《工业控制网络》课件.ppt
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- 工业控制网络 工业 控制 网络 课件
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1、工业控制网络PPT课件 1.1.为什么学习这门课程为什么学习这门课程现场总线(工业控制网络)?现场总线(工业控制网络)?为什么学?为什么学?目的目的 2.2.通过这门课程能学到什么?通过这门课程能学到什么?学什么?学什么?内容内容 3.3.怎样学习这门课程?怎样学习这门课程?怎样学?怎样学?方法方法为什么学?为什么学?工业控制网络工业控制网络现场总线是自动化及电气工程现场总线是自动化及电气工程领域当前和今后的发展热点。领域当前和今后的发展热点。对于电气工程领域:对于电气工程领域:在现代电机驱动与控制装置(如变频器)中在现代电机驱动与控制装置(如变频器)中 在数字化变电站在数字化变电站 配电系统
2、配电系统/继电保护装置中继电保护装置中 在智能电器中在智能电器中 在楼宇自动化装置中在楼宇自动化装置中 对于国防领域:对于国防领域:在航空航天设备、舰船、装甲车辆中均使用了现场总线系统。在航空航天设备、舰船、装甲车辆中均使用了现场总线系统。背 景现都均要求配置现场总线通信接口背景与目的为什么学?为什么学?掌握现场总线的概念。掌握现场总线的概念。掌握通信与网络基本知识。掌握通信与网络基本知识。学会阅读并理解现场总线协议学会阅读并理解现场总线协议/规范,能够设计一规范,能够设计一般设备的现场总线通信接口。般设备的现场总线通信接口。掌握典型现场总线系统的基本应用技术,并为进掌握典型现场总线系统的基本
3、应用技术,并为进行现场总线系统设计和现场总线分析奠定一定的行现场总线系统设计和现场总线分析奠定一定的基础。基础。目 的背景与目的学什么?学什么?现场总线的概念、组成、特点、优点现场总线的概念、组成、特点、优点现场总线通信与网络基础知识现场总线通信与网络基础知识国际标准现场总线及其它主流现场总线协议国际标准现场总线及其它主流现场总线协议/规范规范现场总线节点设计以及现场总线系统应用技术基现场总线节点设计以及现场总线系统应用技术基础础内容怎么学?怎么学?理论与实践相结合理论与实践相结合理论理论3434学时学时实验实验4 4学时学时听课与自学相结合听课与自学相结合课程特点:知识点多、交叉性强课程特点
4、:知识点多、交叉性强课堂:基础、重点、难点课堂:基础、重点、难点自学:拓展知识面、接触其他具体现场总线自学:拓展知识面、接触其他具体现场总线方法 1.1 1.1 现场总线的概念现场总线的概念 1.2 1.2 现场总线系统的组成与体系结构现场总线系统的组成与体系结构 1.3 1.3 现场总线的技术特点及优点现场总线的技术特点及优点 1.4 1.4 现场总线应用领域现场总线应用领域 1.5 1.5 典型现场总线简介典型现场总线简介 什么是现场总线什么是现场总线 国际电工委员会制定的国际标准国际电工委员会制定的国际标准IEC61158IEC61158对现场总线(对现场总线(fieldbusfield
5、bus)的定义是:)的定义是: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的数字式、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的数字式、串行、多点通信的串行、多点通信的称为现场总线。称为现场总线。1.1 1.1 现场总线的概念现场总线的概念第第2 2版(版(Ed2.0Ed2.0)IEC61158-2IEC61158-2用于工业控制系统中用于工业控制系统中的 现 场 总 线 标 准的 现 场 总 线 标 准 第第 2 2 部 分:物 理 层 规 范部 分:物 理 层 规 范(Physical Layer SpecificationPhysical Layer Spe
