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工业控制网络05 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望为什么要学习为什么要学习ControlNetControlNet现场总线？现场总线？ControlNetControlNet是一种高速的工业控制网络是一种高速的工业控制网络;ControlNetControlNet是是开开放放、实实时时、具具有有确确定定性性和和可可重重复复性性(Determinism&Repeatability)(Determinism&Repeatability)的现场总线；的现场总线；ControlNetControlNet是是世世界界一一流流的的自自动动化化控控制制和和信信息息解解决决方方案案 供供 应应 商商 美美 国国 罗罗 克克 韦韦 尔尔 自自 动动 化化(Rockwell(Rockwell Automation)Automation)公公司司推推出出的的最最优优的的工工业业控控制制网网络络技技术术NetLinxNetLinx的的控控制制层层网网络络，也也是是罗罗克克韦韦尔尔电电子子化化制造（制造（E-manufacturingE-manufacturing）概念）概念的主要技术之一。的主要技术之一。ControlNet哈工大网络与电气智能化研究所 2 2ControlNetControlNet的由来、组织机构与标准的由来、组织机构与标准ControlNetControlNet是是由由美美国国罗罗克克韦韦尔尔自自动动化化公公司司于于19971997年年推推出出的的一一种种新的面向控制层的新的面向控制层的实时性实时性实时性实时性现场总线。现场总线。19971997年年7 7月月由由罗罗克克韦韦尔尔自自动动化化等等2222家家公公司司联联合合发发起起成成立立了了控控制制网国际组织网国际组织CICI（ControlNet InternationalControlNet International）。）。CICI是是一一个个为为用用户户和和供供货货商商服服务务的的非非盈盈利利性性的的独独立立组组织织。它它负负责责ControlNetControlNet技技术术规规范范的的管管理理和和发发展展，并并通通过过开开发发测测试试软软件件提提供供 产产 品品 的的 一一 致致 性性 测测 试试，出出 版版 ControlNetControlNet产产 品品 目目 录录，进进 行行ControlNetControlNet技技术术培培训训，促促进进世世界界范范围围内内ControlNetControlNet技技术术的的推推广广和应用，等等。和应用，等等。20002000年年 1 1月月、20022002年年 2 2月月 ControlNetControlNet分分 别别 成成 为为 国国 际际 标标 准准IEC61158IEC61158第第2 2版、第版、第3 3版的类型版的类型2 2（Type 2Type 2）。ControlNet哈工大网络与电气智能化研究所 3 3ControlNetControlNetControlNet的特点、优点与应用的特点、优点与应用 ControlNetControlNet网网络络使使用用生生生生产产产产者者者者/消消消消费费费费者者者者模模模模型型型型。生生产产者者/消消费费者者模模型型允允许许一一个个发发送送设设备备（生生产产者者）与与多多个个接接收收设设备备（消消费费者者）之之间间交交换换时时间间紧紧要要的的应应用用信信息息，而不需将发往多个目的的数据发送多次而不需将发往多个目的的数据发送多次 。确确定定性性控控制制网网络络使使用用一一种种隐隐隐隐性性性性令令令令牌牌牌牌传传传传递递递递机机机机制制制制来来提提高高协议效率。协议效率。协协议议使使用用一一种种基基于于时时间间的的预预定定机机制制，它它可可使使网网络络设设备备以以确确确确定定定定性性性性的的的的、可可可可预预预预测测测测性性性性的的方方式式来来访访问问媒媒体体，同同时时也防止了网络碰撞。也防止了网络碰撞。哈工大网络与电气智能化研究所 4 4ControlNetControlNet的主要技术特点可归纳为：（1 1）物理层介质：）物理层介质：）物理层介质：）物理层介质：RG6RG6同轴电缆、光纤。同轴电缆、光纤。同轴电缆、光纤。同轴电缆、光纤。（2 2）网网络络拓拓扑扑：总总线线形形、星星形形、树树形形及及其其任何拓扑的混合。