清华大学自动化系王俊杰教授

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1、现场总线控制系统的发展与未来现场总线控制系统的发展与未来清华大学清华大学 自动化系自动化系王俊杰王俊杰 教授教授20092009年年9 9月月什么是总线技术？什么是总线技术？ 总线是一种连接多种设备的数据传输高速通道。总线是一种连接多种设备的数据传输高速通道。 在在计算机计算机中为了把中为了把CPU与外部设备如：键盘、与外部设备如：键盘、显示卡、声卡显示卡、声卡、打印机、光盘机等连接起来并互相传送数据，采用打印机、光盘机等连接起来并互相传送数据，采用ISA总线、总线、PCI总总线和线和USB总线总线。ISA总线总线(IndustrialStandardArchitecture)即即工业标工业标

2、准结构总线准结构总线，是早期使用的一种总线接口技术，由于传输速率低，是早期使用的一种总线接口技术，由于传输速率低，CPU资源占用大资源占用大，己不再采用。，己不再采用。PCIPCI总线（总线（Peripheral Component InterconnectPeripheral Component Interconnect）即即外部设外部设备互联总线备互联总线，它，它传输速度高传输速度高，数据吞吐量大，功耗低。是目前广，数据吞吐量大，功耗低。是目前广泛采用的技泛采用的技术术。USB（UniversalSerialBus）即即通用串行总线通用串行总线，已经被广泛，已经被广泛应用于鼠标、键盘、打印

3、机、扫描仪、应用于鼠标、键盘、打印机、扫描仪、Modem、音箱等各种设备。、音箱等各种设备。它一般是外置式的，具有不占用计算机扩展槽和热插拔的优点，因它一般是外置式的，具有不占用计算机扩展槽和热插拔的优点，因而安装更为方便。也而安装更为方便。也是目前广泛采用的技是目前广泛采用的技术术。 2 2 现场总线（现场总线（FIELDBUS ） 是一种用于工业现场环境下的工是一种用于工业现场环境下的工 业测量和控制数据的传输总线。业测量和控制数据的传输总线。 现场总线控制系统现场总线控制系统 FCSFCS（FieldbusFieldbus Control System Control System） 是

4、连接工业生产现场自动化设备和是连接工业生产现场自动化设备和 系统的数字式、双向传输、多分支系统的数字式、双向传输、多分支 结构的控制网络数据通信系统。结构的控制网络数据通信系统。 现场总线控制系统现场总线控制系统FCSFCS是是目前工业控制系统发展的方向！目前工业控制系统发展的方向！ 什么是现场总线技术？什么是现场总线什么是现场总线技术？什么是现场总线控制系统控制系统FCSFCS？3 31. 制控系统发展简介制控系统发展简介 1919世纪初世纪初 蒸汽机出现以后，开始了工业革命，机器产生后的运行、操作对控制控制提出了要求，于是早期出现了机构、电气控制系机构、电气控制系统统。例如蒸汽机汽缸活塞和

5、气门、曲轴的联合运动就是采用机构控机构控制制来完成的。一些开关量开关量的位式控制则是由电气控制电气控制完成的。 2020世纪世纪50-6050-60年代年代 出现了从传统的机构、电气控制系统发展到以模拟信号为主的电子装置和自动化仪表控制系统电子装置和自动化仪表控制系统。 以电子技术的进步为基础以电子技术的进步为基础 2020世纪世纪70-8070-80年代年代 直接数字控制（直接数字控制（DDCDDC）和分布式控制系统分布式控制系统（DCSDCS）的出现，把分散的单回路测控系统采用计算机计算机进行了统一管理，集中实现了参数显示报警、回路调节，工况联锁，历史数据参数显示报警、回路调节，工况联锁，

6、历史数据存储和工艺流程动态显示等多种功能存储和工艺流程动态显示等多种功能。在大型的控制系统中，往往还带有操作指导操作指导和专家系统专家系统软件。 以计算机和网络技术的进步为基础以计算机和网络技术的进步为基础4 4 20世纪世纪90年代至今年代至今 现场总线控制系统（现场总线控制系统（FCS）正在成为自动化 领域中控制系统的主导技术。 以计算机、通信和控制技术的进步为基础的。以计算机、通信和控制技术的进步为基础的。 人们称为3C技术技术（Conpunter Comunication Control）图图1.1控制系统发展过程控制系统发展过程 1. 制控系统发展简介制控系统发展简介5 5 仪表控制

