工业网络第一章(概述)课件

工业网络第一章概述第一章工业网络概述计算机的发明是二十世纪最伟大的发明计算机技术是一种功能强大的技术，它可以拓宽人们所能接触的领域，并且还能从事那些费时但又缺乏创造性的工作。计算机技术允许大量的个性化定制，因此，用户可以拥有一个针对自己需求而优化的使用界面和工作环境。引言（1）：计算机技术的发展引言（2）：通信技术的发展随着二十世纪飞速发展的电子技术在通信领域中的应用，特别是计算机技术的应用，使通信技术呈现质的飞跃。计算机技术改变了一切。随着通信网络数字化的迅速发展，近几年以来，通信技术和计算机技术相互渗透的进程明显加快，出现了各种通信网和计算机网的集成 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，这种集成不但体现在技术方面，而且在业务上也已经广泛出现。二十世纪90年代以来，以因特网为代表的电信技术革命正在深刻地改变传统电信的概念和体系。三网合一（电信网、广播电视网和计算机网）在不远的将来即可普及。通信技术的发展同样在工业领域也得到同步发展。引言（3）：控制技术的发展第一章工业控制网络技术概述工业自动化的基本概念工业自动化是一门应用学科，它主要包括单机系统自动化、工业生产过程自动化和工业系统管理自动化等三个方面。企业自动化包括企业生产管理信息电子化、信息处理自动化以及网络化。现代工业企业自动化涉及到自动化技术、计算机技术、通信技术、先进制造技术和管理学等诸多学科。目前工业企业自动化系统主要呈现开放性、集散性、智能性和信息电子化与网络化的特点。从当前计算机技术和自动控制技术发展状况来看，高性能工业控制机系统、智能控制系统和基于网络系统的虚拟企业自动化系统将是未来工业企业自动化的重要发展方向。工业自动化技术的基本控制类型逻辑控制技术与系统运动控制技术与系统过程控制技术与系统先进控制技术逻辑控制技术与系统传统上将开关量控制归入逻辑控制典型的逻辑控制如：电动机的启动/停止电灯的开/关电动阀门的开通/关断按钮的接通/断开继电器的吸合/断开运动控制技术与系统传统上将电气传动控制归入运动控制典型的运动控制如：电动机的速度控制电灯的亮度控制电动阀门的开度控制位置控制过程控制技术与系统传统上将慢速连续量控制归入过程控制典型的过程控制如：温度控制压力控制流量控制液位控制先进控制技术上个世纪控制理论和控制技术取得了飞速发展，以状态空间、极大值原理和动态规划为核心的现代控制理论在航空、航天以及军事科学技术领域的应用取得了巨大成功。上述控制理论和方法要求精确的数学模型和复杂的数值计算，在工业过程控制中难以推广使用。自适应控制、自整定控制、专家控制、模糊控制、内模控制、模型预测控制、多变量解耦控制、鲁棒控制等现以在工业过程控制中获得了成功的应用。尤其是模型预测控制技术取得了极大成功，获得了很大的经济效益。预测控制几乎成了先进控制的代名词。所谓先进控制技术，一般来说是一种能满足生产过程比较复杂的被控对象的控制要求，在更高的层次上考虑对象的控制方法，通常是基于生产过程模型，特别是采用动态数学模型，依赖于计算机完成复杂控制算法，实现比较高级的控制策略。模拟仪表控制技术集中式数字控制技术（DDC）集散控制技术（DCS）现场总线控制技术（FCS）工业自动化技术的发展可分为以下四个阶段：工业自动化技术的发展历史模拟仪表控制系统各种物理量都采用指针式仪表来指示其数值。模拟仪表控制系统在20世纪六、七十年代以前占有主导地位。其显著缺点是：模拟信号精度低，易受干扰。集中式数字控制技术（DDC）集中式数字控制技术（DDC）（DirectDigitalControl)在20世纪七、八十年代占有主导地位。它采用单片机、可编程序逻辑控制器（PLC）或微机作为控制器。在控制器内部传输的是数字信号，克服了处理模拟信号的缺点，提高了控制系统的抗干扰能力。（随着计算机技术的发展而兴起）集中式系统的优点是易于根据全局情况进行控制计算和判断，在控制方式、控制时间的选择上可以统一调度和安排。不足之处：对控制器本身要求很高，必须具有足够的处理能力和极高的可靠性，当系统任务增加时，控制器的效率和可靠性将急剧下降。(控制集中，分险集中）集散控制系统（DCS）由于不同的DCS厂家为达到垄断目的而对其控制系统网络采用各自专用的封闭形式，故集散控制系统事实上是一种封闭专用的、不具有可互操作性的分布式控制系统，并且造价昂贵。集散控制系统（DCS）(DistributedControlSystem)在20世纪八九十年代占有主导地位。