工业控制网络01李中伟

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1、工工 业业 控控 制制 网网 络络（现场总线）（现场总线） 主讲教师：李中伟主讲教师：李中伟主讲教师：李中伟主讲教师：李中伟哈工大网络与电气智能化研究所 1 1问题：问题：1. 什么是工业控制网络（现场总线）？2.学习本门课程都需要具备那些基础？3. 学习本门课程的主要目的是什么？4. 本门课程将主要讲述哪些内容？哈工大网络与电气智能化研究所 2 2学习本门课程需具备的基础学习本门课程需具备的基础电子技术（模拟电子技术和数字电子技术）单片机/微处理器/微控制器/ARM（嵌入式系统）/CPLD/FPGA/DSP技术数据通信与计算机网络哈工大网络与电气智能化研究所 3 3学习本门课程的主要目的学习

2、本门课程的主要目的了解主流现场总线，熟悉其特点、优点了解主流现场总线，熟悉其特点、优点组组建建一一个个具具体体的的现现场场总总线线网网络络（系系统统）时时，知知道道如何选用现场总线如何选用现场总线学学习习现现场场总总线线协协议议，设设计计现现场场总总线线通通信信接接口口及及其其节点节点促进现场总线技术在我国的应用与发展促进现场总线技术在我国的应用与发展哈工大网络与电气智能化研究所 4 4本门课程的主要内容本门课程的主要内容绪论绪论数据通信与计算机网络基础数据通信与计算机网络基础EIA232EIA232、EIA485EIA485、ModbusModbus总线总线CAN总线总线DeviceNet总

3、线总线ControNetControNet总线总线其他现场总线简介及现场总线发展趋势介绍其他现场总线简介及现场总线发展趋势介绍哈工大网络与电气智能化研究所 5 5第第1章章 绪绪 论论1.1 1.1 工业控制网络的发展历程工业控制网络的发展历程1.2 1.2 现场总线的概念现场总线的概念1.3 1.3 现场总线系统的组成与体系结构现场总线系统的组成与体系结构1.4 1.4 现场总线的技术特点及优点现场总线的技术特点及优点 1.5 1.5 现场总线标准现场总线标准1.6 1.6 现场总线应用领域现场总线应用领域哈工大网络与电气智能化研究所 6 61.0 工业控制网络的发展历程工业控制网络的发展历

4、程机械式（液动式、气动式）仪表机械式（液动式、气动式）仪表uu缺点：仪表体积较大，适合单机控制缺点：仪表体积较大，适合单机控制 uu 年代：年代：2020世纪世纪3030年代到年代到4040年代初年代初 电动仪表电动仪表uu使用使用4-20mA4-20mA电流环模拟信号电流环模拟信号uu缺点：线缆较多缺点：线缆较多uu年代：年代： 2020世纪世纪5050年代年代哈工大网络与电气智能化研究所 7 71.0 工业控制网络的发展历程工业控制网络的发展历程CCS（Computer Control System）中央控制计算机系统包括2种类型：uSCADA（Supervisory Control an

5、d Data Acquisition）监监视控制与计算机采集系统视控制与计算机采集系统uDDL（Direct Digital Control）直接数字控制系统年代：约年代：约19621962年年特点：控制集中，危险集中，对中央控制计算机要求高特点：控制集中，危险集中，对中央控制计算机要求高哈工大网络与电气智能化研究所 8 81.0 工业控制网络的发展历程工业控制网络的发展历程DCS（Distributed Control System）集集散散控控制制系系统统/分分散控制系统散控制系统/分布式控制系统分布式控制系统uu是是相相对对于于集集中中式式控控制制系系统统而而言言的的一一种种新新型型计计

6、算算机机控控制制系系统统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的 uu年代：约年代：约19761976年年FCSFCS（FieldbusFieldbus Control System Control System）现场总线控制系统现场总线控制系统现场总线控制系统现场总线控制系统uu年代：约年代：约19721972年年总结（总结（FCS产生的原因）：产生的原因）：生产力水平的发展所要求；生产力水平的发展所要求；由简到繁、再由繁到简的螺旋式上升发展过程。由简到繁、再由繁到简的螺旋式上升发展过程。哈工大网络与电气智能化研究所 9 91.1 现场总线的

7、概念现场总线的概念 国际电工委员会制定的国际标准IEC61158对现场总线（Fieldbus）的定义是： 安装在制制造造或过过程程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数数字字式式、串串行行、多点多点通信通信的数据总线数据总线称为现场总线现场总线。 哈工大网络与电气智能化研究所 10101.1 现场总线的概念现场总线的概念第第2 2版版（Ed2.0Ed2.0）IEC61158-2IEC61158-2用用于于工工业业控控制制系系统统中中的的 现现 场场 总总 线线 标标 准准 第第 2 2部部 分分 ： 物物 理理 层层 规规 范范（Physical Physical Layer Laye

8、r SpecificationSpecification）与与服服务务定定义义（Server Server definitiondefinition）又进一步指出：又进一步指出： 现现场场总总线线是是一一种种用用于于底底层层工工业业控控制制和和测测量量设设备备，如如变变送送器器（transducerstransducers）、执执行行器器（actuatorsactuators）和和本本地地控控制制器器（local local controllerscontrollers）之之间间的的数数字字式式、串串行行、多点通信多点通信的数据总线数据总线。 哈工大网络与电气智能化研究所 11111.1 现场

9、总线的概念现场总线的概念对现场总线概念的理解和解释还存在一些不同的表述。 现场总线一般是指一种用于连接现场设备，如传感器（sensors）、执行器以及像PLC、调节器（regulators）、驱动控制器等现场控制器的网络网络； 哈工大网络与电气智能化研究所 12121.1 现场总线的概念现场总线的概念对现场总线概念的不同的表述： 现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双双向向串串行行多节点数数字字通信的系统，也被称为开开放放式式、数数字字化化、多点多点通信的底层控制网络网络； 哈工大网络与电气智能化研究所 13131.1 现场总线的概念现场总线的概念对现场总线概念的不同的表述：

10、 现场总线是一种串串行行的数数字字数据通信链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（现场设备）之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备（车间级设备）之间的联系； 哈工大网络与电气智能化研究所 14141.1 现场总线的概念现场总线的概念对现场总线概念的不同的表述： 现场总线是连接控制系统中现场装置的双双向数字向数字通信网络网络； 现场总线是从控制室连结到现场设备的双双向全数字向全数字通信总线总线；哈工大网络与电气智能化研究所 15151.1 现场总线的概念现场总线的概念对现场总线概念的不同的表述： 现场总线是用于过程自动化和制造自动化（最最底底层层）的现场设备或现场仪表互连的现场数数字字通

11、信网网络络，是现现场场通通信信网网络络与控控制制系系统统的集成集成； 哈工大网络与电气智能化研究所 16161.1 现场总线的概念现场总线的概念对现场总线概念的不同的表述：对现场总线概念的不同的表述： 在在自自动动化化领领域域，“现现场场总总线线”一一词词是是指指安安装装在在现现场场的计算机、控制器以及生产设备等连接构成的的计算机、控制器以及生产设备等连接构成的网络网络； 现现场场总总线线是是应应用用在在生生产产现现场场、在在测测量量控控制制设设备备之之间间实实现现工工业业数数据据通通信信、形形成成开开放放型型测测控控网网络络的的新新技技术术，是是自自动动化化领领域域的的计计算算机机局局域域网