任何拓扑的混合。（3 3）单单网网段段长长度度：使使用用同同轴轴电电缆缆，1000m1000m、带带2 2个个节节点点，250m250m、带带4848个个节节点点；使使用用光光纤纤，短距离系统为短距离系统为300m300m，中等距离系统为，中等距离系统为7km7km。哈工大网络与电气智能化研究所 5 5（4 4）中中继继器器数数目目：串串行行使使用用，最最大大支支持持5 5个个中中继继器器，连连接接6 6个个网网段段；并并行行使使用用，最最大大支支持持4848个中继器，连接个中继器，连接4848个网段。个网段。（5 5）中继器类型：）中继器类型：ac&dcac&dc高压型和高压型和dcdc低压型。低压型。（6 6）带带中中继继器器最最大大拓拓扑扑长长度度：使使用用同同轴轴电电缆缆，5000m5000m；使用光纤，；使用光纤，30km30km。（7 7）网网络络节节点点数数：使使用用中中继继器器，可可编编址址节节点点最多为最多为9999个个个个；不带中继器，最多；不带中继器，最多4848个节点。个节点。ControlNet哈工大网络与电气智能化研究所 6 6（8 8）设备供电方式：设备采用外部供电。）设备供电方式：设备采用外部供电。（9 9）节节点点插插拔拔：节节点点可可带带电电插插拨拨，安安装装与与更换方便。更换方便。（1010）网络速度：）网络速度：5Mbps5Mbps（最大）。（最大）。（1111）I/OI/O数据个数：不限。数据个数：不限。（1212）I/OI/O数数数数据据据据触触触触发发发发方方方方式式式式：轮轮轮轮询询询询、状状状状态态态态改改改改变变变变/周期。周期。周期。周期。ControlNet哈工大网络与电气智能化研究所 7 7（13）网络功能：同一链路支持控制信息、I/O数据、编程数据。（14）网络模型：生产者/消费者。（15）网络刷新时间：可组态2-100ms。ControlNet哈工大网络与电气智能化研究所 8 8ControlNet突出优点：（1 1）ControlNetControlNet是是高高速速的的控控制制和和I/OI/O网网络络，具具有有增增强强的的I/OI/O性性能能和和点点对对点点通通信信能能力力，支支持持多多主主方方式式，可可以以从从任任何何一一个个节节点点（甚甚至至适适配器）访问整个网络。配器）访问整个网络。（2 2）对对于于离离散散和和连连续续过过程程控控制制应应用用场场合合，均具有均具有确定性确定性确定性确定性和和可重复性可重复性可重复性可重复性。ControlNet哈工大网络与电气智能化研究所 9 9ControlNet突出优点：（3 3）先先进进的的生生生生产产产产者者者者/消消消消费费费费者者者者网网网网络络络络模模模模型型型型，最最大大限限度度地地优优化化了了带带宽宽的的利利用用率率，并并可可构构成成多多主主、主主/从从、对对等等的的通通信信结结构构；媒媒体体访访问问算算法法确确保了控制信息传送时间的保了控制信息传送时间的准确性准确性准确性准确性。（4 4）ControlNetControlNet具具有有灵灵活活的的安安装装选选择择，可可使使用用各各种种标标准准的的低低价价同同轴轴电电缆缆，也也可可使使用用具具有有强强抗抗干干扰扰性性和和本本征征安安全全性性的的光光纤纤，并并支支持持媒媒体冗余方式。体冗余方式。ControlNet哈工大网络与电气智能化研究所 1010ControlNet体系结构与协议分层结构体系结构与协议分层结构作作为为罗罗克克韦韦尔尔自自动动化化推推出出的的NetLinxNetLinx三三层层网网络络控控制制层层的的ControlNetControlNet，是是一一种种高高效效、可可靠靠、组组态态与与编编程程简简单单、结结构构灵灵活活的的高高速速确确定定性性网网络络，用用于于对对时时间间有有苛苛刻刻要要求求的的应应用用场场合合的的信信息息传传输输，对对于于在在同同一一链链路路上上的的I/OI/O、控控制制器器实实时时互互锁锁、对对等等通通信信报报文文传传送送和和编编程程操操作作，均均具具有有相相同同的的带带宽。宽。其其体体系系结结构构与与拓拓扑扑结结构构分分别别如如图图5-15-1、图图5-25-2所所示。示。ControlNetControlNet支持冗余方式，如图支持冗余方式，如图5-35-3所示。所示。