其核心思想是集中管理、分散控制，即管理与控制相分离，上位机用于集中监视管理功能，若干下位机分散下放到现场实现分布式控制，上下位机之间用控制网络互连以实现相互之间的信息传递。这种分布式的控制体系结构有力地克服了集中式数字控制系统中对控制器处理能力和可靠性要求高的缺陷。（管理集中，分险分散）现场总线控制系统（FCS）这种开放的、具有可互操作性的网络将现场各控制器以及仪表设备互连，构成现场总线控制系统，控制功能彻底下放到现场，降低了系统安装成本和维护费用。现场总线控制系统（FieldbusControlSystem)在20世纪八十年代中期开始发展并应用于工业领域。现场总线把通用或专用的微处理器置入传统的测量控制仪表，使之具有数字计算和数字通信能力，采用一定的介质（例如双绞线、同轴电缆、光纤、无线、红外等）作为通信总线，按照公开、 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 的通信 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 ，在位于现场的多个设备间以及现场设备与远程监控计算机之间实现数据传输和信息交换，形成各种适应实际需要的自动化控制系统。FCS实质上是一种开放的、具有可互操作性的、彻底分散的分布式控制系统。工业自动化系统的比较自动化技术的过去Yesterday计算机人机界面集中式过程PLC控制分布式加工逻辑自动化技术的现在、将来集成第一章工业控制网络技术概述工业自动化系统的组成工业控制计算机工业自动控制系统组件工业控制软件工业控制网络工业控制计算机工业控制计算机经过特种设计用于工业环境，一般具有坚固、防震、防尘、防水、使用寿命长等特点。简称工控机专用计算机工业控制装置工业自动化控制软件品种多样功能强大紧密互琐易使用全集成 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化工业监控软件工业监控组态软件就是利用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先的设置，自动执行特定任务，以满足使用者的要求。也就是说，监控组态软件要具有组态功能，面向数据监控和数据采集，能生成目标应用系统的应用软件。一般地，监控组态软件要具有如下功能：绘图功能动画功能编辑功能身份校验功能实时/历史曲线功能高级控制嵌入功能通信接口功能Web发布功能报表功能报警功能工业控制软件工业控制网络工业自动化技术的发展趋势分层网络化控制集成化管控一体化控制集成化分层网络化工业以太网现场总线现场总线管控一体化工厂管理级现场级过程自动化公司管理级企业信息系统第一章工业控制网络技术概述引言：信息孤岛第一，由于历史原因，在一个制造业企业中往往同时使用多个供应商的产品，甚至还有企业自主开发的产品；第二，目前还没有一个供应商的解决方案能够涵盖企业所有流程；第三，出于商业目的，供应商往往不愿意完全公开自身产品数据文件和数据库结构；第四，企业在兼并、收购的过程中面临着不同信息系统的集成问题。因此，制造业企业普遍存在信息孤岛，许多系统之间不能集成，造成大量的信息需要重复录入，大大降低了信息系统的使用效率，严重制约了企业信息系统整体效力的发挥。可以说，信息孤岛已成为制约制造业信息化向纵深发展的致命问题。如果企业不能真正解决信息孤岛问题，信息化建设就很难成功。因此，制造业企业十分关注如何消除已有信息孤岛，实现信息集成，避免产生新的信息孤岛等问题。工业控制网络技术——现场总线技术现代工业自动化的三大支柱CAD/CAM工业机器人PLC及其网络化控制系统CAD/CAM计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工艺规划(CAPP)、计算机辅助工程(CAE)和计算机辅助制造(CAM)等计算机辅助技术极大地提高了工程师的产品设计和开发能力。90年代波音777的设计及制造过程就是一个典型例子。从中可以看出：信息时代的企业变革也是技术与管理的紧密结合。工业机器人每五年就推出一批工业机器人新机型，开辟一些新的应用领域。世界工业机器人的数目每年都在增长。当今工业机器人技术的发展：感觉功能控制智能化移动功能的智能化系统应用集成化微型化现场总线的定义现场总线的定义：（根据国际电工委员会IEC61158）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装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。