通信网络-现场总线

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1、工业通信网络工业通信网络陈积明陈积明 王酉王酉 浙江大学控制系浙江大学控制系课程介绍教师联系方法教师联系方法课程目标课程目标内容安排内容安排考核办法考核办法任课教师资料任课教师资料王王 酉酉副教授副教授 办公室：教办公室：教18-234 电话：电话：13588435118 (635118) email: king_任课教师资料任课教师资料近年教学质量评价近年教学质量评价本课程的目的学习计算机网络基本知识学习计算机网络基本知识了解现场总线技术及其现状与发展趋势了解现场总线技术及其现状与发展趋势熟悉了解常见的现场总线系统熟悉了解常见的现场总线系统综合利用所学过的计算机网络、自动控综合利用所学过的计

2、算机网络、自动控 制理论、过程控制系统与仪器仪表装置制理论、过程控制系统与仪器仪表装置 等专业知识，构造基于现场总线的控制等专业知识，构造基于现场总线的控制 系统系统积累知识、锻炼能力；考出好成绩；积累知识、锻炼能力；考出好成绩； 学有兴趣！学有兴趣！课程情况课程情况教材：教材：工业自动化网络，冯冬芹等，中国电力工业自动化网络，冯冬芹等，中国电力 出版社，第一版，出版社，第一版，2011参考书参考书工业数据通信与控制网络，阳宪惠，清华大学出版工业数据通信与控制网络，阳宪惠，清华大学出版 社，第社，第1版，版，2003.6冯冬芹，黄文君，冯冬芹，黄文君，工业通讯网络与系统集成工业通讯网络与系统集

3、成，科学，科学 出版社，出版社，2005雷霖雷霖,现场总线控制网络技术现场总线控制网络技术,电子工业出版社电子工业出版社,2004周明周明,现场总线控制现场总线控制,中国电力出版社中国电力出版社,2001本课程的主要内容本课程的主要内容现场总线概述现场总线概述几种常见的现场总线及工业应用几种常见的现场总线及工业应用Hart 总线总线CAN总线总线基金会现场总线基金会现场总线Profibus现场总线现场总线工业以太网技术与应用工业以太网技术与应用EPA无线现场总线技术无线现场总线技术课件共享课件共享http:/ 平时学习成绩，占总成绩的10；实验课（冬学期开始）占总成绩20%；期末考试成绩占总成

4、绩的70。第一章第一章 绪绪 论论回顾回顾1.0 1.0 通信、网络与自动化通信、网络与自动化1.1 1.1 现场总线的产生现场总线的产生1.2 1.2 现场总线的概念及分类现场总线的概念及分类现场总线现场总线应用应用锅炉监控锅炉监控智能交通智能交通智能楼宇系统智能楼宇系统企业网络系统的层次结构企业网络系统的层次结构自动化理论与控制系统自动化理论与控制系统自动化理论、系统的扩展，带来了人们许多观自动化理论、系统的扩展，带来了人们许多观 念的变化念的变化传统自动化目标是工厂全自动化、无人化的境界传统自动化目标是工厂全自动化、无人化的境界综合自动化或广义自动化，希望达到企业、系统和综合自动化或广义

5、自动化，希望达到企业、系统和 人的和谐统一，人包括企业的组织机构是自动化的人的和谐统一，人包括企业的组织机构是自动化的 重要组成部分重要组成部分企业内各种网络、通信技术、平台、数据库，要在企业内各种网络、通信技术、平台、数据库，要在 遵循各种公开、开放的标准下，统一起来。自动化遵循各种公开、开放的标准下，统一起来。自动化 范围也从传统的仅仅考虑个体、设备、生产过程到范围也从传统的仅仅考虑个体、设备、生产过程到 全厂的目标、效益，包括企业资产优化、商业运作、全厂的目标、效益，包括企业资产优化、商业运作、 供应、客户服务等供应、客户服务等控制理论的发展控制理论的发展20世纪世纪60年代前年代前基于

