PLC-技术培训班(第5讲)现场总线介绍.ppt
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1、热热 烈烈 欢欢 迎迎中核集团的领导和工程师们!中核集团的领导和工程师们!北京机械工业自动化研究所5/10/20241.热热 烈烈 欢欢 迎迎参加参加PLC技术培训班的技术培训班的全体学员!全体学员!l北京精诚智合教学科技有限公司5/10/20242.陈忠华陈忠华 教授教授PLC培训班(第培训班(第5讲)现场总线标准介绍讲)现场总线标准介绍5/10/20243.现场总线技术介绍现场总线技术介绍1.现场总线技术产生的背景现场总线技术产生的背景2.2.现场总线技术概念现场总线技术概念 3.3.现场总线技术的主要特点现场总线技术的主要特点 4.现场总线的主要优点现场总线的主要优点 5.5.成熟的现场
2、总线应该具有的技术特点成熟的现场总线应该具有的技术特点 6.6.现场总线技术对自动控制及自动化技术的影响现场总线技术对自动控制及自动化技术的影响 7.7.使用使用Profibus-DPProfibus-DP进行数据通信的实例进行数据通信的实例5/10/20244.5/10/20245.5/10/20246.现场总线技术产生的背景现场总线技术产生的背景 现现场场总总线线技技术术自自20世世纪纪80年年代代产产生生以以来来,一一直直受受到到人人们们的的关关注注,被被誉誉为为自自动动化化控控制制领领域域的的一一次次新新的的革革命命进进入入90年年代代以以后,现场总线技术一度成为人们研究的热点后,现场
3、总线技术一度成为人们研究的热点 现现场场总总线线技技术术的的产产生生是是由由多多方方面面因因素素共共同同作作用用的的结结果果,首首先先,现现场场总总线线技技术术的的产产生生反反映映了了当当时时仪仪器器仪仪表表自自身身发发展展的的需需要要,同同时时也也反反映映了了用用户户实实现现企企业业综综合合自自动动化化,信信息息化化的的实实际际应应用用的的要要求求,是是工工业业自自动动化化技技术术和和仪仪器器仪仪表表发发展展的的必必然然趋趋势势,其其次次由由于于计计算算机机技技术术,通通信信技技术术和和控控制制技技术术的的迅迅速速发发展展,为为实实现现上上述述要要求求提提供供了了技技术术基基础础因因此此,用
4、用户户的的需需要要是是产产生生现现场场总总线线技技术术的的动动力力,而而计计算算机机,网网络络通通信信和和自自动动控控制制三三种种技技术术的发展则为研究开发现场总线提供了技术基础的发展则为研究开发现场总线提供了技术基础5/10/20247.现场总线技术产生的背景现场总线技术产生的背景 传传统统控控制制系系统统有有诸诸多多不不足足:控控制制器器与与现现场场设设备备之之间间靠靠I/OI/O连连线线连连接接,传传送送4-20 4-20 mama模模拟拟量量信信号号或或24V 24V DCDC等等开开关关量量信信号号,并并以以此此监监控控现现场场设设备备这这样样,控控制制器器获获取取信信息息量量有有限
5、限,大大量量的的数数据据如如设设备备参参数数,故故障障及及故故障障记记录录等等数数据据很很难难得得到到底底层层数数据据不不全全,信信息息集集成成能能力力不不强强,不不能能完完全全满满足足自自动动化化系系统统对对底底层层数数据据的的要要求求;除除现现场场设设备备均均靠靠标标准准4-20 4-20 mama24V 24V DCDC连连接接外外,系系统统其其它它软软,硬硬件件通通常常只只能能使使用用一一家家产产品品不不同同厂厂家家产产品品之之间间缺缺乏乏互互操操作作性性,互互换换性性,因因此此开开放放性性,可可集集成成性性差差 5/10/20248.现场总线技术产生的背景现场总线技术产生的背景 这种
6、系统很少留出接口允许其它厂商将自己专长的控制这种系统很少留出接口允许其它厂商将自己专长的控制技术,如控制算法,工艺流程,配方等集成到通用系统技术,如控制算法,工艺流程,配方等集成到通用系统中去,因此,面向行业的监控系统很少;对于大范围的中去,因此,面向行业的监控系统很少;对于大范围的分布式系统,使用大量的分布式系统,使用大量的I/OI/O电缆,以及敷设施工,不仅电缆,以及敷设施工,不仅增加成本,也增加了系统的不可靠性;由于现场级设备增加成本,也增加了系统的不可靠性;由于现场级设备信息不全,现场级设备的在线故障诊断,报警,记录功信息不全,现场级设备的在线故障诊断,报警,记录功能不强,也很难完成现
