工业数据通信和控制网络(现场总线).docx

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1、工业数据通信和控制网络（现场总线）现场总线技术现场总线控制系统（简称FCS）其结构模式为工 作站一现场总线智能仪表二层结构，成本低、可靠性高，可 实现真正的开放式互 连系统结构。操作站LANH2 Hl月艮务器H1现场总线现 场设备124 Hl网桥Hl H1 32现场设备H1现场总 线现场总线FCS控制层32现场设备原理图控制系统应用图示例使用控制系统分布确定现场总线的接线H1现场总线# 3网段 控制室PCGreen Liquor StorageLT 111 LT 112Hl现场总线# 2网段LT 101Re-Burned Purchased Lime LimeDT 109 FT 11019SC

2、 111 24 IP 102IP 104A IP 104B CoolerSC 110 2320 FT 102 AT 10321TT104Heater CV-101A/OAT 106AT 107AAT 107BLT108 SC 108 22Hl现场总线# 1网段TT105现场总线定义现场总线是连接智能现场设备和自动化系统 的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。它的关键标志 是能支持 双向、多节点、总线式的全数字通讯。网络节点网络体系包括IPC、PLC以及各种智能化的现场控制设备基于统一、 规范的通信协议通过同一总线实现相互间的数据传输与信息共 享位于生产控制的底层网络结构通信总线在现场设备中

3、的延伸现场总线的发展1996年到1998年，国际性组织FF（现场总 线基金会）和PNO（Profibus国际组织）先后发布了适于过程自动 化的现场总线标准Hl、H2（HSE）和Profibus-PA,H1和PA都在 实际工程中开始应用。1999年底，包含8种现场总线标准在内的国际标准IEC-6 1158开始生效，除Hl、HSE和PA外，还有 WorldFIP、Inter bus、ControlNet P-NET、SwiftNet 等五种。Profibus较适合于工厂自动化，CAN合用于汽车工业，FF总线（Foundation Fieldbus）主要合用于过程控制现场总线的网络结构现场总线的星形

4、网络结构现场总线的网络结构特点Ethernet/Highway FiledbusIPC、PLCoController/GetwayI/O 子系统 FiledbusDCS实际上是半分散、半数字的系统FCS采用的是一个彻底分散的控制方式现场总线的技术特征（1）全数字化通信（2）开放型的互联 网络（3）互可操作性与互用性（4）现场设备的智能化（5）系统结 构的高度分散性（6）对现场环境的适应性现场总线的特点现场控制设备具有通信功能，便于构成工 厂底层控制网络。通信标准的公开、一致，使系统具备开放性， 设备间具有互可操作性。功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。控制功能下放到现场，使控制系

5、统结构具 备高度的分散性。IEC_现场总线标准正C _Typel:IEC _技术报告 Type2:ControlNetXIEC _国际标准只是一种模式，8种类型都是平等的各 组织按照IEC技术报告Typel的框架组织各自的行规，但不改变 各组织专有的行规 (Profile) 。MEC标准的其中Type2Type8需 要对Typel提供 接口，而标准本 身不要求Type2Type8提供接口， 用户在应 用各类型时仍可使用各自的行规，其目的就是为了保护各自的 利益。Type3:Profibus Type4:P -NetType5:FF HSE Type6:SwiftNET Type7:WorldF

6、IP Type8:Interbus以上8种总线采用彻底不同的通信协议！控制网络要求控制网络要求确定性和可重复性。确定性是 指有限制的延迟和有保证的传送，也就是说一个报文能在可预 测的时间周期内成功的发送出去。可重复性是络的传输能力不受 网络上节点的动态改变(增加节点或者删除节点)和网络负载的 改变而影响。 这正是普通局域网不适合作为控制网的原因。现场总线通常采用以下二种技术来保证其实时性：一是简化 技术。简化网络结构，现场总线普通将网络形式简化成线形； 简化通信模型，普通只利用了 OSI/RM中的23层；简化节点 信息，通常简化到惟独几字节。 经过以上简化，可以极大地提 高通信传递速度。 二是

7、采用网络管理技术来实现实时性，并保 证其可预知性。例如:采用主-从访问方式，只要限制网络的规模, 就可以将响应时间控制在指定的时间内。 总而言之，实时性要 求是现场总线区别于普通计算机通信的主 要因素。改善现场总 线的实时性，减少响应时间的不确定性是现场总线的重要发展 趋势。网络结构计算机通信系统的结构是网络状的，节点间的通信 路径是不固定的； 大部份现场总线的结构是线状的，节点间的 通信路径是比较固定的。FB采用线状结构的原因在于： 容易实现对现场仪表的 总线供电。容易实现本安防爆规范。如果线状结构的现场总 线上某支路断开了以后， 这条支路就可能彻底瘫痪，而普通的 网络系统则没有这种问题，信

8、息还可以通过选择其它路由进行 传递。现场总线网络模型（普遍性）ISO/OSI模型 现场总线模型用 户层（程序）用户层应用层7现场总线信息规范子层FMS现场总线访问子层FAS表示层 会话层 传输层网络层 数据链路层 物理层9SVtZt数据链路层 物理层 物理层 通信栈基金会现场总线由ld）WoJlpid NoJ4V Am?JiOen （和 ISd）ln4?J0d?Jeql? Sys4 ?m dJo 0斗（在 t66V 年合并而成。-J总 线由低速_Ht和高速_HS3组成。高速HZ总线发展计划已 取销。）t（J J _Ht似0SI参考模型为基础的四层结构模型，采用 令牌总线介质访问技术，用于工业产

9、生现场设备连接。 ）Z（J J _HS3:则采用基于郊川?斗）l33380Zt（+TOWd的六层结构, 主要用于创造业）离散控制（自动化以及逻辑控制、批处理和高级控制等场合。二、基金会现场总线的通信模型t.采用简化的ISO/OSI H 层结构，即：物理层）dHl（、数据链路层）all（.应用层）Adl（:Z. 与参考模型的不同点：制定了通行标准、对用户应用进行了独有 规范加用户应用层）用户层（用于实现各厂商设备的独有 特 性，提高各设备间的相互操作性；t.应用层设有两个子层 总线访问子层）AS（、总线报文规范子层）MS（物理层的功能t.实现现场设备与物理总线的连接；Z.为 现场设备与传输媒体的连接提供机械电气接口； t.为现场设备 对总线的收、法提供和平规范的物理信号）曼彻斯特 波形（:V.应 考虑电气隔离、信号滤波、设备供电等； S.普通使用双绞线、 标明+、-表明接触上的极性；Hl网络设备-典型的接线盒将分支连接至主干线1个接线 盒支持2/4/8/10和12台设备短路保护带故障指示可选，内置 /可拨码终端器可插拔的分支接线接口全球危（wei）险区 域认证密封式结构可以抵御环境影响内置T型连接结构