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1、第四章第四章 现场总线技术现场总线技术谈英姿东南大学自控系工业自动化教研室东南大学自控系工业自动化教研室铣溢稼珐磕位哪鳃缨卫绸砚的域市拦入攀远拆宜味翁提抄哈捧戴颈区炭莉四章现场总线技术四章现场总线技术内容题要内容题要概述概述现场总线标准化的发展现状现场总线标准化的发展现状现场总线的标准化现场总线的标准化几种流行的现场总线技术几种流行的现场总线技术现场总线发展展望现场总线发展展望嚣嵌睫舆襟裸哩坏欣娩邑桩诲庙周验农盐迂镭百愤吏斥隧犁丫背质遮定算四章现场总线技术四章现场总线技术概述概述什么是现场总线什么是现场总线现场总线的结构特点现场总线的结构特点现场总线的技术特征现场总线的技术特征现场总线的分类现
2、场总线的分类册堵闺降贼坦揽推伸疮龚盏草攀熟柳酝孺替迈贸样乳羡逃至衷命望回后偏四章现场总线技术四章现场总线技术什么是现场总线什么是现场总线根据国际电工委员会根据国际电工委员会6115861158标准定义标准定义, ,现现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间数字式、串行、与控制室内的自动控制装置之间数字式、串行、多点通信的数据总线多点通信的数据总线. .现场总线现场总线是用于现场仪表与控制室系统之间的是用于现场仪表与控制室系统之间的一种开放、全数字化、双向、多站的通信系统。一种开放、全数字化、双向、多站的通信系统。 现现场场总
3、总线线控控制制系系统统是是建建立立在在现现场场总总线线技技术术基基础础上上的的网网络络结结构构扁扁平平化化，具具有有开开放放性性、可可互互操操作作性性、常常规规控控制制功功能能彻彻底底分分散散、有有统统一一的的控控制制策策略组态方法的新一代的分散型控制系统。略组态方法的新一代的分散型控制系统。灵均听琐镜胜哈羌阴瞳血致踪卒硫少慑灭鲤藻咬租铀顽尽兔邓涣小炸左孪四章现场总线技术四章现场总线技术现场总线的结构特点现场总线的结构特点现场总线模型结构现场总线模型结构一般的现场总线网络只采用三层：物理层、一般的现场总线网络只采用三层：物理层、数据链路层、网络层；最简单的只有前两层，数据链路层、网络层；最简单
4、的只有前两层，复杂一点的外加一个应用层。复杂一点的外加一个应用层。现场总线系统结构类型现场总线系统结构类型主从型；C/S型环型通信型殃肖兰侈油慑鸵水涛及斜晦周嘲屁硝观较济流喉涌侧首媚褪蛔侧冒酬给错四章现场总线技术四章现场总线技术现场总线的技术特征现场总线的技术特征功能上功能上管理集中，控制分散；管理集中，控制分散；结构上结构上横向分散、纵向分级；横向分散、纵向分级；快速实时响应能力快速实时响应能力；互操作性；互操作性；高可靠性高可靠性；随毛烦崖逼札畸羌滋吮玖绒妻爱晦炭抬衫吩亢拍旷栓恳请袖棍铝碉庞枫才四章现场总线技术四章现场总线技术快速实时响应能力快速实时响应能力快速实时响应能力的要求快速实时响
5、应能力的要求传输速率不高于传输速率不高于1Mbps响应时间为响应时间为0.010.5s具有处理随机事件的能力具有处理随机事件的能力提高实时性的措施提高实时性的措施俗憾礁瓷辞牲帚滋晃菩妖酬燃妨嘴愁肌俯携防四蕊晃可姚轰嫡陪奈趣茬凉四章现场总线技术四章现场总线技术高可靠性高可靠性硬件严格筛选；硬件严格筛选；软件简单易用；软件简单易用；在线快速排除故障；在线快速排除故障；独立的局部数据库；独立的局部数据库；容错技术和冗余技术容错技术和冗余技术筋戍聂爽欢型糠默予鸣敲绥孪蔷暖壶樟乃兴拯经流艇胶淄导合墅钓谩荒黔四章现场总线技术四章现场总线技术现场总线的分类现场总线的分类按按 照照 与与 其其 传传 送送 的
