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1、工业控制网络工业控制网络王王 超超工业控制网络工业控制网络计算机控制技术基础计算机控制技术基础通信与信息技术通信与信息技术工业控制网络工业控制网络过程控制系统过程控制系统微机原理及应用微机原理及应用计算机控制理论与应用计算机控制理论与应用工业控制网络工业控制网络u控制网络控制网络u现场总线的概念与产生现场总线的概念与产生u现场总线的标准化现场总线的标准化第一章第一章 概论概论 工业控制网络工业控制网络第第1 1节节 控制网络控制网络控制网络的概念控制系统对网络的要求工业控制网络的特点工业控制网络工业控制网络控制网络的概念控制网络的概念 控控制制网网络络将将多多个个分分散散在在生生产产现现场场，
2、具具有有数数字字通通信信能能力力的的测测量量控控制制仪仪表表作作为为网网络络节节点点，采采用用公公开开、规规范范的的通通信信协协议议，以以现现场场总总线线作作为为通通信信连连接接的的纽纽带带，把把现现场场控控制制设设备备连连接接成成可可以以相相互互沟沟通通信信息息，共共同同完完成成自自控控任任务务的的网网络络系系统统与控制系统。与控制系统。工业控制网络工业控制网络控制网络的概念控制网络的概念工业控制网络工业控制网络控制系统对网络的要求控制系统对网络的要求 在在网网络络集集成成式式控控制制系系统统中中，网网络络是是控控制制系系统统运运行行的的动动脉，是通信的枢纽。脉，是通信的枢纽。 开放性开放性
3、 互操作性与互用性互操作性与互用性 通信的实时性通信的实时性 对环境的适应性对环境的适应性工业控制网络工业控制网络工业控制网络的特点工业控制网络的特点工业控制网络工业控制网络工业控制网络的特点工业控制网络的特点1 1、改变了传统控、改变了传统控制系统的结构形式制系统的结构形式 2 2、提供更为丰富、提供更为丰富的信息的信息3 3、提高了信号测、提高了信号测量、控制和传输的量、控制和传输的精度精度4 4、打破了自动化、打破了自动化孤岛孤岛 工业控制网络工业控制网络u控制网络控制网络u现场总线的概念与产生现场总线的概念与产生u现场总线的标准化现场总线的标准化第一章第一章 概论概论 工业控制网络工业
4、控制网络第第2 2节节现场总线的概念与产生现场总线的概念与产生工业控制网络工业控制网络现场总线的概念现场总线的概念 按按照照IEC对对现现场场总总线线(FieldBus)一一词词的的定定义义，现现场场总总线线是是一一种种应应用用于于生生产产现现场场，在在现现场场设设备备之之间间、现现场场设设备备与与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。 这这是是由由IEC/TC65负负责责测测量量和和控控制制系系统统数数据据通通信信部部分分国际标推化工作的国际标推化工作的SC65/WG6定义的。定义的。 工业控制网络工业控制网络现场总线出现前的情况
5、现场总线出现前的情况 在过程控制领域中，从在过程控制领域中，从20世纪世纪50年代至今一直都在使用年代至今一直都在使用着一种信号标准，那就是着一种信号标准，那就是4- -20mA的模拟信号标准。的模拟信号标准。 20世纪世纪70年代，数字式计算机引入到测控系统中，而年代，数字式计算机引入到测控系统中，而此时的计算机提供的是集中式控制处理。此时的计算机提供的是集中式控制处理。 现场总线的产生现场总线的产生工业控制网络工业控制网络技术基础技术基础 20世纪世纪80年代微处理器在控制领域得到应用，微处理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仪器设备中，形成了分布式控制系统。器被嵌人到各
