-现场总线概述.pptx

第1章现场总线概述n学院：信息工程学院学院：信息工程学院n主讲人主讲人:黄汉黄汉QQ:418392036QQ群：群：196633385手机：手机：[phone]参考书目1现场总线与工业以太网及其应用技术，李正军著，机械工业出版社出版社，2011年9月第1版。2现场总线技术，刘泽祥著，机械工业出版社，2011年2月第1版。3.现场总线技术及其应用，甘永梅编著.机械工业出版社,2004年第1版。n学习目标：了解各类现场总线的原理和技术规范，了解节点开发的一般过程，为将来应用某种总线打下良好的基础。n学习要求：认真听讲，认真阅读教材及完成作业。n考核：n平时成绩+考试成绩n技术发展的历史回顾n如何对待当今的学习n价值观驱使我们做什么？1.1现场总线的现状与发展n现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。n按照IEC对现场总线（fieldbus）一词的定义，现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。这是由IEC/TC65负责测量和控制系统数据通信部分国际标准化工作的SC65/WG6定义的。n现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。n它作为工业数据通信网络的基础，沟通了生产过程现场级控制设备之间及其与更高控制管理层之间的联系。n它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布式控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数据通信为主要内容的综合技术，已受到世界范围的关注而成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。是美国通用汽车公司(GM)提出的一种用于制造自动化的局域网协议。网络的骨干1.2.2 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：监控与三层网络相连远程访问路由设备显示工作站信信息息量量减减少少 图3罗克韦尔推出的现场总线控制系统1.2.2 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31.25kbps 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 1.1.1现场总线的产生n在过程控制领域中，从20世纪50年代至今一直都在使用着一种信号标准，那就是420mA的模拟信号标准。n20世纪70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。n20世纪80年代微处理器在控制领域得到应用，微处理器被嵌入到各种仪器设备中，形成了分布式控制系统。n智能设备以微处理器微处理器为核心，实施信息采集、显示、处理、传输及优化控制等功能。n一些具有专家辅助推断分析与决策能力的数字式智能化仪表产品，其本身具备了诸如自动量程转换、自动调零、自校正、自诊断等功能，还能提供故障诊断、历史信息报告、状态报告、趋势图等功能。另外，从实际应用的角度，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。由此，导致了现场总线的产生。n基于现场总线的分布式控制系统（FCS），将是继DCS后的又一代控制系统。现场总线与现场总线与4-20mA系统的区别？系统的区别？4-20mAP.S.现场总线现场总线P.S.现场总线设备在总线上并联连接现场总线设备在总线上并联连接，所有设备通过总线所有设备通过总线接收、发送数字信号接收、发送数字信号现场总线设备可以向网络上其它设备提供任意多信息现场总线设备可以向网络上其它设备提供任意多信息总线具有循环冗余检错的总线具有循环冗余检错的(CRC)功能功能，可以保证接收，可以保证接收设备获得正确数据设备获得正确数据多节点现场总线无需点对点的布线多节点现场总线无需点对点的布线1.1.2现场总线的本质n由于标准实质上并未统一，所以对现场总线也有不同的定义。但现场总线的本质含义主要表现在以下6个方面。n1现场通信网络n用于过程以及制造自动化的现场设备或现场仪表互连的通信网络。n2现场设备互连n现场设备或现场仪表是指传感器、变送器和执行器等，这些设备通过一对传输线互连，传输线可以使用双绞线双绞线、同轴电缆同轴电缆、光纤光纤和电源线电源线等，并可根据需要因地制宜地选择不同类型的传输介质。n3互操作性n现场设备或现场仪表种类繁多，没有任何一家制造商可以提供一个工厂所需的全部现场设备，所以，互相连接不同制造商的产品是不可避免的。现场设备互连是基本的要求，只有实现互操作性，用户才能自由地集成FCS。例如，汽车机械制造设备，电气自动化设备。