6、的理论：经典控制论基于的理论：经典控制论系统与仪表：开发并应用了常规自动调节仪系统与仪表：开发并应用了常规自动调节仪 表，完成设备级的自动化，表，完成设备级的自动化，控制的要求：安全平稳、控制系统简单独立控制的要求：安全平稳、控制系统简单独立控制理论的发展控制理论的发展6080年代年代基于的理论：现代控制理论基于的理论：现代控制理论系统与仪表：大规模分散式控制系统得以应系统与仪表：大规模分散式控制系统得以应 用，实现生产过程的自动化用，实现生产过程的自动化控制的要求：优质、高产、低消耗控制的要求：优质、高产、低消耗控制理论的发展控制理论的发展90年代以后年代以后基于的理论：在控制理论应用中出现

7、了许多学科交基于的理论：在控制理论应用中出现了许多学科交 叉、控制论、信息论、系统论、智能论、协同论等叉、控制论、信息论、系统论、智能论、协同论等系统与仪表：新技术不断出现，控制系统都是以计系统与仪表：新技术不断出现，控制系统都是以计 算机网络为核心的综合自动化系统，可以认为是工算机网络为核心的综合自动化系统，可以认为是工 厂自动化、企业自动化、管理自动化，这些都是广厂自动化、企业自动化、管理自动化，这些都是广 义自动化系统或综合自动化系统义自动化系统或综合自动化系统控制的要求：满足综合性指标，如市场预测、快速控制的要求：满足综合性指标，如市场预测、快速 响应、柔性生产、创新管理、提高企业效率

8、、增强响应、柔性生产、创新管理、提高企业效率、增强 企业市场竞争力企业市场竞争力工业企业综合自动化工业企业综合自动化工业企业综合自动化的需要工业企业综合自动化的需要信息技术的发展信息技术的发展要求实现从管理层、过程监控要求实现从管理层、过程监控 层到现场设备层的信息集成层到现场设备层的信息集成现场总线为工业现场设备的管现场总线为工业现场设备的管 控一体化提供了可能控一体化提供了可能过程监控网过程监控网企业管理网企业管理网现场设备网现场设备网对于生产管理者的挑战对于生产管理者的挑战是如何随时随地实时获取管理者关心的合同是如何随时随地实时获取管理者关心的合同 情况、效益、成本、原材料消耗、生产报告

9、、情况、效益、成本、原材料消耗、生产报告、 维修记录、现场概貌等信息维修记录、现场概貌等信息对于过程管理者的挑战对于过程管理者的挑战是如何将现场流程图、报警信息、产品资料、是如何将现场流程图、报警信息、产品资料、 维修记录、生产报告、标准操作规程等信息维修记录、生产报告、标准操作规程等信息 实时组合，以分析过程状态，保证生产计划实时组合，以分析过程状态，保证生产计划 的实施与生产任务的完成的实施与生产任务的完成对于设备管理者来讲对于设备管理者来讲其挑战是确保设备利用率，他关心的是如何获取报其挑战是确保设备利用率，他关心的是如何获取报 警信息、控制逻辑、现场状态、产品资料功能描述、警信息、控制逻

10、辑、现场状态、产品资料功能描述、 仓库状态、动态支出等信息，利用这些信息进行预仓库状态、动态支出等信息，利用这些信息进行预 测性维护，资产优化测性维护，资产优化企业的营销市场部门企业的营销市场部门在企业生产出来的最终产品，则对生产订单、生产在企业生产出来的最终产品，则对生产订单、生产 日程表、产品描述、质量报告以及市场的股价来评日程表、产品描述、质量报告以及市场的股价来评 定最终产品价值、竞争性及市场策略定最终产品价值、竞争性及市场策略所有以上这些信息在企业中都是存在所有以上这些信息在企业中都是存在 的，而人们所追求的是，在正确的时间，的，而人们所追求的是，在正确的时间， 正确的地点，为适合的

11、人提供正确的实时正确的地点，为适合的人提供正确的实时 的信息。的信息。1.1 现场总线的产生现场总线的产生在过程控制领域中：在过程控制领域中：从从2020世纪世纪5050年代至今一直都在使用着一种信号标年代至今一直都在使用着一种信号标 准，那就是准，那就是4 4一一2OmA2OmA的模拟信号标准的模拟信号标准。2020世纪世纪7070年代，年代，数字式计算机数字式计算机引人到测控系统中，引人到测控系统中， 而此时的计算机提供的是集中式控制处理。而此时的计算机提供的是集中式控制处理。2020世纪世纪8080年代，微处理器在控制领域得到应用，年代，微处理器在控制领域得到应用， 微处理器被嵌人到各种

