第6章现场总线介绍

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1、2019/6/30,第8章 现场总线介绍,1,机电控制技术,第6章 现场总线介绍,第8章 现场总线介绍,2,2019/6/30,主要内容,6.1 什么是现场总线 6.2 现场总线的标准及常见的现场总线 6.3 PROFIBUS介绍 6.4 HART总线介绍 6.5 PROFINET介绍,第8章 现场总线介绍,3,2019/6/30,6.1什么是现场总线,1什么是现场总线 现场总线控制系统（FCS-Fieldbus Control System）： 安装在制造过程区域的现场装置，与控制室内的自动化装置之间的数字式、串行、多点的数据总线。 现场总线实际上是用一条总线将若干台现场仪表或执行机构连接在

2、一起，用于过程自动化和制造自动化，使现场通信网络与控制系统的集成。,第8章 现场总线介绍,4,2019/6/30,6.1什么是现场总线,2现场总线与计算机互联网的区别 （1）现场总线强调实时性，一般控制系统响应时间为0.010.5s，制造自动化系统响应时间为0.52s，而互联网中响应时间一般在26s。 （2）工厂自动化系统中，通信方式使用了广播和成组方式。互联网中两个自主系统只建立暂时一对一方式。 （3）现场总线强调在恶劣条件下数据传送的完整性，在可燃或易爆环境中的本质安全性。 （4）互联网信息流通量大，现场总线信息流通量不大，但要变为物质流、能量流、动作流，要求必须十分可靠。,第8章 现场总

3、线介绍,5,2019/6/30,6.2现场总线的标准及常见的现场总线,1现场总线的标准 网络通讯的标准由ISO（ISOInternational Organization for Standardization即国际标准化组织）做出了定义。ISO7498将一个通讯任务分成了七层，这七层的结构被称为：OSIRM，即开放系统互联参考模型（Open System Interconnection Reference Model）。 ISO7498规定了通信的规范，而通信工业环境中通信的实施标准是由IEC制定的，这就是IEC61158，它遵循ISO7498的七层结构。在此基础上IEC又发表了IEC617

4、84作为对IEC61158的补充。 实际应用中，现场总线除了用到OSIRM中一些曾以外，通常还在七层之外加上另外一层，即用户层。用户层主要是定义的“行规”（Profile）。行规是现场设备可以互联、互换的关键因素。,6.2现场总线的标准及常见的现场总线,第8章 现场总线介绍,6,2019/6/30,1现场总线的标准,第8章 现场总线介绍,7,2019/6/30,2标准的现场总线,6.2现场总线的标准及常见的现场总线,6.3 PROFIBUS介绍,PROFIBUS为西门子公司开发出来的一种现场总线。这种总线目前在全世界都有着广泛的用户，而且其设备供应商也为数众多。在我国更是如此。 PROFIBU

5、S共有三种兼容的形式，PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和 PROFIBUS-FMS。,第8章 现场总线介绍,8,2019/6/30,6.3 PROFIBUS介绍,1. PROFIBUS-DP PROFIBUS-DP属于现场级总线，用来连接分散的现场设备。这种现场总线在通信标准上只用到了ISO-OSI的第1、2两层。在信息传输的物理介质方面，使用带有屏蔽的双绞电缆。其传输的速率为9.6kbps（千位/每秒）12Mbps，通信速率的高低取决于通信距离。,第8章 现场总线介绍,9,2019/6/30,PROFIBUS-DP总线的安装,网络连接器,6.3 PROFIBUS介绍,2. PR

6、OFIBUS-PA PROFIBUS-PA同样属于现场级，用于连接现场设备。这种总线符合IEC61158-2规范，可以用于有易燃、易爆气体的危险场所。但是由于这种现场总线要担负供电的功能，使得传输速率受到影响。,第8章 现场总线介绍,10,2019/6/30,PROFIBUS-PA总线终端器,PROFIBUS-PA网络,6.4 HART总线介绍,1. HART技术特点 HART的主要特点是4-20mA的模拟信号与数字信号并存。 采用两线制传输信号，模拟信号与数字信号同时在两根电缆中传输，互不影响。 HART具有本质安全防爆的性能，可以应用于具有爆炸危险的场合。,第8章 现场总线介绍,11,20

7、19/6/30,6.4 HART总线介绍,2. HART通信信号的定义 以音频信号传输数字信号，以2200Hz表示数字量“0”，而以1200Hz表示数字量“1”。 HART中数字信号以音频信号的形式搭载在模拟信号之上，音频信号的幅值为0.5mA。,第8章 现场总线介绍,12,2019/6/30,6.4 HART总线介绍,3. HART设备的通信 HART总线中的主站有两种形式：主主站和副主站。主主站通常是控制系统，而副主站通常是手持终端。从站主要指现场设备。 主站与从站之间的通信可以分为主从模式和阵发模式。 主从模式中，只有当主站发出请求时，从站才会返回应答信息。在这种模式下，数据的更新速度比

8、较慢，为2次/秒。 阵发模式下数据的更新速度较快，可以达到4次/秒。在这种模式下，当从站收到主站的请求后会不断地返回应答信息。,第8章 现场总线介绍,13,2019/6/30,6.4 HART总线介绍,4. HART设备连接方式 HART系统中，控制单元与现场设备之间通过屏蔽双绞电缆进行连接。 HART在进行数字量的传输时可以采用单点连接或多点连接方式。 单点连接时，总线既可以传送模拟量，也可以传送数字量。 多点连接时，只能传递数字信号，此时总线上的电流为固定值。 在多点连接的情况下，总线上最多可以连接15个从站，数据更新速度为2次/秒。,第8章 现场总线介绍,14,2019/6/30,6.5 PROFINET介绍,PROFINET是用于自动化的开放的工业以太网标准，使用TCP/IP和IT标准，是实时以太网，能无缝集成已有的现场总线系统，保护已有投资。它是真正的实时工业以太网，可以实现在各种不同场合的应用，完成各种不同需求的控制任务。 从传输协议角度，PROFINET通信有3个等级：NRT（非实时）、RT（实时）、和IRT（同步实时）三种不同的类型。 从应用角度，PROFINET可以分为：用于创建模块化装备的PROFINET CBA和用于集成分布式I/O的PROFINET I/O。,第8章 现场总线介绍,15,2019/6/30,M12接头,RJ-45接头(IP67),