n4分散功能块nFCS废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，把DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站。n由于功能块分散在多台现场仪表中，并可统一组态，供用户灵活选用各种功能块，构成所需的控制系统，实现彻底的分散控制。n5通信线供电n通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取能量，对于要求本征安全的低功耗现场仪表，可采用这种供电方式。n6开放式互连网络n现场总线为开放式互连网络，它既可与同层网络互连，也可与不同层网络互连，还可以实现网络数据库的共享。1.1.3现场总线的特点和优点n1现场总线的结构特点n现场总线打破了传统控制系统的结构形式。n传统模拟控制系统采用一对一的设备连线，按控制回路分别进行连接。n现场总线控制系统由于采用数字信号替代模拟信号，因而可实现一对电线上传输多个信号，如运行参数值、多个设备状态、故障信息等。n用用一一根根通通信信线线直直接接互互连连N N个个现现场场设设备备，从而构成了现场设备的互连网络。1.2.2 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 图1-1FCS与DCS结构比较PROFIBUS-DPH1DeviceNet现场总线现场设备现场设备网桥LonWorks现场总线CANBUS服务器LAN操作站420mALAN传统的模拟仪表控制站操作站n现场总线控制系统（FCS）与传统控制系统（如DCS）结构对比如图1-1所示。n2现场总线的技术特点n（1）系统的开放性n开放是指对相关标准的一致性、公开性，强调对标准的共识与遵从。n（2）互可操作性与互用性n这里的互可操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。n（3）现场设备的智能化与功能自治性n它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。n（4）系统结构的高度分散性n由于现场设备本身已可完成自动控制的基本功能，使得现场总线已构成一种新的全分布式控制系统的体系结构。n（5）对现场环境的适应性n作为工厂网络底层的现场总线，是专为在现场环境工作而设计的，它可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力。n3现场总线的优点n由于现场总线的以上特点，特别是现场总线系统结构的简化，使控制系统从设计、安装、投运到正常生产运行及检修维护，都体现出优越性。n（1）节省硬件数量与投资n由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直接执行多种传感、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要单独的控制器、计算单元等。n（2）节省安装费用n现场总线系统的接线十分简单，由于一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。n（3）节约维护开销n由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，并通过数字通信将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除，缩短了维护停工时间，同时由于系统结构简化、连线简单而减少了维护工作量。n（4）用户具有高度的系统集成主动权n用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。n（5）提高了系统的准确性与可靠性n由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的准确度，减少了传送误差。1.1.4现场总线标准的制定n国际电工委员会极为重视现场总线标准的制定，早在1984年就筹备成立了IEC/TC65/SC65C/WG6工作组，开始起草现场总线标准。nIEC61158标准将采用的8种类型为：Type1 IEC61158（FF的H1）技术报告Type2ControlNet（美国Rockwell公司支持）现场总线Type3PROFIBUS（德国Siemens公司支持）现场总线Type4P-Net（丹麦ProcessData公司支持）现场总线Type5FFHSE（即原FF的H2，Fisher-Rosemount公司支持）现场总线Type6SwiftNet（美国波音公司支持）现场总线Type7WorldFIP（法国Alstom公司支持）现场总线Type8INTERBUS（德国PhoenixContact公司支持）现场总线n从IEC61158现场总线标准长达15年的制定经历中，以及IEC各国家委员会全力以赴积极参与和激烈争论的程度来看，在数字技术时代，标准已不仅仅是一个产品的规范，它还起着引导和促进高新技术发展的特殊作用。