12、网，是是网网络络集集成成的的测测控控系系统统。哈工大网络与电气智能化研究所 17171.1 现场总线的概念现场总线的概念 现现场场总总线线一一般般应应被被看看作作是是一一个个系系统统、一一个个网网络络或或一一个个网网络络系系统统，甚甚至至是是一一个个测测控控系系统统，它它应应用用于于现现场测量和场测量和/ /或控制目的，通常被称为或控制目的，通常被称为uu 现场总线控制系统现场总线控制系统FCSFCS（FieldbusFieldbus Control System Control System）uu 现场总线现场总线uu 现场总线系统现场总线系统uu 现场总线网络现场总线网络uu 现场总线网络

13、系统现场总线网络系统uu 现场总线网络控制系统现场总线网络控制系统uu 网络控制系统网络控制系统NCS NCS （Network Control SystemNetwork Control System）哈工大网络与电气智能化研究所 18181.2 现场总线系统的组成与体系结构现场总线系统的组成与体系结构 1.2.1 现场总线系统的组成1.2.2 现场总线控制系统的体系结构哈工大网络与电气智能化研究所 19191.2.1 现场总线系统的组成现场总线系统的组成图图1 1 现场总线系统的组成现场总线系统的组成 哈工大网络与电气智能化研究所 2020硬件：硬件：uu总总总总线线线线电电电电缆缆缆缆，

14、又又称称为为通通信信线线、通通信信介介质质（媒媒体体/ /媒媒介介/ /介介体）。体）。uu连连接接在在通通信信线线上上的的设设备备称称为为总总总总线线线线设设设设备备备备，亦亦称称为为总总线线装装置置、节节点点（主主节节点点、从从节节点点）、站站点点（主主站站、从从站站），包括变送器、执行器、控制器等包括变送器、执行器、控制器等。1.2.1 现场总线系统的组成现场总线系统的组成哈工大网络与电气智能化研究所 2121 软件包括：软件包括：系系统统平平台台软软件件：为为系系统统构构建建、运运行行以以及及为为系系统统应应用用软软件件编编程程而而提提供供环环境境、条条件件或或工工具具的的基基础础软软

15、件件。包包括括网网络络配配置置软软件件、通通信信工工具具软软件件、监监控控组组态态软软件和设备编程软件件和设备编程软件 。系系统统应应用用软软件件：为为实实现现系系统统以以及及设设备备的的各各种种功功能能而而编编写写的的软软件件，包包括括系系统统用用户户程程序序软软件件、设设备备接接口通信软件和设备功能软件。口通信软件和设备功能软件。 1.2.1 现场总线系统的组成现场总线系统的组成哈工大网络与电气智能化研究所 2222软件包括：软件包括：uu网网络络配配置置软软件件为为用用计计算算机机进进行行总总线线设设设设备备备备/ /节节节节点点点点、网网网网络络络络配配配配置置置置提提供供平平平平台台

16、台台并并按按现现场场总总线线协协议议/ /规规范范与与通通信信工工具具软软件件交交换换信信息息的的工工工工具具具具软软软软件件件件。如如DeviceNetDeviceNet ManagerManager、RSNetWorxRSNetWorx for for DeviceNetDeviceNet、ControlNetControlNet和和EtherNetEtherNet/IP/IP 。uu通通信信工工具具软软件件为为计计算算机机与与总总线线设设备备进进行行通通通通信信信信，按按现现场场总总线线协协议议/ /规规范范读读取取总总线线设设备备参参数数/ /配配置置信信息息、网网络络配配置置信信息息

17、、程程序序传传送送至至总总线线设设备备而而使使用用的的软软件件，如如RSLinxRSLinx 。1.2.1 现场总线系统的组成现场总线系统的组成哈工大网络与电气智能化研究所 2323软件包括：软件包括：uu监监控控组组态态软软件件运运行行于于监监控控计计算算机机( (通通常常也也称称为为上上上上位位位位机机机机) )上上的的通通过过简简单单形形象象的的组组态态工工作作即即可可实实现现系系统统监监控控功功能能的的软软件件，具具有有实实时时显显示示现现场场设设备备运运行行状状态态参参数数、故故障障报报警警信信息息，并并进进行行数数据据记记录录、趋趋势势图图分分析析及及报报表表打打印印等等功功能能。

18、监监控控组组态态软软件件亦亦称称上上位位机机监监控控组组态态软软件件，如如RSView32RSView32。 1.2.1 现场总线系统的组成现场总线系统的组成哈工大网络与电气智能化研究所 2424软件包括：软件包括：uu设设备备编编程程软软件件为为系系统统应应用用软软件件提提供供编编程程环环境境的的平平台台软软件件。当当设设备备为为控控制制器器/PLC/PLC时时，设设备备编编程程软软件件即即为为控控制制器器编编程程软软件件，如如RSLogix500RSLogix500（用用于于SLC500SLC500系系列列和和MLML系系列列控控制制器器的的3232位位基基于于WindowsWindows

19、的的梯梯形形图图逻逻辑辑编编程程软软件件）、RSLogix5000RSLogix5000（用用于于LogixLogix平平台台所所包包括括的的各种控制器（如各种控制器（如Control Control LogixTMLogixTM）的编程软件）。）的编程软件）。 1.2.1 现场总线系统的组成现场总线系统的组成哈工大网络与电气智能化研究所 2525软件包括：软件包括：uu系系统统用用户户程程序序软软件件根根据据系系统统的的工工艺艺流流程程或或功功能能及及其其他他要要求求而而编编写写的的系系统统级级的的用用户户应应用用程程序序。该该程程序序一一般运行于作为主站的控制器中或计算机中。般运行于作为主

20、站的控制器中或计算机中。uu设设备备接接口口通通信信软软件件根根据据现现场场总总线线协协议议/ /规规范范而而编编写写的用于总线设备之间通过总线电缆进行的用于总线设备之间通过总线电缆进行通信通信通信通信的软件。的软件。uu设设备备功功能能软软件件使使总总线线设设备备实实实实现现现现自自自自身身身身功功功功能能能能（不不包包括括现场总线通信部分）的软件。现场总线通信部分）的软件。1.2.1 现场总线系统的组成现场总线系统的组成哈工大网络与电气智能化研究所 26261.2.2 现场总线控制系统的体系结构现场总线控制系统的体系结构离散量/模 拟 量输入/输出设备指示灯：状态指示光电传感器：检测开关操

21、作员接口 ：输入操作命令 阀和交流驱动器：执行器，输出设备 变送器（传感器）：输入设备控制器：主站、从站 人机界面 ：输入/输出设备参数、命令、显示哈工大网络与电气智能化研究所 27271.2.2 现场总线控制系统的体系结构现场总线控制系统的体系结构智能速度控制器 ：执行器 条形码识别器 ：输入设备控制、网关 上位机：监控三层网络 远程访问路由设备 显示工作站 信信息息量量减减少少哈工大网络与电气智能化研究所 28281.2.2 现场总线控制系统的体系结构现场总线控制系统的体系结构图图4 FF HSE 网络架构（体系结构）网络架构（体系结构）链接设备：核心网桥、网关时间发布链路调度器 31.2

22、5kbps 100Mbps 主机系统 以太网交换机 高速以太网 组态、监控 现场信息 控制信息哈工大网络与电气智能化研究所 29291.2.2 现场总线控制系统的体系结构现场总线控制系统的体系结构变送器传感器变送器传感器变送器传感器变送器传感器；执行器执行器执行器执行器；控制器控制器控制器控制器；监控监视计算机；监控监视计算机；网桥网关网桥网关/ /中继器中继器/ /集线器集线器/ /交换机交换机/ /路由器；路由器；其他现场总线设备。其他现场总线设备。 在现场总线控制系统中，总线设备主要分为6类： 哈工大网络与电气智能化研究所 30301.3 现场总线的技术特点及优点现场总线的技术特点及优点