ControlNet哈工大网络与电气智能化研究所 1111图图5-1 ControlNet5-1 ControlNet体系结构体系结构 ControlNet哈工大网络与电气智能化研究所 1212图图5-2 ControlNet5-2 ControlNet拓扑结构拓扑结构 ControlNet哈工大网络与电气智能化研究所 1313图图5-3 ControlNet5-3 ControlNet冗余方式冗余方式 ControlNet哈工大网络与电气智能化研究所 1414一种一种隐性令牌传递机制隐性令牌传递机制隐性令牌传递机制隐性令牌传递机制被用于获取媒体访问权。被用于获取媒体访问权。uu每个节点均具有每个节点均具有1 1个个“隐性令牌寄存器隐性令牌寄存器”。uu所所有有节节点点的的“隐隐性性令令牌牌寄寄存存器器”含含有有相相同同值值以以防止媒体上的碰撞。防止媒体上的碰撞。uu每每个个DLLDLL在在MACMAC帧帧结结束束时时将将“隐隐性性令令牌牌寄寄存存器器”设为所收到的设为所收到的MAC IDMAC ID加加1 1。uu若若隐隐性性令令牌牌寄寄存存器器等等于于本本地地MAC MAC IDID，则则节节点点可发送一个可发送一个MACMAC帧。帧。ControlNet哈工大网络与电气智能化研究所 1515ControNetControNet使用一种隐性令牌传递机制来提高协议效率。使用一种隐性令牌传递机制来提高协议效率。允允许许所所有有设设备备具具有有同同等等机机会会访访问问网网络络，而而没没有有因因向向每每个个设设备备传传递递一一个个“令令牌牌”以以使使其其获获取取发发送送数数据据的的许许可可的的网网络络开开销。销。协协议议使使用用一一种种基基于于时时间间的的预预定定机机制制，它它可可使使网网络络设设备备以以确确定定性性的的、可可预预测测性性的的方方式式来来访访问问媒媒体体，同同时时也也防防止止了了网网络络碰撞。碰撞。允允许许那那些些被被要要求求基基于于周周期期、可可重重复复和和可可预预测测的的，且且时时间间紧紧要要的的数数据据在在一一个个预预定定义义的的进进度度中中被被生生产产，而而没没有有因因连连续续请请求或求或“轮询轮询”来获取数据所产生的效率损失。来获取数据所产生的效率损失。允允许许那那些些本本质质上上对对时时间间紧紧要要或或偶偶然然性性基基础础上上被被要要求求的的数数据据利利用用任任何何可可用用的的网网络络时时间间。这这些些非非预预定定的的数数据据是是在在完完成成时时间间紧紧要要的的数数据据的的生生产产后后，在在此此类类数数据据的的下下一一个个预预定定生生产产的的开始之前被发送的。开始之前被发送的。ControlNet哈工大网络与电气智能化研究所 1616 如如 图图 所所 示示，MACMAC帧帧 格格 式式 是是 协协 议议 数数 据据 单单 元元（PDUPDU），MACMAC帧帧的的各各部部件件以以下下列列顺顺序序发发送送：前前同同步步、起起始始界界定定符符、源源MAC MAC IDID、0 0个个或或多多个个LpacketsLpackets、CRCCRC和结束界定符。和结束界定符。ControlNet哈工大网络与电气智能化研究所 1717图图 总装生产线现场总线控制系统总装生产线现场总线控制系统 ControlNet哈工大网络与电气智能化研究所 1818基金会现场总线基金会现场总线19941994年年 6 6月月，现现 场场 总总 线线 的的 两两 大大 国国 际际 组组 织织ISPISP（Interoperable Interoperable System System ProtocolProtocol）和和北北美美World World FIP FIP(World(World Factory Factory Instrumentation Instrumentation Protocol)Protocol)组组织织正正式式 合合 并并，产产 生生 了了 现现现现 场场场场 总总总总 线线线线 基基基基 金金金金 会会会会（Fieldbus Fieldbus FoundationFoundation）。）。现现场场总总线线基基金金会会是是由由国国际际上上100100多多家家主主要要的的控控制制和和检检测测仪仪表表厂厂家家以以及及最最终终用用户户组组成成的的非非营营利利性性中中立立组组织织。其其宗宗旨旨是是开开发发适适应应于于过过程程控控制制、开开放放、可可相相互互操操作作、标标准准的的现现场场总总线线。它它同同时时符符合合IECIEC（国国际际电电工工委委员员会会）标标准准及及ISAISA（美美国国仪仪器器仪仪表表学学会）的会）的SP50SP50标准，在国际上具有广泛的代表性。