1.1.5现场总线的现状n国际电工技术委员会/国际标准协会（IEC/ISA）自1984年起着手现场总线标准工作，但统一的标准至今仍未完成。n1多种总线共存n现场总线国际标准IEC61158中采用了8种协议类型，以及其他一些现场总线。每种总线都有其产生的背景和应用领域。n2每种总线各有其应用领域n每种总线都力图拓展其应用领域，以扩张其势力范围。在一定应用领域中已取得良好业绩的总线，往往会进一步根据需要向其他领域发展。如PROFIBUS在DP的基础上又开发出PA，以适用于流程工业。n3每种总线各有其国际组织n大多数总线都成立了相应的国际组织，力图在制造商和用户中创造影响，以取得更多方面的支持，同时也想显示出其技术是开放的。n4每种总线均有其支持背景n每种总线都以一个或几个大型跨国公司为背景，公司的利益与总线的发展息息相关，如PROFIBUS以Siemens公司为主要支持，ControlNet以Rockwell公司为主要背景，WorldFIP以Alstom公司为主要后台。nRockwell Automationn罗克韦尔公司是世界著名的电子控制和通讯公司，年销售额达70亿美元，在工业自动化，航空电子及通讯和电子商务等领域中处于全球领先地位。n罗克韦尔公司目前拥有员工约40000名，分布在全球40多个国家和地区的450多个城市。公司的全球网络使公司能够与世界各地的客户紧密合作，充分了解他们的需求，并且作为合作伙伴向他们提供先进的技术，产品和系统以及快捷可靠的服务与支持。n通过以下介绍，您会更多的了解我们的公司性质，产品和服务，以及公司在全球的发展。您能了解罗克韦尔公司的品牌，公司所从事的事业，以及将来公司如何与您并肩努力来满足您在业务上的需要。公司期待着加强公司在全世界的伙伴关系。在罗克韦尔，公司为实现客户的成功而奋斗。您成功，我们也成功。董事长兼首席执行官DonH.DavisWorldFIP（法国Alstom公司支持）阿尔斯通（ALSTOM）是全球发电和轨道交通基础设施领域的领先企业，其创新环保的领先技术已成为行业的参照基准。阿尔斯通建造了世界上运行最快的列车和动力最高的全自动地铁列车。阿尔斯通还为水电、燃气、燃煤和核电等利用各类能源的发电厂提供总包整合电厂解决方案和相关服务。阿尔斯通集团是世界500强之一，在全球70多个国家和地区拥有近六万伍千名员工。2006/07财年的销售业绩达190亿欧元。n5设备制造商参加多个总线组织n大多数设备制造商都积极参加不止一个总线组织，有些公司甚至参加24个总线组织。n6多种总线均作为国家和地区标准n每种总线大多将自己作为国家或地区标准，以加强自己的竞争地位。n7协调共存n在激烈的竞争中出现了协调共存的前景。n8工业以太网引入工业领域n工业以太网的引入成为新的热点。工业以太网正在工业自动化和过程控制市场上迅速增长，n几乎所有远程I/O接口技术的供应商均提供一个支持TCP/IP协议的以太网接口，n如Siemens、Rockwell、GEFanuc等，他们销售各自的PLC产品，但同时提供与远程I/O和基于PC的控制系统相连接的接口。1.4 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 1.4 现场总线应用领域现场总线应用领域 1.4 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 1.4 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企业能源计量系统能源计量系统 1.4 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CTPTCTPTCTPT数字量数字量数字量控制输出控制输出控制输出 1.4 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 1.4 现场总线应用领域现场总线应用领域基于以太网的CBZ-8000变电站自动化系统 1.4 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 1.1.6现场总线网络的实现n现场总线是一个定义了硬件接口和通信协议的标准。参考国际标准化组织（ISO）的开放系统互联（OSI）协议，采用其中的第1层、第2层和第7层，即物理层、数据链路层和应用层，并增设了第8层即用户层。n1物理层n物理层定义了信号的编码与传送方式、传送介质、接口的电气及机械特性、信号传输速率等。现场总线有两种编码方式：Manchester和NRZ，现场总线传输介质主要有有线电缆、光纤和无线介质。n2数据链路层n数据链路层又分为两个子层，即介质访问控制层（MAC）和逻辑链路控制层（LLC）。MAC功能是对传输介质传送的信号进行发送和接收控制，而LLC层则是对数据链进行控制，保证数据传送到指定的设备上。n现场总线网络中的设备可以是主站，也可以是从站，主站有控制收发数据的权利，而从站则只有响应主站访问的权利。