7、系统（仪表控制系统（ICS）精馏段精馏段提馏段提馏段 图图1.1 1.1 精馏塔仪表控制系统图精馏塔仪表控制系统图精馏塔的调节回路：TC温度调节器 温度温度调节回路 1路PC压力调节器 压力压力调节回路 1路FC流量调节器 流量流量定值调节 回路 2路LC液位调节器 液位液位调节回路 2路问题问题：大型系统，控制 回路多，仪表数 量多，接线复杂、 故障率高。 1. 制控系统发展简介制控系统发展简介6 6 直接数字控制系统（直接数字控制系统（DDC）特点特点：是以工业控制计算机为核心工业控制计算机为核心，加上信号输入/输出（I/O）单元， 信号调理模块及传感器、变送器和执行器构成控制系统。 可完

8、成多回路的监控任务可完成多回路的监控任务。 工业控制计算机（工业控制计算机（IPCIPC）代替了调节器、给定单元、显示、）代替了调节器、给定单元、显示、 记录单元、报警单元和操作单元等。记录单元、报警单元和操作单元等。问题问题：信号过于集中， I/O单元和信号调理模块有故障，会影响较大。 一套一套DDCDDC装置可以构成多回路控制系统，如上述精馏塔的装置可以构成多回路控制系统，如上述精馏塔的6 6个控个控 制回路完全可以用一套制回路完全可以用一套DDCDDC装置进行控制。装置进行控制。 1. 制控系统发展简介制控系统发展简介7 7 图图1.3 1.3 直接数字控制（直接数字控制（DDCDDC）

9、系统方块图）系统方块图测量传感器测量传感器 1. 制控系统发展简介制控系统发展简介8 8 分布式控制系统（分布式控制系统（DCS） 特点特点： 是一种数字和模拟的混合系统数字和模拟的混合系统，模拟仪表分散在工业现场， 计算机在控制室中。实现了分散控制和集中管理的结合分散控制和集中管理的结合，达 到了管控一体化管控一体化的目的。生产控制和经营管理的有机结合， 能滿足大多数流程工业控制的要求。 问题问题：系统封闭自成体系，各种DCSDCS无法达到开放和互操作的目的。 图图1.4 DCS1.4 DCS控制系统方块图控制系统方块图调度决策层调度决策层操作控制层操作控制层设备层设备层 1. 制控系统发展

10、简介制控系统发展简介9 9 现场总线控制系统（现场总线控制系统（FCS） 特点：特点：全数字化的网络结构，以智能化仪表为节点的彻底的分散性系统全数字化的网络结构，以智能化仪表为节点的彻底的分散性系统。 可实现点对点、点对多点和广播式通信，多种通信介质、多种网络拓扑结构， 具有开放性和互操作性。 一种全新的设计、安装布线、调试和运行的方式。一种全新的设计、安装布线、调试和运行的方式。 代表了新一代控制系统发展的方向。代表了新一代控制系统发展的方向。 最近几年发展很快，己在60万顿乙烯装置、大型炼钢设备上采用全套进口 的现场总线控制系统。国内独立研发现场总线系统己经开始，并取得了一定的成绩。图图1

11、.5 FCS1.5 FCS控制系统方块图（总线拓扑结构）控制系统方块图（总线拓扑结构） 1. 制控系统发展简介制控系统发展简介1010 2. 现场总线的定义和技术特点现场总线的定义和技术特点 现场总线是一种工业数据总线工业数据总线，根据国际电工委员会（国际电工委员会（IECIEC）的标准 和现场总线基金会（现场总线基金会（FFFF）的定义定义： 现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、 多分支结构的通信网络。多分支结构的通信网络。 现场总线控制系统（现场总线控制系统（FCSFCS）的特点）的特点 （1 1）数字化的信号

12、传输数字化的信号传输 以串行数字通信取代传统的4-20mA模拟信号，实现了高速、双向、多变量、 多站点之间的数据交换。报文内容丰富，可靠性高，在数据传输方式和连线 方法上较原有系统有重大改变。 （2 2）分散的系统结构分散的系统结构 把DCS控制站中的功能全部分散到了每个智能节点（智能仪表）中，每个节点 都带有CPU和存储器，可独立完成测量、数据处理、调节、诊断等功能，任一节点 的故障不会危及全局。1111 （3 3）方便的互操作性和互换性方便的互操作性和互换性 互操作互操作是指实现不同设备之间和系统之间的信息传递与沟通， 互换互换是指不同厂家的同类产品可以互相替代，异构为一个系统。 （4 4

