介质有无线电、微波、卫星、移动通信等。工业网络中的拓扑形式就是节点的互连形式，常见的有总线型、环形、星形和树形等。1.什么是工业网络5/222.现场总线

（1）现场总线简介现场总线旨在解决现场设备之间、现场设备与控制装置之间的数据通信，是一种应用于生产现场的全数字化、双向传输、多节点通信的数据总线。现场总线的出现使自控系统朝着“智能化、数字化、信息化、网络化、分散化”的方向进一步发展，形成了新型的网络通信的全分布式控制系统——现场总线控制系统FCS。6/222.现场总线

（1）现场总线简介（续）目前，现场总线还没有形成真正统一的标准，常用的现场总线包括：基金会现场总线FF、HAPT、CAN、LonWorks、DeviceNet、Profibus、CC-link、WorldFIP等。这些现场总线具有各自的特点，采用的通讯协议也不完全相同，并各自形成了特定的应用范围，大都用于过程自动化、医药领域、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域。7/222.现场总线

（2）现场总线的技术特点①全数字化通信：工业控制系统的各现场设备之间，采用数字通信的方式替代了传统的模拟信号及普通开关量信号的传输。②全分布式控制系统结构：现场设备具有足够的自主性，可以完成基本的自动控制功能。③系统的开放性：通过公开的通信协议标准，不同厂家的设备之间可以进行互连并实现信息交换。8/222.现场总线

（2）现场总线的技术特点（续）④互可操作性和互用性：互可操作性，即不同设备、系统间可以通过现场总线实现数据通信；互用性，即性能类似的不同厂家的设备可以互相替换。⑤现场设备高度智能化：现场设备可以完成自动控制的基本功能，包括传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等，并且可以随时诊断设备的运行状态。9/222.现场总线

（2）现场总线的技术特点（续）⑥对现场环境具有高度适应性：现场总线可以支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等物理传输介质；具有较强的抗干扰能力，能够采用两线制实现供电与通信；可以满足本质安全防爆要求等。10/222.现场总线

（3）DeviceNet现场总线DeviceNet是90年代中期发展起来的一种基于CAN总线技术的一种开放型、符合全球工业标准的低成本、高性能的通信网络，最初由美国Rockwell公司开发应用。DeviceNet是一种总线结构的设备级网络，它将工业设备PLC、操作员终端、传感器、光电开关等工业设备接入总线网络，从而消除了昂贵的硬接线成本。11/222.现场总线

（3）DeviceNet现场总线（续）DeviceNet支持点对点、多主或主/从通信方式，为低端设备和控制器之间提供了一种确定的、可靠的网络连接和通信，可以在高噪声的环境下应用。如图2-1所示是DeviceNet在工业控制网络中的应用。12/222.现场总线图2-1DeviceNet在工业控制网络中的应用13/222.现场总线

（4）Profibus现场总线Profibus是一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产商的现场总线标准，它符合德国标准DIN19245、欧洲标准EN50170，同时也是国际标准IEC61158和IEC61784的组成部分。是国际上应用最广泛的现场总线标准之一。14/222.现场总线

（4）Profibus现场总线（续）Profibus现场总线由ProfibusDP（现场级）、ProfibusFMS（车间级）、ProfibusPA（过程自动化）三部分组成，适合于快速、时间要求严格的应用和复杂的通信任务，主要应用于工业通信、加工制造、过程控制、工厂自动化、交通电力等领域。允许厂商开发各自的符合Profibus协议的产品，并且这些产品可以连接在同一个Profibus网络上。如图2-2所示是Profibus在工业控制网络中的应用。15/222.现场总线图2-2Profibus在工业控制网络中的应用16/223.工业以太网

（1）工业以太网简介工业以太网的本质就是以太网技术由办公自动化走向工业自动化，按照工业控制的要求，发展适当的应用层和用户层协议，使以太网和TCP/IP技术真正应用到工业现场控制中。工业以太网在物理层和数据链路层符合IEEE802.3标准，与商业以太网兼容。17/223.工业以太网

（1）工业以太网简介（续）它在实时性、可靠性、环境适应性等方面都可以满足工业现场的需要，是适用于工业自动化控制和过程控制系统的通信网络。工业网络中，不同的现场设备与控制系统按照一定的通信协议进行数据交换。目前比较主流的工业以太网协议包括：Modbus/TCP、Ethernet/IP、ProfiNet、EtherCAT等。18/223.工业以太网

（2）技术特点①通信速率高，为10Mbps到1Gbps，可以满足工业控制网络不断增长的带宽要求，一般工业以太网使用的是100Mbps。②受到广泛的技术支持，以太网应用广泛，几乎所有的编程语言都支持以太网的应用开发，典型的以太网应用形式是Ethernet+TCP/IP+Web，如Java。19/223.工业以太网

（2）技术特点（续）③易于组网，一方面，工业以太网允许使用不同的物理介质和构成不同的拓扑结构。另一方面，在整个网络中，运用了交互式和开放的数据存取技术，可以实现在同一总线上运行不同的传输协议，从而能建立企业间公共网络平台或基础构架。④应用成本低，以太网沿用多年，已为众多的技术人员所熟悉，市场上能提供广泛的设置、维护和诊断工具，减少了培训以及开发的费用。20/223.工业以太网

（3）ProfiNetProfiNet由Profibus国际组织推出，是基于工业以太网技术、使用TCP/IP和IT标准的自动化总线标准。ProfiNet为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等方面。21/223.工业以太网

（3）ProfiNet（续）并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线技术（如Profibus）。为了完成各种控制对象的功能需求，ProfiNet有三种不同的通信方式：TCP/IP标准通讯、实时通讯(RT)和等时同