7、场设备的远程参数设定,修改等能不强,也很难完成现场设备的远程参数设定,修改等参数化功能,影响了系统的可维护性等参数化功能,影响了系统的可维护性等 5/10/20249.现场总线技术产生的背景现场总线技术产生的背景 由由于于大大规规模模集集成成电电路路的的发发展展,许许多多传传感感器器,执执行行机机构构,驱驱动动装装置置等等现现场场设设备备智智能能化化,即即内内置置CPUCPU控控制制器器,完完成成诸诸如如线线性性化化,量量程程转转换换,数数字字滤滤波波甚甚至至回回路路调调节节等等功功能能因因此此,对对于于这这些些智智能能现现场场设设备备增增加加一一个个串串行行数数据据接接口口(如如RS-232
8、/485RS-232/485)是是非非常常方方便便的的有有了了这这样样的的接接口口控控制制器器就就可可以以按按其其规规定定协协议议,通通过过串串行行通通信信方方式式(而而不不是是I/OI/O方方式式)完完成成对对现现场场设设备备的的监监控控如如果果设设想想全全部部或或大大部部分分现现场场设设备备都都具具有有串串行行通通信信接接口口,并并具具有有统统一一的的通通信信协协议议,控控制制器器只只需需一一根根通通信信电电缆缆就就可可与与分分散散的的现现场场设设备备连连接接,采采用用数数字字通通信信方方式式,完完成成对对所所有有现现场场设设备备的的监监控控和和信信息息集集成成,这就是现场总线技术的初始想
9、法这就是现场总线技术的初始想法 5/10/202410.现场总线技术产生的背景现场总线技术产生的背景 随随着着控控制制,计计算算机机,通通信信,网网络络等等技技术术的的发发展展,信信息息交交换换沟沟通通的的领领域域正正在在迅迅速速覆覆盖盖从从工工厂厂的的现现场场设设备备层层到到控控制制,管管理理的的各各个个层层次次,覆覆盖盖从从工工段段,车车间间,工工厂厂,企企业业乃乃至至世世界界各各地地的的市市场场信信息息技技术术的的飞飞速速发发展展,引引起起了了自自动动化化系系统统结结构构的的变变革革,逐逐步步形形成成以以网网络络集集成成自自动动化化系系统统为为基基础础的的企企业业信信息息系系统统现现场场
10、总总线线就就是是顺顺应应这这一一形形式发展起来的新技术式发展起来的新技术 5/10/202411.现场总线技术产生的背景现场总线技术产生的背景 2020世世纪纪末末,世世界界最最重重大大的的变变化化是是全全球球市市场场的的逐逐步步形形成成,从从而而导导致致竞竞争争空空前前加加剧剧,产产品品技技术术含含量量高高,更更新新换换代代快快处处于于全全球球市市场场之之中中的的工工业业生生产产必必须须加加快快新新产产品品的的开开发发,按按市市场场需需求求调调整整产产品品的的上上市市时时间间T T,改改善善质质量量Q Q,降降低低成成本本C C,并并不不断断完完善善售售前前售售后后服服务务S S,才才能能在
11、在剧剧烈烈的的竞竞争争之之中中立立于于不不败败之之地地追追求求完完善善的的T.Q.C.S是是一一个个永永无无止止境境的的过过程程,它它能能不不断断地地促促进进技技术术进进步步与与管管理理改改革革为为了了适适应应市市场场竞竞争争需需要要,在在追追求求TQCSTQCS的的过过程程中中逐逐渐渐形形成成了了计计算算机机集集成成制造系统制造系统CIMS 5/10/202412.现场总线技术产生的背景现场总线技术产生的背景 它它采采用用系系统统集集成成,信信息息集集成成的的观观点点来来组组织织工工业业生生产产把把市市场场,生生产产计计划划,制制造造过过程程,企企业业管管理理,售售后后服服务务看看做做要要统
12、统一一考考虑虑的的生生产产过过程程,并并采采用用计计算算机机,自自动动化化,通通信信等等技技术术来来实实现现整整个个过过程程的的综综合合自自动动化化,以以改改善善生生产产加加工工,管管理理决决策策等等由由于于它它把把整整个个生生产产过过程程看看做做是是信信息息的的采采集集,传传送送及及加加工工处处理理的的过过程程,因因而而信信息息技技术术成成为为工工业业生生产产制制造造过过程程的的重重要要因因素素综综合合自自动动化化就就是是在在信信息息采采集集,加加工工的的基基础础上上,运运用用网网络络和和数数据据库库技技术术,实实现现信信息息集集成成,在在集集成成信信息息的的基基础础上上进进一一步步优优化化