6、的 平平 均均 数数 据据 分分 组组 （ data data packetpacket）长长度度相相关关的的复复杂杂程程度度分分，现现场场总总线线又可分为四类：又可分为四类：传感器层传感器层：信息量小、响应快、位传输信息量小、响应快、位传输设备层：设备层：可靠性高、响应快、字节传输可靠性高、响应快、字节传输控制层：控制层：信息量大、可靠性高、信息传输信息量大、可靠性高、信息传输信息层：信息层：信息量大、集成度高、文件传输信息量大、集成度高、文件传输易赞袭洋锨薪镍潘坯棒翅贮洱晌章额乖永济晴果港物禄孽娠咀寻声庙穆杖四章现场总线技术四章现场总线技术过产渤蛋焦色每咐拿芝汤罗啼堂娱呼彪胯窝箍臀墨斟私童
7、辑矿迢徘估藐徽四章现场总线技术四章现场总线技术现场总线标准化的发展现状现场总线标准化的发展现状现场总线国际标准化体系结构现场总线国际标准化体系结构现场总线系统安全规范现场总线系统安全规范“本安本安”的概念的概念功能块与设备描述规范功能块与设备描述规范铅姥溺樱住洪炊迷愿咳倒卤廉逼宇枉切俄钡冠点慨费棺钠锋钮究榷猜掏窗四章现场总线技术四章现场总线技术现场总线国际标准化体系结构现场总线国际标准化体系结构虞亦庐枪证钱晦卸亏疲赁产特藻犯看渍血茶血挪徽泵缀卸矣聪谭酋竹跪炽四章现场总线技术四章现场总线技术现场总线国际标准协议现场总线国际标准协议IEC62026低压开关设备和控制设备技术委员会低压开关设备和控制
8、设备技术委员会第第1部分：一般要求部分：一般要求第第2部分：执行部分：执行/传感器接口传感器接口ASI第第3部分：电器设备网络部分：电器设备网络DeviceNet第第4部分：部分：LonTalk（已取消）（已取消）第第5部分：智能化分布系统部分：智能化分布系统SDS第第6部分：串行多路控制总线部分：串行多路控制总线SMCB峡棒阂饯裁串存琴喀剩情衍殉甄眶财氰指卤园怨伴龙涎肌帛赔桑门拨秦时四章现场总线技术四章现场总线技术现场总线系统安全规范现场总线系统安全规范煎屏侠档迪蠢围敷狼聊婿阴戴围凋瓶蕊落朗妄荫挨墙荷繁刹痘九肄格迁郴四章现场总线技术四章现场总线技术功能块与设备描述规范功能块与设备描述规范现场
9、设备信息格式及功能描述规范现场设备信息格式及功能描述规范称为称为”行规行规”(Profile), 行规可有行规可有效实现各种现场设备应用层互联。效实现各种现场设备应用层互联。 功能块的应用功能块的应用功能块的结构功能块的结构拄模挺皇岩扑砧芭毒剑包侍嗽荐主漱偶竹萍坯搞骆缘芭冤妖敝谍抚颈文脉四章现场总线技术四章现场总线技术现场总线的标准化现场总线的标准化现场总线标准化情况现场总线标准化情况多标准多标准并并存存现场总线国际标准现场总线国际标准IEC61158IEC61158中采用的中采用的8 8种类型，以及其他一些现场总线，如种类型，以及其他一些现场总线，如LonworksLonworks等，将在今
10、后一段时间内共等，将在今后一段时间内共同发展，并相互竞争相互取长补短。同发展，并相互竞争相互取长补短。此外；国际跨国公司除了从事他们所此外；国际跨国公司除了从事他们所支持的现场总线技术的研究与开发，支持的现场总线技术的研究与开发，还兼顾其他总线的应用。还兼顾其他总线的应用。 豪顿策泥半簧泳佐蕴酉绳吭殿疙遏愚堑茵杰鸟有替西良弓赂擒暮折赂骡沫四章现场总线技术四章现场总线技术现场总线标准现场总线标准1.FF2.ControlNet3.Profibus4.P-NET5.FFHSE6.SwiftNet7.WorldFIP8.INTERBUS扮测账掐递级崖烃比射芦冒惩姑乎腰根巢漱竞蔷扮俏脖烁姬抵歹忽韧赋谭
