现场总线和工业以太网 - 图文

现场总线和工业以太网

周黎辉，华北电力大学自动化系

一、什么是现场总线二、现场总线的技术特点与优点三、现场总线的产生与发展趋势四、以太网与工业控制网络五、工业以太网现场总线和工业以太网

周黎辉，华北电力大学自动化系

什么是现场总线

?现场总线是应用在生产现场、连接智能现场设备和自动化测量控制系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络现场总线和工业以太网

周黎辉，华北电力大学自动化系

现场总线是通信网络

?位于生产控制现场和网络结构的底层?现场总线是低带宽的控制网络?它与上层的Internet、企业内部网Intranet相连?构成企业综合自动化的通信网络平台现场总线和工业以太网

周黎辉，华北电力大学自动化系

现场总线对控制系统带来的革命?基地式仪表控制系统?单元组合式模拟仪表控制系统?集中式数字控制系统?集散控制系统DCS、PLC?基于现场总线的分散控制系统现场总线和工业以太网

周黎辉，华北电力大学自动化系

各阶段测控仪表能力指数

测控能力指数现场总线数字开放标准DCS数字/模拟混合电动单元气动、模拟模拟过程优化管控一体化按回路运行按过程运行五十年代1960 1980 1998

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周黎辉，华北电力大学自动化系

设备状态可控

?操作员在控制室即可了解现场设备或现场仪表的工作状况?可对现场设备进行工艺参数调整、零点量程调校、组态信息调整等?通过对现场设备状态趋势分析预测故障?发生故障时能及时找到故障点，及时替换新的设备，即：现场设备始终处于操作员的远程监视与可控状态，提高了系统的可靠性和可维护性。现场总线和工业以太网

周黎辉，华北电力大学自动化系

一对多的总线型结构

?现场总线是多分支结构，其网络拓扑可为总线型、星型、树形等多种形式，以总线型为主。?传统控制系统中设备的连接都是一对一的?布线简单，工程安装周期缩短、维护也很方便?很强的系统扩展性?主机能自动识别设备的增加或删减?无需架设新的线缆?无需系统停机现场总线和工业以太网

周黎辉，华北电力大学自动化系

互换与互可操作

?不同设备间，除了能实现信息互访外，还能理解信息的含义，并能根据信息要求进行操作?不同厂家的相同类型的设备可以互相替换?可统一组态，无需专用的驱动程序?解决了设备的垄断性和产品故障处理的时效性?为系统集成的自主性提供了产品保障?用户可选择性价比高的产品现场总线和工业以太网

周黎辉，华北电力大学自动化系

现场设备的智能化和综合功能

?测量，包括多变量测量与处理?多参数补偿?工程量处理?设备自诊断?设备状态的控制?控制算法可在现场设备中实现?根据远程命令进行仪表调校——集多种功能于一身，一表多用现场总线和工业以太网

周黎辉，华北电力大学自动化系

分散控制

?由网络构成控制系统

?信号的测量、控制算法、控制信号的输出等全部在现场实现，无需主机参与?实现了完全分散

操 作 站LAN现 场 总 线服 务 器差 压 变 送 器 调 节 阀PID 控 制 功 能 块PID 110FC AO 110模 拟 量 输 出 功 能 块AI 110 模 拟 量 输 入 功 能 块FT

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周黎辉，华北电力大学自动化系

开放式系统

?通信协议完全公开，任何人、任何单位均可采用?不同厂家的设备遵守相同的技术规范?不同厂家的设备可实现信息互访（即互操作）?用户可按需要，选用不同厂家的现场总线设备?不同设备之间可实现资源共享?与其他网络（如互联网）相联，可实现网络与数据库共享现场总线和工业以太网

周黎辉，华北电力大学自动化系

对环境的高度适应

?专为现场环境设计?可支持多种传输介质?双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等?可两线制供电?支持本质安全与防爆现场总线和工业以太网

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2.3 现场总线带来的益处

?节省硬件数量与投资?节省安装费用?节省维护开销?用户具有系统集成自主权?提高了系统的准确性和可靠性现场总线和工业以太网

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用户具有系统集成的主动权

?无需专用的驱动程序?不必为传输协议的不兼容而一筹莫展?不必为接口的不公开而担心系统的扩展和集成?不必被某一品牌的产品所“框死”?可以选择性价比高、服务质量好的产品?用户是真正的“上帝”，拥有真正的选择主动权返回本章首页现场总线和工业以太网

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现场总线技术产生的背景

?现场总线技术产生于二十世纪八十年代?是为满足日益急迫的企业综合自动化的需求?开放性?通用性?可靠性?智能仪表为现场总线的出现奠定了基础

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周黎辉，华北电力大学自动化系

与令牌网相比，以太网的优势

?以太网完全能满足工业控制网络通信实时性要求?以太网具有ARCnet等专用网络所无法比拟的优势：?技术通用，与信息网络IT技术兼容?价格低廉?供应方便?培训、维护简单现场总线和工业以太网

周黎辉，华北电力大学自动化系

已成为控制系统监控网络首选

?国内外自上世纪九十代中后期开始已将以太网应用于工业自动化?基于以太网的DCS?FUJI的OPEN AX、浙大中控的JX-300X、Fisher-Rosemount的Delta-V等?基于以太网的PLC与远程I/O?MODICON、A-B、GE Fanuc 等?基于以太网的现场仪表和仪器?HP、浙大中控、NI等现场总线和工业以太网

周黎辉，华北电力大学自动化系

中高层网络广泛采用以太网

Foundation Fieldbus HSEEthernet/IPPROFINetMODBUS TCPP-NET on EthernetInterbus on Ethernet返回本章首页现场总线和工业以太网

周黎辉，华北电力大学自动化系

什么是工业以太网

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工业以太网?技术上，工业以太网与商用以太网（即ISO/IEC 8802; IEC 61784-1; IEEE Std 1588:2002; IEEE 802.1D&Q标准）标准兼容?应用在工业自动化环境（主要指生产现场环境）?必须满足工业控制网络通信的需求??

将以太网技术应用于控制器间、甚至是现场设备间的工业通信支持现场区域的Internet能力，但必须满足现场区域的工业通信自动化网络的以下特征?实时性，即时间确定性通信；?现场设备（如驱动器）时间同步的行为?充分而频繁的交换非常小的数据记录现场总线和工业以太网

周黎辉，华北电力大学自动化系

工业以太网的技术要求

?（1）具有较好的响应实时性?工业控制网络不仅要求传输速度快，而且在工业自动化控制中还要求响应快，即响应实时性要好，一般为为毫秒~0.1秒级?（2）容错性要求?在网络局部链路出现故障的情况下，能在很短的时间内重新建立新的网络链路?（3）力求简洁?以减小软硬件开销，从而减低设备成本，同时也可以提高系统的健壮性?（4）开放性要好?工业控制网络尽量不要采用专用网络

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