n3应用层n应用层的功能是进行现场设备数据的传送及现场总线变量的访问。n4用户层n用户层是现场总线标准在OSI模型之外新增加的一层，是使现场总线控制系统开放与可互操作性的关键。n用户层定义了从现场装置中读、写信息和向网络中其他装置分派信息的方法，即规定了供用户组态的标准“功能模块”。1.1.7现场总线技术的发展趋势n发展现场总线技术已成为工业自动化领域广为关注的焦点，自动化系统的网络化是发展的大趋势，现场总线技术受计算机网络技术的影响是十分深刻的。n具有发展前景的现场总线技术有：n智能仪表与网络设备开发的软硬件技术；n组态技术，包括网络拓扑结构、网络设备、网络互连等；n网络管理技术，包括网络管理软件、网络数据操作与传输；n人机接口、软件技术；n现场总线系统集成技术。n在从现在起的未来10年内，可能出现几大总线标准共存，甚至在一个现场总线系统内，几种总线标准的设备通过路由网关互连实现信息共享的局面。1.2企业网络信息集成系统1.2.1企业网络信息集成系统的层次结构n现场总线本质上是一种控制网络，现场总线网络和Internet、Intranet等类型的信息网络不同，控制网络直接面向生产过程，因此要求有很高的实时性、可靠性、数据完整性和可用性。此外，现场总线还要完成与上层工厂信息系统的数据交换和传递。n统一的企业网络信息集成系统应具有3层结构，如图1-2所示，从底向上依次为：过程控制层（PCS）、制造执行层（MES）、企业资源规划层（ERP）。图1-2企业网络信息集成系统的层次结构图过程控制层PCS制造执行层MES内部网Intranet(Ethernet)企业资源规划层ERPInternet互联网Internet现 总线控制网络n1过程控制层n现场总线是将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时控制通信网络，遵循ISO的OSI开放系统互连参考模型的全部或部分通信协议。n现场总线控制系统则是用开放的现场总线控制通信网络将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时网络控制系统。n过程控制层通信介质不受限制，可用双绞线、同轴电缆、光纤、电力线、无线、红外线等各种形式。n2制造执行层n这一层从现场设备中获取数据，完成各种控制、运行参数的监测、报警和趋势分析等功能，另外还包括控制组态的设计和下装。n3企业资源规划层n其主要目的是在分布式网络环境下构建一个安全的远程监控系统。n4现场总线与局域网的区别n现场总线与数据网络相比，主要有以下特点：n（1）现场总线主要用于对生产、生活设备的控制，对生产过程的状态检测、监视与控制，或实现“家庭自动化”等；数据网络则主要用于通信、办公，提供如文字、声音和图像等数据信息。n（2）现场总线和数据网络具有各自的技术特点：现场总线要求具备高度的实时性、安全性和可靠性，网络接口尽可能简单，成本尽量降低，数据传输量一般较小；数据网络则需要适应大批量数据的传输与处理。n（3）现场总线采用全数字式通信，具有开放式、全分布、互操作性（Interoperability）等特点。n现场总线与管理信息网络特性比较如表1-2所示。表1-2现场总线与管理信息网络特性比较特性现场总线管理信息网络监视与控制能力强弱可靠性与故障容限高高实时响应快中信息报文长度短长OSI相容性低中、高体系结构与协议复杂性低中、高通信功能级别中级大范围通信速率低、中高抗干扰能力强中1.2.2现场总线的作用n现场总线控制网络处于企业网络的底层，或者说，它是构成企业网络的基础。n而生产过程的控制参数与设备状态等信息是企业信息的重要组成部分。企业网络各功能层次的网络类型如图1-3所示。图1-3各功能层次的网络类型以太网段资源规划层(ERP)制造执行层(MES)以太网段Internet现场控制层(FCS)控制网络温度变送器调节阀调节阀温 度变送器温 度变送器n控制网络的主要作用是为自动化系统传递数字信息。n它所传输的信息内容主要是生产装置运行参数的测量值、控制量、阀门的工作位置、开关状态、报警状态、设备的资源与维护信息、系统组态、参数修改、零点量程调校信息等。1.2.3现场总线与上层网络的互联n由于现场总线所处的特殊环境及所承担的实时控制任务是普通局域网和以太网技术难以取代的，因而现场总线至今依然保持着它在现场控制层的地位和作用。但现场总线需要同上层与外界实现信息交换。n目前，现场总线与上层网络的连接方式一般有以下三种：n一是采用专用网关完成不同通信协议的转换，把现场总线网段或DCS连接到以太网上。图1-4示出了通过网关连接现场总线网段与上层网络的示意图。n图1-4通过网关连接现场总线网段与上层网络监视操作计算机服务器以太网段网关或控制器现场总线网段网桥现场总线网段n二是将现场总线网卡和以太网卡都置入工业PC机的PCI插槽内，在PC机内完成数据交换。在图1-5中采用现场总线的PCI卡，实现现场总线网段与上层网络的连接。