11、四章现场总线技术四章现场总线技术FFHSE支支 持持 单单 位位 :现现 场场 总总 线线 基基 金金 会会 (Fisher-Rosemount等等100多家公司多家公司)。准准 :IEC61158;IEC61784;IEC61131-3;IEEE80和和RFC894的的工工业业标标准准以以太太网网;IETF(互联网管理任务要点互联网管理任务要点)。应用领域应用领域:流程工业及其它工业控制。流程工业及其它工业控制。使用情况使用情况:艾默生等公司艾默生等公司(4家家)已有产品已有产品通过注册。通过注册。臻网峭名耸柠燥柬士愈概犊篓溢蛤狸五错评唁酸匿吻茫厩腹翻灿惹卵儒挽四章现场总线技术四章现场总线技
12、术主要性能特点主要性能特点IEC支持，开放性好，可互操作性好支持，开放性好，可互操作性好;使使用用工工业业级级的的以以太太网网、集集线线器器、交交换换机机等设备等设备;网网络络层层使使用用IP行行规规，传传输输层层使使用用TCP、VDP(用用户户数数据据报报协协议议，即即为为IEIF标标准准下下768项协议项协议)行规行规;作为作为FCS的主干网络，可局域网冗余，的主干网络，可局域网冗余，设备冗余。设备冗余。辨繁涛咕冒阂铀痞穷宽十芹手赴揖滁浙恕附简遏危佑拾亚噪谨吊蹲寞花帘四章现场总线技术四章现场总线技术FF支支持持单单位位:现现场场总总线线基基金金会会(Fisher-Rosemount等等10
13、0多家公司多家公司)。标准标准:IEC61158;IEC61784。应用领域应用领域:流程工业及其它工业控制。流程工业及其它工业控制。使用情况使用情况:已有试点工程投入运行。已有试点工程投入运行。多家生产各种有多家生产各种有FFH1接口的产品，接口的产品，可以满足系统集成要求。可以满足系统集成要求。 布潜握医囊砷空同鹰酵澜桑脐臆席签仑重窒亢欺弘好呢哑憾忘伍稍叁痰拿四章现场总线技术四章现场总线技术FF主要性能特点主要性能特点IEC支支持持，开开放放性性好好，可可互互操操作作性性好好;多种传输介质多种传输介质;传输速率传输速率31.25kbit/s;支持本质安全防爆支持本质安全防爆;有数据链路网桥
14、连接与有数据链路网桥连接与HSE相连。相连。照缄券肚圣躁别尾汗心勇轿胁涨悠评歹忆叉纵柜氢猖挽先退拉米革秩告母四章现场总线技术四章现场总线技术ProfibusProfibus-DPProfibus-PAProfibus-FMS弥谁驻笛涵丹限李怜忍诗整阑牡沃孪娇肝假戌坏坊兹险喇枝处悄射蹄坯外四章现场总线技术四章现场总线技术Profibus-DPProfibus-DP支支 持持 单单 位位 :西西 门门 子子 公公 司司Profibus国国际际组组织织(PI)，我我国国有有用用户户组组织或专业委员会织或专业委员会(CPO)。标准标准:IEC61158; IEC61784; DIN19245;EN50
15、170 。应用领域应用领域:工厂自动化和楼宇自动化。工厂自动化和楼宇自动化。使使用用情情况况:应应用用很很广广，已已有有250家家生生产产厂厂商商2000多种产品，已安装多种产品，已安装25万节点。万节点。瘦趟六娘津肥暂贮名熊乔亢皖沿营姑梦闪土赐拳谈迎隆湾怪传锤荷疼厨辗四章现场总线技术四章现场总线技术Profibus-DP主要性能特点主要性能特点传传输输速速率率范范围围很很广广，可可高高速速数数据据通通信信9.6Kbit/s12Mbit/s传传输输介介质质:RS-485技技术术双双绞绞屏屏蔽蔽铜铜电缆和光纤传输电缆和光纤传输;身稚佰弓牙疤谁抠撅询肄好磕辰上锯肺颧盯撰锚剃摧骗鲍购畴魁瀑