13、）开放的互联网络开放的互联网络 技术标准，通信协议，产品检验方法都是公开的，面向所有 的制造商和用户。开放性更是指对相关标准的一致性的要求， 强调对标准的共识和遵从。 （5 5）多种传输媒介和网络拓扑结构多种传输媒介和网络拓扑结构 双绞线、同轴电缆、光纤、电力线、无线射频，各种媒介通过网 桥互联。总线型、星型、环型等。仅布线工程一项可节省40。 在1996年美国ISA展览会上，主要展出了现场总线技术新产品现场总线技术新产品。展会上打出的标语称：“你将站在控制领域新纪元的起点上。你将站在控制领域新纪元的起点上。” 2. 现场总线的定义和技术特点现场总线的定义和技术特点1212 3. 现场总线标现

14、场总线标准的制定准的制定 技术标准的制定十分重要，它是保证互操作性和互换性的基本条件，也是具有开技术标准的制定十分重要，它是保证互操作性和互换性的基本条件，也是具有开 放式通信协议的重要指标。放式通信协议的重要指标。 标准的制定从1984年就开始了，一直到1999年7月才完成，在加拿大的渥太华，IEC TC65（国际电工委员会负责工业测量和控制的第65标准化技术委员会）通过了IEC IEC 6115861158决议决议，确定了8 8种现场总线为国际标准。种现场总线为国际标准。 Type 1Type 1 IECIEC技术报告技术报告 即FF的H1 ( (各大公司支持）各大公司支持） 基金会现场总

15、线（基金会现场总线（FFFF）的低速型低速型H1H1 ，主要用于设备层 ， 31.25kbps，两线传输，有本安防暴型（FF的一个子集）。 1984年通过标准草案， 1999年1月全面定义了通信协议中 各层的含义。 Type 2Type 2 ControlNetControlNet （美国（美国RockwellRockwell公司支持）公司支持） 结构分为三层， DeviceNetDeviceNet 为设备层， ControlNetControlNet 为 控制层，Ethernet/IPEthernet/IP为信息层。1995年推出。1313 Type 3Type 3 ProfibusProf

16、ibus （德国（德国SiemensSiemens公司支持）公司支持） 结构分为三层，AS-iAS-i为设备层设备层， ProfibusProfibus FMSFMS（现场总 线报文规范，用于一般自动化系统）、 ProfibusProfibus PAPA （过程自动化）和ProfibusProfibus DPDP（加工自动化）为操作层操作层。 1987年开始研制，1991年推出标准，1994年推出Profibus PA标准。 Type 4Type 4 P-NetP-Net （丹麦（丹麦Process- DataProcess- Data公司支持）公司支持） 1983年推出，是一种多主控制器的主

17、从模式系统，每段 最多可有32个主控制器，采用虚拟令牌传递方式。每段 最长为1200m，可连接125个从设备，使用 屏蔽双绞线 电缆，数据双向传输，速率为76.8k bps。 主要应用在农 业、食品等行业。 3. 现场总线标现场总线标准的制定准的制定1414 Type 5Type 5 FF HSEFF HSE （各大公司支持，（各大公司支持，FFFF的的H2H2） 基金会现场总线基金会现场总线FFFF的高速型的高速型H2 ，工业以太网标准工业以太网标准，1M、2.5M、 100Mbps速率，CSMA/CD和TCP/IP协议。应用于各种工业领域监控层， 2000年3月制定出规范。 Type 6T

18、ype 6 SwiftNetSwiftNet （美国（美国SHIP STARSHIP STAR协会制定协会制定 波音公司支持）波音公司支持） 结构简单，实时性强，可靠性高，应用于航空航天领域。可用于采集 同步、高速的飞行数据，数据的读写采用“生产者/消费者”模式。 1996年研制，1998年推出。 Type 7Type 7 WorldFIPWorldFIP （法国Alston公司支持） 三层结构，使用双绞线，传输速率有31.25k、1M、2.5M bps， 对应的通信距离为5km、1km和500m。一个网络最多可连4个子段， 每个子段有32个节点，最多可连256个节点。主要用于发电、加工、 运