n图1-5采用PCI卡连接现场总线网段与上层网络PCI以太网段监视操作计算机现场总线网段现场总线网段n三是将Web服务器直接置入PLC或现场控制设备内，借助Web服务器和通用浏览工具实现数据信息的动态交互。1.2.4现场总线网络集成应考虑的因素n应用现场总线要适合企业的需要，选择现场总线应考虑以下因素。n1控制网络的特点n（1）适应工业控制应用环境，要求实时性强，可靠性高，安全性好。n（2）网络传输的是测控数据及其相关信息，因而多为短帧信息，传输速率低。n（3）用户从满足应用需要的角度去选择、评判。n2标准支持n国际、国家、地区、企业标准。n3网络结构支持的介质；网络拓扑；最大长度/段；本质安全；总线供电；最大电流；可寻址的最大节点数；可挂接的最大节点数；介质冗余等。n4网络性能传输速率；时间同步准确度；执行同步准确度；媒体访问控制方式；发布/预订接收能力；报文分段能力（报文大小限制，最大数据/报文段）；设备识别；位号名分配；节点对节点的直接传输；支持多段网络；可寻址的最大网段数。n5测控系统应用考虑功能块；应用对象；设备描述。n6市场因素供应商供货的成套性、持久性、地区性、产品互换性和性能价格比。n7其他因素一致性测试；一致性测试是协议测试的一个重要方面，是性能测试、互操作性测试和健壮性测试的基础，是协议开发人员首要关心的问题，它测试协议的实现是否符合协议规范。一致性测试是一种黑盒测试，他不涉及协议的内部实现，只是从外面的行为来判断协议的实现是否符合要求n互操作测试机制互操作测试评价被测实现与相连接相似实现之间在网络操作环境中是否能够正确地交互并且完成协议标准中规定的功能，从而确定被测设备是否支持所需要的功能事实上，在互操作测试中，被采用最多的形式是测试单位选择经互操作认可的设备来与被测设备进行互操作测试。认可设备可能是终端设备、网络设备或者应用软件，也可能是一个单独设备或者若干设备组合。1.3 现场总线简介n由于技术和利益的原因，目前国际上存在着几十种现场总线标准，比较流行的主要有:FF、CAN、DeviceNet、LonWorks、PROFIBUS、HART、INTERBUS、CC-Link、ControlNet、WorldFIP、P-Net、SwiftNet等现场总线。1.3.1 基金会现场总线（FF）n基金会现场总线，即Foundation Fieldbus，简称FF，这是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的技术。n其前身是以美国Fisher-Rousemount公司为首，联合:Foxboro、横河、ABB(瑞士苏黎世)、西门子等80家公司制订的ISP协议和以Honeywell公司为首、联合欧洲等地的150家公司制订的WorldFIP协议。n屈于用户的压力，这两大集团于1994年9月合并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。n它以ISO/OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。n基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为31.25kbps，通信距离可达1900m（可加中继器延长），可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。H2的传输速率为1Mbps和2.5Mbps两种，其通信距离为750m和500m。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射，协议符合IEC1158-2标准。1.3.2CANnCAN是控制器局域网Controller Area Network的简称，最早由德国BOSCH公司提出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。n其总线规范现已被ISO国际标准组织制订为国际标准，得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持，已广泛应用在离散控制领域。nCAN协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的，不过，其模型结构只有3层，只取OSI的:物理层、数据链路层、应用层。其信号传输介质为双绞线，通信速率最高可达1Mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/5kbps，可挂接设备最多可达110个。n已有多家公司开发生产了符合CAN协议的通信芯片，如Intel公司的82527，Motorola公司的MC68HC908AZ60Z，Philips公司的SJA1000等。还有插在PC机上的CAN总线适配器，具有接口简单、编程方便、开发系统价格便宜等优点。