工业网络与组态技术 课件 项目一 现场总线的认知

工业网络与组态技术课程引入

你可以在熙熙攘攘的人群中，看见人们时刻拿着手机，不知道为什么人们这么需要信息，突然觉得生活中离不开手机。我们的生活工作的地方也都覆盖了WiFi，有的人甚至染上了“网瘾”。这些说明今天的时代是个信息的时代。当然，今天信息时代的到来，是由于计算机技术充分发展的结果。换句话说，没有计算机时代也绝不能迎来信息时代。

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厉害了我的国—5G技术

2019年6月6号，工业和信息化部发布5G商用牌照，这标志着我国已经正式进入“5G商用元年”。5G传输速度快，延迟低，它传输速率是当前4G网络的100倍。我国的移动通信技术从1G的缺位，2G的跟随，3G的追赶，到4G的齐头并进，到5G技术“领跑”全球。可见近年来我国在高新技术领域取得卓越成就。那么什么是5G技术呢？直白的翻译5G技术就是第五代通信技术，主要特点就是波长为毫米级，超宽带、超高速度、超低延迟。这里做个对比，1G时代实现了模拟语音通信、只能打电话连短信也无法发送；2G时代实现了语音通信数字化，手机有了发短息的功能；3G时代手机屏幕逐渐变大，除了语音之外，还可以看图片，实现了多媒体通信；到了4G时代，我们实现了局域高速上网，看视频不再卡顿。1G到5G是着眼于人与人之间更方便的沟通，但是5G的落地式随时随地、万物互联，让人类敢于期待与地球上的万物通过直播的方式无时差同步参与其中，这就是5G魅力的所在。由于5G具备超高的数据连接速度、更大的容量以及更短的延迟时间，5G为多项即将改变人们生活的应用带来了新的机遇，包括3D视频和AR、自动驾驶汽车以及人工智能、机器人等技术，因此5G作为很多先进技术成果应用的基础，未来具有很大的市场前景。

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当前的信息技术时代如何体现到生产技术上呢？信息技术带给人们生产活动的第一个成果就是通信技术。当前，就是“现场总线”技术。“现场总线”是当前生产技术的客观要求，现在生产的产品不仅数量多，而且要求具有个性；目前大规模的生产信息只能通过“现场总线”来传送或反馈。因此，现场总线应运而生。

课程简介主要内容1.现场总线的认知2.Profibus现场总线3.工业以太网4.Modbus现场总线5.工业控制组态课程简介主要内容1.现场总线的认知2.Profibus现场总线3.工业以太网4.Modbus现场总线5.工业控制组态课程简介主要内容1.现场总线的认知2.Profibus现场总线3.工业以太网4.Modbus现场总线5.工业控制组态课程简介主要内容1.现场总线的认知2.Profibus现场总线3.工业以太网4.Modbus现场总线5.工业控制组态课程简介主要内容1.现场总线的认知2.Profibus现场总线3.工业以太网4.Modbus现场总线5.工业控制组态课程简介

考核方式

项目评分权重表评分内容评价目标评分标准评价方式评价权重课前预习（线上）线上学习时长及测试成绩满分100分教师评价、平台评价课前预习*20%+任务完成情况*30+工作过程*40%+课后拓展*10%工作过程考核学生参与项目学习、工作表现、学习的态度满分100分，根据学生在项目中的参与程度进行评定教师评价、学生互评任务完成情况现场评分：考核学生学习效果，对知识、技能掌握情况；满分100分，根据学生任务完成的情况进行评分。教师评价、学生互评课后拓展（线上）巩固拓展所学知识和技能。满分100分教师评价、平台评价总成绩=项目1*20%+项目2*25%+项目3*15%+项目4*15%+项目5*25%项目一现场总线的认知12任务1.1现场总线概述任务1.2现场总线的通信基础课程导入1.基地式仪表数字控制系统特点：测量显示、控制、执行组合成一个整体，成套性强。一、现场总线的产生和发展一、现场总线的产生和发展2.模拟仪表控制系统特点:（1）气动单元组合仪表信号传输慢，延迟大（2）电动单元组合仪表速度快，但有两个缺点：一是电噪声大，必须采用复杂电路；二是监控困难，监控表盘长达几十米。一、现场总线的产生和发展3.直接式数字控制系统（DirectDigitalControl,DDC)给定值显示、打印、记录DDC计算机IO口IO口输入通道输出通道检测机构执行机构监控对象特点：监控面积缩小，但风险集中一、现场总线的产生和发展4.集散控制系统(集中管理，分散控制；DistributedControlSystem;DCS)特点：建立计算机网络，将控制功能分给多个系统处理机完成，风险分散。但形成“自动化孤岛”且电线消耗量大，安装维护费用高。一、现场总线的产生和发展5.现场总线控制系统（FieldbusControlSystem,FCS)二、现场总线的含义现场总线技术：用于工业生产现场的新型工业控制技术，是一种在现场设备之间、