标准，在国际上具有广泛的代表性。哈工大网络与电气智能化研究所 1919基金会现场总线基金会现场总线基基基基金金金金会会会会现现现现场场场场总总总总线线线线（FF,FF,Foundation Foundation FieldbusFieldbus）是是目目前前最最具具发发展展前前景景，最最具具竞竞争争力力的的现现场场总总线线之之一一，目目前前拥拥有有120120多多个个成成员员，这这包包括括世世界界上上最最主主要要的的自自动动化化设设备备供供应应商商：ABAB、ABBABB、FoxboroFoxboro、HoneywellHoneywell、SmarSmar、FUJI Electric FUJI Electric 等。等。FFFF的的通通信信模模型型以以ISO/OSI ISO/OSI 开开放放系系统统模模型型为为基基础础，采采用用了了物物物物理理理理层层层层、数数数数据据据据链链链链路路路路层层层层、应应应应用用用用层层层层，并并在在其其上上增增加加了了用户层用户层用户层用户层。FFFF总总线线采采用用的的是是令令令令牌牌牌牌总总线线通通信信方方式式，可可分分为为周周期期通信和非周期通信通信和非周期通信。哈工大网络与电气智能化研究所 2020基金会现场总线基金会现场总线FFFF有有高高速速（H2H2）和和低低速速（H1H1）两两种种通通信信速速率率。H1H1的的传传输输速速率率为为31.25kb/s31.25kb/s，传传输输距距离离可可达达1900m1900m，可可采采用用中中继继器器延延长长传传输输距距离离，并并可可支支持持总总线线供供电电，支支持持本本质质安安全全防防爆爆环环境境。H2H2已已被被高高速速以以太太网网HSEHSE取取代代，HSEHSE目目前前的的通通信信速速率为率为100Mb/s100Mb/s。低低速速现现场场总总线线H1H1支支持持点点对对点点连连接接、总总线线型型、菊菊花花链链型型、树树形形拓拓扑扑结结构构。网网络络中中的的设设备备数数量量取取决决于于总总线线带带宽宽、通通信信段段数数、供供电电能能力力和和通通信信介介质质的的规规格格等等因因素素。FFFF支支持持双双绞绞线线、同同轴轴电电缆缆、光光缆缆和和无无线线发发射射等等传传输输介介质质，物物理理传传输协议符合输协议符合IEC61158-2IEC61158-2标准，传输信号采用曼彻斯特编码。标准，传输信号采用曼彻斯特编码。哈工大网络与电气智能化研究所 2121基金会现场总线基金会现场总线FF总线拥有非常出色的互操作性，是由于它采用了功能模块和设备描述语言（DDL，Device Description Language）使得现场节点之间能准确、可靠地实现信息互通。目前FF有29个功能块，其中包括10个基本功能块和为先进控制规定的19个标准的附加功能块。用户还可以开发自己的功能块，这些功能块之间通过标准的DDL实现互操作。哈工大网络与电气智能化研究所 2222基金会现场总线基金会现场总线基基金金会会现现场场总总线线系系统统是是为为了了适适应应自自动动化化系系统统，特特别别是是过过程程自自动动化化系系统统在在功功能能、环环境境与与技技术术上上的的需要而专门设计的。需要而专门设计的。这这种种现现场场总总线线的的系系统统是是开开放放的的，可可以以由由来来自自不不同同制制造造商商的的设设备备组组成成。只只要要这这些些制制造造商商所所设设计计与与开开发发的的设设备备遵遵循循基基金金会会现现场场总总线线的的协协议议规规范范，并并且且在在产产品品开开发发期期间间，通通过过一一致致性性测测试试，确确保保产产品品与与协协议议规规范范的的一一致致性性，这这样样当当把把不不同同制制造造商商的的产产品品连连接接到到同同一一个个网网络络系系统统时时，作作为为网网络络节节点点的的各各个个设设备备之之间间就就可可以以互互操操作作，还还可可以以允允许许不不同同厂厂商商生产的相同功能设备之间相互替换。生产的相同功能设备之间相互替换。哈工大网络与电气智能化研究所 2323基金会现场总线基金会现场总线哈工大网络与电气智能化研究所 2424基金会现场总线基金会现场总线哈工大网络与电气智能化研究所 2525PROFIBUSPROFIBUS是是德德国国于于2020世世纪纪9090年年代代初初制制定定的的国国家家工工业业现现场场总总线线协协议议标标准，代号为准，代号为DIN19245DIN19245。