现场总线按传输数据的大小可分为三类：1.传感器总线（SensorBus）,其数据宽度为位（bit）；2.设备总线（DeviceBus），其数据宽度为字节（Byte）；3.数据流现场总线，其数据宽度为块（Block）。MAP，TOPMAP(ManufacturingAutomationProtocol)制造自动化协议是20世纪80年代初由GM公司提出的适合于工业生产的开放式通信系统，是用于制造自动化局域网系统。MAP以ISO/OSI参考模型为基础的宽带LAN，符合IEEE802.4标准，其介质访问控制方式是令牌总线。宽带可以集成不同的应用，但满足七层功能降低通信流量，不具备实时性。为此提出简化的模型：Mini-MAPTOP(TechnicalandOfficeProtocol)是波音公司在1984年在CSMA/CD基础上开发形成的适于办公自动化的协议规范。其基本思想是以现有的标准为规范，与MAP兼容。现场总线的发展背景随着微处理器与计算机功能的增强和价格的降低，计算机网络系统的迅速发展，以前生产过程底层的测控自动化系统所采用一对一连线，用电压、电流模拟信号进行测量和控制，难以实现设备与设备之间以及系统与外界之间的信息交换，使自动化系统成为“信息孤岛”。要实现整个企业的信息集成和综合自动化，就必须设计出一种能在工业现场环境运行的、性能可靠的、造价低廉的通信系统，形成现场的底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层设备之间以及生产现场与外界之间的信息交换。现场总线就是在这种实际需要的驱动下应运而生的。现场总线控制系统是一个以智能传感器、自动控制、计算机、通信、网络等技术为主要内容的多学科交叉的新兴技术，在过程自动化、制造自动化、楼宇自动化、交通、电力等领域都有广泛的应用，被誉为21世纪最有希望的自动化技术。现场总线技术的现状多种总线共存；每种总线都力图拓展其应用领域，扩张其势力范围；大多数总线都成立了相应的国际组织；每种总线都以一个或几个大型国际跨国公司为背景；大多数自动化设备制造商都积极参加不止一个总线组织；每种总线大多将自己作为国家或地区标准；在激烈的竞争中出现了协调共存的前景；以太网的引入成为新的热点。现场总线技术的主要特点现场总线的技术特点数字化的信号传输；系统的开放性；系统的互可操作性与互用性；现场设备的智能化与功能自治化；系统结构的高度分散性；对现场环境的适应性。现场总线的优点节省系统硬件数量与投资节省系统安装费用节省系统维护开销用户具有高度系统集成主动权系统具有高的准确性与可靠性现场总线的国际标准基金会现场总线（FoundationFieldbus）ControlNET（美国Rockwell公司支持）Profibus（ProcessFieldBus）P-Net（丹麦ProcessData公司支持）FFHSE（美国FishRosemount支持）SwiftNet（美国波音公司支持）WorldPIF（法国Alstom公司支持）Interbus（德国PhoenixContact公司支持）以上八种现场总线于2000年1月4日由IEC公布FF（基金会现场总线）LonWork技术与LON总线PROFIBUSCAN（控制器局域网）HART协议基金会现场总线FFFoundationFieldbus该基金会的技术目标不仅仅是信号的传输，而是新一代控制系统的结构，其宗旨是促进产生一个单一的国际现场总线标准。FF的体系结构参照ISO/OSI模型，由物理层、数据链路层、应用层和用户层组成。由于在应用层上增加了一个内容广泛的用户层，就可以实现设备的互操作性和可互换性，而且可以做到即插即用。FF现场总线分低速H1总线和高速HSE总线。低速H1总线速率为31.25kbps，距离为1900米，可挂2～32台设备；高速HSE总线速率为1Mbps、2.5Mbps，距离750米、500米，可挂2～12台设备。低速H1总线适用于过程控制；高速HSE总线适用于先进制造技术。FF的协议模型物理层层管理数据链路层层管理未使用总线访问子层信息规范子层VCRs层管理层管理系统管理内核功能块应用进程网络管理代理ControlNETControlNet现场总线是一种具有高速、高度确定性和可重复性网络。特别适用于对时间有苛刻要求的复杂应用场合。