现场总线技术演示文稿精.ppt

现场总线技术演示文稿第1页，本讲稿共30页一、现场总线发展概况一、现场总线发展概况 随着计算机、控制、通信、网络等技术的发展，作为工业控制数字化、智能化与网络化典型代表的现场总线（FieldBus）技术也得到了迅速发展、影响巨大，引起了工程技术界的普遍爱好与重视，使计算机控制系统逐步从集散控制系统（DistributedControlSystemDCS）走向以现场总线位基础的分布式现场总线控制系统（FieldbusControlSystemFCS），被誉为工业自动化领域具有革命性的新技术。第2页，本讲稿共30页1 发展历程及定义：（1）发展历程l40年代主要开关量信号l60年代模拟信号l80年代后现场总线诞生l90年代末IEC 通过了8类现场总线成为现场总线国际标准，目前已达到40余种。第3页，本讲稿共30页（2）定义：现场总线就是一种在工业过程控制领域中用于替代420mA电流环信号的新型数字式通讯网络。现场总线具有开放型、数字化、双向、多节点、采用串行通讯方式等特点,主要用于连接各自独立的现场设备。现场总线所连接的设备需具备自诊断、自维护和控制功能,同时具有双向通讯的能力。通过现场总线,维护人员不必到设备就地,就可对运行设备进行设备状态查询、控制软件下载、整定、运行状态调整等维护工作。第4页，本讲稿共30页 2、种类：（1）Profibus Profibus主要由德国西门子公司支持，是按照ISO/OSI参考模型制订的现场总线德国国家标准。Profibus由三部分组成，即Profibus-FMS、Profibus-DP及Profibus-PA。其中，FMS主要用于非控制信息的传输，PA主要用于过程自动化的信号采集及控制，Profibus-DP是制造业自动化主要应用的协议内容，是满意用户快速通信的最佳方案，传输速度为12Mb/s，扫描1000个I/O点的时间少于1ms。第5页，本讲稿共30页（2）FF基金会现场总线FF（H1，IEC技术报告）是针对过程自动化而设计，它是通过数字、串行、双向的通信方法来连接现场装置的。FF通信不是简朴的数字4-20mA信号，而是使用复杂的通信协议，它可连接能执行简朴的闭环算法（如PID）的现场智能装置。一个通信段可配置32个现场装置，通信速度为31.25kb/s，每段最大通信距离为1900m。第6页，本讲稿共30页（3）Interbus Interbus主要由德国PhoenixContact公司支持，其网络简单，且易于安装与配置。网上的节点类似简单的移位寄存器，位流经过节点则发生翻转。Interbus-S启动网络并自动配置，不需要节点地址。使用一根电缆，符合IEEE802.5的规定。一个网络上最多可有64个装置，速度可达500K/s，最长距离为25600m，移动节点间距离为400m。第7页，本讲稿共30页（4）ControlNet（DeviceNet）ControlNet主要由美国Rockwell公司支持，具有非常高的实时性能，介于设备级总线（像DeviceNet）与工厂级总线（通常基于Ethernet）之间。在相同的通信链路上提供了适合于I/O控制设备的带宽、实时联锁响应、对等信息和程序传输，为断续和连续过程控制系统应用提供了确定性和重复性功能；并且答应多控制器处理I/O控制设备，提供了输入数据和对等数据两者之间的多点传送、通信传输媒体的冗余和本征安全的选择、灵活的网络拓扑结构选择（总线、树型、星型）和媒体传输介质（同轴电缆、光纤等）。第8页，本讲稿共30页（5）WorldFIP WorldFIP主要由法国的Alstom公司支持，支持双重冗余总线运行方式，总线上可以连接PLC、I/O现场设备、控制器、HMI系统等。通过双重冗余总线，能够完全确保控制系统不会因为控制电缆损坏等原因造成其他控制系统被迫停机的事故。第9页，本讲稿共30页（6）CANBUS CANBUS（ControllerAreaNetwork）：是德国Bosch公司于1983年为汽车应用而开发的一种能有效支持分布式控制和实时控制的串行通讯网，属于现场总线（FieldBus）的范畴。可采用双绞线，同轴电缆和光导纤维。通讯距离与波持率有关，最大通讯距离可达10km，最大通讯波持率可达1Mdps。CAN总线仲裁用11位（CAN2.0A协议）和29位（CAN2.0B协议）标识和非破坏性位仲裁总线结构机制，可以确定数据块的优先级，保证在网络节点冲突时最高优先级点不需要冲突等待。第10页，本讲稿共30页（7）CC-Link CC-Link是Control&CommunicationLink(控制与通信链路系统)的简称，是三菱电机于1996年推出的开放式现场总线，其数据容量大，通信速度多级可选择，而且它是一个复合的、开放的、适应性强的网络系统，能够适用于较高的管理层网络到较低的传感器层网络的不同范围。CC-Link是一个以设备层为主的网络，一般情况下，CC-Link整个一层网络可由一个主站和六十四个从站组成。CC-Link具有高速的数据传输速度，最高可达10Mbps，其底层通信协议遵循RS-485。第11页，本讲稿共30页（8）LonWorks LonWorks总线：是美国ECHELON公司开发，并与Motorola和东芝公司共同倡导的现场总线技术。它采用了OSI参考模型全部的七层协议结构。LonWorks技术的核心是具备通信和控制功能的Neuron芯片。Neuron芯片实现完整的LonWorks的LonTalk通信协议。