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1、1234Automotive Network Architectures56车辆采用数据总线的原因车辆采用数据总线的原因1 减少线束减少线束ApplicationsBrake-by-wire systemSteer-by-wireIntegrated vehicle dynamicsCamless enginesIntegrated starter alternatorOEM ValueReliabilityReduced weightFuel economyManufacturing flexibilityDesign freedomAdvanced safety featuresCostS
2、teer-by-WireElectric Brake(Brake-by-Wire)Electric Valve ControlDirect Fuel InjectionCrankshaft Starter GeneratorContinuously Variable TransmissionElectric Assist Power Steering42 Volt ConverterElectric Water PumpActive SuspensionElectric AC Compressor2 用电子信息的传送取代机械的或液压的或气动的系统用电子信息的传送取代机械的或液压的或气动的系统连
3、接的传动部分。连接的传动部分。7车辆采用数据总线的原因车辆采用数据总线的原因2 用电子信息的传送取代机械的或液压的或气动的系统用电子信息的传送取代机械的或液压的或气动的系统连接的传动部分。连接的传动部分。8主要车载网络协议基本情况网络名称 概要通信速度组织/推动单位CAN车身/动力传动系统控制用LAN协议1Mbit/sRobert BoschISOLIN车身系统控制用LAN协议20Kbit/sLIN协议会FlexRay重视安全、按用途分类的控制用LAN协议10Mbit/s或20Mbit/sBMW公司D-C公司MOST信息系统通讯协议22.5Mbit/sMOST合作组织IDB-C以CAN为基础的
4、控制用LAN协议250Kbit/sIDM论坛10现场总线技术概述现场总线技术概述第一章第一章11主主 要要 内内 容容1.1 1.1 现场总线定义现场总线定义1.2 1.2 现场总线发展现状现场总线发展现状1.3 1.3 现场总线特点现场总线特点1.4 1.4 现场总线应用系统现场总线应用系统12131.1 1.1 测控领域热点技术之一的现场总测控领域热点技术之一的现场总线线 应用在生产现场、应用在生产现场、在微机化测量、控制设备之间、在微机化测量、控制设备之间、实现双向、串行、多节点、实现双向、串行、多节点、数字通信的开放型、数字通信的开放型、控制网络技术。控制网络技术。现场总线现场总线(F
5、ieldbus)概念：概念：1415自控领域的局域网：自控领域的局域网：企业的底层网络，一种网络集成式测量控制企业的底层网络，一种网络集成式测量控制系统；系统；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件，是控制网络技术的重要组成部分.现场总线现场总线 控制网络控制网络16n 早期，通过连线在测控设备之间传递早期，通过连线在测控设备之间传递数据信息，把传感器、按钮、执行机构等数据信息，把传感器、按钮、执行机构等连接到控制器、或连接到控制器
6、、或PLCPLC或工业计算机上。或工业计算机上。通过相互通信共同执行测量控制任务。通过相互通信共同执行测量控制任务。现场总线现场总线 工业电话线工业电话线1718工业数据通信的功能工业数据通信的功能n用以满足信息社会对基础设备与过程数据用以满足信息社会对基础设备与过程数据信息的需求信息的需求n数字数字地球、数字都市、数字家庭、地球、数字都市、数字家庭、n传递工农业生产过程、大气环境监测、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各类交通、楼宇等系统中设备的数字化信息信息19现场总线现场总线 底层控制网络底层控制网络低带宽的底层控制网络，通过统一的通讯协议完成低带宽的底
7、层控制网络，通过统一的通讯协议完成现场测控任务现场测控任务.internetintranetinfranet20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21企业网络的功能层次企业网络的功能层次22现现场场总总线线是是自自动动化化领领域域的的通通信信、网网络络技技术术,也被称之为工厂的底层网络也被称之为工厂的底层网络总总线线是是构构成成自自动动化化系系统统的的纽纽带带，网网络络所所传传输的是测控信息。输的是测控信息。它它是是有有别别于于计计算算机机网网络络，电电视视、电电话话网网络络的另一类网络的另一类网络特特 点点2324现场总线集成自动化系统是现场总线集成自动化系统是开放开放
8、的的 对于不同协议的设备可以通过网桥对于不同协议的设备可以通过网桥互连，甚至通过以太网、光纤网集互连，甚至通过以太网、光纤网集成更开放的网络。成更开放的网络。25目目 标标1 1、将现场设备连成通讯网络，实现信息、将现场设备连成通讯网络，实现信息共享；共享；2 2、将现场测控网络与上层控制层相连，、将现场测控网络与上层控制层相连，实现信息交互。实现信息交互。沟通现场设备之间及其与沟通现场设备之间及其与更高控制管理层之间的联更高控制管理层之间的联系系26要要 求求实时性强、可靠性高。实时性强、可靠性高。27281.2 测控系统的发展测控系统的发展 80808080年代中期，现场总线控制系统年代中
9、期，现场总线控制系统年代中期，现场总线控制系统年代中期，现场总线控制系统FCSFCSFCSFCSvv网络集成式、分布式、互操作、标准化，数字式，开放系统网络集成式、分布式、互操作、标准化，数字式，开放系统网络集成式、分布式、互操作、标准化，数字式，开放系统网络集成式、分布式、互操作、标准化，数字式，开放系统n n50505050年代以前，基地式气动仪表控制系统年代以前，基地式气动仪表控制系统年代以前，基地式气动仪表控制系统年代以前，基地式气动仪表控制系统vv各仪表处于封闭状态，现场巡视各仪表处于封闭状态，现场巡视各仪表处于封闭状态，现场巡视各仪表处于封闭状态，现场巡视n n电动单元组合式模拟仪
