现场总线技术概述学习教案

1、会计学1现场现场(xinchng)总线技术概述总线技术概述第一页，共42页。v总线（总线（busbus）的概念由来已久，仪器仪表与计算机控）的概念由来已久，仪器仪表与计算机控制系统数字通信用的总线有很多种。制系统数字通信用的总线有很多种。v总线按其长度分类：总线按其长度分类：v 1 1毫米毫米(ho m)(ho m)级级: :芯片内总线；芯片内总线；v 2 2分米级分米级: :机箱内总线，如机箱内总线，如Multi-busMulti-bus，STDSTD，PCLPCL，ISAISA，NIMNIM，CAMACCAMAC等；等；v 3 3十米级十米级: :机柜间总线，如机柜间总线，如RS232-R

2、S530RS232-RS530，GPIBGPIB，Fast-busFast-bus，VMEVME，VXIVXI等；等；v 4 4千米级千米级: :现场总线，如现场总线，如FFFF，ProfibusProfibus，WorldFIPWorldFIP等。等。一、总线一、总线(zn xin)(zn xin)的分类的分类返回返回(fnhu)(fnhu)第2页/共42页第二页，共42页。 现场总线现场总线(Fieldbus)(Fieldbus)：是用于过程自动化或制造自动：是用于过程自动化或制造自动化中的，实现化中的，实现(shxin)(shxin)智能化现场设备（例如，变送器、智能化现场设备（例如，变

3、送器、执行器、控制器执行器、控制器) )与高层设备与高层设备( (例如主机、网关、人机接口设例如主机、网关、人机接口设备备) )之间互联的，全数字、串行、双向的通信系统。之间互联的，全数字、串行、双向的通信系统。通过它可以实现通过它可以实现(shxin)(shxin)跨网络的分布式控制。跨网络的分布式控制。按照国际电工委员会按照国际电工委员会IECIEC标准和现场总线基金会标准和现场总线基金会FFFF的定的定义义: :现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、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。双向传输、多分支结构的通信网络。1. 1. 定义定

4、义(dngy)(dngy)二、现场二、现场(xinchng)总线的定义总线的定义和分类和分类第3页/共42页第三页，共42页。(xinchng)(xinchng)总线控制系统的总线控制系统的基础和神经中枢。基础和神经中枢。第4页/共42页第四页，共42页。第5页/共42页第五页，共42页。（fieldbusfieldbus）：数据宽度为数据流）：数据宽度为数据流或模块或模块 (block) (block)。以报文通信为主，。以报文通信为主，除了对装置除了对装置(zhungzh)(zhungzh)进行读取进行读取数 据 外 ， 还 包 括 一 些 对 装 置数 据 外 ， 还 包 括 一 些 对

5、 装 置(zhungzh)(zhungzh)的操作和控制功能。的操作和控制功能。如如FFFF总线、总线、LonworksLonworks总线、总线、HartHart总总线等。线等。2.2.分类分类(fn (fn li)li)第6页/共42页第六页，共42页。（2）按应用的行业来分）按应用的行业来分: 过程控制过程控制 (连续生产过程连续生产过程)用现场总线，如用现场总线，如FF的的H1、Profibus PA等；等； 离散离散(lsn)控制用现场总线，如控制用现场总线，如Profibus DP、Device Net等；等； 楼宇自动化用现场总线，如楼宇自动化用现场总线，如Lon Works等等

6、； 车辆制造业用现场总线，如车辆制造业用现场总线，如CAN等；等； 飞机制造业用现场总线，如飞机制造业用现场总线，如Swift Net等；等； 农业及养殖业用现场总线，如农业及养殖业用现场总线，如P-Net等。等。 返回返回第7页/共42页第七页，共42页。三、现场三、现场(xinchng)(xinchng)总线控制系统总线控制系统的体系结构的体系结构第8页/共42页第八页，共42页。第9页/共42页第九页，共42页。第10页/共42页第十页，共42页。返回返回(fnhu)(fnhu)第11页/共42页第十一页，共42页。 现场总线是现场仪表现场总线是现场仪表(ybio)(ybio)所采用的双