13、生生产产与与操操作作,增增加加产产量量,改善改善T.Q.C.S提高企业的市场应变能力和竞争能力提高企业的市场应变能力和竞争能力5/10/202413.现场总线技术产生的背景现场总线技术产生的背景 随随着着计计算算机机功功能能的的不不断断增增强强,价价格格急急剧剧降降低低,计计算算机机与与计计算算机机网网络络系系统统得得到到迅迅速速发发展展据据统统计计,过过去去二二十十年年中中,计计算算机机和和通通信信的的年年增增长长率率不不低低于于25%25%,使使计计算算机机集集成成制制造造系系统统的的实实施施具具备备了了良良好好的的物物质质基基础础但但处处于于企企业业生生产产过过程程底底层层的的测测控控自
14、自动动化化系系统统,要要与与外外界界交交换换信信息息要要实实现现整整个个生生产产过过程程的的信信息息集集成成,要要实实现现综综合合自自动动化化,就就必必须须设设计计出出一一种种能能在在工工业业现现场场环环境境运运行行的的,性性能能可可靠靠,造造价价低低廉廉的的通通信信系系统统,以以实实现现现现场场自自动动化化智智能能设设备备之之间间的的多多点点数数字字通通信信,形形成成工工厂厂底底层层网网络络系系统统,实实现现底底层层现现场场设设备备之之间间以以及及生生产产现现场场与与外外界界的的信信息息交交换换现现场场总总线线就就是是在在这这种种背背景景下下产产生生的的5/10/202414.现场总线技术概
15、念现场总线技术概念 现现场场总总线线是是应应用用在在生生产产现现场场,在在微微机机化化测测量量控控制制设设备备之之间间实实现现双双向向串串行行多多节节点点数数字字通通信信的的系系统统,也也被被称称为为开开放放式式,数数字字化化,多多点点通通信信的的底底层层控控制制网网络络它它把把单单个个分分散散的的测测量量控控制制设设备备变变成成网网络络节节点点,以以现现场场总总线线为为纽纽带带,把把它它们们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系统与控制系统络系统与控制系统 5/10/202415.现场总线技术概念现场总线技术概念 根根据据国国际际电电工工委
16、委员员会会(IECIEC)的的定定义义,现现场场总总线线是是安安装装在在生生产产过过程程区区域域的的现现场场设设备备仪仪表表与与控控制制室室内内的的自自动动化化控控制制装装置置系系统统之之间间的的一一种种串串行行,数数字字式式,多多点点通通信信的的数数据据总总线线或或者者说说,现现场场总总线线是是以以单单个个分分散散的的数数字字化化,智智能能化化的的测测量量和和控控制制设设备备作作为为网网络络节节点点,用用总总线线相相连连接接,实实现现相相互互交交换换信信息息,共共同同完完成成自自动动控控制制功功能能的的网网络络系系统统与与控控制制系系统统其其中中,生生产产过过程程应应包包括括断断续续生生产产
17、过过程程和和连连续续生生产产过过程程现现场场设设备备仪仪表表指指位位于于现现场场层层的的传传感感器器,驱驱动动器器执执行行机机构构等等设设备备因因此此,现现场场总总线线是面向工厂底层自动化及信息集成的数字化网络技术是面向工厂底层自动化及信息集成的数字化网络技术5/10/202416.现场总线技术的主要特点现场总线技术的主要特点 (1)(1)现现场场总总线线使使用用数数字字化化通通信信信信号号取取代代传传统统的的4-20 4-20 mA mA 模模拟拟信信号号,可可用用一一条条通通信信电电缆缆将将控控制制器器与与现现场场设设备备连连接接,使用数字化通信完成底层设备通信及控制要求使用数字化通信完成
18、底层设备通信及控制要求(2)(2)现现场场总总线线要要求求现现场场设设备备数数字字化化,智智能能化化,因因此此,现现场设备是带有串行通信接口的智能化设备场设备是带有串行通信接口的智能化设备(3)(3)现现场场总总线线系系统统中中的的控控制制器器可可从从现现场场设设备备获获取取大大量量信信息息,可可实实现现设设备备状状态态,故故障障,参参数数信信息息传传送送,可可完完成成设备远程控制,参数化及故障诊断工作设备远程控制,参数化及故障诊断工作5/10/202417.现场总线技术的主要特点现场总线技术的主要特点 (4)(4)现现场场总总线线是是计计算算机机网网络络通通信信向向现现场场级级的的延延伸伸,
19、现现场场总总线线技技术术采采用用计计算算机机数数字字化化通通信信技技术术,使使自自控控系系统统与与设设备备加加入入工工厂厂信信息息网网络络,完完成成了了企企业业信信息息系系统的覆盖范围一直延伸到生产现场的要求统的覆盖范围一直延伸到生产现场的要求 (5)(5)现现场场总总线线技技术术是是实实现现工工厂厂底底层层信信息息集集成成的的关关键键技技术术,要要成成功功地地实实施施CIMS,CIMS,各各层层次次的的信信息息集集成成及及支支撑撑技技术术(计计算算机机网网络络问问题题)就就必必须须得得到到解解决决现现场场总总线线是是工工厂厂计计算算机机网网络络到到现现场场设设备备的的延延伸伸,是是支支撑撑现
