第七章 控制网络技术-2.ppt

计算机控制技术第七章 控制网络技术(二) 回 顾 网络的基本概念 网络体系结构－OSI/RM TCP/IP模型 OSI模型的各层功能 信息网和控制网的比较 工业控制网络发展的趋势与要求： 工业网络体系的原则———开放性； 工业控制的方向———与INTERNET集成； 高性能工业网络的要求———更高的带宽； 新的工业网络体系。而目前发展起来的现场总线技术和以太网技术是现在工业控制网络的焦点问题，它们的相互结合，可以为工业控制网络产生新的活力。 7.2.1 现场总线技术简介 IEC（International Electrotechnical Commission，国际电工技术委员会）将现场总线（Fieldbus）定义为：安装在制造或过程区域的现场装置之间、以及现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、双向和多点通信的数据总线。以现场总线为基础发展的全数字控制系统称为FCS。 现场总线的发展过程 诞生： 1983年Honeywell公司率先推出数字信号4－20mA的差分信号驱动器，在该直流信号上叠加了数字信号，可以视为现场总线的诞生，此后，Rosemount公司提出HART数字通信协议，然后个大公司纷纷出台自己的标准，到1994年，形成几个主流现场总线标准。 群雄并起： 德国标准－Profibus 法国标准－FIP 课交互系统机构标准－ISP 控制局域网标准－CANbus 两强争霸 两大现场总线组织－ISP、WorldFIP 仪器仪表的发展过程 全模拟式仪表、 智能仪表、 具有通信功能的智能仪表、 现场总线仪表 ①全模拟式仪表是将传感器信号进行调理放大后，经过V/I转换电路，输出4~20mA或0~5V的模拟信号。 ②智能仪表是将微处理器应用到仪器仪表中。 过程变量经调理放大、采样和ADC变为数字信号，经过微处理器的运算和补偿等处理后，再通过DAC、V/I转换等电路，仍以4~20mA或0~5V模拟信号输出。 智能仪表与全模拟仪表相比，测量精度大大提高，但信号传输过程仍容易受外界电磁干扰，传输精度和可靠性不高。 ③ 基于RS-232C/RS-485等通信接口的具有通信功能的智能仪表 ④ 现场总线的目标是统一不同网络的通信标准 现场总线体系结构 ①物理层：规定了现场总线的传输介质、传输速率、每条线路可接仪表数量、最大传输距离、电源、连接方式以及信号类型等。 ②数据链路层：规定了物理层和应用层间的接口，其中包括数据结构、传输差错控制、多主站使用的规范化等。该层通过帧数据检验保证信息传输的正确性和完整性。 ③应用层：向用户提供了一个简单的接口，定义了读、写、解释或执行一个信息或一条命令的方法，其中很大部分是定义信息的语法。此外，应用层还定义了信息传输的方式，如周期式、立即响应式、一次性方式以及使用者请求方式等。 ④用户层：定义了过程控制的基本内容。其中，包括现场总线内部信息的存取方法以及信息在网内同一节点或不同节点间的传送方法。现场总线结构的基础是功能块，由各功能块完成数据采集、控制或输出。每个功能块都包含一个算法功能和运算中所需的数据库以及由用户定义的该功能块的唯一标识符。 现场总线的特点 ①系统的开放性。 ②互可操作性与互用性。 ③现场设备的智能化与功能自治性。 ④系统结构的高度分布性。 现场总线系统具有节省硬件数量，节省安装费用与维护开销，用户具有高度的系统集成主动权，并且系统设计简单，重构容易，系统的控制精度高、抗干扰能力强、可靠性高，可满足本质安全防爆要求等优点。 现场总线设备的优点 现场总线及相关技术使测控设备具备了数字计算和数字通信的能力，提高了信号的测量、传输和控制精度，提高了系统及设备的功能和性能。 它的关键标志是能支持双向多节点、总线式的全数字通讯，具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全、造价低廉、维护成本低等特点。 基于现场总线技术的自动控制系统主要优点： 基于现场总线的自动控制系统增强了现场级信息集成能力，集现场设备的远程控制、参数化及故障诊断为一体。 现场总线是计算机网络通信向现场级的延伸，是实现工厂底层信息集成的关键技术,是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。 系统可靠性高、可维护性好。基于现场总线的自动控制系统采用总线连接方式替代一对一的I/O 连线, 对于大规模系统来说I/O减少了由接线点造成的不可靠因素。 现场总线技术采用数字化通信取代模拟信号，只用一条通信电缆就可以使控制器与现场智能设备(智能化、带有串行通信接口之间相互连接) 使用数字化通信完成底层设备通信及控制要求。 系统具有开放性、互操作性、互换性、可集成性不同厂家产品只要使用同一总线标准! 就具有互操作性、互换性! 因此设备具有很好的可集成性。 主流现场总线 CAN（Contr