7、向数字通信方式，将取代当今现场仪表所采用的双向数字通信方式，将取代当今现场仪表(ybio)(ybio)广泛采用的广泛采用的4 420mA20mA标准模拟通信方式。标准模拟通信方式。1 1开放性开放性FCSFCS的现场总线的技术与标准是公开的，而的现场总线的技术与标准是公开的，而DCSDCS的制造厂商的技术与标准则是各有各的专利，彼此封锁。的制造厂商的技术与标准则是各有各的专利，彼此封锁。2 2全数字化全数字化DCSDCS的主机虽然是数字的，但现场仪表的主机虽然是数字的，但现场仪表(ybio)(ybio)则还是利用了模拟技术，属于模拟仪表则还是利用了模拟技术，属于模拟仪表(ybio)(ybio)

8、，因此，因此DCSDCS是一个数模混合的系统；而是一个数模混合的系统；而FCSFCS则是一个全数字化的系统。则是一个全数字化的系统。四、现场总线控制系统四、现场总线控制系统(kn zh x tn)的技术特点的技术特点第12页/共42页第十二页，共42页。 3双向通信双向通信 4.4.互可操作性与互用性互可操作性与互用性 互可操作性是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通互可操作性是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通；而互用性则意味着不同制造商性能类似；而互用性则意味着不同制造商性能类似(li s)(li s)的设备可的设备可进行更换，实现相互替换。进行更换，实现相互替换。第13页/共4

9、2页第十三页，共42页。返回返回(fnhu)(fnhu)第14页/共42页第十四页，共42页。五、五、FCSFCS与与DCSDCS的比较的比较(bjio)(bjio)第15页/共42页第十五页，共42页。第16页/共42页第十六页，共42页。第17页/共42页第十七页，共42页。第18页/共42页第十八页，共42页。返回返回(fnhu)(fnhu)第19页/共42页第十九页，共42页。返回返回(fnhu)(fnhu)六、现场总线六、现场总线(zn xin)通信协议模通信协议模型型第20页/共42页第二十页，共42页。返回返回(fnhu)(fnhu)六、现场总线六、现场总线(zn xin)通信协

10、议通信协议模型模型 为满足实时性、快速性的要求，实现低成本，现场总线通讯模为满足实时性、快速性的要求，实现低成本，现场总线通讯模型采用简化的型采用简化的OSIOSI模型。采用模型。采用OSIOSI模型中的三个典型层：物理层、模型中的三个典型层：物理层、数据链路层和应用层，在省去中间数据链路层和应用层，在省去中间3-63-6层后，考虑现场总线的通层后，考虑现场总线的通信特点，设置信特点，设置(shzh)(shzh)一个现场总线访问子层。它具有结构简单一个现场总线访问子层。它具有结构简单、执行协议直观、价格低廉等优点，也满足工业现场应用的性能、执行协议直观、价格低廉等优点，也满足工业现场应用的性能

11、要求。总之，开放系统互连模型是现场总线技术的基础，现场总要求。总之，开放系统互连模型是现场总线技术的基础，现场总线参考模型既要遵循开放系统集成的原则，又要充分兼顾测控应线参考模型既要遵循开放系统集成的原则，又要充分兼顾测控应用的特点和特殊要求。目前世界有影响的几种现场总线技术，都用的特点和特殊要求。目前世界有影响的几种现场总线技术，都以国际标准组织的开放系统互连模型作为基本框架，并根据行业以国际标准组织的开放系统互连模型作为基本框架，并根据行业的应用需要施加某些特殊规定后形成的标准，在较大范围内取得的应用需要施加某些特殊规定后形成的标准，在较大范围内取得了用户与制造商的认可。了用户与制造商的认

12、可。第21页/共42页第二十一页，共42页。(一一)制订标准的机构制订标准的机构世界上制订国际标准的机构世界上制订国际标准的机构3个：个：国际标准化组织国际标准化组织ISO(International Standard Organization) 国际电工委员会国际电工委员会IEC(International Electrotechnical Commission)国际电信联盟国际电信联盟ITU。另外另外(ln wi)还有欧洲电工标准化委员会还有欧洲电工标准化委员会CENELEC，制，制订欧洲标准订欧洲标准EN。国家标准化委员会国家标准化委员会各国都有制订国家标准的组织，我国制订国家标准各国都