23、现现场场总总线线是是当当今今3C3C技技术术，即即通通信信（CommunicationCommunication）、计计算算机机（ComputerComputer）、控控制制（ControlControl）技技术术发发展展的的结结合合点。点。现现场场总总线线是是过过程程控控制制技技术术、自自动动化化仪仪表表技技术术、计计算算机机网络技术三大技术发展的交汇点。网络技术三大技术发展的交汇点。现现场场总总线线是是信信息息技技术术、网网络络技技术术的的发发展展在在控控制制领领域域的的体现。体现。现场总线是信息技术、网络技术发展到现场的结果。现场总线是信息技术、网络技术发展到现场的结果。哈工大网络与电气

24、智能化研究所 31311.3 现场总线的技术特点及优点现场总线的技术特点及优点现场总线是自动化领域技术发展的热点之一，将对传统的工业自动化带来革命，从而开创工业自动化的新纪元。现场总线控制系统必将逐步取代传统的独立控制系统、集中采集控制系统和集集散散控控制制系系统统DCS（Distributed Control System），成为本世纪自动控制系统的主流。哈工大网络与电气智能化研究所 32321.3.1 现场总线的技术特点现场总线的技术特点 与DCS等传统的系统相比，现场总线（系统）有以下特点：现场现场通信网络l l现现场场总总线线将将通通信信线线（总总总总线线线线电电缆缆）延延延延伸伸伸伸

25、到到到到工工业业现现现现场场场场（制制造造或或过过程程区区域域），或或总总线线电电缆缆就就是是直直接接安安装装在在工工业业现现场的；场的；l l现现场场总总线线完完完完全全全全适适适适应应应应于于工工工工业业业业现现现现场场场场环环环环境境境境，因因为为它它就就是是为为此此而设计的。而设计的。 哈工大网络与电气智能化研究所 33331.3.1 现场总线的技术特点现场总线的技术特点 数字数字数字数字通信网络通信网络 l l现现场场底底底底层层层层的的变变送送器器传传感感器器、执执行行器器、控控制制器器之之间间的的信信号号传传输均用输均用数字信号数字信号数字信号数字信号；l l中中中中上上上上层层

26、层层的的控控制制器器、监监控控监监视视计计算算机机等等设设备备之之间间的的数数据据传传送均用送均用数字信号数字信号数字信号数字信号；l l各层各层各层各层设备之间的信息交换设备之间的信息交换均用数字信号均用数字信号均用数字信号均用数字信号。 传传统统的的DCSDCS的的通通信信网网络络介介于于操操作作站站与与控控制制站站之之间间，而而现现场场仪仪表表与与控控制制站站中中的的输输入入输输出出单单元元之之间间采采用用的的是是一一对对一一的的模模拟拟信信号传输。号传输。 哈工大网络与电气智能化研究所 34341.3.1 现场总线的技术特点现场总线的技术特点 开放互连开放互连网络 l l现场总线标准、

27、协议规范是公公开开的，所有制造商都必须遵守；l l现场总线网络是开放的，既可实现同层网络互连，也可实现不不同同层层网网络络互互连连，而不管其制造商是哪一家；l l用户可共享网络资源共享网络资源。 哈工大网络与电气智能化研究所 35351.3.1 现场总线的技术特点现场总线的技术特点 现场设备互连现场设备互连网络l l现场总线通过一根通信线将所需的各个现现场场设设备备（如变送器传感器、执行器、控制器）互相连接起来，即用一根通信线直接互连N个现场设备，从而构成了现场设备的互连网络。 哈工大网络与电气智能化研究所 36361.3.1 现场总线的技术特点现场总线的技术特点 结构与功能高度分散结构与功能

28、高度分散的系统l l现场总线的系统现场总线的系统结构结构结构结构具有具有高度分散高度分散高度分散高度分散性；性；l l现现场场总总线线的的系系统统功功功功能能能能实实现现了了高高高高度度度度分分分分散散散散，现现场场设设备备由由分散的功能模块构成。分散的功能模块构成。 现现场场总总线线废废弃弃了了DCSDCS的的控控制制站站及及其其输输入入输输出出单单元元，从从根根本本上上改改变变了了DCSDCS集集中中与与分分散散相相结结合合的的集集散散控控制制系系统统体体系系，通通过过将将控控制制功功能能高高度度分分散散到到现现场场设设备备这这一途径，实现了彻底分散控制。一途径，实现了彻底分散控制。 哈工

29、大网络与电气智能化研究所 37371.3.1 现场总线的技术特点现场总线的技术特点 现场设备的互操作性互操作性与互换性互换性l l互互操操作作性性：不不同同厂厂商商的的现现场场设设备备可可以以互互互互连连连连，互互相相之之间可以进行信息交换并可统一间可以进行信息交换并可统一组态组态组态组态； l l互互换换性性：不不同同厂厂商商的的性性能能类类似似的的现现场场设设备备可可以以互互相相替换替换替换替换。 现现场场总总线线中中现现场场设设备备所所具具有有的的互互操操作作性性与与互互换换性性是是DCSDCS无法具备的。无法具备的。 哈工大网络与电气智能化研究所 38381.3.2 现场总线的优点现场

30、总线的优点 现现场场总总线线所所具具有有的的数数字字化化、开开放放性性、分分散散性性、互互操操作作性性与与互互换换性性及及对对现现场场环环境境的的适适应应性性等等特特点点决决定定和派生了其一系列优点：和派生了其一系列优点： 导线和连接附件大量减少导线和连接附件大量减少l l一一一一根根根根总总总总线线线线电电缆缆直直接接互互接接N N台台现现场场设设备备，电电缆缆用用量量大大大大减减少少（原原来来DCSDCS的的几几百百根根甚甚至至几几千千根根信信号号与与控控制制电电缆缆减减少少到到现现场场总线的一根总线电缆）；总线的一根总线电缆）；l l端子、槽盒、桥架、配线板等端子、槽盒、桥架、配线板等连

31、接附件连接附件连接附件连接附件用量大大用量大大减少减少减少减少。哈工大网络与电气智能化研究所 39391.3.2 现场总线的优点现场总线的优点 仪表和输入输出转换器（卡件）大量减少仪表和输入输出转换器（卡件）大量减少 l l采采用用人人机机界界面面、本本身身具具有有显显示示功功能能的的现现场场设设备备或或监监视视计计算算机机代替显示仪表，使代替显示仪表，使仪表仪表仪表仪表的数量大大的数量大大减少减少减少减少；l l输入输出输入输出转换器（卡件）转换器（卡件）转换器（卡件）转换器（卡件）的数量大大的数量大大减少减少减少减少。 在在DCSDCS中中所所用用的的420mA420mA线线路路只只能能获

32、获得得一一个个测测量量参参数数，且且与与控控制制站站中中的的输输入入输输出出单单元元一一对对一一地地直直接接相相连连，因因此此输输入入输输出单元数量多。出单元数量多。 在在现现场场总总线线系系统统中中，一一台台现现场场设设备备可可以以测测量量多多个个参参数数，并并将将它它们们以以所所需需的的数数字字信信号号形形式式通通过过总总线线电电缆缆进进行行传传送送，因因此此对对单单独的输入输出转换器（卡件）的需要少。独的输入输出转换器（卡件）的需要少。 哈工大网络与电气智能化研究所 40401.3.2 现场总线的优点现场总线的优点 设计、安装和调试费用大大降低l l原原来来DCSDCS繁繁琐琐的的原原原

