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1、计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系第第6 6章章 现场总线技术简介附现场总线技术简介附Introduction of Field Bus3/18/20231第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系本讲主要内容本讲主要内容FF现场总线概述现场总线概述简介、发展与趋势、技术特点、优点、简介、发展与趋势、技术特点、优点、简介、发展与趋
2、势、技术特点、优点、简介、发展与趋势、技术特点、优点、FCSFCSFF现场总线标准现场总线标准七层模型、物理层标准、其它层次协议七层模型、物理层标准、其它层次协议七层模型、物理层标准、其它层次协议七层模型、物理层标准、其它层次协议FF目前几类有影响的现场总线目前几类有影响的现场总线FFFF、LonworksLonworks、HARTHART、CAN CAN、ProfibusProfibus等等等等FF现场总线的应用举例现场总线的应用举例3/18/20232第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学
3、控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系第一节第一节 Unit 1 现场总线简介现场总线简介Introduction of Field Bus 3/18/20233第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系本节主要内容本节主要内容FF现场总线简介现场总线简介FF现场总线发展背景与趋势现场总线发展背景与趋势FF现场总线技术特点现场总线技术特点FF现场总线的优点现场总线的优点FF现场总线与计算机控制、现场总线与计算机控制、DCS系统系统FF几个有影响的现
4、场总线标准化组织及标准几个有影响的现场总线标准化组织及标准3/18/20234第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系5-1 现场总线概述现场总线概述FF现场总线简介现场总线简介FF现场总线的发展与趋势现场总线的发展与趋势FF现场总线的主要技术特点现场总线的主要技术特点FF现场总线的优点现场总线的优点FF计算机控制系统、计算机控制系统、DCS、FCS3/18/20235第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江
5、大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系5-1-1 现场总线简介（现场总线简介（1）FF现场总线现场总线是用于自动化等领域最底层的、具有开放、是用于自动化等领域最底层的、具有开放、是用于自动化等领域最底层的、具有开放、是用于自动化等领域最底层的、具有开放、统一的通信协议的通信网络统一的通信协议的通信网络统一的通信协议的通信网络统一的通信协议的通信网络实现微机化的现场测量控制仪表或设备间的实现微机化的现场测量控制仪表或设备间的实现微机化的现场测量控制仪表或设备间的实现微机化的现场测量控制仪表或设备间的双向串行多节点数字通信双向串行多节点
6、数字通信双向串行多节点数字通信双向串行多节点数字通信FF现场总线技术现场总线技术现场总线技术把单个分散的仪表或设备变成现场总线技术把单个分散的仪表或设备变成现场总线技术把单个分散的仪表或设备变成现场总线技术把单个分散的仪表或设备变成了网络的节点了网络的节点了网络的节点了网络的节点3/18/20236第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系5-1-1 现场总线简介（现场总线简介（2）FF现场总线控制系统现场总线控制系统FCS以现场总线为纽带，连接分散的现
7、场仪表或以现场总线为纽带，连接分散的现场仪表或以现场总线为纽带，连接分散的现场仪表或以现场总线为纽带，连接分散的现场仪表或设备，使之成为可以相互沟通信息、共同完设备，使之成为可以相互沟通信息、共同完设备，使之成为可以相互沟通信息、共同完设备，使之成为可以相互沟通信息、共同完成自动控制任务的网络系统与控制系统成自动控制任务的网络系统与控制系统成自动控制任务的网络系统与控制系统成自动控制任务的网络系统与控制系统FF与传统仪表的不同之处与传统仪表的不同之处FF现场总线技术的关键现场总线技术的关键使自动控制系统与现场设备具有通信能力使自动控制系统与现场设备具有通信能力使自动控制系统与现场设备具有通信能
8、力使自动控制系统与现场设备具有通信能力连接成网络系统连接成网络系统连接成网络系统连接成网络系统3/18/20237第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系5-1-1 现场总线简介（现场总线简介（3）FF现场总线控制系统现场总线控制系统FCS的核心的核心FF现场总线的优点现场总线的优点适应了工业控制系统向分散化、网络化、智适应了工业控制系统向分散化、网络化、智适应了工业控制系统向分散化、网络化、智适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化方向发展的趋势能