12、仪器设备微处理器被嵌人到各种仪器设备中，形成了分布中，形成了分布 式控制系统。式控制系统。数字式智能化仪表数字式智能化仪表：随着微处理器的发展和广泛应用；随着微处理器的发展和广泛应用；具备自动量程转换、自动调零、自校正、自诊断等具备自动量程转换、自动调零、自校正、自诊断等 功能，还能提供故障诊断、历史信息报告、状态报功能，还能提供故障诊断、历史信息报告、状态报 告、趋势图等功能。告、趋势图等功能。数字化信息的网络技术发展数字化信息的网络技术发展，要求仪表能在当地，要求仪表能在当地 处理信息，并在必要时允许被管理和访问，这些处理信息，并在必要时允许被管理和访问，这些 也使也使现场仪表与上级控制系

13、统的通信量大增现场仪表与上级控制系统的通信量大增。另外，从实际应用的角度出发，控制界也不断在另外，从实际应用的角度出发，控制界也不断在 控制精度、控制精度、可操作性、可维护性、可移植性可操作性、可维护性、可移植性等方等方 面提出新需求。由此，面提出新需求。由此，导致了现场总线的产生导致了现场总线的产生。现场总线系统的产生与发展现场总线系统的产生与发展从现场设备仪表的发展来看，控制系统经从现场设备仪表的发展来看，控制系统经 历了历了基地式仪表控制系统基地式仪表控制系统单元组合式模拟仪表控制系统单元组合式模拟仪表控制系统集中式数字控制系统集中式数字控制系统集散控制系统集散控制系统DCS、PLC现场

14、总线系统现场总线系统各阶段测控仪表能力指数各阶段测控仪表能力指数现场总线开放标准数字DCS电动单元气动、模拟模拟按回路运行按过程运行过程优化管控一体化五十年代1960 1980 1998数字/模拟混合测控能力指数现场总线控制系统结构现场总线控制系统结构Multi-ControllersAOPIDAIPIDAOAIDCSFCS1.2.1 1.2.1 现场总线的现场总线的定义定义( (四种四种) )用于现场仪表与控制主机系统之间的一种开放用于现场仪表与控制主机系统之间的一种开放 的、全数字化的、双向、多站的通信系统；的、全数字化的、双向、多站的通信系统；广义上是控制系统与现场检测仪表、执行装置广义

15、上是控制系统与现场检测仪表、执行装置 进行双向数字通信的串行总线系统；进行双向数字通信的串行总线系统；基于智能化仪表及现场总线的控制系统基于智能化仪表及现场总线的控制系统FCSFCS；一种数字化的串行双向通信系统。一种数字化的串行双向通信系统。1.2 现场总线的概念及分类现场总线的概念及分类现场总线的技术要求现场总线的技术要求通信技术通信技术网络技术网络技术计算机技术计算机技术仪表智能化技术仪表智能化技术自动控制技术自动控制技术 以上技术的综合产物以上技术的综合产物1.3.2 现场总线的技术特点现场总线的技术特点全数字通信全数字通信多分支结构多分支结构系统的开放性系统的开放性互可操作性与互用性互可操作性与互用性现场设备的智能化与功能自治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系统结构的高度分散性对现场环境的适应性对现场环境的适应性基于现场总线的分布式网络控制系统基于现场总线的分布式网络控制系统1.4 现场总线标准的制定现场总线标准的制定标准化的重要性：标准化的重要性：标准化是经济建设、科技进步、国际贸易和标准化是经济建设、科技进步、国际贸易和 社会发展的重要技术基础。它不仅与人民生社会发展的重要技术基础。它不仅与人民生 活和工农业生产密切相关，也与国际贸易和活和工农业生产密切相关，也与国际贸易和 科技合作的开展密切相关，标准化是实现现科技合作