6、cification)与服务定义)与服务定义(Server definitionServer definition)又进一步指出:)又进一步指出:现场总线是一种用于底层工业控制和测量设现场总线是一种用于底层工业控制和测量设备,如 变 送 器(备,如 变 送 器(t r a n s d u c e r st r a n s d u c e r s)、执 行 器)、执 行 器(actuatorsactuators)和本地控制器()和本地控制器(local controllerslocal controllers)之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。对现场
7、总线概念的理解和解释还存在一些不同的表述。对现场总线概念的理解和解释还存在一些不同的表述。现场总线一般是指一种用于连接现场设备,如传感器(现场总线一般是指一种用于连接现场设备,如传感器(sensorssensors)、)、执行器以及像执行器以及像PLCPLC、调节器(、调节器(regulatorsregulators)、驱动控制器等现场控制器的网)、驱动控制器等现场控制器的网络;络;对现场总线概念的不同的表述:对现场总线概念的不同的表述:现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统,也被称为开放
8、式、数字化、多点通信的底层控制网多节点数字通信的系统,也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络;络;对现场总线概念的不同的表述:对现场总线概念的不同的表述:现场总线是一种串行的数字数据通信链路,它沟通了生产过程领域的基现场总线是一种串行的数字数据通信链路,它沟通了生产过程领域的基本控制设备(现场设备)之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备本控制设备(现场设备)之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备(车间级设备)之间的联系;(车间级设备)之间的联系;对现场总线概念的不同的表述:对现场总线概念的不同的表述:现场总线是连接控制系统中现场装置的双向数字通信网络;现场总线是连接控制系统
9、中现场装置的双向数字通信网络;现场总线是从控制室连结到现场设备的双向全数字通信总线;现场总线是从控制室连结到现场设备的双向全数字通信总线;对现场总线概念的不同的表述:对现场总线概念的不同的表述:现场总线是用于过程自动化和制造自动化(最底层)的现场设备或现场仪表现场总线是用于过程自动化和制造自动化(最底层)的现场设备或现场仪表互连的现场数字通信网络,是现场通信网络与控制系统的集成;互连的现场数字通信网络,是现场通信网络与控制系统的集成;对现场总线概念的不同的表述:对现场总线概念的不同的表述:在自动化领域,在自动化领域,“现场总线现场总线”一词是指安装在现场一词是指安装在现场的计算机、控制器以及生
10、产设备等连接构成的网络;的计算机、控制器以及生产设备等连接构成的网络;现场总线是应用在生产现场、在测量控制设备之间现场总线是应用在生产现场、在测量控制设备之间实现工业数据通信、形成开放型测控网络的新技术,实现工业数据通信、形成开放型测控网络的新技术,是自动化领域的计算机局域网,是网络集成的测控系是自动化领域的计算机局域网,是网络集成的测控系统。统。现场总线一般应被看作是一个系统、一个网络或一个网现场总线一般应被看作是一个系统、一个网络或一个网络系统,它应用于现场测量和络系统,它应用于现场测量和/或控制目的,通常被称为或控制目的,通常被称为u 现场总线现场总线u 现场总线控制系统现场总线控制系统
11、FCSFCS(Fieldbus Control SystemFieldbus Control System)u 现场总线系统现场总线系统u 现场总线网络现场总线网络u 现场总线网络系统现场总线网络系统u 现场总线网络控制系统现场总线网络控制系统u 网络控制系统网络控制系统NCS NCS(Network Control SystemNetwork Control System)控制系统的发展过程 (1)初级控制系统 时间:20世纪50年代以前;特点:所用的设备主要是安装在生产现场、具有简单测控功能的基地式仪表,信号基本上都是在本仪表内起作用。此阶段的控制系统均简单、初级控制系统。(2)模拟仪表控