现场设备与控制装置之间实现双向、互连、串行和多节点的数字通信技术。三、现场总线对自动控制系统的影响信号类型：由模拟信号→双向数字通信自动控制系统的体系结构：模拟与数字的混合控制→全数字现场总线控制自动控制系统的产品结构：现场设备智能化，具有程序及参数存储、智能控制功能及现场总线接口、在现场完成一定的控制功能。现场总线为实现企业综合自动化提供了基础打破传统拢断四、现场总线的结构及特点1.现场总线的结构四、现场总线的结构及特点传统控制系统结构

现场总线控制系统2.现场总线控制系统的结构形式四、现场总线的结构及特点2.现场总线控制系统的结构形式项目FCSDCS控制系统全分布，放弃了控制站，控制功能下放到作为网络节点的智能仪表和设备中半分布，现场控制依赖于控制站信号类型数字信号模拟信号、数字信号通信方式半双工单工可靠性不会产生转换误差，抗干扰能力强，精度高有模拟信号，传输易受干扰且精度低状态监控能实现远程监控、参数调节、自诊断等功能不能了解模拟仪表的工作状况，不能对其进行参数调整，且没有自诊断功能开放性通信协议公开，用户可自主进行设备选型、设备互换、系统配置大部分技术参数由制造厂制定，导致不同品牌的设备和仪表无法互换现场仪表智能仪表具有通信、测量、计算、执行、报警等功能模拟仪表只具有检测、变换、补偿等功能表1

FCS和DCS的性能比较四、现场总线的结构及特点3.现场总线的特点现场设备互连现场总线通过一根通信线将所需的各个现场设备（如变送器／传感器、执行器、控制器）互相连接起来，即用一根通信线直接互连N个现场设备，从而构成了现场设备的互连网络。现场通信网络现场总线将通信线（总线电缆）延伸到工业现场（制造或过程区域），或总线电缆就是直接安装在工业现场的；现场总线完全适应于工业现场环境，因为它就是为此而设计的。四、现场总线的结构及特点3.现场总线的特点互操作性不同厂商现场设备可以互连，互相之间可以进行信息交换并可统一组态。分散功能块现场总线的系统结构具有高度分散性；现场总线的系统功能实现了高度分散，现场设备由分散的功能模块构成。四、现场总线的结构及特点3.现场总线的特点总线供电总线在传输信息的同时，还给现场设备提供工作电源。开放式互连网络现场总线标准、协议／规范是公开的，所有制造商都必须遵守；现场总线网络是开放的，既可实现同层网络互连，也可实现不同层网络互连，而不管其制造商是哪一家；用户可共享网络资源。五.几种常用的现场总线1.FF基金会现场总线(FF，FoundationFieldbus)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。2.ProfibusPROFIBUS是德国国家标准DINl9245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。由PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA组成了PROFIBUS系列。五.几种常用的现场总线3.CANCAN是控制局域网络(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。4.LonWorks

LonWorks是又一具有强劲实力的现场总线技术。它是由美国Echelon公司推出并由它与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于1990年正式公布而形成的。五.几种常用的现场总线5.CC-LinkCC-Link是控制与通信链路系统（Control&Communicationlink）1996年月日1月由三菱电机为主导的多家公司推出。其系统中可以将控制和信息数据同时以10Mbit/s的速度传至现场网络。作为开放式现场总线，它是唯一起源于亚洲地区的总线系统。6.ModbusModbus的数据采用主-从方式，主设备可以单独和从设备通信，也可以通过广播方式和所有设备通信。Modbus应用比较广泛，很多厂家的工控器、PLC、变频器、智能I/O与A/D模块等设备都具备Modbus接口。项目一现场总线的认知12任务1.1现场总线概述任务1.2现场总线的通信基础一、通信基本概念数据：传递（携带）信息的实体。信息:是数据的内容或解释信号：数据的物理量编码，数据以信号的形式传播。信道：传递信息的路线。思考：如何区分数据、信息、信号和信道？一、通信基本概念数据传输率比特率:bit/s单位时间内传递的二进制代码的有效位数。波特率:baud(波特）是一种调制速率，线路上每秒钟传送波形的个数。例如：若信号有两个二进制位组成，当传输的比特率是9600bit/s，则其波特率是4800baud。误码率比特率=波特率*单个调制状态对应的二进制位数

