网络化监控系统课件第一章

第1章网络化的计算机监督与控制系统概述1.1网络化的计算机监督与控制系统概念1.2网络化的计算机监督与控制系统的发展历史与现状1.3网络化的计算机监督与控制系统的主要技术问题1.4网络化计算机监督与控制系统设计10/15/20221第1章网络化的计算机监督与控制系统概述1.1网络化的计1.1网络化的计算机监督与控制系统概念典型的监督与控制系统可以完成实时控制可以对控制过程实行优化监控计算机直接控制计算机生产过程设备监督控制系统框图10/15/202221.1网络化的计算机监督与控制系统概念典型的监督与控制系统监控计算机：采集现场生产设备的信息，决定直接控制计算机的最优设定值。（信息来源于生产过程）直接控制计算机和监控计算机是主从关系。直接控制计算机接收命令。（作用于生产过程）10/15/20223监控计算机：采集现场生产设备的信息，决定直接控制计算机的最优网络化监督控制系统是利用监督控制系统作为单元，组成的功能及规模更强大的系统。具备网络化的功能，各计算机之间是随时可以进行信息交换。10/15/20224网络化监督控制系统是利用监督控制系统作为单元，组成的功能及规

监控计算机1监控计算机2监控计算机3直接控制计算机1直接控制计算机2直接控制计算机3多计算机的监督控制系统10/15/20225监控计算机1监控计算机2监控计算机3直接控制计算机1直接控Modem下位机电话网Modem远程监控计算机下位机下位机下位机RS232-RS485转换器..子系统1……子系统2以太网一个网络化的管理监督控制系统上位机1本地监控计算机上位机2现场总线网关485总线PLC1PLC2PLC3PLCn......10/15/20226Modem下位机电话网Modem远程监控计算机下位机下位机下网络化的计算机监督与控制系统的主要优点：资源共享，包括程序和数据的共享。可靠性高，系统对故障的免疫力强。网络化处理的效率较高，有很高的性能价格比，即以较低的价格达到较高的性能，尤其是微处理机价格低廉。维护方便，微型计算机维护方便。扩充容易，不用修改软件，只需增加硬件。10/15/20227网络化的计算机监督与控制系统的主要优点：资源共享，包括程序和１.２网络化的计算机监督与控制系统的发展历史与现状集散控制系统RS485总线监督控制与数据采集系统（SCADA）现场总线控制系统10/15/20228１.２网络化的计算机监督与控制系统的发展历史与现状集散控制系网络化监控系统继承于集散控制系统一个实际的集散控制系统：日本的系统如下：

最小系统10/15/20229网络化监控系统继承于集散控制系统最小系统10/11/2022集散控制系统的定义集散控制系统-----又称分散型综合控制系统（DCS）系统，是对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种全新的分布式计算机控制系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，通过CRT装置、通信总线、键盘、打印机等，进行集中操作、显示和报警。整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一、人一机联系差，以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既在管理、操作和显示三方面集中，又在功能、负荷和危险性三方面分散。10/15/202210集散控制系统的定义集散控制系统-----又称分散型综合控制系分散控制方式：仪表间相距过远、仪表盘尺寸过大、无法全面了解信息；集中控制方式：危险过集中，计算机出现故障时整个生产装置瘫痪；集散控制方式：控制功能分散、操作管理集中－DCS。集散控制中危险分散的方法：将控制功能分散到多台计算机上，采取双重化冗余措施。现场控制站危险分散的设计原则10/15/202211分散控制方式：仪表间相距过远、仪表盘尺寸过大、无法全面了解信集散系统特点控制设备的分散,监视和管理操作的集中,开放的系统结构.硬件单元化：系统分级。 第一级现场级。直接数字控制装置，采集现场信息。 第二级操作站级。微型计算机控制直接数字装置。 第三级管理级。高档微机，对整体系统进行监督管理和信息处理。软件与模块化：采用组态方式生成各种控制系统。系统结构灵活，易于扩展。一般只需两级，规模大的需要第三级。可靠性高，功能分散。降低了成本，提高了性能/价格比。直接数字控制装置安装在现场。减少了现场单元到操作站的电缆连接。集散控制系统(DCS)存在的问题是控制站虽然放在离现场比较近的地方，但它仍是一种集中式控制，它与现场设备仍须大量电缆连接。10/15/202212集散系统特点控制设备的分散,监视和管理操作的集中,开放的系集散控制系统的发展初创期(1975——l980年)