9、化方向发展的趋势能化方向发展的趋势能化方向发展的趋势具有的开放性、数字化、多点通信等功能具有的开放性、数字化、多点通信等功能具有的开放性、数字化、多点通信等功能具有的开放性、数字化、多点通信等功能应用领域不断扩大应用领域不断扩大应用领域不断扩大应用领域不断扩大3/18/20238第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系5-1-2 现场总线的发展与趋势（现场总线的发展与趋势（1）FF历史的回顾历史的回顾具备简单测量控制功能的就地式气动仪表具备简单测量控制
10、功能的就地式气动仪表具备简单测量控制功能的就地式气动仪表具备简单测量控制功能的就地式气动仪表气动、电动单元组合式仪表和集中控制室气动、电动单元组合式仪表和集中控制室气动、电动单元组合式仪表和集中控制室气动、电动单元组合式仪表和集中控制室集中式计算机控制系统集中式计算机控制系统集中式计算机控制系统集中式计算机控制系统计算机集散控制系统计算机集散控制系统计算机集散控制系统计算机集散控制系统DCSDCSFF现场总线的提出现场总线的提出3/18/20239第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学
11、与工程学系浙江大学控制科学与工程学系5-1-2 现场总线的发展与趋势（现场总线的发展与趋势（2）FF现场总线是企业综合自动化的发展需要现场总线是企业综合自动化的发展需要企业综合自动化是企业必然的选择与趋势企业综合自动化是企业必然的选择与趋势企业综合自动化是企业必然的选择与趋势企业综合自动化是企业必然的选择与趋势DCSDCS在实施企业综合自动化时的缺陷在实施企业综合自动化时的缺陷在实施企业综合自动化时的缺陷在实施企业综合自动化时的缺陷uu通信是专用网络的封闭系统，无互换性通信是专用网络的封闭系统，无互换性通信是专用网络的封闭系统，无互换性通信是专用网络的封闭系统，无互换性现场总线的解决方案现场总
12、线的解决方案现场总线的解决方案现场总线的解决方案uu基于公开化、标准化，遵守同一协议规程的产基于公开化、标准化，遵守同一协议规程的产基于公开化、标准化，遵守同一协议规程的产基于公开化、标准化，遵守同一协议规程的产品具有互换性，可组成在同个系统中品具有互换性，可组成在同个系统中品具有互换性，可组成在同个系统中品具有互换性，可组成在同个系统中3/18/202310第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系5-1-2 现场总线的发展与趋势（现场总线的发展与趋势
13、（3）FF智能仪表为现场总线的出现奠定了基础智能仪表为现场总线的出现奠定了基础智能化设备的提出智能化设备的提出智能化设备的提出智能化设备的提出模拟通信式的智能设备模拟通信式的智能设备模拟通信式的智能设备模拟通信式的智能设备模拟模拟模拟模拟-数字混合的智能设备数字混合的智能设备数字混合的智能设备数字混合的智能设备现场总线的出现现场总线的出现现场总线的出现现场总线的出现FF现场总线标准化的现状现场总线标准化的现状3/18/202311第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学
14、控制科学与工程学系5-1-3 现场总线系统的技术特点现场总线系统的技术特点FF系统的开放性系统的开放性FF互可操作性与互换性互可操作性与互换性 FF现场设备的智能化与功能自治性现场设备的智能化与功能自治性FF系统结构的高度分散性系统结构的高度分散性 FF对现场环境的适应性对现场环境的适应性 3/18/202312第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系5-1-4 现场总线系统的优点现场总线系统的优点FF节省硬件数量与投资节省硬件数量与投资FF节省安装费
15、用节省安装费用FF节省维护开销节省维护开销FF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 FF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FF提高了系统的可控性和可维护性提高了系统的可控性和可维护性3/18/202313第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系5-1-5 现场总线与计算机控制系统、现场总线与计算机控制系统、DCSFF现场设备现场设备FF现现场场总总线线技技术术将将基基本本控控制制功功能能已已完完全全下下放到现场放到
16、现场FF现场控制系统现场控制系统FCSFFFCS未来的趋势未来的趋势3/18/202314第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系5-1-6 现场总线标准化组织及标准现场总线标准化组织及标准(1)FF国国国国际际际际电电电电工工工工委委委委员员员员会会会会（IECIEC）和和和和美美美美国国国国仪仪仪仪表表表表协协协协会会会会（ISAISA）IEC/ISAIEC/ISA标准标准标准标准FF现场总线基金会（简称现场总线基金会（简称现场总线基金会（简称现场