19、输等行业的自动化工程中。 1987年推出。 3. 现场总线标现场总线标准的制定准的制定1515 Type 8Type 8 InterbusInterbus （德国Phoenix Contact公司支持） 设备级的串行总线，主从模式，传输速率500kbps，接口为EIA-485标准， 用于汽车、物流等工业控制系统中，1987年推出。 另外IEC TC17BIEC TC17B（国际电工委员会负责低压电器的第17B标准化技术委员会）也通过了3种现场总线国际标（IEC 62026），它们是： SDS SDS （美国（美国HoneywellHoneywell公司支持）公司支持） 智能分布系统智能分布系统

20、 AS-i AS-i （德国（德国SiemensSiemens公司支持）公司支持） 执行器执行器- -传感器传感器- -接口接口 DeviceNetDeviceNet（美国（美国RockwellRockwell公司支持）公司支持） 设备网络设备网络 国际上另外一个组织ISO（国际标准化组织）也推出了ISO11898决议， 认定控制局域网CANCAN总线为国际标准总线为国际标准。 （Control Area NetworkControl Area Network，德国，德国Robert BoschRobert Bosch公司支持）公司支持） 当时总共有当时总共有1212种现场总线技术定为国际标准

21、，它们各有特点，在不同的领域荻得了种现场总线技术定为国际标准，它们各有特点，在不同的领域荻得了广泛的应用广泛的应用。 3. 现场总线标现场总线标准的制定准的制定1616 20032003年年4 4月月IEC/SC65C/MT9IEC/SC65C/MT9小组小组又推出了现场总线国际标准的第三版现场总线国际标准的第三版IEC61158 Ed.3IEC61158 Ed.3。为了反映工业网络通信技术的最新发展，新版标准规定了1010种种类型现场总线（增加了增加了2 2种种) ) Type 9 Type 9： PhLPhL，DDL DDL 无定义，无定义，ALAL是是FF H1FF H1的子集（应用层的

22、子集（应用层+ +用户层）用户层） Type 10Type 10：ProfiNetProfiNet（ ProfibusProfibus的管理层的管理层 ） 在通信协议中：在通信协议中：PhLPhL( ( 物理层物理层 ) )， DDL (DDL (数据链路层数据链路层) )，AL( AL( 应用层应用层) ) 3. 现场总线标现场总线标准的制定准的制定1717 4. 现场总线的发展方向现场总线的发展方向工工业业以太网以太网 工业以太网（工业以太网（ EtherNetEtherNet ）是一种发展方向。）是一种发展方向。 以太网：以太网： 1975年产生，由美国3Com公司推出 1982年由国际

23、电气与电子工程师协会推出为行业标 准（IEEE 802.3） 1990年2月 被国际标准化组织和国际电工委员会所 采纳，成为国际标准（ISO/IEC 8802.3） 在这期间，以太网从最初的10M bps10M bps发展到100M bps100M bps和交互交互 式式以太网，现在正在发展千兆以太网千兆以太网并使用光纤为传输介质。 可以说2020年来以太网是发展最成功的网络技术年来以太网是发展最成功的网络技术。 但以太网最初是为IT（信息技术）领域而开发的技术，发展到现在，它有完整的硬、软件系统，可持续发展潜力大，易于与Internet连接，而且应用广泛、技术成熟、价格便宜，主要用于信息层。

24、1818 目前人们希望它能向下延伸，直接在控制层和设备层中使目前人们希望它能向下延伸，直接在控制层和设备层中使用，成为贯穿三层网络（设备层、控制层、管理层）的技术，即用，成为贯穿三层网络（设备层、控制层、管理层）的技术，即工业以太网技术。工业以太网技术。工厂管理层工厂管理层生产控制层生产控制层设备监控层设备监控层从工厂管理层到设备监从工厂管理层到设备监控层控层的数据存取的数据存取“e e网到底网到底” EtherNetEtherNet 4. 现场总线的发展方向现场总线的发展方向工工业业以太网以太网1919 工业以太网的发展必须要解决的问题：工业以太网的发展必须要解决的问题：（1 1）以太网通信