德德国国科科学学技技术术部部总总结结了了2020世世纪纪8080年年代代德德国国工工业业界界自自动动控控制制技技术术的的发发展展经经验验，认认识识到到为为了了适适应应2020世世纪纪9090年年代代分分布布式式计计算算机机自自动动控控制制系系统统的的发发展展需需要要，有有必必要要对对现现有有的的各各公公司司自自己己的的定定义义的的网网络络协协议议加加以以规规范范化化、公公开开化化，使使得得不不同同厂厂家家生生产产的的自自动动控控制制设设备备在在网网络络通通信信级级能能够够兼兼容容，以以利利于于整整体体提提高高工工业业自自动动化化系系统统的的标标准准化化水水平平，因因此此于于19871987年年将将该该任任务务列列为为德德国国国国家家项项目目，由由十十三三家家大大公公司司（如如著著名名的的SIEMENSSIEMENS、ABBABB公公司司等等）及及五家研究所经过两年多的时间完成。五家研究所经过两年多的时间完成。PROFIBUS现场总线现场总线哈工大网络与电气智能化研究所 2626PROFIBUS现场总线现场总线 PROFIBUSPROFIBUS国国际际组组织织（PROFIBUS PROFIBUS InternationalInternational）简简称称PIPI，在在19951995年年成成立立。到到目目前前已已有有近近3030个个国国家家和和地地区区成成立立了了地地区区性性的的PROFIBUSPROFIBUS用用户户组组织织，会会员员已已超超过过10001000家家，发发展展成为现场总线领域内全球最大的联合组织。成为现场总线领域内全球最大的联合组织。我我国国的的PROFIBUSPROFIBUS用用户户组组织织或或PROFIBUSPROFIBUS专专业业委委员员会会（简称（简称CPOCPO）于）于19971997年年7 7月在北京成立。月在北京成立。哈工大网络与电气智能化研究所 2727PROFIBUS现场总线现场总线PROFIBUSPROFIBUS是是一一种种国国际际化化、开开放放式式、不不依依赖赖于于设设备备生生产产商商的的现现场场总总线线标标准准。广广泛泛适适用用于于制制造造业业自自动动化化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等领域的自动化。流程工业自动化和楼宇、交通电力等领域的自动化。PROFIBUSPROFIBUS由由3 3个个兼兼容容部部分分组组成成，即即PROFIBUS-PROFIBUS-DPDP、PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA和和 PROFIBUS-FMSPROFIBUS-FMS。uuPROFIBUS-DPPROFIBUS-DP是是一一种种高高速速低低成成本本通通信信，用用于于设设备备级级控控制系统与分散式制系统与分散式 I/O I/O的通信。的通信。uuPROFIBUS-PAPROFIBUS-PA专专为为过过程程自自动动化化设设计计，可可使使传传感感器器和和执执行机构连在一根总线上，并有本质安全规范。行机构连在一根总线上，并有本质安全规范。uuPROFIBUS-FMSPROFIBUS-FMS用用于于车车间间级级监监控控网网络络，是是一一个个令令牌牌结结构的实时多主网络。构的实时多主网络。哈工大网络与电气智能化研究所 2828PROFIBUS协议结构协议结构 PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP定定义义了了第第1 1、2 2层层和和用用户户接接口口。用用户户接接口口规规定定了了用用户户及及系系统统以以及及不不同同设设备备可可调调用用的的应应用用功功能能，并并详详细细说说明明了了各各种种不不同同PROFIBUS-PROFIBUS-DPDP设备的设备行为。设备的设备行为。PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA的的 数数 据据 传传 输输 采采 用用 扩扩 展展 的的PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP协协议议。PAPA还还描描述述了了现现场场设设备备行行为为的的PAPA行行规规。根根据据IEC61158-2IEC61158-2标标准准，PAPA的的传传输输技技术术可可确确保保其其本本质质安安全全性性，而而且且可可通通过过总总线线给给现现场场设设备供电。使用连接器可在备供电。使用连接器可在DPDP上扩展上扩展PAPA网络。网络。