17、总线基金会（简称FFFF）采采采采用用用用IEC/ISAIEC/ISA标标标标准准准准，未未未未定定定定义义义义的的的的采采采采用用用用自自自自己的己的己的己的FFFF协议协议协议协议FF欧洲智能化作用和测量用户集团欧洲智能化作用和测量用户集团欧洲智能化作用和测量用户集团欧洲智能化作用和测量用户集团 （EIAMUGEIAMUG）3/18/202315第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系5-1-6 现场总线标准化组织及标准现场总线标准化组织及标准(2
18、)FFLonWorksLonWorks（Local Operating NetworkLocal Operating Network，局部，局部，局部，局部 操作网络操作网络操作网络操作网络)FFProfibusProfibus（Process Field BusProcess Field Bus，过程现场总线），过程现场总线），过程现场总线），过程现场总线）FFHARTHART（Highway Addressable RemoteHighway Addressable Remote Transducer Transducer，可寻址远程传感器数据，可寻址远程传感器数据，可寻址远程传感器数据，
19、可寻址远程传感器数据 通路）通路）通路）通路）FFCANCAN（Controller Area NetworkController Area Network，控制器局域，控制器局域，控制器局域，控制器局域 网）网）网）网）3/18/202316第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系第二节第二节 Unit 2 现场总线标准现场总线标准Standard of Field Bus3/18/202317第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算
20、机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系本节主要内容本节主要内容FF现场总线的七层模型现场总线的七层模型FF现场总线物理层标准简介现场总线物理层标准简介FF现场总线其它层次协议简介现场总线其它层次协议简介3/18/202318第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系5-2-1 现场总线的七层模型现场总线的七层模型FFISO/OSI七层参考模型七层参考模型物理层物理层
21、物理层物理层 （Physical LayerPhysical Layer）数据链路层（数据链路层（数据链路层（数据链路层（Data Link LayerData Link Layer）网络层网络层网络层网络层 （Network LayerNetwork Layer）传输层传输层传输层传输层 （Transport LayerTransport Layer）会话层会话层会话层会话层 （Session LayerSession Layer）表示层表示层表示层表示层 （Presentation LayerPresentation Layer）应用层应用层应用层应用层 （Application Laye
22、rApplication Layer）3/18/202319第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系5-2-2 现场总线物理层标准简介（现场总线物理层标准简介（1）FFIEC定义的现场总线物理层标准定义的现场总线物理层标准传输线媒介传输线媒介传输线媒介传输线媒介媒介的主要区别媒介的主要区别媒介的主要区别媒介的主要区别物理层提供选择物理层提供选择物理层提供选择物理层提供选择FF现场总线是一种实时网络现场总线是一种实时网络FF现现场场总总线线物物理理层层的
23、的作作用用是是实实现现最最终终的的信信号收发号收发3/18/202320第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系5-2-2 现场总线物理层标准简介（现场总线物理层标准简介（2）FF物理层的编码方法物理层的编码方法物理层的编码方法物理层的编码方法FF曼彻斯特曼彻斯特曼彻斯特曼彻斯特（ManchesterManchester）编码方法）编码方法）编码方法）编码方法FF本层的控制信号为：前导码、帧前定界码、帧本层的控制信号为：前导码、帧前定界码、帧本层的控制
24、信号为：前导码、帧前定界码、帧本层的控制信号为：前导码、帧前定界码、帧 结束码结束码结束码结束码前导码前导码前导码前导码帧前定界码帧前定界码帧前定界码帧前定界码帧结束码帧结束码帧结束码帧结束码FF现场总线分为高速和低速两类规范现场总线分为高速和低速两类规范现场总线分为高速和低速两类规范现场总线分为高速和低速两类规范3/18/202321第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系5-2-3 现场总线其它层次协议简介（现场总线其它层次协议简介（1）FF数据链
25、路层（数据链路层（DLL）负负负负责责责责总总总总线线线线控控控控制制制制权权权权的的的的获获获获取取取取，出出出出错错错错检检检检查查查查，出出出出错错错错恢恢恢恢复以及仲裁、规划、消息装帧等复以及仲裁、规划、消息装帧等复以及仲裁、规划、消息装帧等复以及仲裁、规划、消息装帧等链接活动调度器链接活动调度器链接活动调度器链接活动调度器（Link active schedulerLink active scheduler，LASLAS）允许一个网络上有三种功能类型的设备存在允许一个网络上有三种功能类型的设备存在允许一个网络上有三种功能类型的设备存在允许一个网络上有三种功能类型的设备存在uu基本设备