第12页，本讲稿共30页l l 现场总线现场总线特特 点点应应 用用Profibus-DP传输速率9.6-12Kbps传输距离1001200m传输介质双绞线或光缆支持Profibus-DP总线的智能电气设备、PLC等，适用于过程顺序控制和过程参数的监控FF传输速率31.25Kbps传输距离1900m传输介质双绞线或光缆现场总线仪表，执行机构等过程参数的监控CAN传输速率5500Kbps传输距离40-500m传输介质两芯电缆汽车内部的电子装置控制，大型仪表的数据采集和控制WorldFIP传输速率31.252500Kbps传输距离5005000m传输介质双绞线或光缆可应用于连续或断续过程的自动控制DeviceNet传输速率125、250、500Kbps传输距离100500m传输介质五芯电缆适用于电器设备和控制设备的设备级网络控制，以及过程控制和顺序控制设备等。2002年12月1日发行的国家标准化管理委员会通报中，公布了DeviceNet现场总线已被批准为国家标准。Interbus传输速率500K12Mbps传输距离100m传输介质同轴电缆或者光缆车间设备和PLC网络控制ControlNet传输速率5Mbps传输距离100400m传输介质双绞线车间级网络控制和PLC网络控制LonWorks传输速率781250Kbps传输距离1302700m传输介质双绞线或电力线由于智能神经元节点技术和电力载波技术，可广泛应用于电力系统和楼宇自动化第13页，本讲稿共30页 3、典型总线协议结构：这里以DeviceNet网络为例，介绍典型总线的系统结构。DeviceNet遵循ISO/OSI标准参考模型，它的网络结构分为3层，分别是物理层、数据链路层和应用层，它是建立在CAN协议基础之上的，在CAN已规定的物理层及数据链路层基础上又定义了应用层，进一步补充规定了所传送数据的意义。第14页，本讲稿共30页 应用层逻辑链路控制（LLC）媒体访问控制（MAC）物理层信号（PLS）媒体访问单元（MAU）传输介质应用层（层7）数据链路层（层2）物理层（层1）介质层（层0）DeviceNet应 用 层协议规范CAN协议规范DeviceNet物 理 层和介质层协议规范 其具体结构如下图所示：第15页，本讲稿共30页4、应用领域：随着现场总线技术的普及，已被广泛应用在各个领域，包括：石油、化工、化纤、纺织、橡胶、建材、电力、冶金、医药、食品等工业现场。第16页，本讲稿共30页5、发展趋势：虽然现场总线的标准统一还有种种问题，但现场总线控制系统的发展却已经是一个不争的事实。随着现场总线思想的日益深入人心，基于现场总线的产品和应用的不断增多，现场总线控制系统体系结构日益清晰，具体发展趋势表现在以下几个方面。第17页，本讲稿共30页 (1)网络结构趋向简单化早期的MAP模型由7层组成，现在Rockwe11公司提出了3层结构自动化，FisherRosemount公司提出了2层自动化，还有的公司甚至提出1层结构，由以太网一通到底。(2)大量采用成熟、开放和通用的技术在管理网的通信协议上，越来越多的企业采用最流行的TCP/IP协议加以太网，操作设备一般采用工业PC甚至普通计算机，控制设备一般采用标准的PLC或者是工业控制计算机等，而控制网络就是各种现场总线的应用领域。第18页，本讲稿共30页二、现场总线控制系统结构 1、现场总线控制系统基本结构：三层网络架构：即信息层、控制层以及设备层。第19页，本讲稿共30页 2、ROCKWELL实验室总线控制系统结构：天津理工大学罗克韦尔自动化实验室采用了目前自动化领域最先进的“工业自动化三层网络体系”即设备网、控制网以及以太网三网一体，并且配置了ControlLogix系统、SLC系统、MicroLogix系统、高效变频器、人机界面PanelView、电力监控产品以及罗克韦尔网络通信产品，这代表了当今飞速发展的网络技术及工业自动化的需求。实验室先进的工业控制装置配以网络通信产品，充分展现了当今工业控制领域的网络化控制思想。第20页，本讲稿共30页 ROCKWELL实验室总线控制系统结构图第21页，本讲稿共30页系统结构第22页，本讲稿共30页 3、典型现场总线控制系统：ControlNetDeviceNetDeviceNetDeviceNetControlLogixControlLogixControlLogix第23页，本讲稿共30页三、现场总线控制系统的冗余技术 随着人们对工业生产的安全意识日益提高，冗余系统在各种工业场合得到了广泛的应用。特别是对生产连续性要求比较高的过程控制场合，当主控制处理器出现问题时，如果另外一个备用处理器可以实时自动的接管整个控制系统，就能够保证整个生产过程的连续性和稳定性。因此，在工业现场引进较为适当的冗余控制系统是十分必要的。第24页，本讲稿共30页 冗余系统结构：第25页，本讲稿共30页 监控界面：第26页，本讲稿共30页四、总线系统集成技术 在现场总线国际标准制定的过程中,共有8种现场总线同时成为IEC现场总线标准的子集。可见,多种总线共存的局面在一个很长时间内存在仍是无法避免的。为了适应各种不同现场总线协议,必须实现各种现场总线控制系统的集成。第27页，本讲稿共30页以Rockwell网络体系与西门子Profibus总线的集成技术为例，构建异构集成网络，如图所示：第28页，本讲稿共30页监控界面：第29页，本讲稿共30页 Thank You for Your Attention！第30页，本讲稿共30页