成熟期(1980——1985年)扩展期(1985年以后)10/15/202213集散控制系统的发展初创期(1975——l980年)10/1国际著名厂商TDC-2000TDC3000SPECTRUMI/AseriesCENTUM爱默生电气公司WDPFPROVOX10/15/202214国际著名厂商TDC-2000TDC3000SP国际著名厂商10/15/202215国际著名厂商10/11/202215DCS系统操作台10/15/202216DCS系统操作台10/11/202216DCS系统控制单元10/15/202217DCS系统控制单元10/11/202217DCS系统用户界面10/15/202218DCS系统用户界面10/11/202218集散控制系统的现场控制站DCS系统中，它是一个完整的计算机，实际运行中可以在不与操作站及网络相连的情况下，完成过程控制策略，保证生产装置正常运行。控制站作为一个完整的计算机，它的主要I/O设备为现场的输入、输出处理设备，以及过程输入/输出（PI/O）量，包括信号变换与信号调理，A/D、D/A转换等。它在第二代和第三代产品中已陆续采用了嵌入式技术，并采用单片机等完成量程调整、远程I/O数据传输、小型化及减少PI/O卡硬件规格等功能，直至连接智能化的现场变送器或接受采用现场总线提供的数字信号。10/15/202219集散控制系统的现场控制站DCS系统中，它是一个完整的计算机，集散控制系统的现场控制站☞主要设备：现场控制单元。☞主要任务：进行数据采集及处理，对被控对象实施闭环反馈控制、顺序控制和批量控制。☞用户可以根据不同的应用需求，选择配置不同的现场控制单元以构成现场控制站。●以面向连续生产的过程控制为主，顺序逻辑控制为辅，构成一个可以实现多种复杂控制方案的现场控制站;●以顺序控制、联锁控制功能为主的现场控制站；●构成对大批量过程信号进行总体信息采集的现场控制站。10/15/202220集散控制系统的现场控制站☞主要设备：现场控制单元。10/11DCS操作员站和工程师站DCS操作站具有操作员功能、工程师功能、通信功能和高级语言功能等，其中工程师功能中包括系统组态、系统维护、系统通用功能。10/15/202221DCS操作员站和工程师站DCS操作站具有操作员功能、工程师功实际的DCS操作站是典型的计算机，它与控制站不同，有着丰富的外围设备和人机界面。70年代中期，CRT显示器技术已成熟，以外部存储器为特征，第二代DCS操作站还具有如下特点：操作站和工程师站（或称工作站）分开，也有公司将操作站的历史数据存储用硬盘（历史模件）和高级语言应用站（应用模件）分别独立挂在通信网络上；操作系统除采用DOS系统以外，有的产品采用Unix等操作系统；实时数据库储存性能逐渐完善；在人机界面方面，逐渐过渡为以GUI图形用户界面为平台并采用鼠标、组态时制作流程图和控制回路图等方法，采用菜单、窗口、CAD等技术，使人机界面友好。10/15/202222实际的DCS操作站是典型的计算机，它与控制站不同，有着丰富的DCS操作站的功能（三大功能）工程功能－完成系统生成、系统维护、系统测试和系统管理；操作功能－监视、记录、运行；通信功能－完成现场控制站于上位机之间的数据交换。主要介绍操作功能－操作运行中的操作画面（1）总貌画面－反映生产过程总体状况。（2）分组画面－对应显示各内部仪表状态，操作中观察其 它回路中的关联变化。（3）回路调整画面（4）报警画面（5）趋势分组画面（6）流程子画面10/15/202223DCS操作站的功能（三大功能）工程功能－完成系统生成、系统维操作站嵌入型台式操作站桌面型操作站信息报警站工程师站控制站显示器标准键盘主机操作站主机柜工作台10/15/202224操作站嵌入型台式操作站桌面型操作站信息报警站工程师站控制☞DCS操作站一般分为操作员站和工程师站两种。●工程师站主要是技术人员与控制系统的人机接口，可以对应用系统进行监视。●工程师站为用户提供了一个灵活的、功能齐全的工作平台，通过组态软件来实现用户所要求的各种控制策略。●有些小型DCS的工程师站可以用一个操作员站代替。10/15/202225☞DCS操作站一般分为操作员站和工程师站两种。10/11操作站的基本功能操作站的基本功能显示报警系统维护报告生成操作系统组态10/15/202226操作站的基本功能操作站的显示报警系统维护报告生成操作系统组态数据通信及网络在DCS系统诞生时，主要解决一个生产装置中几个控制站和一个或几个操作站之间的数据通信问题；第二代DCS则解决多个装置的DCS互联问题；第三代DCS则解决一个工厂的多个车间互联及与全厂计算机管理网络互联的问题，这是总的设计思想。在实际应用中，如石化行业，DCS一直多用在一个生产装置范围内的多机通信系统中，而且控制站和操作站均集中放置在控制室内。在DCS中采用数字通信技术，还有在控制站内采用站内通信总线及远程I/O总线，以及在第三代DCS的控制站内增加了连接PLC、分析仪和现场智能仪表的接口卡，使DCS与现场仪表之间的接线减少，并对现场仪表进行设备管理，这为DCS向下兼容并与现场总线通信技术融合打下基础。10/15/202227数据通信及网络在DCS系统诞生时，主要解决一个生产装置中几个DCS工程设计步骤（1）方案论证：c)系统的选型。如规模、生产厂家等。b)硬件配置。（可提出几种配置方案）a)制定系统功能规范，其中包括：系统功能，即信号处理功能、输入量的通道数和输出量的路数。显示功能、操作功能、报警功能、控制功能、管理功能、通信功能和可扩展功能等；系统的性能指标，如信号处理指标、控制品质指标、通信功能指标、可靠性指标等；环境要求，如湿度、温度、抗震动抗冲击、电源等指标。10/15/202228DCS工程设计步骤（1）方案论证：c)系统的选型。如规模（3）工程设计及文件设计（2）方案设计