33、原理理理理图图图图设设设设计计计计在在现现场场总总线线中中变变得得简简简简单单单单易行易行易行易行；l l安装安装安装安装和和校对校对校对校对的工作量大大减少；的工作量大大减少；l l 可可根根据据需需要要将将系系统统分分为为几几个个部部分分分分别别调调试试，使使调调调调试试试试工作工作工作工作变得变得灵活方便灵活方便灵活方便灵活方便；l l强大的故障诊断功能强大的故障诊断功能强大的故障诊断功能强大的故障诊断功能使得调试工作变得轻松愉快。使得调试工作变得轻松愉快。 哈工大网络与电气智能化研究所 41411.3.2 现场总线的优点现场总线的优点 维护开销大幅度下降l l系统的系统的高可靠性高可靠

34、性高可靠性高可靠性使系统出现故障的机率大大使系统出现故障的机率大大减小减小减小减小； l l强强大大的的故故障障诊诊断断功功能能使使故故障障的的早早期期发发现现、定定位位和和排排除除变变得得快快速速而而有有效效，系系统统正正正正常常常常运运运运行行行行时时时时间间间间更更更更长长长长，维维护停工时间大大护停工时间大大减少减少减少减少。 哈工大网络与电气智能化研究所 42421.3.2 现场总线的优点现场总线的优点 系统可靠性提高l l系系统统结结构构与与功功能能的的高高高高度度度度分分分分散散散散性性性性决决定定了了系系统统的的高高高高可靠性可靠性可靠性可靠性；l l现现场场总总线线协协协协议

35、议议议规规规规范范范范对对通通信信可可靠靠性性方方面面（通通信信介介质质、报报文文检检验验、报报文文纠纠错错、重重复复地地址址检检测测等等）的严格规定的严格规定保证保证保证保证了通信的高可靠性。了通信的高可靠性。 哈工大网络与电气智能化研究所 43431.3.2 现场总线的优点现场总线的优点 系统测量与控制精度提高 l l在在现现场场总总线线中中，各各种种开开关关量量、模模拟拟量量就就近近转转变变为为数数数数字字字字信信信信号号号号，所所有有总总线线设设备备间间均均采采用用数数字字信信号号进进行行通通信信，避避免免了了信信号号的的衰衰减减和和变变形形，减减少少了了传传送送误误差差。换换言言之之

36、，现现场场总总线线采采用用数数字字信信号号通通信信这这一一数数字字化化特特点，从根本上提高了系统的测量与控制精度。点，从根本上提高了系统的测量与控制精度。 哈工大网络与电气智能化研究所 44441.3.2 现场总线的优点现场总线的优点 系统具有优异的远程监控功能l l可以在控制室远程监监视视现场设备和系统的各种运行状态； l l可以在控制室对现场设备及系统进行远程控制控制。 哈工大网络与电气智能化研究所 45451.3.2 现场总线的优点现场总线的优点 系统具有强大的（远程）故障诊断功能 l l可可以以诊诊断断和和显显示示各各各各种种种种故故故故障障障障，如如总总线线设设备备和和连连接接器器的

37、的断路、短路故障以及通信故障和电源故障等；断路、短路故障以及通信故障和电源故障等； l l可可以以将将各各种种状状态态及及故故故故障障障障信信信信息息息息传传传传送送送送到到控控制制室室中中的的监监视视监监控控计计算算机机，大大大大减减少少了了使使用用和和维维护护人人员员不不必必要要的的现现场场巡巡视视。当当现现场场总总线线是是安安装装在在恶恶劣劣环环境境中中时时，这这尤尤其具有重要意义。其具有重要意义。 哈工大网络与电气智能化研究所 46461.3.2 现场总线的优点现场总线的优点 设备配置、网络组态和系统集成方便自由 l l用用户户可可以以通通过过同同层层网网络络或或上上层层网网络络对对现

38、现场场设设备备进进行行参参数数设设置置，而而不不不不必必必必到到到到现现现现场场场场对对每每一一个个设设备备逐逐个个进进行行配配置；置；l l利利用用网网络络组组态态工工具具软软件件可可以以迅迅迅迅速速速速而而方方方方便便便便地地组组组组建建建建现现场场总线总线网络网络网络网络，配置网络参数；，配置网络参数；l l由由于于现现场场总总线线的的开开放放性性、互互操操作作性性与与互互换换性性，用用户户可可以以自自自自由由由由地地集集集集成成成成不不同同厂厂商商、不不同同品品牌牌的的产产品品和和网网络络，从而构成所需的系统。从而构成所需的系统。 哈工大网络与电气智能化研究所 47471.3.2 现场

39、总线的优点现场总线的优点 现场设备更换和系统扩展更为方便 l l现现场场设设备备具具有有互互操操作作性性和和互互换换性性，损损坏坏的的设设备备可可用用功功能能类类似似的的任任何何厂厂家家的的设设备备替替换换，实实现现“即即即即插插插插即用即用即用即用”；l l当当需需要要增增加加现现场场设设备备时时，无无需需增增设设新新的的电电缆缆，可可就近连接就近连接就近连接就近连接在原有的电缆上；在原有的电缆上；l l系统扩展所需的系统扩展所需的组态时间组态时间组态时间组态时间大大大大减少减少减少减少。 哈工大网络与电气智能化研究所 48481.3.2 现场总线的优点现场总线的优点 为企业信息系统的构建创

40、造了重要条件l l企企业业信信息息系系统统由由现现现现场场场场控控控控制制制制层层层层、过过过过程程程程监监监监控控控控层层层层和和企企企企业业业业经经经经营营营营管管管管理理理理层层层层构成；构成；l l现现场场总总线线或或者者构构成成了了企企业业信信息息系系统统的的现现现现场场场场控控控控制制制制层层层层，或或者者构构成成了企业信息系统的了企业信息系统的基本框架基本框架基本框架基本框架；l l现现场场总总线线为为总总线线设设备备及及系系统统的的各各种种运运行行状状态态和和故故障障信信息息、各各种种控控制制信信息息进进入入（企企业业）公公用用数数据据网网络络创创造造了了条条件件，使使管管理理

41、者者能能得得到到更更更更多多多多的的的的决决决决策策策策依依依依据据据据，为为管管理理者者做做出出各各种种正正确确决决策策提提供供了了有有有有力的支持力的支持力的支持力的支持，从而可使企业获得较高的整体综合效益。，从而可使企业获得较高的整体综合效益。 哈工大网络与电气智能化研究所 49491.3.2 现场总线的优点现场总线的优点与传统的与传统的DCSDCS方案相比，美国阿拉斯加方案相比，美国阿拉斯加West West SakSak ARCO ARCO油油田（自然环境十分恶劣）采用某现场总线所带来的节省情田（自然环境十分恶劣）采用某现场总线所带来的节省情况如下：况如下：l l减少接线端子减少接线

42、端子8484；l l减少减少I/OI/O卡件数量卡件数量9393；l l减少控制仪表面板空间减少控制仪表面板空间7070；l l减少室内接线减少室内接线9898；l l由于远程诊断而减少维护工作量由于远程诊断而减少维护工作量50805080；l l扩展油田所需组态时间减少扩展油田所需组态时间减少9090；l l节省电缆费用节省电缆费用69%69%。哈工大网络与电气智能化研究所 50501.4 现场总线标准现场总线标准 了解以至掌握现场总线国际标准和其他相关标准的必要性：了解以至掌握现场总线国际标准和其他相关标准的必要性：某某种种现现场场总总线线是是否否已已被被列列入入国国际际标标准准或或和和其

43、其他他有有关关标标准准，是是衡衡量量其其是是否否已成为或将成为国际主流现场总线的重要的、甚至是决定性的因素之一。已成为或将成为国际主流现场总线的重要的、甚至是决定性的因素之一。在在当当今今数数字字技技术术时时代代，标标准准不不仅仅是是一一个个产产品品规规范范，而而且且还还起起着着领领导导其其所所在在领域高新技术发展的特殊作用。领域高新技术发展的特殊作用。现现场场总总线线标标准准确确保保了了每每种种总总线线设设备备/ /软软件件都都具具有有广广阔阔的的市市场场，这这有有助助于于大大批批量量生生产产，甚甚至至可可以以采采用用大大规规模模集集成成（LSILSI）或或超超大大规规模模集集成成（LVSI