25、中的信道共享技术信道共享技术采用CSMA/CDCSMA/CD（载波侦听多路访载波侦听多路访问问/ /冲突检测）技术冲突检测）技术，在网络负荷较重时（大于40），网络的确确定性定性（Determinacy，通过网络传输的数据是否完整、准确)和实时实时性性（Real-time，在规定的时间内通过网络传输的数据能否按时完整地到达目的地)还还不能滿足要求不能滿足要求。（2 2）以太网在网络连接的硬件网络连接的硬件上使用接插件（Connector），集线器（Hub），交换机（Switches）和普通电缆（Cable）等。它们都是为办公室的环境下，为信息的传输而设计的。还不符合工业环境还不符合工业环境下工

26、业数据可靠传输的要求。下工业数据可靠传输的要求。（3 3）以太网的电磁兼容性（电磁兼容性（EMIEMI）较差较差，在危险场所还不具备本质还不具备本质安全防爆功能。安全防爆功能。（4 4）以太网还不具备通过数据线向现场节点提供电能的功能还不具备通过数据线向现场节点提供电能的功能。（5 5）还还缺乏统一的应用层（用户层）协议。缺乏统一的应用层（用户层）协议。 4. 现场总线的发展方向现场总线的发展方向工工业业以太网以太网2020 目前己推出的几种典型工业以太网技术：目前己推出的几种典型工业以太网技术： HSE HSE （Foundation Foundation FieldbusFieldbus,

27、 FF, FF，20002000） ModbusModbus TCP/IP TCP/IP (SchneiderSchneider，19991999) EtherNetEtherNet/IP /IP （ODVAODVA， RockwellRockwell，19991999） ProfiNetProfiNet (SIEMENSSIEMENS, 20012001) EPA EPA （Ethernet for Plant AutomationEthernet for Plant Automation，CHINACHINA，20042004） 目前工业以太网（工业以太网（ Industrial Indu

28、strial EtherNetEtherNet ）或称实时以实时以太网（太网（RTERTE，Real Time Real Time EtherNetEtherNet，IEC 61784-2IEC 61784-2通过）通过）是工业控制是工业控制网络发展的方向！网络发展的方向！ 4. 现场总线的发展方向现场总线的发展方向工工业业以太网以太网2121 在中国国家标准化管理委员会、全国工业过程测量与控制标准化技术委员会的支持下，由淅江大学、淅大中控公司、中科院沈阳自动化所、重庆邮电大学、清华大学、大连理工大学、上海自动化仪表研究所、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所和北京华控技术公司组成的研发团队，在

29、国家“863”863”计划计划CIMSCIMS主题系列课主题系列课题的支持下题的支持下，经过3年的技术攻关，提出了基于工业以太网的实时基于工业以太网的实时通信系统控制解决方案通信系统控制解决方案 EPAEPA（用于成套自动化装置的以太网）用于成套自动化装置的以太网）。目前己上报囯际有关组织，申请成为国际标准之一。 4. 现场总线的发展方向现场总线的发展方向工工业业以太网以太网2222 5.现场总线的发展方向现场总线的发展方向无线工业控制网络无线工业控制网络工业环境下利用无线传输数据的优势工业环境下利用无线传输数据的优势 降低安装、运行维护成本、减少接插件故障，移动自由不受限制，投运快速。降低安

30、装、运行维护成本、减少接插件故障，移动自由不受限制，投运快速。 美国能源部的研究估计，无线传感器网络会为工业现场节能美国能源部的研究估计，无线传感器网络会为工业现场节能10%10%和降低排放或泄和降低排放或泄 漏漏15%15%。 目前目前美国仪表系统和自动化学会的美国仪表系统和自动化学会的ISA SP100ISA SP100标准委员会标准委员会正在加紧制定在正在加紧制定在 现场工业控制环境下实现无线工业控制网络系统的标准。现场工业控制环境下实现无线工业控制网络系统的标准。着重在三方面制定标准：着重在三方面制定标准：无线无线工业控制网络系统对工业控制网络系统对环境的技术要求；环境的技术要求；无线

31、无线工业控制网络系统工业控制网络系统技术的生命周期；技术的生命周期；无线无线工业控制网络系统工业控制网络系统技术面向现场仪表和设备的应用。技术面向现场仪表和设备的应用。 在在SP100SP100标委会标委会下设有五个主要的分标委会：下设有五个主要的分标委会：射频物理学基础、可互操作性，射频物理学基础、可互操作性， 用户要求、用户指南和系统集成用户要求、用户指南和系统集成，并分头制定标准。，并分头制定标准。2323 5.现场总线的发展方向现场总线的发展方向无线工业控制网络无线工业控制网络SP100 SP100 规定的规定的无线工业控制网络无线工业控制网络五种应用类型五种应用类型安安全全0类：紧急

