工业数据通信与控制网络

1、.工业数据通信与控制网络工业数据通信与控制网络清华大学自动化系清华大学自动化系62783125-252阳宪惠阳宪惠.第第1讲讲 工业数据通信与控制网络概述工业数据通信与控制网络概述主要内容主要内容化化.第第1 1讲讲 工业数据通信与控制网络概述工业数据通信与控制网络概述.控制网络与现场总线控制网络与现场总线 .vALLEN-BRADLEY789456123.0-F1F6F2F7F3F8F4F9F5F10PanelView550.控制网络与计算机网络的区别控制网络与计算机网络的区别.工业数据通信系统工业数据通信系统 . 工业数据通信的网络结构工业数据通信的网络结构.生产现场的网络系统.网络化连接

2、网络化连接 传统控制系统的一对一连接传统控制系统的一对一连接 网络化连接网络化连接 Multi-ControllersAOPIDAIPIDAOAI.Network-based control system控制器被控过程执行器测量变送给定值被控参数控制器1执行器1测量变送1测量变送n执行器m生产过程现场总线网络.传感器总线、设备总线和现场总线传感器总线、设备总线和现场总线 .早期的现场总线技术早期的现场总线技术 早期的现场总线（工业电话线），把传感器、按钮、执行机构早期的现场总线（工业电话线），把传感器、按钮、执行机构等测量控制部件接到某种类型的控制器上，例如等测量控制部件接到某种类型的控制器上

3、，例如PLCPLC或者是工或者是工业计算机。业计算机。对控制器的输入包括按钮、传感器、接触器的位置状态与数值，对控制器的输入包括按钮、传感器、接触器的位置状态与数值，控制器的输出用于驱动信号灯、接触器、开关、调节阀门等。控制器的输出用于驱动信号灯、接触器、开关、调节阀门等。 第一个设备层现场总线：第一个设备层现场总线：上世纪上世纪7070年代，在年代，在PLCPLC出现的同时，出现的同时，Culter-HammerCulter-Hammer推出了第一个设备层推出了第一个设备层现场总线系统。现场总线系统。. .P-NetP-Net 用于动物饲养系统，奶制品厂，啤酒厂，农业环境用于动物饲养系统，奶

4、制品厂，啤酒厂，农业环境控制等控制等 可以形成网络结构较为复杂的系统可以形成网络结构较为复杂的系统 EIA-485EIA-485标准，屏蔽双铰线标准，屏蔽双铰线 传输速率为传输速率为76.8Kbps76.8Kbps 最大传输距离为最大传输距离为1200m1200m 每段最多可以连接每段最多可以连接125125个设备。个设备。 每帧数据为每帧数据为5656位当数据大于位当数据大于5656位时位时 P-NetP-Net采用分段结构的采用分段结构的多主多主网络系统网络系统, ,网络中可以连网络中可以连接多至接多至3232个主节点。个主节点。 .P-Net多主网络系统 .小结小结 从早期总线技术可以看

5、出工业数据通信与控制网络的特点。从早期总线技术可以看出工业数据通信与控制网络的特点。它在网络结构、节点种类、通信帧的长度、所处的工作环境、各种通信它在网络结构、节点种类、通信帧的长度、所处的工作环境、各种通信技术参数、需要考虑解决的问题等方面，都具有区别于话音通信、计算技术参数、需要考虑解决的问题等方面，都具有区别于话音通信、计算机通信系统的显著特征。机通信系统的显著特征。 早期总线技术的缺点早期总线技术的缺点大多是专有通信技术，自成系统，不具备开放性。不同生产厂商的产品大多是专有通信技术，自成系统，不具备开放性。不同生产厂商的产品之间不能相互通信，通信帧一般较短之间不能相互通信，通信帧一般较

6、短 开放总线的典型范例开放总线的典型范例CANCAN有公开统一的技术规范有公开统一的技术规范多个芯片制造商：多个芯片制造商：MotorolaMotorola、 IntelIntel、PhilipsPhilips、HitachiHitachi开放性促进了该技术的发展与推广应用开放性促进了该技术的发展与推广应用 .新型控制系统结构新型控制系统结构 网络化控制系统网络化控制系统 控制系统的结构变迁控制系统的结构变迁 基地式气动仪表基地式气动仪表 气动、电动系列的单元组合式仪表气动、电动系列的单元组合式仪表 集中式数字控制系统集中式数字控制系统 集散控制系统集散控制系统 DCSDCS、PLCPLC网络

7、化现场控制系统网络化现场控制系统 FCSFCS.网络化控制系统的特点网络化控制系统的特点 实现了工业数据的网络式远程传输与集中管理，实现了工业数据的网络式远程传输与集中管理，为远程监视与操作提供了基础条件为远程监视与操作提供了基础条件无人值守机站无人值守机站 将控制功能模块置入现场设备，实现了全分布式控制系统将控制功能模块置入现场设备，实现了全分布式控制系统 支持总线供电支持总线供电 为自动化系统与其它信息系统的沟通，为实现企业的管理控为自动化系统与其它信息系统的沟通，为实现企业的管理控制一体化创造了条件制一体化创造了条件.网络集成式控制系统1999 User Training 2 1999

8、Fieldbus Foundation减少了接线与安装减少了接线与安装传统的传统的4-20 mA仪表接线方式仪表接线方式,对每一设备，均需配置一个本安栅，一对接线对每一设备，均需配置一个本安栅，一对接线4-20 mAISISISIS多台设备可以共用一个本安栅，一对接线多台设备可以共用一个本安栅，一对接线ISFieldbus.扩大了操作视野扩大了操作视野传统传统 4-20 mA只能看到只能看到 I/O 子系统子系统现场总线现场总线视野可以扩展到现场仪表视野可以扩展到现场仪表控制器控制器控制系统网络控制系统网络现场总线现场总线远程输入远程输入/输出输出子系统子系统控制器控制器控制系统网络控制系统网

9、络.网络化、全分布式控制系统网络化、全分布式控制系统AIPIDAOLASPT101PV101PIC101FFFFFF.控制系统对网络的要求 .控制网络在企业网络系统中的地位与作用控制网络在企业网络系统中的地位与作用 。 .企业网络系统的层次结构互连网Internet企业内部网Intranet底层控制网Infranet企业资源规划层ERP制造执行层MES现场控制层FCS.Ethernet现场控制层FCS制造执行层MESEthernet资源规划层ERPEthernet调节阀温度变送器温度变送器温度变送器调节阀Internet控制网络.ProfibusDevicenet(CAN)广域网PCPC卫星地

10、面站中继器路由器PLCPCH1以太网段网关打印机绘图仪Modem键盘、便携机工作站TCP/Devicenet电话MotorPLCI/OI/OI/O服务器现场控制层FCS制造执行层MES防火墙服务器资源规划层ERP操作站.现场控制层面临的问题.控制网络与上层网络的连接方式控制网络与上层网络的连接方式 .通过网关连接控制网段与上层网络 监视操作计算机以太网段Server网关/控制器网桥控制网段控制网段.采用PCI卡连接控制网段与上层网络 监视操作计算机PCI控制网段控制网段以太网段.控制网络的技术发展与标准化 .IEC/17BIEC/17B 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负

11、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 已通过的标准已通过的标准IEC62026IEC62026，包括，包括第第2 2部分部分ASIASI第第3 3部分部分 DeviceNetDeviceNet；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 SystemSmart Distributed System）; ; 第第5 5部分部分Senseplex Senseplex ISOISO 最早成为现场总线国际标准的最早成为现场总线国际标准的CANCAN（ISO11898ISO11898） 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LonWorks; HARTLonWorks; HART；Mod