根据厂方提供的技术资料，结合生产工艺过程实际，确定系统的硬件配置，列出详细的订货清单。a)设计与建立应用技术文档文件。

b)系统应用软件设计c)机房或控制室设计10/15/202229（3）工程设计及文件设计（2）方案设计根据厂方提供的RS485总线监督控制与数据采集系统（SCADA）集散控制系统是专用系统，扩展需要配套的软硬件；价格一般都很昂贵；不适合中小行系统。RS485总线监督控制与数据采集系统由一些软件开发商开发的监督控制与数据采集系统（SCADASupervisoryControlAndDataAcquisition）是一种两级计算机控制系统。它是基于PC的监督与控制软件，是一种可组态的人机界面程序HMI(HumanMachineInterface),又称SCADA组态软件。它很好地解决了中小企业中量大面广的设备监督与控制问题。10/15/202230RS485总线监督控制与数据采集系统（SCADA）集散控制系这种系统在通用性上比集散控制系统前进了一步。这种软件以工业控制机的WINDOWS操作系统为平台，可以通过网络连接不同厂家的远距离智能I/O模块、PLC、变频调速器、智能仪表等。设计思想仍然采用先进的硬件积木化，软件模块化的思想；不同之处是硬件可以选用不同厂家的产品，软件中集成了对各厂家生产的硬件模块的驱动程序，用户可用硬件组态的方法选用不同的设备。10/15/202231这种系统在通用性上比集散控制系统前进了一步。这种软件以工业控工控机定义工控机即工业控制计算机，英文简称IPC，全称IndustrialPersonalComputer。工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机。是从PC机演变过来的，因为一些工作环境，比如说：工业现场，那里是的环境是很恶劣的，一般PC就工作不了，所在才产生了工业控制计算机，主要表现在：工控机插槽的可扩展性、抗震、防尘、防潮湿等等，随着工控机所应用的行业越来越广，现在也超出了只应用在工业现场的范围，比如说现在很多网络安全方面的硬件、数字监控录像机，等等，都用到了工控方面的产品。但现在，更时髦的叫法是产业电脑或工业电脑。10/15/202232工控机定义工控机即工业控制计算机，英文简称IPC，全称Ind工控机可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行。早在80年代初期，美国AD公司就推出了类似IPC的MAC-150工控机，随后美国IBM公司正式推出工业个人计算机IBM7532。由于IPC的性能可靠、软件丰富、价格低廉，而在工控机中异军突起，后来居上，应用日趋广泛。目前，IPC已被广泛应用于通讯、工业控制现场、路桥收费、医疗、环保及人们生活的方方面面。

10/15/202233工控机可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行。早在80年IPC的技术特点