32、动作（恒为关键）类：紧急动作（恒为关键）信信息息时时间间性性的的重重要要程程度度控控制制1类：闭环调节控制（通常关键）类：闭环调节控制（通常关键）2类：闭环监督控制类：闭环监督控制（经常非关键）（经常非关键）3类：开环控制（由人工控制）类：开环控制（由人工控制）监监测测监监控控4类：标记、产生短期操作结果类：标记、产生短期操作结果（例如：基于事件（例如：基于事件的维护）的维护）5类：记录和下载类：记录和下载/上载不产生直接的操作结果上载不产生直接的操作结果（例如：历史数据采集、事件顺序记录（例如：历史数据采集、事件顺序记录SOE、预防性维护）预防性维护）2424 5.现场总线的发展方向现场总线

33、的发展方向无线工业控制网络无线工业控制网络 ZigBeeZigBee技术技术 是一种新兴的依据是一种新兴的依据IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4标准，在数千个微小的传感器之标准，在数千个微小的传感器之 间相互协调实现通信的短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低间相互协调实现通信的短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低 成本的无线网络技术，主要用于近距离无线信号连接。成本的无线网络技术，主要用于近距离无线信号连接。 在现场层无线网络中，同样属于无线短程网的在现场层无线网络中，同样属于无线短程网的ZigBeeZigBee （IEEE 802.15.4IEEE 802.15.4

34、）要比）要比 蓝牙（蓝牙（IEEE802.15.1IEEE802.15.1）更具广泛的应用前景。这主要是基于以下原因：）更具广泛的应用前景。这主要是基于以下原因： ZigBeeZigBee的应用开发门槛远低于蓝牙（的应用开发门槛远低于蓝牙（BlueTeethBlueTeeth） ，其最复杂的，其最复杂的网络协调器节点网络协调器节点的的 软件开发工作量仅为蓝牙节点开发的软件开发工作量仅为蓝牙节点开发的10%10%，其最简单的，其最简单的精简功能设备（精简功能设备（RFDRFD）即一般）即一般 节点节点的软件开发工作量仅为蓝牙的的软件开发工作量仅为蓝牙的2%2%； ZigBeeZigBee的功耗远

35、低于蓝牙，这是因为就发射的频宽比来讲，的功耗远低于蓝牙，这是因为就发射的频宽比来讲，ZigBeeZigBee为为0.010.01，蓝牙，蓝牙 为为0.990.99，即，即ZigBeeZigBee的发射时间只占其周期的的发射时间只占其周期的1%1%，而蓝牙却占，而蓝牙却占99%99%； ZigBeeZigBee的网络节点容量远多于蓝牙。的网络节点容量远多于蓝牙。2525ZigBee网络拓扑模型网络拓扑模型网络协调器网络协调器全功能设备全功能设备(FFD,Router):可以支持任可以支持任何一种拓扑结构，可以作为网络协商何一种拓扑结构，可以作为网络协商者和普通协商者，并且可以和任何一者和普通协商

36、者，并且可以和任何一种设备进行通信种设备进行通信精简功能设备精简功能设备(RFD)：只支持星型结只支持星型结构，不能成为任何协商者，可以和网构，不能成为任何协商者，可以和网络协商者进行通信，实现简单。络协商者进行通信，实现简单。星型网状型簇状型2626 我们使用我们使用IAONA (IAONA (工业自动化开放网络联盟工业自动化开放网络联盟) )主席主席 Kai Kai LorentzLorentz先生的话作为总结先生的话作为总结 “自动化是一个非常大的领域，要想有一个完美的能适合各种自动化是一个非常大的领域，要想有一个完美的能适合各种应用的总线解决方案几乎是不可能的，因此现在市场形成了针对不

37、应用的总线解决方案几乎是不可能的，因此现在市场形成了针对不同应用领域的各种专门的解决方案，我们认为这是一个自然的过程，同应用领域的各种专门的解决方案，我们认为这是一个自然的过程，然而以太网在其中具有很多的共性，如然而以太网在其中具有很多的共性，如 TCP/IPTCP/IP、通用物理层等，、通用物理层等，这些共性给使用者带来实在的利益，例如他们可以使用一个网络浏这些共性给使用者带来实在的利益，例如他们可以使用一个网络浏览器来查看各种自动化设备，我们认为这将是工业以太网带来的深览器来查看各种自动化设备，我们认为这将是工业以太网带来的深远的影响，即在支持远的影响，即在支持 TCP/IPTCP/IP和