哈工大网络与电气智能化研究所 2929PROFIBUS协议结构协议结构 PROFIBUS-FMS定义了第1、2、7层，应用 层 包 括 现 场 总 线 信 息 规 范（FMS,Fieldbus Message Specification）和低层接口(LLI,Lower Layer Interface)。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLI协调不同的通信关系并向FMS提供不依赖设备的第2层访问接口。哈工大网络与电气智能化研究所 3030PROFIBUS协议结构协议结构 3131 基基于于PROFIBUSPROFIBUS现现场场总总线线技技术术的的控控制制系系统统分分为为两两部部分分：采采用用PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP的的设设备备控控制制层层，由由SIEMENS SIEMENS S7-300S7-300系系列列PLCPLC和和PROFIBUSPROFIBUS现现场场总总线线部部件件组组成成，完完成成生生产产设设备备的的现现场场操操作作和和控控制制；采采用用PROFIBUS-FMSPROFIBUS-FMS的的监监控控层层，由由工工业业PCPC组组成成，完完成成整整线线的的在在线线监监控控并并向向设设备备控控制制层层下下达达控控制指令。再造烟叶生产线控制系统网络结构见图制指令。再造烟叶生产线控制系统网络结构见图8-28-2。PROFIBUS现场总线现场总线哈工大网络与电气智能化研究所 3232PROFIBUS现场总线现场总线哈工大网络与电气智能化研究所 3333 一一个个典典型型的的工工厂厂自自动动化化系系统统应应该该是是3 3级级网网络络结结构构。基基于于现现场场总总线线PROFIBUS-DP/PROFIBUS-DP/PAPA控控制制系系统统位位于于工工厂厂自自动动化化系系 统统 中中 的的 底底 层层，即即 现现 场场 级级 与与 车车 间间 级级。现现 场场 总总 线线PROFIBUSPROFIBUS是面向现场级与车间级的数字化通信网络。是面向现场级与车间级的数字化通信网络。（1 1）现场设备层）现场设备层）现场设备层）现场设备层 主主要要功功能能是是连连接接现现场场设设备备，如如分分散散式式I/OI/O、传传感感器器、驱驱动动器器、执执行行机机构构、开开关关设设备备等等，完完成成现现场场设设备备控控制制及及设设备备间间连连锁锁控控制制。主主站站（PLCPLC、PCPC机机或或其其他他控控制制器器）负负责责总总线线通通信信管管理理及及所所有有从从站站的的通通信信。总总线线上上所所有有设设备备生生产产工艺控制程序存储在主站中，并由主站执行。工艺控制程序存储在主站中，并由主站执行。PROFIBUS在工厂自动化系统中的在工厂自动化系统中的位置位置 哈工大网络与电气智能化研究所 3434 （2 2）车间监控层）车间监控层）车间监控层）车间监控层 车车间间级级监监控控用用来来完完成成车车间间主主生生产产设设备备之之间间的的连连接接，如如一一个个车车间间3 3条条生生产产线线主主控控制制器器之之间间的的连连接接，完完成成车车间间级级设设备备监监控控。车车间间级级监监控控包包括括生生产产设设备备状状态态在在线线监监控控、设设备备故故障障报报警警及及维维护护等等。通通常常还还具具有有诸诸如如生生产产统统计计、生生产产调调度度等等车车间间级级生生产产管管理理功功能能。车车间间级级监监控控通通常常要要设设立立车车间间监监控控室室，有有操操作作员员工工作作站站及及打打印印设设备备。车车间间级级监监控控网网络络可可采采用用PROFIBUS-FMSPROFIBUS-FMS，它它是是一一个个多多主主网网，这这一一级级数数据传输速度不是最重要的，而是要能够传送大容量信息。据传输速度不是最重要的，而是要能够传送大容量信息。PROFIBUS在工厂自动化系统中的在工厂自动化系统中的位置位置 哈工大网络与电气智能化研究所 3535 （3 3）工厂管理层）工厂管理层）工厂管理层）工厂管理层 车车间间操操作作员员工工作作站站可可通通过过集集线线器器与与车车间间办办公公管管理理网网连连接接，将将车车间间生生产产数数据据送送到到车车间间管管理理层层。车车间间管管理理网网作作为为工工厂厂主主网网的的一一个个子子网网。子子网网通通过过交交换换机机、网网桥桥或或路路由由等等连接到厂区骨干网，将车间数据集成到工厂管理层。连接到厂区骨干网，将车间数据集成到工厂管理层。