44、LVSI）技技术术，从而降低了成本。从而降低了成本。现场总线的开放性及互操作性与互换性均是以其标准为前提的。现场总线的开放性及互操作性与互换性均是以其标准为前提的。 哈工大网络与电气智能化研究所 51511.4 现场总线标准现场总线标准 1.4.1 制定现场总线国际标准的机构 1.4.2 现场总线国际标准1.4.3 现场总线中国标准1.4.4 现场总线地区与国家标准及其他现场总线哈工大网络与电气智能化研究所 52521.4.1 制定现场总线国际标准的机构制定现场总线国际标准的机构 国际上制订国际标准的机构有国际上制订国际标准的机构有3 3个：个：国国 际际 标标 准准 化化 组组 织织 ISO

45、(InternationalISO(International Organization Organization for for Standardization)Standardization)国国 际际 电电 工工 委委 员员 会会 IECIEC（ International International ElectrotechnicalElectrotechnical CommissionCommission）国际电信联盟国际电信联盟ITUITU（International Telecommunication UnionInternational Telecommunication Uni

46、on）。）。 各各个个国国家家均均有有制制订订国国家家标标准准的的组组织织，我我国国制制定定国国家家标标准准的的组组织织是是中中国国标标准准化化管管理理委委员员会会SACSAC（Standardization Standardization Administration Administration of Chinaof China）。）。 哈工大网络与电气智能化研究所 5353 预备阶段 提案阶段 准备阶段 委员会阶段 征询意见阶段 批准阶段 出版阶段 （标志：PPUB，即：Publication Issued，出版发行即认为国际标准形成）IEC国际标准的制定过程国际标准的制定过程1.4.1

47、 制定现场总线国际标准的机构制定现场总线国际标准的机构 54541.4.2 现场总线国际标准现场总线国际标准 据据统统计计，世世界界上上已已有有现现场场总总线线100100多多种种，其其中中宣宣称称为为开开放型总线的就有放型总线的就有4040多种，仅国际标准现场总线即达多种，仅国际标准现场总线即达2525种。种。 IEC61158IEC61158： 工工工工业业业业控控控控制制制制系系系系统统统统用用用用现现现现场场场场总总总总线线线线（FieldbusFieldbus for for use use in in industrial Control Systemindustrial Cont

48、rol System） IEC62026IEC62026： 低低低低 压压压压 开开开开 关关关关 设设设设 备备备备 和和和和 控控控控 制制制制 设设设设 备备备备 （ Low-Voltage Low-Voltage Switchgear and Switchgear and ControlgearControlgear）用现场总线（设备层现场总线）用现场总线（设备层现场总线）ISO11898ISO11898：道道道道路路路路交交交交通通通通工工工工具具具具数数字字信信息息交交换换用用于于高高速速通通信信的控制器局域网（的控制器局域网（CANCAN） ISO11519ISO11519：道路

49、交通工具道路交通工具道路交通工具道路交通工具低速串行数据通信低速串行数据通信哈工大网络与电气智能化研究所 55551.4.2 现场总线国际标准现场总线国际标准 IEC61158uuIEC61158是制定时间最长、投票次数最多、意见分歧最大的国际标准之一。到目前为止，IEC61158共有4个不同的版本(19842007) 。哈工大网络与电气智能化研究所 5656各各大大公公司司为为了了从从自自己己专专用用的的技技术术中中取取得得更更多多、更更大大的的利润，并不迫切希望现场总线标准早日问世；利润，并不迫切希望现场总线标准早日问世；他他们们不不得得不不开开发发打打破破垄垄断断、全全面面开开放放的的现

50、现场场总总线线，与与其自身利益相矛盾，是无奈之举；其自身利益相矛盾，是无奈之举；一旦国际标准与其技术产品不符，就投反对票；一旦国际标准与其技术产品不符，就投反对票；一一些些小小国国在在技技术术、经经济济上上依依附附于于大大国国，投投票票中中摇摇摆摆，不能自主；不能自主；IECIEC是是多多极极化化组组织织，代代表表分分别别来来自自各各大大国国及及各各大大公公司司，斗争的复杂性反复性不可避免；斗争的复杂性反复性不可避免；技术上，没有一种现场总线对所有领域都是最好的。技术上，没有一种现场总线对所有领域都是最好的。原原因因1.4.2 现场总线国际标准现场总线国际标准哈工大网络与电气智能化研究所 57

51、57哈工大网络与电气智能化研究所 58581.4.2 现场总线国际标准现场总线国际标准IEC61158-1 IEC61158-1 总则总则 IEC61158-2IEC61158-2物理层规范物理层规范IEC61158-3IEC61158-3数据链路服务定义数据链路服务定义 IEC61158-4IEC61158-4数据链路协议规范数据链路协议规范 IEC61158-5IEC61158-5应用层规范应用层规范IEC61158-6IEC61158-6应用层协议规范应用层协议规范 IEC61158-7IEC61158-7系统管理系统管理 IEC61158IEC61158第第第第1 1版（版（版（版（E

52、D1.0ED1.0） (1984-1993-1998)(1984-1993-1998) IEC61158IEC61158最初是以基金会现场总线最初是以基金会现场总线FFFF为基础制定的，包括：为基础制定的，包括：59591.4.2 现场总线国际标准现场总线国际标准IEC61158IEC61158第第第第1 1版（版（版（版（ED1.0ED1.0） (1984-1993-1998)(1984-1993-1998) ：19841984年年年年 ， 国国 际际 电电 工工 委委 员员 会会 IECIEC筹筹 备备 成成 立立 了了IEC/TC65/SC65C/WG6IEC/TC65/SC65C/WG

53、6工作组，着手起草现场总线标准工作组，着手起草现场总线标准 。 经过多年努力，经过多年努力，IEC61158-2IEC61158-2于于19931993年成为正式国际年成为正式国际标准标准标准标准；IEC61158-5IEC61158-5和和IEC61158-6IEC61158-6于于19971997年年1010月月经经3 3轮轮投投票票通通过过，成成为为国际标准国际标准最终草案最终草案最终草案最终草案FDISFDIS（Final Draft of International StandardsFinal Draft of International Standards）；）；IEC61158

54、-3IEC61158-3和和IEC61158-4IEC61158-4经经过过5 5次次修修改改和和5 5轮轮投投票票，于于19981998年年年年2 2月成为月成为FDISFDIS；IEC61158-1IEC61158-1于于 19971997年年 1010月月 成成 为为 技技技技 术术术术 报报报报 告告告告 TRTR（ Technical Technical ReportReport）；）；IEC61158-7IEC61158-7于于 19981998年年年年 1212月月 成成 为为 委委 员员 会会 投投投投 票票票票 草草草草 案案案案 CDVCDV（Committee Draft

55、 with VoteCommittee Draft with Vote）。）。 哈工大网络与电气智能化研究所 60601.4.2 现场总线国际标准现场总线国际标准 IEC61158IEC61158第第第第2 2版（版（版（版（ED2.0ED2.0） (1999-2000)(1999-2000) IEC61158IEC61158第第2 2版（版（ED2.0ED2.0）包括以下几部分：包括以下几部分：IEC61158-2IEC61158-2（2000-082000-08）工工业业控控制制系系统统用用现现场场总总线线标标准准第第2 2 部分：物理层规范与服务定义部分：物理层规范与服务定义IEC611

