现场总线的技术发展与应用动态.ppt

现场总线的现场总线的技术发展与应用动态技术发展与应用动态阳宪惠阳宪惠清华大学自动化系清华大学自动化系北京 1000841.1.测控领域热点技术之一的现场总线测控领域热点技术之一的现场总线 什么是什么是现场总线：应用在应用在生产现场生产现场、在、在测量控制设备测量控制设备之间实现双向串行多节点之间实现双向串行多节点数数字通信字通信的开放型的开放型控制网络控制网络技术技术现场总线现场总线是工业数据通信与控制网络技术的代名词，是测控领是工业数据通信与控制网络技术的代名词，是测控领域的通信与网络技术域的通信与网络技术 工业数据通信系统：工业数据通信系统：在生产设备之间传递数字信息在生产设备之间传递数字信息工业数据通信是形成控制网络的基础和支撑条件，是控制网络工业数据通信是形成控制网络的基础和支撑条件，是控制网络工业数据通信是形成控制网络的基础和支撑条件，是控制网络工业数据通信是形成控制网络的基础和支撑条件，是控制网络技术的重要组成部分技术的重要组成部分技术的重要组成部分技术的重要组成部分 自控领域的局域网自控领域的局域网企业的底层网络；网络集成式测量控制系统；企业的底层网络；网络集成式测量控制系统；n早期把现场总线又称为工业电话线，通过连线在测控设备早期把现场总线又称为工业电话线，通过连线在测控设备之间传递数据信息，把传感器、按钮、执行机构等连接到之间传递数据信息，把传感器、按钮、执行机构等连接到控制器、或控制器、或PLCPLC或工业计算机上。通过相互通信共同执行或工业计算机上。通过相互通信共同执行测量控制任务。测量控制任务。n总线上的数据输入设备包括按钮、传感器、接触器、总线上的数据输入设备包括按钮、传感器、接触器、变送器、阀门等，传输其位置状态、参数值等数据变送器、阀门等，传输其位置状态、参数值等数据n总线上的输出数据用于驱动信号灯、接触器、开关、总线上的输出数据用于驱动信号灯、接触器、开关、阀门等阀门等n工业数据通信用以满足信息社会对基础设备与过程数据信工业数据通信用以满足信息社会对基础设备与过程数据信息的需求息的需求n数字地球、数字北京、数字数字地球、数字北京、数字n传递工农业生产过程、大气环境监测、各类交通、楼传递工农业生产过程、大气环境监测、各类交通、楼宇等系统中设备的数字化信息宇等系统中设备的数字化信息总线将分散的有通信能力的测量控制设备作为网络节点，总线将分散的有通信能力的测量控制设备作为网络节点，连接成能相互沟通信息，共同完成自控任务的控制网络连接成能相互沟通信息，共同完成自控任务的控制网络n n现现现现场场场场总总总总线线线线是是是是自自自自动动动动化化化化领领领领域域域域的的的的通通通通信信信信、网网网网络络络络技技技技术术术术,也也也也被被被被称之为工厂的底层网络（称之为工厂的底层网络（称之为工厂的底层网络（称之为工厂的底层网络（InfranetInfranetInfranetInfranet）n n总总总总线线线线是是是是构构构构成成成成自自自自动动动动化化化化系系系系统统统统的的的的纽纽纽纽带带带带，网网网网络络络络所所所所传传传传输输输输的的的的是是是是控制信息。控制信息。控制信息。控制信息。n n它它它它是是是是有有有有别别别别于于于于计计计计算算算算机机机机网网网网络络络络，电电电电视视视视、电电电电话话话话网网网网络络络络的的的的另另另另一一一一类网络类网络类网络类网络n n特点：特点：特点：特点：n n适应适应适应适应工业应用环境工业应用环境工业应用环境工业应用环境，n n要要要要求实时性求实时性求实时性求实时性强，强，强，强，可靠性可靠性可靠性可靠性高，高，高，高，安全性安全性安全性安全性好。好。好。好。n n多为多为多为多为短帧短帧短帧短帧传送，传送，传送，传送，n n通信的通信的通信的通信的传输速率相对较低传输速率相对较低传输速率相对较低传输速率相对较低。二二.