38、标准协议的基础上，不同的协议可和标准协议的基础上，不同的协议可共存。共存。” 6.6.总结总结2727 7.7.现场总线控制系统举例现场总线控制系统举例AS-I总线总线 AS-iAS-i（Actuator-Sensor-InterfaceActuator-Sensor-Interface）是执行器传感器接口）是执行器传感器接口的英文缩写。它是 一种用来在控制器控制器（主站主站）和传感器传感器执行器执行器（从站从站）之间双向交换信息的总线网络， 它属于现场总线（它属于现场总线（FieldbusFieldbus）下面底层（设备层）的监控网络系统。）下面底层（设备层）的监控网络系统。 一个AS-i总

39、线系统通过它主站中的网关可以和多种现场总线（如FF、Profibus、 等）相连接。AS-i主站可以作为上层现场总线的一个节点服务器，在它下面又可以 挂接一批AS-i从站。 AS-iAS-i总线系统的主要技术指标如下：总线系统的主要技术指标如下：（1 1）网络结构网络结构： 总线型、树型和环型。（2 2）传输介质传输介质： 非屏蔽、非绞接的2芯电缆，既传输数据又提供电源。当用扁 平电缆时，可使用特殊的穿刺安装专利技术进行连接。（3 3）电缆长度电缆长度： 100m，可使用中继器增加长度，最多可用2个中继器。（4 4）从站数量从站数量： 每个AS-i网络最多可有31个从站（或62个从站）。（5

40、5）从站可接的元件数从站可接的元件数： 每个从站最多可接4个传感器执行器，整个网络最 多可接124个传感器/执行器（或248个传感器执行器)。2828 7.7.现场总线控制系统举例现场总线控制系统举例AS-I总线总线 （6 6）地址分配地址分配： 通过主站或手持编程器可以给每个从站下载一个永久地址。 （7 7）通信信息通信信息： 包括来自主站的寻址呼叫信息和来自从站的应答返回信息。 （8 8）数据位数数据位数： 每条应答信息的数据位为4位。 （9 9）周期时间周期时间： 31个从站的周期时间为5ms，如果从站数量减少，则周期缩 短(62个从站周期为10ms)。 （1010）错误检测错误检测：

41、数据校验，出现错误会重发信息。 （1111）设备接口设备接口： 每个从站有4个可配置的数据输入/输出口，1个通信接口。 每个主站有1个通信接口，1个控制器接口。 （1212）主站任务主站任务： 对所有从站进行周期访问，与控制器（PC，PLC）进行数 据交换。 （1313）主站的管理功能主站的管理功能： 网络初始化，从站的地址识别，非周期的参数设置和 与控制器的数据交换。对从站进行诊断和地址自动分 配，向控制器报告出现的错误故障等。 2929 7.7.现场总线控制系统举例现场总线控制系统举例AS-I总线总线AS-i AS-i 现场总线系统图现场总线系统图 3030IEC发布的国际标准和中国发布的

42、国家标准发布的国际标准和中国发布的国家标准 7.7.现场总线控制系统举例现场总线控制系统举例AS-I总线总线3131 ASIASI国际协会会标国际协会会标 AS-iAS-i产品认证标志产品认证标志 7.7.现场总线控制系统举例现场总线控制系统举例AS-I总线总线3232“清华大学清华大学-P+F公司传感器和公司传感器和ASI技术实验室技术实验室”全貌全貌3333AS-i总线（总线（2.1版）基础实验系统版）基础实验系统3434学生使用手动编程器对学生使用手动编程器对AS-i从站进行地址设定从站进行地址设定3535基于基于AS-i和和Profibus总线的皮带传输辩识实验系统总线的皮带传输辩识实验系统3636 基于基于AS-iAS-i安全型总线的轨道小火车实验系统安全型总线的轨道小火车实验系统3737谢谢！谢谢！ 电话电话: 010-62782270: 010-62782270（实验室（实验室 ） 010- 62794025010- 62794025（办公室（办公室 ） 电子邮箱：电子邮箱： wang-wang-