1.3.3DeviceNet（美国Rockwell Automation公司）nDeviceNet是一种低成本的通信连接，它将工业设备连接到网络，从而免去了昂贵的硬接线。nDeviceNet是一个开放式网络标准。规范和协议都是开放的，厂商将设备连接到系统时，无需购买硬件、软件或许可权。n任何人都能以少量的复制成本从开放式DeviceNet供货商协会（ODVA）获得DeviceNet规范。n美国Rockwell Automation公司于1994年推出了DeviceNet网络，实现低成本高性能的工业设备的网络互连。nDeviceNet基于CAN总线技术，它可连接：开关、光电传感器、阀组、电动机起动器、过程传感器、变频调速设备、固态过载保护装置、条形码阅读器、I/O和人机界面等，n传输速率为125500kbps，每个网络的最大节点数是64个，干线长度100500m。nDeviceNet总线的组织机构是“开放式设备网络供货商协会”，简称“ODVA”，其英文全称为Open DeviceNet Vendor Association。它是一个独立组织，管理DeviceNet技术规范，促进DeviceNet在全球的推广与应用。n2002年10月8日，DeviceNet现场总线被批准为国家标准。DeviceNet中国国家标准编号为GB/T18858.3-2002，名称为低压开关设备和控制设备 控制器设备接口（CDI）第3部分：DeviceNet。该标准于2003年4月1日开始实施。1.3.4LonWorksnLonWorks是又一具有强劲实力的现场总线技术，它是由美国Echelon公司推出并由它们与Motorola、Toshiba公司共同倡导，于1990年正式公布而形成的。n它采用了ISO/OSI模型的全部七层通信协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置.n其通信速率从300bps至1.5Mbps不等，直接通信距离可达到2700m（78kbps，双绞线），支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电源线等多种通信介质，并开发相应的本安防爆产品，被誉为通用控制网络。nLonWorks技术所采用的LonTalk协议被封装在称之为Neuron的芯片中并得以实现。1.3.5PROFIBUSnPROFIBUS是作为德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线，ISO/OSI模型也是它的参考模型。由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA组成了PROFIBUS系列。nDP型用于分散外设间的高速传输，适合于加工自动化领域的应用。nFMS意为现场信息规范，适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等一般自动化，nPA型则是用于过程自动化的总线类型，它遵从IEC1158-2标准。n该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。nPROFIBUS支持主-从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。nPROFIBUS的传输速率为9.6kbps12Mbps，最大传输距离在9.6kbps时为1200m，1.5Mbps时为200m，可用中继器延长至10km。其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆，最多可挂接127个站点。1.3.6HART（可寻址远程传感高速通道的开放通信协议）nHART是Highway Addressable Remote Transducer的缩写，最早由Rosemount公司开发并得到80多家著名仪表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金会。n这种被称为可寻址远程传感高速通道的开放通信协议，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中工业过程控制的过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较好的发展。nHART能利用总线供电，可满足本安防爆要求。1.3.7INTERBUSnINTERBUS是德国跨国集团Phoenix公司推出的较早的现场总线，广泛地应用于汽车工业、烟草工业、仓储及传送技术、造纸工业、包装工业和食品工业等。n1996年成为欧洲标准EN50254，2000年2月成为国际标准IEC 61158。nINTERBUS的技术发起人为德国菲尼克斯公司。1.3.8CC-Linkn1开放式现场总线CC-Link背景n在1996年11月，以三菱电机为主导的多家公司以“多厂家设备环境、高性能、省配线”理念开发、公布和开放了现场总线CC-Link，第一次正式向市场推出了CC-Link这一全新的多厂商、高性能、省配线的现场网络。