现场总线技术的百花齐放与兴盛发展现场总线技术的百花齐放与兴盛发展 现场总线技术始发于二十世纪八十年代，但对该项现场总线技术始发于二十世纪八十年代，但对该项 技术的开发之热是近年之举技术的开发之热是近年之举n n早期的早期的早期的早期的现场总线技术现场总线技术n与与PLCPLC同时出现的、同时出现的、Culter-HammerCulter-Hammer推出的推出的DirectrolDirectroln nGeneral ElectricGeneral ElectricGeneral ElectricGeneral Electric的的的的Genius I/OGenius I/OGenius I/OGenius I/On nPhoenixPhoenixPhoenixPhoenix的的的的Interbus-SInterbus-SInterbus-SInterbus-S，n nTURCKTURCKTURCKTURCK的的的的SensoplexSensoplexSensoplexSensoplexn n丹麦丹麦丹麦丹麦Process DataProcess DataProcess DataProcess Data公司公司公司公司83838383年推出的年推出的年推出的年推出的P-NetP-NetP-NetP-Net；n n德国德国德国德国SiemensSiemensSiemensSiemens公司公司公司公司84848484年推出的年推出的年推出的年推出的Profibus(Process Field busProfibus(Process Field busProfibus(Process Field busProfibus(Process Field bus的简的简的简的简称称称称)n n法国法国法国法国AlstomAlstomAlstomAlstom公司公司公司公司87878787年推出的年推出的年推出的年推出的 FIP(Factory Instrumentation FIP(Factory Instrumentation FIP(Factory Instrumentation FIP(Factory Instrumentation Protocol)Protocol)Protocol)Protocol)等都属于早期推出且至今仍有较大影响的总线技术等都属于早期推出且至今仍有较大影响的总线技术等都属于早期推出且至今仍有较大影响的总线技术等都属于早期推出且至今仍有较大影响的总线技术n n欧洲、北美、亚洲的许多国家都投入巨额欧洲、北美、亚洲的许多国家都投入巨额资金与人力进行研究开发资金与人力进行研究开发n n已经形成了各式各样的企业、国家、地区、已经形成了各式各样的企业、国家、地区、及国际现场总线标准及国际现场总线标准n n根据相关资料统计，已出现的现场总线一根据相关资料统计，已出现的现场总线一百多种，其中宣称为开放型总线的就有百多种，其中宣称为开放型总线的就有4040多种多种n n现场总线组织现场总线组织现场总线组织现场总线组织n n现场总线基金会（现场总线基金会（现场总线基金会（现场总线基金会（Fieldbus FoundationFieldbus FoundationFieldbus FoundationFieldbus Foundation）n nLonMarkLonMarkLonMarkLonMark协会协会协会协会,n nProfibusProfibusProfibusProfibus协会，协会，协会，协会，n n工业以太网协会工业以太网协会工业以太网协会工业以太网协会IEAIEAIEAIEA（Industrial Ethernet Industrial Ethernet Industrial Ethernet Industrial Ethernet AssociationAssociationAssociationAssociation），），），），n n工业自动化开放网络联盟工业自动化开放网络联盟工业自动化开放网络联盟工业自动化开放网络联盟IAONAIAONAIAONAIAONA（Industrial Industrial Industrial Industrial Automation