1、采用符合“EIA”标准的全钢化工业机箱，增强了抗电磁干扰能力。

2、采用总线结构和模块化设计技术。CPU及各功能模块皆使用插板式结构，并带有压杆软锁定，提高了抗冲击、抗振动能力。

3、机箱内装有双风扇，正压对流排风，并装有滤尘网用以防尘。

4、配有高度可靠的工业电源，并有过压、过流保护。

5、电源及键盘均带有电子锁开关，可防止非法开、关和非法键盘输入。

6、具有自诊断功能。

7、可视需要选配I/O模板。

8、设有“看门狗”定时器，在因故障死机时，无需人的干预而自动复位。

9、开放性好，兼容性好，吸收了PC机的全部功能，可直接运行PC机的各种应用软件。 10、可配置实时操作系统，便于多任务的调度和运行。

11、可采用无源母板（底板），方便系统升级。10/15/202234IPC的技术特点 1、采用符合“EIA”标准的全钢化工业机箱IPC的主要结构

1、全钢机箱

IPC的全钢机箱是按标准设计的，抗冲击、抗振动、抗电磁干扰，内部可安装同PC-bus兼容的无源底板。

2、无源底板

无源底板的插槽由ISA和PCI总线的多个插槽组成，ISA或PCI插槽的数量和位置根据需要有一定选择，该板为四层结构，中间两层分别为地层和电源层，这种结构方式可以减弱板上逻辑信号的相互干扰和降低电源阻抗。底板可插接各种板卡，包括CPU卡、显示卡、控制卡、I/O卡等。

3、工业电源

为AT开关电源，平均无故障运行时间达到250，000小时。

4、CPU卡

IPC的CPU卡有多种，根据尺寸可分为长卡和半长卡，根据处理器可分为386、486、586、PII、PIII主板，用户可视自己的需要任意选配。其主要特点是：工作温度0-600C；装有“看门狗”计时器；低功耗，最大时为5V/2.5A。

5、其他配件：

IPC的其他配件基本上都与PC机兼容，主要有CPU、内存、显卡、硬盘、软驱、键盘、鼠标、光驱、显示器等。10/15/202235IPC的主要结构1、全钢机箱

IPC的全钢机箱是按标准设国内生产工控机的厂家有研祥、华北工控、研华、爱雷丝等。国外的工控机西门子的很出名。工控机箱标准长度为19英寸，高度为4U。注：高度以U为单位（1U=1.75英寸=44.45毫米），通常有1U，2U，3U，4U，5U，7U几种标准的服务器

10/15/202236国内生产工控机的厂家有研祥、华北工控、研华、爱雷丝等。国外的很多网络化计算机监督与控制系统的下位自动化设备是可编程序逻辑控制器(ProgrammableLogicController，简称PLC)；目前绝大多数PLC都具有数据通信与连网的能力，用PLC构成网络化计算机监督与控制系统是非常容易的。10/15/202237很多网络化计算机监督与控制系统的下位自动化设备是可编程序逻辑现场总线控制系统－定义现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间数字式、串行、多点通信的数据总线。现场总线是以单个分散的数字化智能化的测量设备和控制设备作为网络节点用总线相连接实现相互交换信息共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。10/15/202238现场总线控制系统－定义现场总线是指安装在制造或过程区域的现场现场总线控制系统的产生在复杂或大规模的应用中需要使用大量的传感器、执行器和控制器等，它们通常分布在非常广的范围内，如果在底层上采用传统的星形拓扑结构，那么安装成本和介质造价都将非常高；所以需要在底层设计一种造价低又能经受工业现场环境的通信系统。现场总线就是在这种背景下产生的。现场总线的出现是计算机、通信和控制技术发展的结晶，它彻底动摇并取代了20世纪60年代至80年代一直占据过程控制领域的4—20mA信号标准的地位。10/15/202239现场总线控制系统的产生在复杂或大规模的应用中需要使用大量的传4-20mA信号4-20mA信号是国际通用标准信号，是连接仪表、变送设备、控制设备、计算机采样设备的一种标准。与此相对应的信号有：0－10mA、0－5V、0－10V等。10/15/2022404-20mA信号4-20mA信号是国际通用标准信号，是连接仪远距离传输模拟信号，使用电压方式显然不合理，因为有线路消耗存在压降，当然可以以高传输阻抗减少传输电流来降低压降的影响，但是系统的抗干扰能力大大降低。