ControlNet将总线上传输的信息分为两类：一是对时间有苛刻要求的控制信息和I/O数据，它拥有最高的优先权，以保证不受其他信息的干扰，并具有确定性和可重复性；二是无时间苛求的信息发送和程序上/下载，他们被授予较低的优先权，在保证第一类信息传输的条件下进行传送。ControlNet采用一种新的通信模式，即生产者/客户模式，该模式允许网络上所有节点同时从单个数据源存取相同的数据，同时增强了系统的功能，提高了效率和实现精确的同步。ControlNet支持主从通信、多主通信、对等通信或这些通信的任意混合形式，对输入数据和对等通行数据实行多信道广播。PROFIBUSPROFIBUS是ProcessFieldBus的简称。PROFIBUS有三种类型，即：PROFIBUS现场总线也是基于OSI参考模型，采用了其中的物理层、数据链路层、应用层。PROFIBUS支持主从方式、纯主方式、多主多从通信方式。主站对总线具有控制权，主站间通过传递令牌来传递对总线的控制权。取得控制权的主站，可以向从站发送、获得信息。PROFIBUS适用于制造自动化、过程自动化等领域。1.PROFIBUS–DP（分布式外围设备）3.PROFIBUS–FMS（现场总线报文规范）2.PROFIBUS–PA（过程自动化）PROFIBUS的协议模型用户接口层工业控制网络企业信息系统企业信息系统P-NetP-Net采用了ISO/OSI参考模型的物理层、数据链路层、网络层和应用层。P-Net是一种多主控器主从式总线（每段最多可容纳32个主控制器），使用屏蔽双绞线电缆，传输距离1200米，采用NRZ编码异步传输，数据传输速率为76.8kbp/s。P-Net总线访问采用“虚拟令牌传递”方式，即通过主站中的访问计数器和空闲总线位周期计数器，确定令牌的持有者和持有令牌的时间。此法节省主站的处理时间，且无需总线仲裁。P-Net主要应用于农业、水产、饲养、林业、食品等行业。SwiftNetSwiftNet主要用于航空航天领域，是一种结构简单、实时性高的总线，它的ISO/OSI参考模型仅有物理层和数据链路层，没有定义应用层。SwiftNet有着很高的扫描频率，是一种同步现场总线。SwiftNet将总线上所有节点的局域时间锁定，以实现报警同步，并可杜绝差拍所引起的伪信号。总线时间同步也将有效减少随机因素对总线的影响。SwiftNet允许模拟I/O和离散I/O以非常高速度共享一条总线（在数据传输速率为5Mbps时，每秒传送100,000个不同的报文）。WorldFIPWorldFIP产品在法国有很大市场，广泛用于发电与输配电、制造自动化、铁路运输、地铁等自动化领域。是一种结构简单、实时性高的总线，它的ISO/OSI参考模型仅有物理层和数据链路层，没有定义应用层。WorldFIP是一种开放的系统，其特点是具有单一的总线结构来适应不同应用领域的需求，而且没有任何网桥或网关。低速与高速部分的衔接用软件的办法来解决。不同的应用领域采用不同的总线速率：过程控制采用31.25kbps，制造业为1Mbps，驱动控制为1～5Mbps。采用总线仲裁器和优先级来管理总线上的信息。InterbusInterbus采用ISO/OSI参考模型中的物理层、数据链路层和应用层。可分为远程网络和本地网络，两种网络传送相同的信号，但电平不同。远程网络用于远距离传送，采用全双工方式，速率500kbps。本地总线网络连接到远程网络上。网络上的总线终端BT上的BK模块负责将远程网络数据转换为本地网络数据。Interbus采用整体帧协议方式传输循环过程数据和非循环数据，共有16个二进制过程数据同时被集成在循环协议中，应用层服务只对主站有效。用于实现实时数据交换、变量访问、程序调用和12个相关服务。Interbus的应用主要在汽车制造、机械制造、水处理、隧道交通、食品、轻工、烟草、印刷等行业。LonWorks技术与LON总线Lonwork的通信协议LonTalk遵循ISO/OSI参考模型，提供了OSI所定义的全部7层服务，这是现场总线中唯一提供全部服务的。Lonwork的核心是神经元芯片，内含3个8位的CPU：第一个为介质访问控制处理器，处理LonTalk协议的第1层和第2层；第二个CPU为网络处理器，实现LonTalk协议的第3层至第6层；第三个CPU为应用处理器，实现LonTalk协议的第7层，执行用户编写的代码及用户代码所调用的操作系统服务。Lonwork不仅支持多种传输介质（双绞线、电力线、光纤等），而且支持多种拓扑结构，组网形式灵活。控制器局域网CANCAN是（控制器局域网络）的简称。