10、表电动单元组合式模拟仪表电动单元组合式模拟仪表电动单元组合式模拟仪表:出现控制室，可以组织复杂系统出现控制室，可以组织复杂系统出现控制室，可以组织复杂系统出现控制室，可以组织复杂系统n n集中式数字控制系统集中式数字控制系统集中式数字控制系统集中式数字控制系统vv7080708070807080年代，数字式比模拟式精度高，计算机代替众多仪表盘年代，数字式比模拟式精度高，计算机代替众多仪表盘年代，数字式比模拟式精度高，计算机代替众多仪表盘年代，数字式比模拟式精度高，计算机代替众多仪表盘n n集散控制系统集散控制系统集散控制系统集散控制系统DCSDCSDCSDCSvv809080908090809
11、0年代，集中管理，分散控制，模拟数字混合，封闭系统年代，集中管理，分散控制，模拟数字混合，封闭系统年代，集中管理，分散控制，模拟数字混合，封闭系统年代，集中管理，分散控制，模拟数字混合，封闭系统29各阶段测控仪表能指数示意图各阶段测控仪表能指数示意图3031早期的早期的现场总线技术现场总线技术1.1.与与PLCPLC同时出现的、同时出现的、Culter-hammerCulter-hammer推出的推出的DirectrolDirectrol2.General Electric2.General Electric的的Genius I/OGenius I/O3.Phoenix3.Phoenix的的I
12、nterbus-SInterbus-S4.TURCK4.TURCK的的SensoplexSensoplex5.5.丹麦丹麦Process DataProcess Data公司公司8383年推出的年推出的P-NetP-Net6.6.德国德国SimensSimens公司公司8484年推出的年推出的ProfibusProfibus7.7.法国法国AlstomAlstom公司公司8787年推出的年推出的FIPFIP等都属于早期推出的等都属于早期推出的 且至今仍有较大影响的总线技术且至今仍有较大影响的总线技术32 几种有影响的现场总线几种有影响的现场总线Foundation Fieldbus，FFLon
13、WorksProfibusHartCAN33现场总线基金会（现场总线基金会（Fieldbus FoundationFieldbus Foundation）LonWorkLonWork协会协会ProfibusProfibus协会协会工业以太网协会工业以太网协会IEAIEA（Industrial Ethernet Industrial Ethernet AssociationAssociation）工业自动化开放网络联盟工业自动化开放网络联盟IAONAIAONA（Industrial Industrial Automation Open Network AllianceAutomation Ope
14、n Network Alliance）汽车工程师协会汽车工程师协会SAESAE（Society of Automotive Society of Automotive Engineers Engineers）现场总线组织现场总线组织34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IECIEC：国际电工委员会：国际电工委员会ISOISO：国际标准化组织：国际标准化组织35现场总线标准化工作的现状现场总线标准化工作的现状它于它于它于它于1984198419841984年就开始着手总线标准的制定，致力于推年就开始着手总线标准的制定，致力于推年就开始着手总线标准的制定，致力于推年就
15、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，出世界上单一的现场总线标准，也因此而历经坎坷，出世界上单一的现场总线标准，也因此而历经坎坷，出世界上单一的现场总线标准，也因此而历经坎坷，历经了历经了历经了历经了16161616年的艰难历程，出现了波及全球的现场总年的艰难历程，出现了波及全球的现场总年的艰难历程，出现了波及全球的现场总年的艰难历程，出现了波及全球的现场总线标准大战线标准大战线标准大战线标准大战IEC61158-2IEC61158-2IEC61158-2IEC61158-2诞生于诞生于诞生于诞生于1993199319931993年，之后的标准制定就陷于
16、年，之后的标准制定就陷于年，之后的标准制定就陷于年，之后的标准制定就陷于混乱混乱混乱混乱IEC/TC65IEC/TC65IEC/TC65IEC/TC65负责测量和控制系统数据通信国际标准化负责测量和控制系统数据通信国际标准化负责测量和控制系统数据通信国际标准化负责测量和控制系统数据通信国际标准化工作的工作的工作的工作的SC65C/WG6SC65C/WG6SC65C/WG6SC65C/WG6，是最先开始现场总线标准化工作，是最先开始现场总线标准化工作，是最先开始现场总线标准化工作，是最先开始现场总线标准化工作的组织。的组织。的组织。的组织。3620002000年初宣布，年初宣布，IEC IEC
17、现场总线国际标准子集现场总线国际标准子集有八种：有八种：IEC 61158IEC 61158IEC 61158IEC 61158；ControlNetControlNetControlNetControlNet；ProfibusProfibusProfibusProfibus；P-NetP-NetP-NetP-Net；High Speed EthernetHigh Speed EthernetHigh Speed EthernetHigh Speed Ethernet；Newcomer SwiftNetNewcomer SwiftNetNewcomer SwiftNetNewcomer Swi