双绞线特性阻抗是50欧姆左右，相隔1CM宽的0.2平方毫米的导线特性阻抗300欧姆左右，所以负载电阻选择50-300欧姆比较理想，为了AD转换方便，负载电阻上的信号最大量程值一般5-10V比较合适，那么权衡所有，负载电阻250欧姆，电流20mA，负载压降5V比较满意。

10/15/202241远距离传输模拟信号，使用电压方式显然不合理，因为有线路消耗存那么为什么选择4-20mA而不是0-20mA呢？为了减少接线的复杂性，传感器选择2线要比多线简单的多，2线既要传输信号，又要给传感器供电，所以设计者从中借用4mA电流给传感器放大电路供电，这样4-20mA的标准就确定了。10/15/202242那么为什么选择4-20mA而不是0-20mA呢？为了减少接线什么是4-20mA两线制?三线制？四线制？二线制传输方式中，供电电源、负载电阻、变送器是串联的，即二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号；三线制方式中，电源正端和信号输出的正端，它们共用一个地线，其电流信号是从I+和V-两端之间得到的。四线制方式中，供电电源、负载电阻是分别与变送器相连的，即供电电源和变送器输出信号分别用二根导线传输。

10/15/202243什么是4-20mA两线制?三线制？四线制？二线制传输方式中，什么是有源和无源有源是指各类变送器或者信号源等设备已经有一组供电回路给它供电。直接输出一组4～20mA正负两线的信号回路,给采集设备直接测量。

无源是指各类变送器或者信号源等设备没有供电回路给它供电。必须要有采集设备供给它工作电源，才可以输出一组4～20mA正负两线的信号回路,给采集设备直接测量。

10/15/202244什么是有源和无源有源是指各类变送器或者信号源等设备已经有一现场总线控制系统的类型我国应用比较广的现场总线控制系统有：以ProfiBus总线技术和AS-i执行器传感器接口产品组成的控制系统；以ControlNet与DeviceNet产品组成的控制系统。还有CAN、FF、Lonwork、1-Wire(单总线)等其他类型的现场总线产品；10/15/202245现场总线控制系统的类型我国应用比较广的现场总线控制系统有：1现场总线的技术特点系统的开放性开放系统是指通信协议公开，各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换，现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。这里的开放是指对相关标准的一致、公开性，强调对标准的共识与遵从。一个开放系统，它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。一个具有总线功能的现场总线网络系统必须是开放的，开放系统把系统集成的权利交给了用户。用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。10/15/202246现场总线的技术特点系统的开放性10/11/202246互可操作性互用性这里的互可操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。10/15/202247互可操作性互用性10/11/202247现场设备的智能化与功能自治性它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。10/15/202248现场设备的智能化与功能自治性10/11/202248系统结构的高度分散性由于现场设备本身已可完成自动控制的基本功能，使得现场总线已构成一种新的全分布式控制系统的体系结构。从根本上改变了现有DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性。10/15/202249系统结构的高度分散性10/11/202249对现场环境的适应性工作在现场设备前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为在现场环境工作而设计的，它可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现送电与通信，并可满足本质安全防爆要求等。10/15/202250对现场环境的适应性10/11/202250现场总线的优点节省硬件数量与投资：由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直接执行多种传感、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要单独的控制器、计算单元等，也不再需要DCS系统的信号调理、转换、隔离技术等功能单元及其复杂接线，还可以用工控PC机作为操作站，从而节省了一大笔硬件投资，由于控制设备的减少，还可减少控制室的占地面积。变送器：将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出的设备。一般分为：温度/湿度变送器，压力变送器，差压变送器，液位变送器，电流变送器，电量变送器，流量变送器，重量变送器等。10/15/202251现场总线的优点节省硬件数量与投资：由于现场总线系统中分散在节省安装费用：现场总线系统的接线十分简单，由于一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增设新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量。据有关典型试验工程的测算资料，可节约安装费用60%以上。10/15/202252节省安装费用：现场总线系统的接线十分简单，由于一对双绞线或一节省维护开销：由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，并通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除。缩短了维护停工时间，同时由于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。10/15/202253节省维护开销：由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力用户具有高度的系统集成主动权：用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。避免因选择了某一品牌的产品被“框死”了设备的选择范围，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展，使系统集成过程中的主动权完全掌握在用户手中。10/15/202254用户具有高度的系统集成主动权：用户可以自由选择不同厂商所提供提高了系统的准确性与可靠性：由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的准确度，减少了传送误差。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强:减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。此外，由于它的设备标准化和功能模块化，因而还具有设计简单，易于重构等优点。10/15/202255提高了系统的准确性与可靠性：由于现场总线设备的智能化、数字化典型现场总线简介基金会现场总线，即FoudationFieldbus,简称FF，这是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的技术。其前身是以美国Fisher-Rousemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制订的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地的150家公司制订的WordFIP协议。屈于用户的压力，这两大集团于1994年9月合并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。它以ISO/OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。