56、58-3IEC61158-3（2000-012000-01）测测量量与与控控制制用用数数字字式式数数据据通通信信系系统统工工业业控控制制系系统统用用现现场场总总线线第第3 3 部部分分：数数据据链链路路服服务定义务定义 IEC61158-4IEC61158-4（2000-012000-01）测测量量与与控控制制用用数数字字式式数数据据通通信信系系统统工工业业控控制制系系统统用用现现场场总总线线第第4 4 部部分分：数数据据链链路路协协议规范议规范IEC61158-5IEC61158-5（2000-012000-01）测测量量与与控控制制用用数数字字式式数数据据通通信信系系统统工工业业控控制制系

57、系统统用用现现场场总总线线第第5 5 部部分分：应应用用层层服服务务定义定义IEC61158-6IEC61158-6（2000-012000-01）测测量量与与控控制制用用数数字字式式数数据据通通信信系系统统工工业业控控制制系系统统用用现现场场总总线线第第6 6 部部分分：应应用用层层协协议议规范规范注：第注：第2 2版版IEC61158IEC61158于于20002000年成为正式国际标准。年成为正式国际标准。 哈工大网络与电气智能化研究所 61611.4.2 现场总线国际标准现场总线国际标准Type-1 Type-1 IEC61158 TSIEC61158 TS（即（即FF H1FF H1

58、）Type-2Type-2ControlNetControlNetTMTM（美国美国RockwellRockwell支持）支持）Type-3Type-3ProfibusProfibusTMTM （德国德国SiemensSiemens支持）支持）Type-4Type-4P-NetP-Net（丹麦丹麦Process DataProcess Data支持）支持）Type-5Type-5FF HSEFF HSE（美国美国Fisher-RosemountFisher-Rosemount支持）支持）Type-6Type-6SwiftNetSwiftNetTMTM（美国美国BoeingBoeing支持）支持

59、）Type-7Type-7WorldFIPWorldFIP （法国法国AlstomAlstom支持）支持）Type-8Type-8InterbusInterbus （德国德国Phoenix ContactPhoenix Contact支持）支持）IEC61158IEC61158第第第第2 2版（版（版（版（ED2.0ED2.0）- 8- 8种现场总线种现场总线种现场总线种现场总线进入进入IEC61158IEC61158第第2 2版的现场总线有以下版的现场总线有以下8 8种类型（种类型（TypeType）：）： TS: Technical SpecificationTechnical Speci

60、fication，技术规范。，技术规范。哈工大网络与电气智能化研究所 62621.4.1 现场总线国际标准现场总线国际标准 IEC61158IEC61158第第第第3 3版（版（版（版（EDED3 3.0 .0）( (20002000- -20022002) ) IEC61158IEC61158第第3 3版版（ED3.0ED3.0）也也包包括括IEC61158-2IEC61158-2至至IEC61158-6IEC61158-6这几部分。这几部分。其其IEC61158-3IEC61158-3至至IEC61158-6IEC61158-6的的标标题题（TitleTitle）与与第第2 2版对应部分的

61、标题相同。版对应部分的标题相同。第第3 3版版IEC61158-2IEC61158-2的的标标题题为为：IEC61158-2 IEC61158-2 TRTR测测量量与与控控制制用用数数字字式式数数据据通通信信系系统统工工业业控控制制系系统用现场总线第统用现场总线第2 2部分：物理层规范。部分：物理层规范。哈工大网络与电气智能化研究所 63631.4.2 现场总线国际标准现场总线国际标准IEC61158IEC61158第第第第3 3版（版（版（版（EDED3 3.0 .0）- - 1010种现场总线种现场总线种现场总线种现场总线 IEC61158IEC61158第第3 3版规定了以下版规定了以下

62、1010种类型的网络协议：种类型的网络协议：Type1 Type1 PhLPhL：扩展的扩展的IEC61158-2:1993IEC61158-2:1993 扩展的扩展的FOUDATIONFOUDATIONTM TM FieldbusFieldbus 功能扩展的功能扩展的WorldFIPWorldFIP DLL DLL：IEC TS 61158-3IEC TS 61158-3，TS 61158-4TS 61158-4 扩展的扩展的FOUDATION FOUDATION FieldbusFieldbus 功能扩展的功能扩展的WorldFIPWorldFIP AL AL ：IEC TS 61158-

63、5IEC TS 61158-5，TS 61158-6TS 61158-6Type2 Type2 PhLPhL：ControlNetControlNetTMTM DLL DLL：ControlNetControlNet AL AL ：ControlNetControlNet and and Ethernet/IPEthernet/IPTMTM Type3 Type3：PROFIBUSPROFIBUSTMTM哈工大网络与电气智能化研究所 6464Type4Type4：P-NETP-NETType5Type5：PhLPhL：无：无 DLLDLL：无：无 AL AL ：FF HSEFF HSEType

64、6Type6：SwiftNetSwiftNetTMTMType7Type7：WorldFIPWorldFIPType8Type8：INTERBUSINTERBUSType9Type9：PhLPhL：无：无 DLLDLL：无：无 ALAL：Type1 Type1 的一部分，与的一部分，与FFFF相同相同Type10Type10：PROFInetPROFInetTMTM 其其中中，PhLPhL、DLLDLL、ALAL分分别别为为物物理理层层、数数据据链链路路层层、应用层。应用层。1.4.2 现场总线国际标准现场总线国际标准哈工大网络与电气智能化研究所 65651.4.2 现场总线国际标准现场总线国

65、际标准 IEC61158第第4版（版（ED4.0）(2003-2007) IEC61158第4版包括：IEC/TR61158-1 IEC/TR61158-1 总则总则IEC61158-2 IEC61158-2 物理层服务定义与协议规范物理层服务定义与协议规范IEC61158-300 IEC61158-300 数据链路服务定义数据链路服务定义 IEC61158-400 IEC61158-400 数据链路协议规范数据链路协议规范IEC61158-500 IEC61158-500 应用层服务定义应用层服务定义IEC61158-600 IEC61158-600 应用层协议规范应用层协议规范哈工大网络与

66、电气智能化研究所 66661.4.2 现场总线国际标准现场总线国际标准 IEC61158IEC61158第第第第4 4版（版（版（版（ED4.0ED4.0）- - 1919种现场总线种现场总线种现场总线种现场总线 IEC61158IEC61158第第4 4版版规规定定了了以以下下2020种种类类型型的的现现场场总总线线、工工业业以以太太网网/ /实时以太网：实时以太网：Type1 IEC/TS61158 Type1 IEC/TS61158 现场总线现场总线Type2 CIP Type2 CIP 现场总线现场总线/ /实时以太网实时以太网Type3 PROFIBUS Type3 PROFIBUS

67、 现场总线现场总线Type4 P-NET Type4 P-NET 现场总线现场总线/ /实时以太网实时以太网Type5 FF HSE Type5 FF HSE 高速以太网高速以太网( (实时以太网实时以太网) )Type6 Type6 SwiftNetSwiftNet 被撤销被撤销被撤销被撤销Type7 Type7 WorldFIPWorldFIP 现场总线现场总线Type8 INTERBUS Type8 INTERBUS 现场总线现场总线/ /实时以太网实时以太网Type9 FF H1 Type9 FF H1 现场总线现场总线哈工大网络与电气智能化研究所 6767Type10 PROFINE

68、T Type10 PROFINET 实时以太网实时以太网Type11 Type11 TCnetTCnet 实时以太网实时以太网Type12 Type12 EtherCATEtherCAT 实时以太网实时以太网Type13 Ethernet Type13 Ethernet PowerlinkPowerlink 实时以太网实时以太网Type14 EPA Type14 EPA 实时以太网实时以太网实时以太网实时以太网Type15 MODBUS-RTPS Type15 MODBUS-RTPS 实时以太网实时以太网Type16 SERCOS-,Type16 SERCOS-, 现场总线现场总线Type17