12、制系统 时间:60年代至70年代后期;特点:以电子管、晶体管、集成电路为核心的气动和电动单元组合式仪表两大系列,它们分别以压缩空气和直流电源作为动力,用于对防爆要求较高的化工生产和其他行业,防爆等级为本质安全型,在仪表内部实行电压并联传输,外部实行电流串联传输,以减小传输过程的干扰。(3 3)集中式数字控制系统)集中式数字控制系统 时间:时间:特点:特点:(4 4)集散控制系统()集散控制系统(DCSDCS)组成:组成:特点:特点:(5)现场总线控制系统(FCS)特点:把基于封闭、专用的解决方案变成了基于公开化、标准化的解决方案,即可以将来自不同厂商而遵守同一协议规范的自动化设备通过现场总线控
13、制系统把DCS集中与分散结合的集散系统结构变成了新型全分布式系统结构,把控制功能彻底下放到现场。远程传感器和执行机构控制器控制器工控机.远程传感器和执行机构控制器现场总线智能自治节点远程传感器和执行机构控制器控制器工控机.远程传感器和执行机构控制器现场总线智能自治节点控制器控制器工控机控制器控制器控制器控制器工控机.远程传感器和执行机构控制器控制器现场总线智能自治节点现场总线智能自治节点现场总线控制集散控制集中控制传统泵/阀控制系统结构示意图P&V 1P&V 2P&V 3P&V 4P&V 5良 工良 工良 工良 工良 工CPU大量的电缆和连接!I/O,AD/DA etc.Modules 现场总
14、线泵/阀控制系统结构示意图P&V 1P&V 2P&V 3P&V 4P&V 5良 工良 工良 工良 工良 工CPUDeviceNet 接口 只有一根电缆!Network Scanner 1.2.1 1.2.1 现场总线系统的组成现场总线系统的组成1.2.2 1.2.2 现场总线控制系统的体系结构现场总线控制系统的体系结构图1 现场总线系统的组成 硬件:硬件:u总线电缆,又称为通信线、通信介质(媒体总线电缆,又称为通信线、通信介质(媒体/媒介媒介/介体)。介体)。u连接在通信线上的设备称为总线设备,亦称为总线装置、节点(主节连接在通信线上的设备称为总线设备,亦称为总线装置、节点(主节点、从节点)、
15、站点(主站、从站)。点、从节点)、站点(主站、从站)。软件包括:软件包括:系统平台软件:为系统构建、运行以及为系统系统平台软件:为系统构建、运行以及为系统应用软件编程而提供环境、条件或工具的基础应用软件编程而提供环境、条件或工具的基础软件。包括组态工具软件、组态通信软件、监软件。包括组态工具软件、组态通信软件、监控组态软件和设备编程软件控组态软件和设备编程软件 。系统应用软件:为实现系统以及设备的各种功系统应用软件:为实现系统以及设备的各种功能而编写的软件,包括系统用户程序软件、设能而编写的软件,包括系统用户程序软件、设备接口通信软件和设备功能软件。备接口通信软件和设备功能软件。软件包括:软件
16、包括:u组态工具软件组态工具软件为用计算机进行设备配置、网络组态为用计算机进行设备配置、网络组态提供平台并按现场总线协议提供平台并按现场总线协议/规范(规范(ProtocolProtocolSpecificationSpecification)与组态通信软件交换信息的工具软件,)与组态通信软件交换信息的工具软件,如如RSNetWorx for DeviceNetRSNetWorx for DeviceNet、ControlNetControlNet、EtherNet/IP EtherNet/IP。u组态通信软件组态通信软件为计算机与总线设备进行通信,读取为计算机与总线设备进行通信,读取总线设备