nCC-Link是Control&Communication Link（控制与通信链路系统）的简称。即：在工控系统中，可以将控制和信息数据同时以10Mbps高速传输的现场网络。n1998年，汽车行业的马自达、五十铃、雅马哈、通用、铃木等也成为了CC-Link的用户，而且CC-Link迅速进入中国市场。n2000年11月，CC-Link协会（CC-Link Partner Association简称CLPA）在日本成立。主要负责CC-Link在全球的普及和推进工作。为了全球化的推广能够统一进行，CLPA（CC-Link协会）在全球设立了众多的驻点，分布在美国、欧洲、中国、中国台湾、新加坡、韩国等国家和地区，负责在不同地区在各个方面推广和支持CC-Link用户和成员的工作。nCLPA由“Woodhead”、“Contec”、“Digital”、“NEC”、“松下电工”和“三菱电机”等6个常务理事会员发起。n到2002年3月底，CLPA在全球拥有252家会员公司，其中包括浙大中控、中科软大等几家中国大陆地区的会员公司。nCC-Link是一个技术先进、性能卓越、应用广泛、使用简单、成本较低的开放式现场总线，其在中国的技术发展和应用有着广阔的前景。1.3.9ControlNetnControlNet是由在北美（包括美国、加拿大等）地区的工业自动化领域中技术和市场占有率稳居第一位的美国罗克韦尔自动化公司（Rockwell Automation）于1997年推出的一种新的面向控制层的实时性现场总线网络。nControlNet是一种最现代化的开放网络，它提供如下功能：n（1）在同一链路上同时支持I/O信息，控制器实时互锁以及对等通信报文传送和编程操作。n（2）对于离散和连续过程控制应用场合，均具有确定性和可重复性。nControlNet上可连接以下典型的设备：逻辑控制器（例如可编程逻辑控制器、软控制器等）；I/O机架和其他I/O设备；人机界面设备；操作员界面设备；电动机控制设备；变频器；机器人；气动阀门；过程控制设备；网桥/网关等。1.3.10WorldFIPnWorldFIP的北美部分与ISP合并成为FF以后，WorldFIP的欧洲部分仍保持独立，总部设在法国，该协议符合法国国家标准和欧洲标准EN 50170的第三部分。n到目前为止，WorldFIP协会已拥有100多个成员，生产350多种WorldFIP现场总线产品。nWorldFIP产品在法国的市场占有率大约60%，在欧洲市场占有大约25%的份额，nWorldFIP广泛用于发电与输配电、制造自动化、铁路运输、地铁等自动化领域。1.3.11P-NetnP-Net现场总线由丹麦Process-Data A/S公司提出，1984年开发出第一个多主控器现场总线的产品，主要应用于农业、水产、饲养、林业、食品等行业，现已成为欧洲标准EN 50170的第一部分、IEC 61158类型4。nP-Net采用了ISO/OSI模型的物理层、数据链路层、网络层、服务器和应用层。1.3.12SwiftNetnSwiftNet是SHIP STAR协会应波音公司的要求开发的一种现场总线。n它主要用于航空和航天等领域。n该总线是一种结构简单、实时性高的总线，它的ISO/OSI参考模型只有物理层和数据链路层，没有定义应用层。1.3.13AS-inAS-i（Actuator-Sensor interface）是执行器-传感器接口的英文缩写。n它是一种用来在控制器（主站、Master）和传感器/执行器（从站、Slave）之间双向交换信息、主从结构的总线网络，它属于现场总线下面设备级的底层通信网络。n一个AS-i总线中的主站最多可以带31个从站，从站的地址为5位，可以有32个地址，但“0”地址留作地址自动分配时的特殊用途。一个AS-i的主站又可以通过网关（Gateway）和PROFIBUS-DP现场总线连接，作为它的一个从站。nAS-i总线用于具有开关量特征的传感器/执行器中，也可用于各种开关电器中。nAS-i总线的发展是由11家公司联合资助和规划的，并得到德国科技部的支持，现已成立了AS-i国际协会（AS-International Association），它的任务是规划AS-i部件的开发和系统的定义，进行有关标准化的工作，组织产品的标准测试和软件认证，以保证AS-i产品的开放性和互操作性。1.3.14RS-485n尽管RS-485不能称为现场总线，但是作为现场总线的鼻祖，还有许多设备继续沿用这种通信协议。采用RS-485通信具有设备简单、低成本等优势，仍具有一定的生命力。n以RS-485为基础的OPTO-22命令集等也在许多系统中得到了广泛的应用。n作业：1、说明现场总线的本质是什么？2、说明现场总线的结构特点，试比较DCS结构与FCS结构。n思考题：1、计算机网络与工业控制的联系以及区别。2、ERP的最终目的是什么？3、目前存在多种现场总线标准，你对哪一种现场总线标准感兴趣？为什么？