6、种仪器设备中，形成了分布式控制系统。 通信技术的发展，促使传送数字化信息的网络技术开始通信技术的发展，促使传送数字化信息的网络技术开始得到广泛应用。得到广泛应用。现场总线的产生现场总线的产生工业控制网络工业控制网络需求：需求： 基于质量分析的维护管理、与安全相关系统的测试记录、基于质量分析的维护管理、与安全相关系统的测试记录、环境监视需求的增加，都要求仪表能在当地处理信息，并环境监视需求的增加，都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，这些也使现场仪表与上级控在必要时允许被管理和访问，这些也使现场仪表与上级控制系统的通信量大增。制系统的通信量大增。 从实际应用的角度出发，控制界也
7、不断在控制精度、可从实际应用的角度出发，控制界也不断在控制精度、可操作性、可维护性、可移植性等方面提出新需求。操作性、可维护性、可移植性等方面提出新需求。 现场总线的产生现场总线的产生工业控制网络工业控制网络 进人进人2020世纪世纪9090年代，工业生产的规模越来越大，生产的年代，工业生产的规模越来越大，生产的过程也日益强化；因此对生产过程进行检测与控制的点数过程也日益强化；因此对生产过程进行检测与控制的点数与质量要求也越来越高；随着测点的增加，所需的控制电与质量要求也越来越高；随着测点的增加，所需的控制电缆数势必随之增涨。缆数势必随之增涨。 因此，寻求现场仪表的数字化、智能化，使大量的一因
8、此，寻求现场仪表的数字化、智能化，使大量的一般控制功能下放到现场去解决，以减少主机的负担；同时般控制功能下放到现场去解决，以减少主机的负担；同时通向控制室的电缆数量也要求减少。通向控制室的电缆数量也要求减少。 现场总线的产生现场总线的产生工业控制网络工业控制网络u控制网络控制网络u现场总线的概念与产生现场总线的概念与产生u现场总线的标准化现场总线的标准化第一章第一章 概论概论 工业控制网络工业控制网络第第3 3节节现场总线的标准化现场总线的标准化制订现场总线标准的机构现场总线的标准化历程工业控制网络工业控制网络一、一、IEC/TC65/SC65C/WG6IEC/TC65/SC65C/WG6 I
9、EC/TC65是国际电工委员会第是国际电工委员会第65分技术委员会，它成立于分技术委员会，它成立于1969年。年。 SC65C是是IEC/TC65下的分委员会下的分委员会 (SC是是SubCommittee的缩写的缩写)，负责测量和控制系统的数字数据通信的标准化工作。负责测量和控制系统的数字数据通信的标准化工作。 WG6是是SC65C下的工作组下的工作组 (WG是是WorkingGroup的缩写，的缩写，WG6是第是第6工作组工作组)， 通过了通过了IEC 61158标准。标准。制订现场总线标准的机构制订现场总线标准的机构二、二、IEC/TC17/SC17BIEC/TC17/SC17B IEC
10、/TCl7是分管电器的标准化委员会，其下的是分管电器的标准化委员会，其下的SC17B是负责低是负责低压电器的分委员会，也制订了与之有关的现场总线的标准。压电器的分委员会，也制订了与之有关的现场总线的标准。 通过了通过了IEC62026，包括：，包括：ASI、DeviceNet、SDS和和Seriplex。三、三、ISOISO ISO11898 CAN 工业控制网络工业控制网络1.1.19831983年现场总线的概念首先在欧洲兴起，丹麦的年现场总线的概念首先在欧洲兴起，丹麦的Process DataProcess Data公司推出公司推出P PNetNet；2.2.19841984年年IECIE
11、C就开始制订现场总线的国际标准，稍后即就开始制订现场总线的国际标准，稍后即成立了推广及试用的组织成立了推广及试用的组织IFCIFC；3.3.19841984年德国年德国SiemensSiemens公司推出公司推出ProfibusProfibus总线，于总线，于19891989年成为德国国家标准；年成为德国国家标准；4.4.19871987年法国年法国AlstonAlston公司推出公司推出FIPFIP总线，于总线，于19901990年成为年成为法国国家标准；法国国家标准；现场总线的标准化历程现场总线的标准化历程工业控制网络工业控制网络5.5.19931993年，年，CANCAN成为国际标准成为