10/15/202256典型现场总线简介基金会现场总线，即FoudationFie基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为3125Kbps,通信距离可达1900m(可加中继器延长),可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。H2的传输速率为1Mbps和25Mbps两种，其通信距离为750m和500m。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射，协议符合IEC1158-2标准。其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码，每位发送数据的中心位置或是正跳变，或是负跳变。10/15/202257基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速LonWorksLonWorks是又一具有强劲实力的现场总线技术，它是由美国Ecelon公司推出并由它们与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于1990年正式公布而形成的。它采用了ISO/OSI模型的全部七层通讯协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其通讯速率从300bps至15Mbps不等，直接通信距离可达到2700m(78kbps，双绞线),支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电源线等多种通信介质，并开发相应的本安防爆产品，被誉为通用控制网络。10/15/202258LonWorksLonWorks是又一具有强劲实力的现场总ProfibusProfibus是作为德国国家标准DIN19245和欧洲标准prEN50170的现场总线。ISO/OSI模型也是它的参考模型。由Profibus-Dp、Profibus-FMS、Profibus-PA组成了Profibus系列。DP型用于分散外设间的高速传输，适合于加工自动化领域的应用。FMS意为现场信息规范，适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等一般自动化，而PA型则是用于过程自动化的总线类型，它遵从IEC1158-2标准。该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理层、数据链路层，由这两部分形成了其标准第一部分的子集，DP型隐去了3～7层，而增加了直接数据连接拟合作为用户接口，FMS型只隐去第3～6层，采用了应用层，作为标准的第二部分。PA型的标准目前还处于制定过程之中，其传输技术遵从IEC1158-2(1)标准，可实现总线供电与本质安全防爆。10/15/202259ProfibusProfibus是作为德国国家标准DINPorfibus支持主—从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。主站具有对总线的控制权，可主动发送信息。对多主站系统来说，主站之间采用令牌方式传递信息，得到令牌的站点可在一个事先规定的时间内拥有总线控制权，共事先规定好令牌在各主站中循环一周的最长时间。按Profibus的通信规范，令牌在主站之间按地址编号顺序，沿上行方向进行传递。主站在得到控制权时，可以按主—从方式，向从站发送或索取信息，实现点对点通信。主站可采取对所有站点广播(不要求应答),或有选择地向一组站点广播。Profibus的传输速率为96～12kbps最大传输距离在12kbps时为1000m，15Mbps时为400m，可用中继器延长至10km。其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆，最多可挂接127个站点。10/15/202260Porfibus支持主—从系统、纯主站系统、多主多从混合系统CANCAN是控制网络ControlAreaNetwork的简称，最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范现已被ISO国际标准组织制订为国际标准，得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持，已广泛应用在离散控制领域。CAN协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的，不过，其模型结构只有3层，只取OSI底层的物理层、数据链路层和顶层的应用层。其信号传输介质为双绞线，通信速率最高可达1Mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/kbps,可挂接设备最多可达110个。CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，因而传输时间短，受干扰的概率低。当节点严重错误时，具有自动关闭的功能以切断该节点与总线的联系，使总线上的其它节点及其通信不受影响，具有较强的抗干扰能力。10/15/202261CANCAN是控制网络ControlAreaNetwork

1.通信网络 (1)如何确保通信的实时性与确定性 网络化的监督与控制系统应能及时地，在规定的时间内传输现场过程信息和操作管理信息。根据不同的应用要求响应时间也不同，工业控制中的响应时间通常在毫秒量级。1.3网络化的计算机监督与控制系统的主要技术问题10/15/202262

1.通信网络1.3网络化的计算机监督与控制系统的主要技术(2)如何确保系统具有高可靠性通信系统的任何故障都可能造成整个系统的崩溃，甚至威胁人身安全，因此通信系统必须具有较高的可靠性。按照一般的要求，现场总