13、有制订国家标准的组织，我国制订国家标准GB的的组织是全国标准化委员会。组织是全国标准化委员会。制订现场总线标准的机构制订现场总线标准的机构IEC/TC65/SC65C/WC6七、现场总线七、现场总线(zn xin)(zn xin)的国际标准的国际标准第22页/共42页第二十二页，共42页。第第2 2部分部分: :物理层规范和服务定物理层规范和服务定义；义；第第3 3部分部分: :数据链路层服务定义；数据链路层服务定义；第第4 4部分部分: :数据链路层协议规范；数据链路层协议规范；第第5 5部分部分: :应用服务定义；应用服务定义；第第6 6部分部分: :应用层协议规范。应用层协议规范。第23

14、页/共42页第二十三页，共42页。第24页/共42页第二十四页，共42页。 IEC62026 (IEC/TCl7/SCl7B)IIEC62026 共有共有4种现场总线种现场总线(zn xin)。即。即 AS-i、DeviceNet、SDS及及 Seriplex这这4种国际标准，包括种国际标准，包括5个部分。个部分。(1)第第1部分部分:总则总则 。(2)第第2部分部分: AS-i(Actuator Sensor Interface执行器执行器传感器接口，德国传感器接口，德国Siemens等公司支持等公司支持) 。(3)第第3部分：部分：Device Net(美国美国Rockwel1公司支持公司

15、支持)。 (4)第第4部分部分: SDS(Smart Distributed System灵巧式灵巧式分散型系统，美国分散型系统，美国Honeywe11公司支持公司支持)。(5)第第5部分：部分：Seriplex(串联多路控制总线串联多路控制总线(zn xin) )。第25页/共42页第二十五页，共42页。返回返回(fnhu)(fnhu)第26页/共42页第二十六页，共42页。（一）（一） CANCAN：控制局域网络：控制局域网络 (Control Area Network) 德国德国Bosch公司推出、最早用于汽车内部监测部件与控制公司推出、最早用于汽车内部监测部件与控制部件的数据通信部件的

16、数据通信(tng xn)网络。现在己经逐步应用到其他控网络。现在己经逐步应用到其他控制领域。制领域。成为成为ISO11898标准。标准。CAN协议是建立在协议是建立在ISO/OSI模型基础上的，采用了模型基础上的，采用了OSI底层底层的物理层、数据链路层和高层的应用层。的物理层、数据链路层和高层的应用层。信号传输介质为双绞线。信号传输介质为双绞线。最高通信最高通信(tng xn)速率为速率为lMbps(通信通信(tng xn)距离距离40m)，最远通信，最远通信(tng xn)距离可达距离可达l0km(通信通信(tng xn)速率为速率为5kbps)，节点总数可达，节点总数可达110个个.CA

17、N的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个个，因而传输的时间短，受干扰的概率低，每帧信息均有，因而传输的时间短，受干扰的概率低，每帧信息均有CRC校验和其他检错措施，通信校验和其他检错措施，通信(tng xn)误码率极低。误码率极低。八、几种典型八、几种典型(dinxng)的现场总线的现场总线第27页/共42页第二十七页，共42页。采用的采用的Lon TalkLon Talk通信协议被封装在通信协议被封装在NeuronNeuron神经元芯片神经元芯片中。中。第28页/共42页第二十八页，共42页。第29页/共42页第二十九页，共42页。第30

18、页/共42页第三十页，共42页。第31页/共42页第三十一页，共42页。标准的频移键控标准的频移键控FSK技术。技术。通信速率为通信速率为12OObps，单台设备的，单台设备的最大通信距离为最大通信距离为30OOm，多台设，多台设备互连的最大通信距离为备互连的最大通信距离为1500m.通信介质为双绞线，最大节点数为通信介质为双绞线，最大节点数为15个。个。HART采用可变长帧结构，每帧最采用可变长帧结构，每帧最长为长为25个字节，寻址范围为个字节，寻址范围为015。第32页/共42页第三十二页，共42页。返回返回(fnhu)(fnhu)第33页/共42页第三十三页，共42页。 九、现场九、现场(xinchng)总线的现总线的现状状第34页/共42页第三十四页，共42页。第35页/共42页第三十五页