17、参数或将总线设备配置、网络组态信息传送至总线设备参数或将总线设备配置、网络组态信息传送至总线设备而使用的软件,如总线设备而使用的软件,如RSLinx RSLinx。软件包括:软件包括:u监控组态软件监控组态软件运行于监控计算机运行于监控计算机(通常也称为上通常也称为上位机位机)上的软件,具有实时显示现场设备运行状态参上的软件,具有实时显示现场设备运行状态参数、故障报警信息,并进行数据记录、趋势图分析及数、故障报警信息,并进行数据记录、趋势图分析及报表打印等功能。监控组态软件可使用户通过简单形报表打印等功能。监控组态软件可使用户通过简单形象的组态工作即可实现系统的监控功能。监控组态软象的组态工作
18、即可实现系统的监控功能。监控组态软件亦称上位机监控组态软件,如件亦称上位机监控组态软件,如RSView32RSView32。软件包括:软件包括:u设备编程软件设备编程软件为系统应用软件提供编程环境的平台软件。当设备为系统应用软件提供编程环境的平台软件。当设备为控制器为控制器/PLC/PLC时,设备编程软件即为控制器编程软件,如时,设备编程软件即为控制器编程软件,如RSLogix500RSLogix500(用于(用于SLC500SLC500系列和系列和MLML系列控制器的系列控制器的3232位基于位基于WindowsWindows的梯形图逻辑编的梯形图逻辑编程软件)。程软件)。软件包括:软件包括
19、:u系统用户程序软件系统用户程序软件根据系统的工艺流程或功能及根据系统的工艺流程或功能及其他要求而编写的系统级的用户应用程序。该程序一其他要求而编写的系统级的用户应用程序。该程序一般运行于作为主站的控制器中或计算机中。般运行于作为主站的控制器中或计算机中。u设备接口通信软件设备接口通信软件根据现场总线协议根据现场总线协议/规范而编写规范而编写的用于总线设备之间通过总线电缆进行通信的软件。的用于总线设备之间通过总线电缆进行通信的软件。u设备功能软件设备功能软件使总线设备实现自身功能(不包括使总线设备实现自身功能(不包括现场总线通信部分)的软件。现场总线通信部分)的软件。离散量/模 拟 量输入/输
20、出设备指示灯:状态指示光电传感器:检测开关操作员接口:输入操作命令 阀和交流驱动器:执行器,输出设备 变送器(传感器):输入设备控制器:主站、从站 人机界面:输入/输出设备参数、命令、显示智能速度控制器:执行器 条形码识别器:输入设备控制、网关 上位机:监控与三层网络 相连远程访问路由设备 显示工作站 信息量减少图3 罗克韦尔推出的现场总线控制系统 图4 FF HSE 网络架构(体系结构)链接设备:核心网桥、网关时间发布链路调度器 31.25kbps 100Mbps 主机系统 以太网交换机 高速以太网 组态、监控 现场信息 控制信息 变送器传感器(输入设变送器传感器(输入设备)备);执行器(输
21、出设备)执行器(输出设备);控制器控制器;监控监视计算机;监控监视计算机;网桥网关网桥网关/中继器中继器/集线器集线器/交换机交换机/路由器(网络互联设备);路由器(网络互联设备);其他现场总线设备(其他现场总线设备(HMIHMI)。)。现场总线是当今现场总线是当今3C3C技术,即通信(技术,即通信(CommunicationCommunication)、)、计算机(计算机(ComputerComputer)、控制()、控制(ControlControl)技术发展的结)技术发展的结合点。合点。现场总线是过程控制技术、自动化仪表技术、计算机现场总线是过程控制技术、自动化仪表技术、计算机网络技术三
22、大技术发展的交汇点。网络技术三大技术发展的交汇点。现场总线是信息技术、网络技术的发展在控制领域的现场总线是信息技术、网络技术的发展在控制领域的体现。体现。现场总线是信息技术、网络技术发展到现场的结果。现场总线是信息技术、网络技术发展到现场的结果。现场总线在技术上的产生现场总线是自动化领域技术发展的热点之一,将对传统的工业自动化带来现场总线是自动化领域技术发展的热点之一,将对传统的工业自动化带来革命,从而开创工业自动化的新纪元。革命,从而开创工业自动化的新纪元。现场总线控制系统必将逐步取代传统的独立控制系统、集中采集控制系统现场总线控制系统必将逐步取代传统的独立控制系统、集中采集控制系统和集散控
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