车车间间管管理理层层通通常常所所说说的的以以太太网网，即即IEC802.3IEC802.3、TCP/IPTCP/IP的的通通信信协协议议标标准准。厂厂区区骨骨干干网网可可根根据据工工厂厂实实际际情情况况，采采用如用如FDDI FDDI 或或ATMATM等网络。等网络。PROFIBUS在工厂自动化系统中的在工厂自动化系统中的位置位置 哈工大网络与电气智能化研究所 3636PROFIBUS控制系统组成控制系统组成PROFIBUSPROFIBUS控制系统组成包括以下几个部分：控制系统组成包括以下几个部分：1 1类主站类主站类主站类主站 1 1类类主主站站指指PLCPLC、PCPC或或可可做做1 1类类主主站站的的控控制制器器。1 1类类主站完成总线通信控制与管理。主站完成总线通信控制与管理。2 2类主站类主站类主站类主站uuPLCPLC（智能型（智能型I/OI/O）PLCPLC可可做做PROFIBUSPROFIBUS上上的的一一个个从从站站。PLCPLC自自身身有有程程序序存存储储，PLCPLC的的CPUCPU部部分分执执行行程程序序并并按按程程序序驱驱动动I/OI/O。作作为为PROFIBUSPROFIBUS主主站站的的一一个个从从站站，在在PLCPLC存存储储器器中中有有一一段段特特定定区区域域作作为为与与主主站站通通信信的的共共享享数数据据区区。主主站站可可通过通信间接控制从站通过通信间接控制从站PLCPLC的的I/OI/O。哈工大网络与电气智能化研究所 3737PROFIBUS控制系统组成控制系统组成uu分散式分散式I/0I/0（非智能型（非智能型I/0I/0）通通常常由由电电源源部部分分、通通信信适适配配器器部部分分及及接接线线端端子子部部分分组组成成。分分散散式式I/OI/O不不具具有有程程序序存存储储和和程程序序执执行行，通通信信适适配配器器部部分分接接收收主主站站指指令令，按按主主站站指指令令驱驱动动I/OI/O，并并将将I/OI/O输输入入及及故故障障诊诊断断等等返返回回给给主主站站。通通常常分分散散型型I/OI/O是是由由主主站站统统一一编编址址，这这样样在在主主站站编编程程时使用分散式时使用分散式I/OI/O与使用主站的与使用主站的I/OI/O没有什么区别。没有什么区别。uu驱动器、传感器、执行机构等现场设备驱动器、传感器、执行机构等现场设备 即即带带PROFIBUSPROFIBUS接接口口的的现现场场设设备备，可可由由主主站站在在线线完完成成系系统统配配置置、参参数数修修改改、数数据据交交换换等等功功能能。至至于于哪哪些些参参数数可可进进行行通通信信，以及参数格式，由以及参数格式，由PROFIBUSPROFIBUS行规决定。行规决定。哈工大网络与电气智能化研究所 3838LonWorks现场总线 LonWorks(LonWorks(局局部部操操作作网网络络，Local Local Operating Operating Network)Network)总总线线由由美美国国EchelonEchelon公公司司推推出出，并并由由它它与与MotorolaMotorola公公司司和和ToshibaToshiba公司共同倡导，于公司共同倡导，于19901990年正式公布。年正式公布。由由于于该该技技术术完完善善、使使用用方方便便灵灵活活、开开发发周周期期短短、实实用用性性强强而而受受到到了了众众多多计计算算机机制制造造商商、仪仪表表公公司司等等的的认认可可 和和 支支 持持。迄迄 今今 已已 有有 40004000多多 家家 生生 产产 商商 使使 用用 了了 LonWorks LonWorks 技技术术，并并已已安安装装了了500500多多万万个个节节点点。目目前前已已有有很很多多家家公公司司正正在在生生产产LonWorksLonWorks产产品品或或将将其其产产品品纳纳入入LonWorksLonWorks网网络络，如如HoneywellHoneywell公公司司已已经经将将LonWorksLonWorks技术用于楼宇控制系统。技术用于楼宇控制系统。哈工大网络与电气智能化研究所 3939LonWorks现场总线 LonWorks(LonWorks(局局部部操操作作网网络络，Local Local Operating Operating Network)Network)总总线线由由美美国国EchelonEchelon公公司司推推出出，并并由由它它与与MotorolaMotorola公公司司和和ToshibaToshiba公司共同倡导，于公司共同倡导，于19901990年正式公布。