20、场级与车间级信息集成的技术基础现场级与车间级信息集成的技术基础5/10/202418.现场总线的主要优点现场总线的主要优点 (1)(1)基基于于现现场场总总线线的的自自动动化化监监控控系系统统增增强强了了现现场场级级信信息息集集成成能能力力,现现场场总总线线可可从从现现场场设设备备获获取取大大量量丰丰富富信信息息,能能够够更更好好地地满满足足工工厂厂自自动动化化及及CIMSCIMS系系统统的的信信息息集集成成要要求求,系系统统除除完完成成远远程控制,还可完成远程参数化工作程控制,还可完成远程参数化工作(2)(2)开开放放式式,互互操操作作性性,互互换换性性,可可集集成成性性,不不同同厂厂家家产
21、产品品只只要要使使用用同同一一总总线线标标准准,就就具具有有互互操操作作性性,互互换换性性,因因此此设设备备具具有有很很好好的的可可集集成成性性系系统统为为开开放放式式,允允许许其其它它厂厂商商将将自自己己专专长长的的控控制制技技术术集集成成到到通通用用系系统统中中去去,因因此此,市市场场上上将将会会出出现许多面向行业特点的监控系统现许多面向行业特点的监控系统5/10/202419.现场总线的主要优点现场总线的主要优点 (3)(3)系系统统可可靠靠性性高高,可可维维护护性性好好,基基于于现现场场总总线线的的自自动动化化监监控控系系统统采采用用总总线线连连接接方方式式替替代代一一对对一一的的I/
22、OI/O连连接接,对对于于大大规规模模I/OI/O系系统统来来说说,减减少少了了由由接接线线点点造造成成的的不不可可靠靠因因素素同同时时系系统统具具有有现现场场级级设设备备的的在在线线故故障障诊诊断断,报报警警,记记录录功功能能,可可完完成成现现场场设设备备的的远远程程参参数数设设定定,修修改改等等参参数数化化工工作,也增强了系统的可维护性作,也增强了系统的可维护性(4)(4)节节省省成成本本,对对大大范范围围,大大规规模模I/OI/O的的分分布布式式系系统统来来说说,省省去去了了大大量量的的电电缆缆费费用用,I/OI/O模模块块及及电电缆缆的的敷敷设设工工程程费费用用,降低了系统及工程成本降
23、低了系统及工程成本5/10/202420.成熟的现场总线应该具有的技术特点成熟的现场总线应该具有的技术特点 目目前前,国国际际上上流流行行的的现现场场总总线线技技术术有有很很多多,但但一一种种成熟的现场总线技术应该包括以下特点:成熟的现场总线技术应该包括以下特点:(1)(1)现现场场总总线线组组织织:一一个个由由产产品品制制造造商商,系系统统集集成成商商,研研究究院院所所组组成成的的企企业业组组织织联联盟盟,负负责责管管理理现现场场总总线线的的技技术术标标准准,研研发发,市市场场拓拓展展,技技术术信信息息交交流,产品技术认证等工作流,产品技术认证等工作(2)(2)现现场场总总线线标标准准:一一
24、部部无无知知识识产产权权保保护护,开开放放的的现场总线技术标准现场总线技术标准5/10/202421.成熟的现场总线应该具有的技术特点成熟的现场总线应该具有的技术特点 (3)(3)现现场场总总线线产产品品:有有一一批批产产品品制制造造商商开开发发并并生生产产出出相相当当数量和品种的现场总线产品,供用户选择使用数量和品种的现场总线产品,供用户选择使用(4 4)现现场场总总线线认认证证:有有独独立立于于产产品品制制造造业业的的产产品品测测试试认认证证机机构构,负负责责产产品品的的技技术术标标准准测测试试认认证证工工作作,以以保保证现场总线技术产品的标准一致性和可互换性证现场总线技术产品的标准一致性
25、和可互换性 (5)(5)现现场场总总线线工工程程研研究究:有有一一批批系系统统集集成成商商针针对对行行业业应应用用,给给出出基基于于现现场场总总线线的的自自动动化化系系统统解解决决方方案案,并并可可完完成工程实施成工程实施5/10/202422.现场总线技术对自动控制及现场总线技术对自动控制及自动化技术的影响自动化技术的影响 现现场场总总线线是是当当今今自自动动化化领领域域技技术术发发展展的的热热点点之之一一,被被誉誉为为自自动动化化的的计计算算机机局局域域网网,它它导导致致了了传传统统控控制制系系统统结结构构的的变变革革,形形成成了了新新型型的的网网络络集集成成式式全全分分布布控控制制系系统
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