任何信道都不是完美无缺的，因此会对传输的信号产生干扰，称为“噪声”。●外界：闪电、串扰、电气设备●内部：介质特性（衰减、延迟—与频率有关）一、通信基本概念通信三要素二、通信的传输技术1.传输方式(1)串行传输和并行传输b7b1b7b1b0b0信源通信信道信宿串行传输串行通信数据传输示意图二、通信的传输技术1.传输方式(1)串行传输和并行传输并行传输b7b1b0b7b1b0信源通信信道信宿并行通信数据传输示意图二、通信的传输技术（2）单向传输和双向传输单工通信一端只能发送数据，而另一端只能接收数据，信道传输方向为单向且不能改变。单向信道发送接收单工通信无线电广播二、通信的传输技术半双工通信两端能在两个方向上发送和接收数据，但不能同时进行。（2）单向传输和双向传输单向信道接收器发送器半双工通信发送器接收器AB对讲机二、通信的传输技术（2）单向传输和双向传输全双工通信两端能在两个方向同时发送和接收数据。电话机二、通信的传输技术(3)异步传输与同步传输串行通信可分为异步传输和同步传输两种方式。二、通信的传输技术(3)异步传输与同步传输串行通信可分为异步传输和同步传输两种方式.二、通信的传输技术(3)异步传输与同步传输串行通信可分为异步传输和同步传输两种方式。二、通信的传输技术2.接口(1)RS-232C通信接口一对一通信，通信速率和传输距离有限(2)RS-422A通信接口全双工通信(3)RS-485通信接口半双工通信二、通信的传输技术3.传输介质二、通信的传输技术3.传输介质(1)双绞线(2)同轴电缆(3)光缆三、网络拓扑结构与网络控制方法1.网络拓扑结构用传输介质将各种设备互连的物理布局。中心站21NN+1a)星形拓扑结构b)环形拓扑结构c)总线形拓扑结构

三、网络拓扑结构与网络控制方法2.网络控制方法(1)令牌方式对介质的访问的控制权以令牌为标志,只有得到令牌的的节点才有权控制和使用网络,常用于总线型网络和环形网络结构。PS=2NS=3节点1PS=1NS=4节点4节点2节点3PS=4NS=1PS=3NS=2PS:前一站节点NS:下一站节点:传送方向令牌传递过程示意图三、网络拓扑结构与网络控制方法2.网络控制方法(2)争用方式网络中的各节点自由发送信息,但两个以上的节点同时发送会有冲突需要加以约束,常采用CSMA/CD方式即载波监听多路访问/冲突检测,是一种分布式介质访问控制协议,网中的各个工节点都能独立的决定数据的发送与接收.常用于网络型总线.三、网络拓扑结构与网络控制方法2.网络控制方法(3)主从方式网络中的主站周期性地轮询各从站节点是否需要通信,被轮询的节点允许与其它节点通信,多用于信息量少的简单系统,适用于星形网络结构或具有主站的总线型网络拓扑结构.三、网络拓扑结构与网络控制方法3.差错控制差错控制是指在数据通信过程中发现或纠正差错,并把差错限制在尽可能小的允许的范围内.检错码能自动发现差错的编码,纠错码不仅能发现差错而且能自动纠正差错的编码.检错和纠错的能力是用冗余的信息量和降低系统效率为代价的。奇偶校验

编码规则：在原信息（如字符）后附加一位校验位，使得整个码字或码组中的代码“1”的个数成为偶数或奇数，“1”的个数为偶数的称为“偶数校验”;“1”的个数为奇数的称为“奇数校验”。特点：校验能力很低，只能校验出：“1”或”0“有奇数错误，但不能确定是一个还是三个或更多个奇数的错误，也不