Open Network AllianceAutomation Open Network AllianceAutomation Open Network AllianceAutomation Open Network Alliance）n nSociety of Automotive EngineersSociety of Automotive EngineersSociety of Automotive EngineersSociety of Automotive Engineers（SAESAESAESAE）n n制定现场总线标准的国际标准化组织制定现场总线标准的国际标准化组织制定现场总线标准的国际标准化组织制定现场总线标准的国际标准化组织n nIECIECIECIECn nISOISOISOISO三三.现场总线标准化工作的现状现场总线标准化工作的现状n nIEC/TC65IEC/TC65IEC/TC65IEC/TC65负责测量和控制系统数据通信国际标准化工负责测量和控制系统数据通信国际标准化工负责测量和控制系统数据通信国际标准化工负责测量和控制系统数据通信国际标准化工作的作的作的作的SC65C/WG6SC65C/WG6SC65C/WG6SC65C/WG6，是最先开始现场总线标准化工作的，是最先开始现场总线标准化工作的，是最先开始现场总线标准化工作的，是最先开始现场总线标准化工作的组织。组织。组织。组织。n n它于它于它于它于1984198419841984年就开始着手总线标准的制定，致力于推出世界年就开始着手总线标准的制定，致力于推出世界年就开始着手总线标准的制定，致力于推出世界年就开始着手总线标准的制定，致力于推出世界上单一的现场总线标准，也因此而历经坎坷，历经了上单一的现场总线标准，也因此而历经坎坷，历经了上单一的现场总线标准，也因此而历经坎坷，历经了上单一的现场总线标准，也因此而历经坎坷，历经了16161616年年年年的艰难历程，出现了波及全球的现场总线标准大战的艰难历程，出现了波及全球的现场总线标准大战的艰难历程，出现了波及全球的现场总线标准大战的艰难历程，出现了波及全球的现场总线标准大战n nIEC61158-2IEC61158-2IEC61158-2IEC61158-2诞生于诞生于诞生于诞生于1993199319931993年，之后的标准制定就陷于混乱年，之后的标准制定就陷于混乱年，之后的标准制定就陷于混乱年，之后的标准制定就陷于混乱n n2000200020002000年初宣布，年初宣布，年初宣布，年初宣布，IECIECIECIEC现场总线国际标准子集有八种：现场总线国际标准子集有八种：现场总线国际标准子集有八种：现场总线国际标准子集有八种：n nIEC 61158IEC 61158IEC 61158IEC 61158；ControlNet ControlNet ControlNet ControlNet；n nProfibusProfibusProfibusProfibus；P-Net P-Net P-Net P-Net；n nHigh Speed EthernetHigh Speed EthernetHigh Speed EthernetHigh Speed Ethernet；Newcomer SwiftNetNewcomer SwiftNetNewcomer SwiftNetNewcomer SwiftNet；n nWorldFIPWorldFIPWorldFIPWorldFIP；Interbus-S Interbus-S Interbus-S Interbus-Sn最早成为国际标准的是最早成为国际标准的是CANCAN，它属于，它属于ISOISO标准：标准：ISO11898 ISO11898 nIEC/17BIEC/17B为负责制定低压开关装置与控制装置用控制设备为负责制定低压开关装置与控制装置用控制设备之间的接口标准的组织之间的接口标准的组织,已通过的已通过的IEC 62026IEC 62026国际标准包国际标准包括。括。