18、ftNet；WorldFIPWorldFIPWorldFIPWorldFIP；Interbus-SInterbus-SInterbus-SInterbus-S37q最早成为国际标准的是最早成为国际标准的是CANCAN，它，它属于属于ISOISO标准：标准：ISO 11898ISO 1189838其它有实力、有发展前景的其它有实力、有发展前景的控制网络技术控制网络技术n工业以太网；工业以太网；nLonWorksLonWorks；nModbusModbus；n蓝牙、无线局域网；蓝牙、无线局域网；n消费电子总线消费电子总线CEBusCEBus；n光总线等；光总线等；n（过渡型总线（过渡型总线HART
19、HART）39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信息时代的技术发展对测控系统提出了数字化、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、数字都市网络化、信息化的要求，如数字地球、数字都市企业的管理控制一体化等要求测量控制设备向企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。网络提供多方面的数字信息。40现场总线现场总线使测控设备具备了数字计算和数字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、传输和控制通信能力，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。
20、精度，提高了系统与设备的功能、性能。n现场总线作为现场控制网络技术，被视为公现场总线作为现场控制网络技术，被视为公用数据网络在用数据网络在测控领域的延伸，它的兴起为测控领域的延伸，它的兴起为自自控技术本身的发展提供了新的机遇控技术本身的发展提供了新的机遇41现场总线现场总线形成真正分散在现场的完整控制系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，提供了如阀门动作次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。数、故障诊断等信息。n现场总线现场总线可采用多种介质（多种有线和无线方可采用多种介质（多种有线
21、和无线方式）传送数字信号式）传送数字信号。在两根导线上可挂接多至几十个自控设备，能节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、连接件省大量线缆、槽架、连接件。减少系统设计、安减少系统设计、安装、维护的工作量装、维护的工作量42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实现信号的远程传送与异地远程自动控制程传送与异地远程自动控制。n为控制信息进入公用数据网络创造了条件，沟通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间的联系,便于实现管控一体化便于实现管控
22、一体化43主主 要要 内内 容容1.1 1.1 现场总线定义现场总线定义1.2 1.2 现场总线发展现状现场总线发展现状1.3 1.3 现场总线特点现场总线特点1.4 1.4 现场总线应用系统现场总线应用系统441.3 现场总线系统的结构特点现场总线系统的结构特点n一线完成一线完成 多信号、电源共用总线多信号、电源共用总线n管控一体化管控一体化 CPUCPU、A/DA/D、D/A D/A 转换模块内置于转换模块内置于智能仪表，智能仪表，现场设备具有通信能力现场设备具有通信能力45现场总线系统的技术特点现场总线系统的技术特点1 1、系统的开放性、系统的开放性2 2、互可操作性与互用性、互可操作性
23、与互用性3 3、现场设备的智能化、现场设备的智能化4 4、现场设备的功能自治、现场设备的功能自治5 5、系统结构的高度分散性、系统结构的高度分散性6 6、对现场环境的适应性、对现场环境的适应性46现场总线系统的优点现场总线系统的优点2 2、节省安装费用、节省安装费用1 1、节省硬件数量与投资、节省硬件数量与投资3 3、节省维护开销、节省维护开销4 4、用户具有高度的系统集成主动权、用户具有高度的系统集成主动权5 5、提高了系统的准确性与可靠性、提高了系统的准确性与可靠性47主主 要要 内内 容容1.1 1.1 现场总线定义现场总线定义1.2 1.2 现场总线发展现状现场总线发展现状1.3 1.
24、3 现场总线特点现场总线特点1.4 1.4 现场总线应用系统现场总线应用系统481.4 1.4 现场总线应用系统现场总线应用系统连续、离散制造业，如电力、石化、冶金、纺织、造纸，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、机器人、数控机过程自动化仪表；火车、汽车、轮船、机器人、数控机床；智能传感器床；智能传感器楼宇自控、仓储；楼宇自控、仓储；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）农、林、水利、养殖等农、林、水利、养殖等n现场总线技术的应用领域十分广泛，凡属设备间需要现场总线技术的应用领域十分广泛，凡属设备间需
25、要数据通信的场合都需要它数据通信的场合都需要它n其技术与产品在工业控制计算机、测控板卡、仪器仪表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良好的发展前景系统集成、应用系统等领域都有良好的发展前景49汽车内部网络汽车内部网络（SAE-J1939）50多网段的车辆内部网络系统多网段的车辆内部网络系统 51各种工业控制计算机、测量控制板卡的供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应商是现场总线技术发展的重要力量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的控制技术的控制技术小小 结结52n以现场总线技术提升产品的串行通信能力，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发展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、对推动系列，对推广现场总线技术的应用、对推动汽车产品的信息化，将起到积极作用汽车产品的信息化，将起到积极作用。n现场总线有众多协议标准，关注汽车用总线小小 结结