12、国际标准ISO11898ISO11898；6.6.19931993年年IEC61158-2IEC61158-2物理层规范通过表决成为国际标准，物理层规范通过表决成为国际标准，但关键的链路层因与但关键的链路层因与ProfibusProfibus有分歧，遭到德国为首有分歧，遭到德国为首的一些国家的抵制而未获通过。的一些国家的抵制而未获通过。7.7.19931993年年WorldFIPWorldFIP成立。成立。WorldFIPWorldFIP是世界工厂仪表协议是世界工厂仪表协议 (World Factory Instrumentation Protocol)(World Factory Instr
13、umentation Protocol)简称。简称。它基于法国的它基于法国的FIPFIP, ,它也有它也有100100多家公司参加多家公司参加, ,由由HoneywellHoneywell公司牵头。公司牵头。现场总线的标准化历程现场总线的标准化历程工业控制网络工业控制网络8.8.19941994年年6 6月，月，ISPISP与与WorldFIPWorldFIP感到二大阵营旗鼓相当，谁感到二大阵营旗鼓相当，谁也胜不了谁，于是握手言和，合并成为现场总线基金会也胜不了谁，于是握手言和，合并成为现场总线基金会 (FieldbusFoundation)(FieldbusFoundation)简称简称FF
14、FF，它推出的基金会现场总，它推出的基金会现场总线线(FoundationFieldbus)(FoundationFieldbus)也简称也简称FFFF。9.9.19941994年因年因FFFF已成立，已成立，IFCIFC解散了。现场总线基金会解散了。现场总线基金会FFFF成成立以后，现场总线国际标准理应顺利产生，但事实并非立以后，现场总线国际标准理应顺利产生，但事实并非如此。如此。10.10.19961996年年1212月月3030日，对经过改进后的链路层又进行了一次日，对经过改进后的链路层又进行了一次投票表决，但还是因为与投票表决，但还是因为与ProfibusProfibus不一致而遭到德
15、国为不一致而遭到德国为首的一些欧洲国家的反对，未通过。首的一些欧洲国家的反对，未通过。现场总线的标准化历程现场总线的标准化历程工业控制网络工业控制网络11.11.对此标准持支持态度的法国与美国又根据对此标准持支持态度的法国与美国又根据ISO/IECISO/IEC导则导则的有关规定，向的有关规定，向IECIEC中央秘书处提出复议请求，其理由中央秘书处提出复议请求，其理由是反对票中的奥地利因未涉及任何理由，应作为弃权票是反对票中的奥地利因未涉及任何理由，应作为弃权票处理。处理。19971997年年4 4月月3030日日IECIEC中央秘书处在日内瓦召开联席中央秘书处在日内瓦召开联席会议专门对现场总
16、线标准的复议问题进行了讨论，最终会议专门对现场总线标准的复议问题进行了讨论，最终决定对数据链路层标准进行重新表决。决定对数据链路层标准进行重新表决。12.12.由于巴西投票在规定日期内己送达了由于巴西投票在规定日期内己送达了SC65CSC65C秘书处而没秘书处而没有上报到有上报到IECIEC中央秘书处，中央秘书处，TC65TC65主席主席 ( (德国德国) )坚持巴西一坚持巴西一票作为弃权处理。巴西强烈抗议，在美、日、法、英等票作为弃权处理。巴西强烈抗议，在美、日、法、英等的支持下，决定接受巴西的这一票，这样链路层及应用的支持下，决定接受巴西的这一票，这样链路层及应用层的层的4 4个规范及服务
17、定义个规范及服务定义 (IEC61158-3-6)(IEC61158-3-6)进人了报批阶进人了报批阶段，如果这次表决成功，就成为国际标准了。段，如果这次表决成功，就成为国际标准了。现场总线的标准化历程现场总线的标准化历程工业控制网络工业控制网络13.13.19981998年年9 9月月3030日经过投票表决，结果被否决了。日经过投票表决，结果被否决了。19981998年年1010月在月在IEC/TC65IEC/TC65于美国休斯敦召开的年会上，于美国休斯敦召开的年会上，WG6WG6组长组长以投反对票中的以投反对票中的6 6个国家个国家 ( (丹麦、波兰、斯洛伐克、罗丹麦、波兰、斯洛伐克、罗马