69、 VNET/IP Type17 VNET/IP 实时以太网实时以太网Type18 CC-Link Type18 CC-Link 现场总线现场总线Type19 SERCOS- Type19 SERCOS- 实时以太网实时以太网Type20 HART Type20 HART 现场总线现场总线 哈工大网络与电气智能化研究所 1.4.2 现场总线国际标准现场总线国际标准68681.4.2 现场总线国际标准现场总线国际标准 IEC61158采纳多种现场总线的原因：技术原因。目前尚没有一种现场总线对所有应用领域在技术上都是最优的。 利益驱动。哈工大网络与电气智能化研究所 69691.4.2 现场总线国际标

70、准现场总线国际标准IEC62026 （1995-2001）- 4种现场总线种现场总线 IEC62026-1IEC62026-1（2000-072000-07）低低压压开开关关设设备备和和控控制制设设备备控控制制器器- -设设备备接接口口（CDIsCDIs：Controller-device Controller-device interfaceinterface）第第1 1部部分分：总总则则（General General rulesrules） IEC62026-2 IEC62026-2 （2000-072000-07） 低低压压开开关关设设备备和和控控制制设设备备 控控制制器器- -设设备

71、备接接口口 第第2 2部部分分：执执行行器器传传感感器器接接口口（AS-iAS-i：Actuator Actuator sensor sensor interfaceinterface） IEC62026-3IEC62026-3（2000-072000-07） 低低压压开开关关设设备备和和控控制制设设备备 控控制制器器- -设设备备接口接口 第第3 3部分：部分：DeviceNetDeviceNet IEC62026-5IEC62026-5（2000-072000-07） 低低压压开开关关设设备备和和控控制制设设备备 控控制制器器- -设设备备接口接口 第第5 5部分：智能分布系统（部分：智能

72、分布系统（SDSSDS：Smart distributed systemSmart distributed system）IEC62026-6IEC62026-6（2001-112001-11） 低低压压开开关关设设备备和和控控制制设设备备 控控制制器器- -设设备备接接口口 第第6 6部部分分：SeriplexSeriplex(Serial(Serial Multiplexed Multiplexed Control Control Bus(Bus(串串行行多多路路控制总线控制总线) )哈工大网络与电气智能化研究所 70701.4.2 现场总线国际标准现场总线国际标准IEC62026 （19

73、95-2001）IEC62026-1IEC62026-1、2 2、3 3、5 5于于20002000年年7 7月月作作为为正正式式国国际际标标准出版。准出版。IEC62026-6IEC62026-6于于20012001年年1111月作为正式国际标准出版。月作为正式国际标准出版。 IEC62026IEC62026曾曾有有过过IEC62026-4IEC62026-4，其其标标题题为为：IEC62026-IEC62026-4 4用用于于低低压压开开关关设设备备和和控控制制设设备备的的控控制制电电路路设设备备和和开开关关元元件件（Control Control circuit circuit devi

74、ce device and and switching switching elementselements）第第4 4部部分分：LontalkLontalk，因因该该协协议议不不适适合合作作为为设设备备层层的的通用协议而被移去。通用协议而被移去。 哈工大网络与电气智能化研究所 71711.4.2 现场总线国际标准现场总线国际标准 ISO11898（1993）- 高速高速CAN ISO11898 ISO11898的标题为：的标题为： ISO11898:1993 ISO11898:1993 道道路路交交通通工工具具（Road Road VehicleVehicle）数数字字信信息息交交换换（In

75、terchange Interchange of of digital digital informationinformation）用用于于高高速速通通信信 （ For For high-speed high-speed communicationcommunication） 的的 控控控控 制制制制 器器器器 局局局局 域域域域 网网网网（CANCAN）ISO11898:1993 ISO11898:1993 描描述述CANCAN的的一一般般结结构构，包包括括CANCAN物物理理层层和和数数据据链链路路层层的的详详细细技技术术规规范范，规规定定装装备备有有CANCAN的的道道路路交交通通工工

76、具具电电子子控控制制单单元元之之间间以以125kbit/s125kbit/s1Mbit/s1Mbit/s传传送送速速率进行数字信息交换的各种特性。率进行数字信息交换的各种特性。哈工大网络与电气智能化研究所 72721.4.2 现场总线国际标准现场总线国际标准 ISO11519 ISO11519 （1994-19951994-1995）- - 低速低速低速低速CANCAN和和和和VANVAN ISO11519 ISO11519的各部分如下：的各部分如下：ISO11519-1ISO11519-1：1994 1994 道道路路交交通通工工具具低低速速串串行行数数据据通通信信第第1 1部部分分：总总则

77、与定义（则与定义（General and definitionsGeneral and definitions）ISO11519-2ISO11519-2：道道路路交交通通工工具具低低速速串串行行数数据据通通信信第第2 2部部分分：低低速速控控制器局域网（制器局域网（CANCAN）ISO11519-3ISO11519-3：1994 1994 道道路路交交通通工工具具低低速速串串行行数数据据通通信信第第3 3部部分分：交交通工具局域网（通工具局域网（VANVAN） ISO11519-1ISO11519-1说说明明用用于于道道路路交交通通工工具具的的速速率率不不不不大大大大于于于于125kbit/s

78、125kbit/s的的低低速速串串行数据通信的一般定义；行数据通信的一般定义； ISO11519-2ISO11519-2、3 3分分别别说说明明用用于于道道路路交交通通工工具具的的速速率率不不大大于于125kbit/s125kbit/s的的CANCAN和和VANVAN通信网络的数据链路层和物理层，规定其网络的一般结构。通信网络的数据链路层和物理层，规定其网络的一般结构。 哈工大网络与电气智能化研究所 73731.4.3 现场总线中国标准现场总线中国标准 与与IEC61158相应的现场总线中国标准相应的现场总线中国标准GB/T20540-2006 GB/T20540-2006 测量和控制数字式数

79、据通信测量和控制数字式数据通信 工工 业控制系统用现场总线业控制系统用现场总线 类型类型3 3：PROFIBUSPROFIBUS GB/Z20541-2006 GB/Z20541-2006 测量和控制数字式数据通信测量和控制数字式数据通信 工工 业控制系统用现场总线业控制系统用现场总线 类型类型1010： PROFINETPROFINET 哈工大网络与电气智能化研究所 74741.4.3 现场总线中国标准现场总线中国标准 与与IEC61158相相应应的的现现场场总总线线中中国国机机械械行行业业标准标准JB/T10308.3-2001 JB/T10308.3-2001 测量和控制数字数据通信测量

80、和控制数字数据通信 工业控制系工业控制系 统用现场总线统用现场总线 类型类型3 3：PROFIBUSPROFIBUS JB/T10308.2-2006 JB/T10308.2-2006 测量和控制数字数据通信测量和控制数字数据通信 工业控制系工业控制系 统用现场总线统用现场总线 类型类型2 2： ControlNetControlNet 和和 Ethernet/IPEthernet/IP哈工大网络与电气智能化研究所 75751.4.3 现场总线中国标准现场总线中国标准 与与IEC62026相应的现场总线中国标准相应的现场总线中国标准 GBGBT18858.1T18858.12002 2002