16、草霹穆四章现场总线技术四章现场总线技术Profibus-PAProfibus-PA 支支持持单单位位:西西门门子子公公司司Profibus国国际际组组织织(PI)，我我国国有有用用户户组组织织或或专专业业委委员员会会(CPO)。标标准准:IEC61158; IEC61784;DIN19245;EN50170。应用领域应用领域:流程工业。流程工业。使使用用情情况况:应应用用很很广广，已已有有250家家生生产产厂厂商商2000多种产品，已安装多种产品，已安装25万节点。万节点。志捍趴谅彦疏胀烘喧貉公绕蹿闹致窃锹徐玖蠕唆谅蹿报浇胸塔瘩梭傣序课四章现场总线技术四章现场总线技术Profibus-PA主要
17、性能特点主要性能特点用用于于连连接接现现场场仪仪表表，可可本本质质安安全全防防爆爆;可通过耦合器与可通过耦合器与Profibus-DP相连相连;惮蹲侍客接崖烁幌粕惯毗屹果聪光皂鸣羹撂荔樟寒剁妒芹侥慑织褐解爵馆四章现场总线技术四章现场总线技术Profibus-FMSProfibus-FMS支支持持单单位位:西西门门子子公公司司Profibus国国际际组组织织(PI)，我我国国有有用用户户组组织或专业委员会织或专业委员会(CPO)。标准标准:IEC61158; IEC61784; DIN19245;EN50170。使使用用情情况况:应应用用很很广广，已已有有250家家生生产产厂厂商商2000多种产
18、品，已安装多种产品，已安装25万节点。万节点。桑益奔搏傲筒弯孪限咱疽烽爪万村磨促沫邮澜贫净族涝答糟鬃猾雪忘撇坠四章现场总线技术四章现场总线技术Profibus-FMS主要性能特点主要性能特点为为单单元元层层和和现现场场层层的的数数据据通通信信，为为多功能通信多功能通信;可可与与Profibus-DP在在同同一一总总线线上上传传输输信信息息。应应用用领领域域:工工厂厂级级或或车车间间级级的通信。的通信。钦坟碘署著衣褂诚筐酪激皖闯雾贯数涡辩姬碉涣锄缄茵佣抬乱罢崖鸣振群四章现场总线技术四章现场总线技术WorldFIPWorldFIP世世界界工工厂厂仪仪表表协协议议支支持持单单位位:法法国国Alsto
19、m公公司司(原原Honeywell公公司司为为北北美美参参加加单单位位，后后与与FF合合并并)。标标准准:IEC61158;IEC61784;EN50170(FIP为为 法法国国家标准国国家标准)。应应用用领领域域:电电力力工工业业、铁铁路路交交通通、工工业业控控制、楼宇自动化。制、楼宇自动化。使用情况使用情况:应用较广，已有应用较广，已有400多种产品。多种产品。厌箔缚锹官铂鄂系什秃秧残计混耸湍供戮毯诫涸屡票柱家寄龄隆戎鸯彪熟四章现场总线技术四章现场总线技术主要性能特点主要性能特点实时工业控制网络实时工业控制网络;通信速率通信速率:31.25Kbit/s,1Mbit/s, 2.5Mbit/s
20、,25Mbit/s;传输介质传输介质:屏蔽双绞线、光纤屏蔽双绞线、光纤;层层次次清清晰晰、简简洁洁高高效效，控控制制信信息息和和非非控控制制信信息息互互不不干干扰扰，时时空空一一致致，确保同步确保同步亦应撂哪漾昂距窄亮帽得找伤谁劣翁愚朋货酿佐畔吮戍赦踞晃宋吐例吓战四章现场总线技术四章现场总线技术P-NET支持单位支持单位:丹麦丹麦Proces-Data公司。公司。标准标准:IEC61158;IEC61784;EN50179。应应用用领领域域:奶奶制制品品厂厂、啤啤酒酒厂厂、农农业业环环境境控控制制、动动物物饲饲养养系系统统、沥沥青青和和水水泥泥生生产产、纺织工业、太阳能电站、燃料管理系统。纺织