18、尼亚、卢森堡与捷克马尼亚、卢森堡与捷克) )所附的意见为非技术性意见为所附的意见为非技术性意见为由，要求由，要求IECIEC在统计最终投票表决结果时，不计人上述在统计最终投票表决结果时，不计人上述6 6国的反对票。最终获得通过。国的反对票。最终获得通过。14.14.20002000年决定年决定8 8种类型的现场总线共同构成种类型的现场总线共同构成IEC61158IEC61158。15.15.20032003年年PROFInetPROFInet、 FFFF应用层加入，共应用层加入，共1010种类型种类型, ,形成形成IEC61158IEC61158 第第3 3版。版。现场总线的标准化历程现场总线
19、的标准化历程工业控制网络工业控制网络IEC61158IEC61158 第第3 3版包括版包括l0l0种技术类型：种技术类型：q类型类型1 1：IECIEC技术报告（技术报告（FFFF的的H1H1，美国，美国Fisher-RosemountFisher-Rosemount公司）；公司）；q类型类型2 2：ControlNetControlNet（美国（美国RockwellRockwell公司支持）；公司支持）；q类型类型3 3：ProfibusProfibus（德国（德国SiemensSiemens公司支持）；公司支持）；q类型类型4 4：P-NetP-Net（丹麦（丹麦Process Data
20、Process Data公司支持）；公司支持）；q类型类型5 5：FF HSEFF HSE（美国（美国Fisher-RosemountFisher-Rosemount公司支持）；公司支持）；q类型类型6 6：SwiftNetSwiftNet（美波音公司支持）；（美波音公司支持）；q类型类型7 7：WorldFIPWorldFIP（法国阿尔斯通（法国阿尔斯通AlstomAlstom公司支持）；公司支持）；q类型类型8 8：InterbusInterbus（德国菲尼克斯（德国菲尼克斯Phoenix Phoenix 公司支持）；公司支持）；q类型类型9 9：FFFF应用层（应用层（Applicati
21、on Layer)Application Layer)；q类型类型1010：ProfinetProfinet。标准的类型标准的类型工业控制网络工业控制网络n 2004 2004年年IEC/TC65IEC/TC65起草实时以太网标准：起草实时以太网标准：IEC617842IEC617842n 20052005年年1212月月1EC1ECTC65/SC65CTC65/SC65C在在美美国国确确定定了了IEC61158IEC61158新新版版本本( (第第4 4版版) )将将以以现现版版本本( (第第3 3版版) )为为基基础础，加加入入已已成成为为PASPAS文文件件的的实实时时以以太太网网解解决
22、决方方案案，成成为为新新的的IEC61158IEC61158现现场场总总线线标准。标准。n 20072007年年 IEC61158IEC61158现场总线标准通过，包括现场总线标准通过，包括2020个类型。个类型。标准的最新发展标准的最新发展工业控制网络工业控制网络标准的最新发展标准的最新发展说明：说明： Type 1 Type 1 相当于相当于FFFF现场总线；现场总线； Type 2 Type 2 包括包括ConrtoConrtol lNetNet、DeviceNetDeviceNet和和EtherNet/IPEtherNet/IP实时以太网；实时以太网；要点总结要点总结 1、控制系统对网络的要求、控制系统对网络的要求2、理解现场总线的概念；、理解现场总线的概念；3、明明晰晰常常见见现现场场总总线线的的名名称称，了了解解现现场场总总线的分类；线的分类；