这是一种支持分布式实时控制的串行数据总线，最初用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信协议。CAN协议也是按照OSI参考模型，但进行了优化，采用了其中的物理层、数据链路层，提供了实时性。CAN总线节点由优先级设定，支持点对点、一点对多点、广播模式通信，各节点可以随时发送消息。CAN的传输介质为双绞线，通信速率与总线长度有关。CAN总线采用短帧报文，抗干扰能力强、可靠性高，比较适合于开关量控制。HART协议HART是（HighwayAddressableRemoteTransducer）的缩写。这种被称为可寻址远程传感器高速通道的开放式通信协议，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较快发展。HART协议规定了一系列命令，按命令方式工作。采用统一的设备描述语言DDL。现场设备开发商采用这种标准语言来描述设备特性，由HART基金会负责登记管理这些设备描述并把它们编为设备描述字典，主设备用DDL技术来理解这些设备的特性参数而不必为这些设备开发专用接口。HART能利用总线供电，可满足本安防暴要求。现场总线的物理层现场总线的数据链路层数据链路层用于构成逻辑信道的一段点对点式的数据通信。主要完成以下任务：为上层提供服务数据成帧差错控制流量控制现场总线的应用层现场总线的发展趋势向全面数字化、网络化控制系统方向发展现场总线的网络结构向简单化方向发展大量采用成熟的、开放的、通用的技术现场总线向统一的国际标准方向发展向全面数字化、网络化方向发展这体现在位于现场的传感器/执行器一级也全部实现数字化、智能化，它们彼此之间以及与控制器之间通过现场总线构成工业现场的局域网络，进而连接到上层控制网、管理网甚至互连网，形成一个无所不在的网络系统，信息可以在现场、车间、工厂、公司总部之间自由流动。网络结构向简单化方向发展早期的MAP模型有7层组成，现在Rockwell提出了3层结构自动化，Fisher-Rosemount公司提出了2层自动化，还有的公司甚至提出1层结构，由以太网一通到底。目前比较达成共识的是3层设备、2层网络的3+2结构：底层现场设备如传感器/执行器以及各种分布式I/O设备等；中间的控制设备如PLC、工业控制计算机、专用控制器等；上层操作设备如操作站、工程师站、数据服务器、一般工作站等。2层网络是现场设备与控制设备之间的控制网；控制设备与操作设备之间的管理网。采用成熟、开放、通用的技术在管理网的通信协议上，越来越多的企业采用最流行的TCP/IP协议加以太网，操作设备一般采用工业控制计算机甚至普通计算机，控制设备一般采用标准的PLC或者是工业控制计算机等，而控制网络就是各种现场总线的应用领域。向统一的国际标准方向发展从目前情况来看，市场和技术发展需要统一标准的现场总线。实践证明统一的超级VCD标准解决了CVCD和SVCD之争，带来了市场的繁荣。同样，统一的TCP/IP协议使得因特网高速发展‥‥‥为了加速新一代控制系统的发展，人们开始寻求新的出路——工业以太网。过去人们一直认为，以太网不适合用于可靠性与实时性要求很高的工业自动化控制领域，但随着网络技术发展，以太网基本上解决了在工业中应用的问题。不少厂商正在努力使以太网技术进入工业自动化领域。本章小结现场总线控制系统（FCS）技术是20世纪80年代中期在国际上发展起来的一种崭新的工业控制技术。现场总线控制系统（FCS）的出现引起了传统的PLC和DCS控制系统基本结构的革命性变化。现场总线控制系统技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制 单元 初级会计实务单元训练题天津单元检测卷六年级下册数学单元教学设计框架单元教学设计的基本步骤主题单元教学设计 的分布更趋合理。更重要的是从原来的面向设备选择控制和通信设备转变为基于网络选择设备。现场总线控制系统技术已成为工业控制领域中的一个热点。现场总线的统一标准化工作还十分艰巨。目前是多种现场总线既相互竞争又相互并存。统一的现场总线标准——（可能是）工业以太网络。思考题⑴现代工业自动化技术的基础？⑵工业控制的基本类型？⑶自动化技术的应用领域？⑷工业自动化系统中工控机的作用？⑸工业自动化系统中自动化系统组件的作用？⑹工业自动化系统中控制软件的作用？⑺工业自动化系统中控制网络的作用？⑻何谓现场总线？⑼现场总线的特点？⑽现场总线的优点？⑾现场总线技术的发展趋势？