21、工业、太阳能电站、燃料管理系统。使使用用情情况况:应应用用历历史史较较长长，在在食食品品工工业业和和农农业业、养养猪猪自自动动化化方方面面，欧欧洲洲市市场场占占有有率高。率高。氛库郸延艳恫阉烟乡逆定镀驻爹醚糙岸辑销现翌衍枷始您罚硬氮魁酞贼怖四章现场总线技术四章现场总线技术P-NET主要性能特点主要性能特点使使用用屏屏蔽蔽双双绞绞线线电电缆缆(RS485)，总总线线分段结构，每段长分段结构，每段长1200m;通通信信速速率率:76.8kbit/s;结结构构简简单单灵活，易于扩展，不采用专用芯片。灵活，易于扩展，不采用专用芯片。霍清睦肪素裹珠目仅浴肿欧耐扎拼由挽噬樊秸睬掘护圈寻趣召尖韭梗赖拖四章现
22、场总线技术四章现场总线技术SwiftNetSwiftNet得到美国波音公司支持。得到美国波音公司支持。SwiftNet现场总线是一种结构简单、现场总线是一种结构简单、实时性强的总线，协议仅包括物理实时性强的总线，协议仅包括物理层和数据链路层，在标准中没有定层和数据链路层，在标准中没有定义应用层。义应用层。 勤碍铭永缎彼争酱厌出惮樱疯醇微钱丛仿土诌捉侣迟送副捷鱼炙听斟奄钳四章现场总线技术四章现场总线技术INTERBUS支支持持单单位位:PhoenixContact公公司司、INTERBUS用用户户协会和行业标准化协会协会和行业标准化协会(INTERBUS-CLUB)标准标准:IEC61158;I
23、EC61784; EN50254;DIN19258。应应用用领领域域:工工业业控控制制，用用于于PLC、IPC等等现现场场设设备备的的连连接接。汽汽车车制制造造、生生产产线线、食食品品工工业业、煤煤矿矿输输送送线、合成纤维、自来水厂。线、合成纤维、自来水厂。使使用用情情况况:应应用用很很广广，1000多多家家生生产产厂厂家家，2500多种产品，已有多种产品，已有450万节点万节点50万系统应用实绩。万系统应用实绩。添汞川挡坡终高仗玉雌邱铆柠诧钥殿黍锻兴臻鄙秘淑免黎嫡戳责姜僧凹欢四章现场总线技术四章现场总线技术INTERBUS主要性能特点主要性能特点环环型型拓拓扑扑网网络络，通通过过总总线线控控
24、制制板板引引出出主主干线外，并具有干线外，并具有165分支层分支层;传传输输媒媒介介:铜铜导导线线、光光导导传传输输、其其他他传传输输(红外、高频电环式红外、高频电环式);传传输输速速率率:500kbit/s(标标准准)、125kbit/s(特特殊殊用用途途)、2Mbit/s(2001年后应用年后应用);端子连接部分结构有特色。端子连接部分结构有特色。 脯恿猛嗜岳警爵苗媚廉坟炭志碘徐午陡恳耶给翠砷足盟若受噎槽乐坎禁泉四章现场总线技术四章现场总线技术几种流行的现场总线技术几种流行的现场总线技术基金会现场总线基金会现场总线FFProfibus现场总线现场总线HART通信协议通信协议CAN总线总线DeviceNetControlNet系统系统膳夺锈盾惩梅鞠岳勤赠鲤澄淤陌宵疫醋暂妇矛车螺疤要踪痕之茧监洗俘要四章现场总线技术四章现场总线技术现场总线发展展望现场总线发展展望现场总线国际标准现场总线国际标准真正的统一？真正的统一？现场总线技术和工业以太网的结合现场总线技术和工业以太网的结合未来的网络？未来的网络？阮惦坪祷店也渴蒙腿樊潭帖含窖藕诈韭辈建陪凝帽含礼嘎麻秀颗窗乃遮悟四章现场总线技术四章现场总线技术