81、低低压压开开关关设设备备和和控控制制设设备备 控控制制器器设备接口设备接口 (CDI) (CDI) 第第1 1部分部分 总则总则 GBGBT18858.2T18858.22002 2002 低低压压开开关关设设备备和和控控制制设设备备 控控制制器器设备接口设备接口 (CDI) (CDI) 第第2 2部分部分 执行器执行器- -传感器接口（传感器接口（AS-iAS-i） GBGBT18858.3T18858.32002 2002 低低压压开开关关设设备备和和控控制制设设备备 控控制制器器设备接口设备接口 (CDI) (CDI) 第第3 3部分部分 DeviceNetDeviceNet哈工大网络与

82、电气智能化研究所 76761.4.3 现场总线中国标准现场总线中国标准 其他现场总线中国标准其他现场总线中国标准GB/Z20177-2006 GB/Z20177-2006 控制网络控制网络 LonWorksLonWorksGB/Z20830-2007 GB/Z20830-2007 PROFIsafePROFIsafeGB/T19582-2008GB/T19582-2008 基于基于ModbusModbus协议的工业自动协议的工业自动 化网络规范化网络规范哈工大网络与电气智能化研究所 77771.4.4 现场总线地区与国家标准及其现场总线地区与国家标准及其他现场总线他现场总线 课下自学P18-2

83、0哈工大网络与电气智能化研究所 78781.4 现场总线标准现场总线标准 我们了解和掌握现场总线国际标准和其他有关标准的目的：我们了解和掌握现场总线国际标准和其他有关标准的目的：为为了了跟跟踪踪国国际际上上现现场场总总线线的的发发展展趋趋势势，以以促促进进现现场场总总线线这这一一具具有有无无可比拟优势的热点高新技术在我国的应用和发展；可比拟优势的热点高新技术在我国的应用和发展；为了制定我国的现场总线标准以完善我国的技术标准体系；为了制定我国的现场总线标准以完善我国的技术标准体系；用用于于指指导导我我国国企企业业产产品品开开发发，使使我我国国企企业业能能够够按按照照国国际际主主流流现现场场总总线

84、开发现场总线产品；线开发现场总线产品；为为了了最最终终使使我我国国能能够够主主动动参参与与现现场场总总线线国国际际标标准准的的制制定定，以以便便在在未未来的全球竞争中占有主动权。来的全球竞争中占有主动权。哈工大网络与电气智能化研究所 79791.5 现场总线的分类现场总线的分类按传送的数据宽度划分按传送的数据宽度划分传感器网络：数据宽度为位（bit）如：AS-i、Seriplex设备总线：数据宽度为字节（byte）如：Interbus、DeviceNet全功能型总线：数据宽度为数据流或数据块8080按应用行业划分 过程控制用现场总线 如：FF、ROFIBUS-PA 楼宇自动化 如：LonWor

85、ks 道路交通工具中用的 如：CAN、VAN 飞机上用的 如：SwiftNet 农业、养殖业中用的 如：P-Net 低压开关设备中用的 如：DeviceNet、AS-i等按功能分层信信息息层层EtherNet/IPEtherNet/IPHSE/HSE/H2H2PROFInet/PROFInet/PROFIBUS-FMSPROFIBUS-FMS控控制制层层ControlNetControlNetH1H1PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA设设备备层层DeviceNetDeviceNetPROFIBUS-DPPROFIBUS-DPRARAFFFFPROFIBUSPROFIBUS三种主流现场

86、总线协议簇三种主流现场总线协议簇1.5 现场总线的分类现场总线的分类81811.5 现场总线应用领域现场总线应用领域 现现现现场场场场总总总总线线线线可可可可广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用于于于于过过过过程程程程工工工工业业业业/ /工工工工厂厂厂厂自自自自动动动动化化化化、电电电电力力力力系系系系统统统统自自自自动动动动化化化化、交交交交通通通通、家庭自动化家庭自动化家庭自动化家庭自动化等各领域，如：等各领域，如：等各领域，如：等各领域，如： 汽车工业汽车工业 继电保护与电力监控继电保护与电力监控 半导体芯片和半导体产品制造半导体芯片和半导体产品制造 水处理水处理 食品饮料制造食品饮料制造

87、 机器人机器人 物流业物流业/ /搬运业搬运业 智能楼宇智能楼宇 制药业制药业 暖通空调暖通空调 包装业包装业 轨道交通轨道交通/ /城市交通城市交通 石油与化工石油与化工 能源与环境监控及管理能源与环境监控及管理 钢铁钢铁/ /冶金冶金 （煤矿）安全（煤矿）安全 造纸业造纸业 家庭用品家庭用品哈工大网络与电气智能化研究所 82821.5 现场总线应用领域现场总线应用领域 汽车总装生产线现场总线控制系统汽车总装生产线现场总线控制系统汽车总装生产线现场总线控制系统汽车总装生产线现场总线控制系统 哈工大网络与电气智能化研究所 83831.5 现场总线应用领域现场总线应用领域哈工大网络与电气智能化研

88、究所 84841.5 现场总线应用领域现场总线应用领域 大豆分离蛋白现场总线控制系统大豆分离蛋白现场总线控制系统大豆分离蛋白现场总线控制系统大豆分离蛋白现场总线控制系统 哈工大网络与电气智能化研究所 85851.5 现场总线应用领域现场总线应用领域基于现场总线的基于现场总线的基于现场总线的基于现场总线的企业企业能源计量系统能源计量系统能源计量系统能源计量系统 哈工大网络与电气智能化研究所 86861.5 现场总线应用领域现场总线应用领域 上海世博园区配电网现场总线监控系统配置图上海世博园区配电网现场总线监控系统配置图打印机后台系统站控单元GPS 调度中心间隔1保护测控单元间隔2保护测控单元间隔

89、3保护测控单元间隔n保护测控单元其它智能装置CT PT数字量控制输出CT PTCT PTCT PT数字量数字量数字量控制输出控制输出控制输出哈工大网络与电气智能化研究所 87871.5 现场总线应用领域现场总线应用领域低压开关柜传统方式与现场总线智能化方式的比较低压开关柜传统方式与现场总线智能化方式的比较低压开关柜传统方式与现场总线智能化方式的比较低压开关柜传统方式与现场总线智能化方式的比较哈工大网络与电气智能化研究所 88881.5 现场总线应用领域现场总线应用领域基于以太网基于以太网的的CBZ-8000CBZ-8000变电站自动化系统变电站自动化系统哈工大网络与电气智能化研究所 89891

90、.5 现场总线应用领域现场总线应用领域基于现场总线的配电网自动化系统基于现场总线的配电网自动化系统基于现场总线的配电网自动化系统基于现场总线的配电网自动化系统哈工大网络与电气智能化研究所 9090思考题思考题1. 1.现场总线的定义。现场总线的定义。2. 2.现场总线系统的组成。现场总线系统的组成。3. 3.请列举请列举4 4类总线设备。类总线设备。4. 4.请列举请列举3 3个现场总线的技术特点。个现场总线的技术特点。5. 5.请列举请列举5 5个现场总线的优点。个现场总线的优点。6. 6.工工业业控控制制系系统统用用的的是是哪哪个个国国际际标标准准？设设备备层层的的现现场场总总线线国国际际

91、标标准准是是指指哪哪个个国国际际标标准准？道道路路交交通通工工具具用用的的现现场场总总线线国国际标准是指哪俩个国际标准？际标准是指哪俩个国际标准？7. 7.请请给给出出现现场场总总线线中中国国标标准准GB/T20540-2006 GB/T20540-2006 、GB/T18858GB/T18858包含现场总线类型。包含现场总线类型。8. 8.请请 给给 出出 现现 场场 总总 线线 国国 际际 标标 准准 IEC61158IEC61158、 IEC62026IEC62026、ISO11898ISO11898、ISO11519ISO11519所包含的现场总线类型。所包含的现场总线类型。哈工大网络与电气智能化研究所 9191Thank you!9292