26、基本设备基本设备基本设备uu桥桥桥桥uu链接主机链接主机链接主机链接主机3/18/202322第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系5-2-3 现场总线其它层次协议简介（现场总线其它层次协议简介（2）FF应用层应用层（Application Layer）负负负负责责责责与与与与用用用用户户户户层层层层的的的的交交交交互互互互并并并并负负负负责责责责对对对对消消消消息息息息内内内内的的的的命命命命令令令令的的的的解解解解释释释释，应应应应用用用用层层层
27、层取取取取得得得得数数数数据据据据并并并并决决决决定定定定它它它它们们们们的的的的组组组组织织织织和意义和意义和意义和意义定定定定义义义义了了了了每每每每个个个个消消消消息息息息的的的的内内内内容容容容和和和和支支支支持持持持它它它它们们们们的的的的服服服服务务务务，定义了消息中的每一个比特定义了消息中的每一个比特定义了消息中的每一个比特定义了消息中的每一个比特应用层还完成地址的自动分配应用层还完成地址的自动分配应用层还完成地址的自动分配应用层还完成地址的自动分配FF用户层用户层定义了数据的类型以及如何使用这些数据定义了数据的类型以及如何使用这些数据定义了数据的类型以及如何使用这些数据定义了数
28、据的类型以及如何使用这些数据3/18/202323第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系第三节第三节 Unit 3 几类有影响的现场总线几类有影响的现场总线Some Important Field Buses 3/18/202324第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系FF基金会现场总线（基金会现场总线（F
29、F）FFLonWork技术和技术和LON总线总线FFHART通信协议通信协议FFCAN总线总线FFProfibus总线总线FFInterBus-S总线总线3/18/202325第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系5-3-1 Profibus简介（简介（1）FFProfibus的特点的特点可使分散式数字化控制器从现场底层到车间可使分散式数字化控制器从现场底层到车间可使分散式数字化控制器从现场底层到车间可使分散式数字化控制器从现场底层到车间级网络化级网
30、络化级网络化级网络化FFProfibus的主站和从站的主站和从站FFProfibus协议的结构协议的结构FFProfibus提供的三种类型的传输技术提供的三种类型的传输技术3/18/202326第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系5-3-2 Profibus简介（简介（2）FF三个兼容版本三个兼容版本Profibus-DPProfibus-DPu为自动控制系统和设备级分散为自动控制系统和设备级分散为自动控制系统和设备级分散为自动控制系统和设备级分散
31、I/OI/O之间通之间通之间通之间通信设计信设计信设计信设计Profibus-FMSProfibus-FMSu解决车间级通用性通信任务解决车间级通用性通信任务解决车间级通用性通信任务解决车间级通用性通信任务Profibus-PAProfibus-PA为过程自动化设计了标准的本质安全的传为过程自动化设计了标准的本质安全的传为过程自动化设计了标准的本质安全的传为过程自动化设计了标准的本质安全的传输技术输技术输技术输技术3/18/202327第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙
32、江大学控制科学与工程学系第四节第四节 Unit 4 现场总线的应用举例现场总线的应用举例The Examples of Field Bus 3/18/202328第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系S S7 7-2 20 00 0系系统统变变电电所所操作台高高压压开开关关柜柜A AB BB B变变频频器器A AC CS S6 62 27 7N NP PB BA A-1 12 2焦焦炉炉集集气气管管PS307CPU315-2DPI/O温度显示屏M3M
33、1M2风风 机机 房房操操 作作 室室中控室中控室工业控制计算机工业控制计算机PROFIBUSDPPROFIBUSDP3/18/202329第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系本讲小结本讲小结FF现场总线概述现场总线概述FF现场总线标准现场总线标准FF目前几类有影响的现场总线目前几类有影响的现场总线FF现场总线的应用举例现场总线的应用举例3/18/202330第5讲 现场总线技术简介计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系浙江大学控制科学与工程学系演讲完毕，谢谢观看！