年正式公布。由由于于该该技技术术完完善善、使使用用方方便便灵灵活活、开开发发周周期期短短、实实用用性性强强而而受受到到了了众众多多计计算算机机制制造造商商、仪仪表表公公司司等等的的认认可可 和和 支支 持持。迄迄 今今 已已 有有 40004000多多 家家 生生 产产 商商 使使 用用 了了 LonWorks LonWorks 技技术术，并并已已安安装装了了500500多多万万个个节节点点。目目前前已已有有很很多多家家公公司司正正在在生生产产LonWorksLonWorks产产品品或或将将其其产产品品纳纳入入LonWorksLonWorks网网络络，如如HoneywellHoneywell公公司司已已经经将将LonWorksLonWorks技术用于楼宇控制系统。技术用于楼宇控制系统。哈工大网络与电气智能化研究所 4040LonWorks现场总线 LonWorksLonWorks采采 用用 了了 ISO(ISO(国国 际际 标标 准准 化化 组组 织织，International International Organization Organization for for Standardization)Standardization)定定义义的的OSI(OSI(开开放放系系统统互互连连模模型型，Open Open System System Interconnection)Interconnection)的的全全部部七七层层协协议议，采采用用了了面面向向对对象象的的设设计计方方法法，通通过过网网络络变变量量把把网网络络通通信信设设计计简简单单化化为为参参数数设设置置；其其通通信信速速率率从从300bps300bps到到1.5Mbps1.5Mbps不不等等，直直接接通通信信距距离离可可达达2.7km(78kbps2.7km(78kbps，双双绞绞线线)；支支持持双双绞绞线线、同同轴轴电电缆缆、光光纤纤、射射频频、红红外外线线、电电力力线线等等多多种种通通信信介介质质，并并开开发发了了相相应应的的本本质质安安全防爆产品，是一种通用控制网络。全防爆产品，是一种通用控制网络。LonWorksLonWorks己己被被广广泛泛应应用用在在楼楼宇宇自自动动化化、家家庭庭自自动动化化、保保安安系系统、办公设备、交通运输工业过程控制等行业。统、办公设备、交通运输工业过程控制等行业。哈工大网络与电气智能化研究所 4141现场总线的发展趋势现场总线的发展趋势 1 工业以太网的推出 2 以太网的优势3 以太网应用于工业现场所面临的问题及解决措施 4 几种主流工业以太网5 关于工业以太网的几点讨论 哈工大网络与电气智能化研究所 4242工业以太网的推出工业以太网的推出 由由于于现现场场总总线线的的种种类类很很多多，仅仅国国际际标标准准现现场场总总线线就就多多达达二二十十多多种种，而而不不同同现现场场总总线线协协议议/规规范范的的兼兼容容性性较较差差，因因此此要要实实现现不不同同现现场场总总线线之之间间的的通通信信是是非非常常困困难难的的。这这不不但但使使FCSFCS的的开开放放性性、互互操操作作性性与与互互换换性性难难以以真真正正体体现现，而而且给用户对且给用户对FCSFCS的使用带来了很大的不便。的使用带来了很大的不便。为为此此，人人们们在在努努力力寻寻求求“一一网网到到底底”、“一一网网打打尽尽”的的解解决决方方案案，即即希希望望建建立立一一个个统统一一的的开开放放的的通通信信标标准准。在在这这种种情情况况下下，在在技技术术、价价格格、开开放放性性及及普普及及程程度度等等方方面面具具有有优优势势和和具具有有“e“e网网到到底底”美美誉誉的的以以太太网网（EtherNetEtherNet）即即成成为为首首选选，应应用用于于工工业业环环境境/工工业业自自动动化化领领域域的的以以太太网网工业以太网（工业以太网（Industrial EtherNetIndustrial EtherNet）被纷纷推出。）被纷纷推出。哈工大网络与电气智能化研究所 4343 为为推推进进工工业业以以太太网网的的发发展展、应应用用、普普及及和和标标准准化化，国际上成立了一些工业以太网组织国际上成立了一些工业以太网组织:工工 业业 自自 动动 化化 开开 放放 网网 络络 联联 盟盟 IAONAIAONA（Industrial Industrial Automation Open Network AllianceAutomation Open Netwo