n第第2 2部分部分ASIASIn第第3 3部分部分 DeviceNet DeviceNet；n第第4 4部分智能分布式系统部分智能分布式系统SDSSDS（Smart Distributed Smart Distributed SystemSystem）;n第第5 5部分部分Seriplex Seriplex n其它有实力、有发展前景的控制网络技术其它有实力、有发展前景的控制网络技术n工业以太网；工业以太网；LonWorksLonWorks；ModbusModbus；蓝牙、无线局域网；蓝牙、无线局域网；消费电子总线消费电子总线CEBusCEBus；光总线等；光总线等；（过渡型总线（过渡型总线HARTHART）四四.现场总线控制网络是现场总线控制网络是 信息技术发展在测控领域的延伸信息技术发展在测控领域的延伸n信息时代的技术发展对测控系统提出了数字化、网信息时代的技术发展对测控系统提出了数字化、网络化、信息化的要求，如数字地球、数字北京、企络化、信息化的要求，如数字地球、数字北京、企业的管理控制一体化等要求测量控制设备向网络提业的管理控制一体化等要求测量控制设备向网络提供多方面的数字信息。供多方面的数字信息。n现场总线作为现场控制网络技术，被视为公用数据现场总线作为现场控制网络技术，被视为公用数据网络在网络在测控领域的延伸，它的兴起为测控领域的延伸，它的兴起为自控技术本身自控技术本身的发展提供了新的机遇的发展提供了新的机遇n现场总线现场总线使测控设备具备了数字计算和数字通信能使测控设备具备了数字计算和数字通信能力，提高了信号的测量、传输和控制精度，提高了力，提高了信号的测量、传输和控制精度，提高了系统与设备的功能、性能。系统与设备的功能、性能。n现场总线现场总线可采用多种介质（多种有线和无线方式）传送数字可采用多种介质（多种有线和无线方式）传送数字信号信号。在两根导线上可挂接多至几十个自控设备，能节省大。在两根导线上可挂接多至几十个自控设备，能节省大量线缆、槽架、连接件。减少系统设计、安装、维护的工作量线缆、槽架、连接件。减少系统设计、安装、维护的工作量量n现场总线现场总线形成真正分散在现场的完整控制系统，提高了控制形成真正分散在现场的完整控制系统，提高了控制系统运行的可靠性。丰富了控制设备的信息内容，提供了如系统运行的可靠性。丰富了控制设备的信息内容，提供了如阀门动作次数、故障诊断等信息。阀门动作次数、故障诊断等信息。n为控制信息进入公用数据网络创造了条件，沟通了现场控制为控制信息进入公用数据网络创造了条件，沟通了现场控制设备之间及其与更高控制管理层网络之间的联系设备之间及其与更高控制管理层网络之间的联系,便于实现便于实现管控一体化管控一体化n控制网络与数据网络的结合，控制网络与数据网络的结合，便于便于实现信号的远程传送与异实现信号的远程传送与异地远程自动控制地远程自动控制。全分布、网络集成式控制系统全分布、网络集成式控制系统现场总线系统是企业的底层网络现场总线系统是企业的底层网络企业网络的功能层次企业网络的功能层次五五.现场总线技术的发展趋势现场总线技术的发展趋势n1.注重系统的开放性注重系统的开放性 封闭、自成一体的系统定会消亡封闭、自成一体的系统定会消亡n2.注重应用系统设备间的互操作性注重应用系统设备间的互操作性n早期的总线技术多注重在通信协议上，而近年来其技术早期的总线技术多注重在通信协议上，而近年来其技术发展逐渐转向应用与用户层的相关规范，如设备描述、发展逐渐转向应用与用户层的相关规范，如设备描述、标准功能块等。标准功能块等。n应用系统设备间的互连不只要完成数据通信，还要构成应用系统设备间的互连不只要完成数据通信，还要构成控制网络，形成测量控制应用系统，而控制网络，形成测量控制应用系统，而应用与用户层规应用与用户层规范与设备间的互可操作性直接相关范与设备间的互可操作性直接相关。设备间的互操作依设备间的互操作依靠应用层协议靠应用层协议nCANCAN是封装在芯片中的通信协议；是封装在芯片中的通信协议；n485485只是物理层的电气接口规范，只是物理层的电气接口规范，n由它们构成控制网络还需借助另外的协议规范由它们构成控制网络还需借助另外的协议规范n数据信号的传输、数据理解数据信号的传输、数据理解发展趋势（续）发展趋势（续）n3.注重控制网络与公用数据网络的结合注重控制网络与公用数据网络的结合nHSE；Profinet；连接；连接 modbus的透明工厂；的透明工厂；第第3代的代的Lonworks、FIP等，等，n各种控制网络都在向数据网络挂靠各种控制网络都在向数据网络挂靠n4.注重使测控设备具备网络浏览功能注重使测控设备具备网络浏览功能n具有网络浏览功能的具有网络浏览功能的PLC；具有网络浏览功能的；具有网络浏览功能的远程数据终端远程数据终端n借助通用浏览器工具得到专用设备的数据信息借助通用浏览器工具得到专用设备的数据信息n控制设备走向开放的窗口。控制设备走向开放的窗口。n5.以太网已直接进入控制网络以太网已直接进入控制网络n以太网技术进入控制网络的优势以太网技术进入控制网络的优势n以太网技术进入控制网络要解决的问题以太网技术进入控制网络要解决的问题nE网到底可行，网到底可行，E网打尽不现实网打尽不现实n我国的我国的EPA标准标准n6.多种通信方式下的数据传输与数据集成，管控一多种通信方式下的数据传输与数据集成，管控一体化目标下的数据综合利用体化目标下的数据综合利用n有线、无线通信方式的结合；有线、无线通信方式的结合；n控制网络、数据网络、电话网络、无线局域网的控制网络、数据网络、电话网络、无线局域网的互连；充分利用现有的网络资源互连；充分利用现有的网络资源n数据集成，综合利用：共同构成测量控制系统；数据集成，综合利用：共同构成测量控制系统；发布运行、调度信息发布运行、调度信息异构控制网络互连异构控制网络互连六六 现场总线应用系统现场总线应用系统n现场总线技术的应用领域十分广泛，凡属设现场总线技术的应用领域十分广泛，凡属设备间需要数据通信的场合都需要它备间需要数据通信的场合都需要它n连续、离散制造业，如电力、石化、冶金、纺织、连续、离散制造业，如电力、石化、冶金、纺织、造纸，过程自动化仪表；火车、汽车、轮船、机造纸，过程自动化仪表；火车、汽车、轮船、机器人、数控机床；智能传感器器人、数控机床；智能传感器n楼宇自控、仓储；楼宇自控、仓储；n智能交通、环境监测（大气、水污染监测网络）智能交通、环境监测（大气、水污染监测网络）n农、林、水利、养殖等农、林、水利、养殖等n其技术与产品在工业控制计算机、测控板卡、其技术与产品在工业控制计算机、测控板卡、仪器仪表、系统集成、应用系统等领域都有仪器仪表、系统集成、应用系统等领域都有良好的发展前景良好的发展前景过程控制中的过程控制中的HSE/H1HSE/H1应用系统应用系统网络集成式控制系统ProfibusProfibus与与PLCPLC网络网络（电力、冶金、机械加工行业等）（电力、冶金、机械加工行业等）Profinet汽车内部网络汽车内部网络（SAE-J1939）多网段的车辆内部网络系统多网段的车辆内部网络系统 第三代第三代LonWorksLonWorks技术应用系统技术应用系统 （智能楼宇、连锁店）（智能楼宇、连锁店）LonWorks/Ethernet交通系统中凌华科技的交通系统中凌华科技的 数据语音混合通信应用系统数据语音混合通信应用系统n现场总线被视为基于现场总线被视为基于PCPC、特别是基于工业、特别是基于工业PCPC的控制技的控制技术术n各种工业控制计算机、测量控制板卡的供应商是现场各种工业控制计算机、测量控制板卡的供应商是现场总线技术发展的重要力量总线技术发展的重要力量n以现场总线技术提升产品的串行通信能力，发展以现场总线技术提升产品的串行通信能力，发展具有数据通信能力的控制网络新的产品系列，对具有数据通信能力的控制网络新的产品系列，对推广现场总线技术的应用、对推动测量控制领域推广现场总线技术的应用、对推动测量控制领域的信息化，将起到积极作用的信息化，将起到积极作用。n现场总线的技术发展有待业内人士（设备开发供应商、现场总线的技术发展有待业内人士（设备开发供应商、用户）的共同努力用户）的共同努力