通信技术第一章 工业现场网络通信技术的认知.pptx

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,工业现场网络通信技术应用,第一章工程技术分院工业现场网络通信技术的认知,1.1现场总线技术概述,现场总线技术的概念现场总线技术是指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、互联、串行和多节点的数字通信技术，是工业现场控制网络技术的代名词。

现场总线的产生与发展控制系统的发展

（1）基地式仪表数字控制系统

（2）模拟仪表控制系统（3）直接式数字控制系统（DirectDigitalControl,DDC）（4）集散控制系统（DistributedControlSystem，DCS）（5）现场总线控制系统（FieldbusControlSystem,FCS）,1.1现场总线技术概述,1.1.2现场总线的产生与发展2.现场总线对工业自动化系统的影响

（1）现场总线对自动控制的影响信号类型：

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的产品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。

（2）现场总线对自动化仪表的影响传送和测量精度提高。

仪表功能增强。

可远程设定或修改组态数据。

1.1现场总线技术概述,1.1.3现场总线的结构及特点1.现场总线的结构现场总线网络结构是按照国际标准化组织制定的开放系统互连OSI（OpenSystemInterconnection）考模型建立的。

OSI参考模型共分七层，即物理层、数据链路层、网络层、传送层、会话层、表示层和应用层，该标准规定了每一层的功能以及对上一层所提供的服务,ISO/OSI模型,现场总线通信模型,1.1现场总线技术概述1.1.3现场总线的结构及特点2.现场总线控制系统的结构形式,传统控制系统结构,现场总线控制系统示例,1.1现场总线技术概述,现场总线的结构及特点现场总线的特点开放性现场总线的开放性具有两个方面，一方面是其通信规约开放，也就是开发的开放性；另一方面是应用的开放性，互操作性和互用性现场总线的互操作性和互用性是指不同生产厂家的同类设备可以互相替换以实现设备的互用，现场设备的智能化与功能自治性现场总线系统中信号的测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能都是在现场设备中完成的，系统结构的高度分散性各控制单元高度分散、自成体系，有效简化了系统结构，提高了可靠性。

对现场环境的适应性现场总线是专为工业现场设计的，,1.1现场总线技术概述,常用的现场总线基金会现场总线（FF，FoundationFieldbus）基金会现场总线（FF，FoundationFieldbus）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FisherRosemount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WorldFIP协议。

FF的物理传输介质支持双绞线、光缆、同轴电缆和无线发射。

1.1现场总线技术概述,1.1.4常用的现场总线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。

DP型用于分散外设间的高速数据传输，适合于加工自动化领域的应用。

FMS意为现场信息规范，Profibus-FMS适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。

而PA型则是用于过程自动化的总线类型，它遵从IECll582标准。

1.1现场总线技术概述,1.1.4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。

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，只取OSI底层的物理层、数据链路层和顶层的应用层。

信号传输介质为双绞线。

通信速率最高可达1Mbps40m，直接传输距离最远可达10km5kbps。

可挂接设备数最多可达110个。

1.1现场总线技术概述,1.1.4常用的现场总线4.LonWorksLonWorks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。

它采用了ISOOSI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，其通信速率从300bps至15Mbps不等，直接通信距离可达2700m（78kbps，双绞线）。

支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质，并开发了相应的本质安全防爆产品，被誉为通用控制网络。

1.1现场总线技术概述,1.1.4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11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。

1.1现场总线技术概述,1.1.4常用的现场总线6.ModbusModbus协议是应用于电子控制器上的一种通用语言，从功能上可以认为是一种现场总线。

通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间可以进行通信。

使用Modbus总线，不同厂家的控制设备可以连成工业网络，以便进行集中监控。

Modbus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。

DeviceNet是由美国Rockwell公司在CAN基础上推出的一种低成本的通信链接，是一种低端网络系统。

它将基本工业设备连接到网络，从而避免了昂贵和繁琐的硬接线。

DeviceNet是一种简单的网络解决方案，在提供多供货商同类部件间的可互换性的同时，减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。

DeviceNet的直接互连性不仅改善了设备间的通信，而且同时提供了相当重要的设备级诊断功能。

1.1现场总线技术概述1.1.4常用的现场总线7.DeviceNet,1.2现场总线的通信基础,通信系统的组成,1.2现场总线的通信基础,通信的基本概念数据通信指的是依据通信协议、利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据技术，可以实现计算机之间、计算机与终端、终端与终端之间的数据信息传递。

数据与信息数据分为模拟量是和数字量信息两种，模拟量指在时间和幅值上连续变化的数据，如温度、压力、流量等信号；数字量信息是指时时间上离散的、幅值经过量化的数据。

数据是信息的载体，它是信息的表现形式，可以是数字、字符、符号等。

单独的数据并没有实际含义，但如果把数据按一定规则、形式组织起来，就可以传达某种意义，这种具有某种意义的数据的集合就是信息。

1.2现场总线的通信基础,1.2.1通信的基本概念2.数据的传输率数据传输率是衡量通信系统有效性的指标之一，是指单位时间内传送的数据量，常用比特率S和波特率B来表示。

比特率表示单位时间内传送的的二进制代码的有效位数（单位有每秒比特数（bit/s），每秒千比特数（Kbit/s）或每秒兆比特数（Mbit/s）等。

波特率是数据信号对载波的调制速率，用单位时间内载波调制状态的改变次数来表示，单位为波特，在数据传输过程中线路上每秒钟传送的波形个数就是波特率。

1.2现场总线的通信基础,通信的传输技术传输方式

（1）串行传输和并行传输串行传输。

串行传输数据的各个不同位分时使用同一条传输线,从低位开始一位接一位按顺序传送,数据有多少位就传送多少次。

多用于PLC与计算机之间,多台PLC之间的数据传送。

串行传输速度较慢但传输线少、连接简单,适合多位数据的长距离通信。

并行传输。

并行传输数据所在位同时传送,每个数据位都要一条单独的传输线。

并行传输一般用于PLC内部的各元件之间、主机与扩展模块或近距离智能模块之间的数据处理。

传输速度快，效率高,但若数据倍数较多、传送距离较远时，线路就会很复杂，成本高且干扰大，不适合远距离传送。

1.2现场总线的通信基础,通信的传输技术传输方式

（2）单向传送和双向传送串行通信按信息在设备间的传送方向可分为单工、半双工和全双工3种方式。

设备1,设备2,设备1,设备2,设备1,设备2,a）单工通信,c）全双工通信,b）半双工通信,1.2现场总线的通信基础,通信的传输技术传输方式（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。

异步通信信息以字符为单位进行传输,每个字符都有自己的起始位和停止位,每个字符中的各个位是同步的,它是靠发送信息时同时发出字符的开始和结束标志来实现的。

传送效率低主要用于中低速数据通信。

同步通信的数据传输是以数据块为单位的字符与字符之间、字符内部的位与位之间都是同步的。

在同步通信中发送方和接收方要保持完全同步，即要使用同一时钟频率。

传输效率高对硬件要求高，主要用于高速通信。

1.2现场总线的通信基础,1.2.2通信的传输技术2.接口标准及传输技术

（1）接口标准1）RS-232C通信接口。

RS-232C美国是电子协会EIA于1969年公布的标准化接口，RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示此接口标准修改的次数，它既是一种协议标准也是一种电气标准，规定通信设备之间信息交换的方式与功能。

RS-232C可使用9针或25针的D型连接器，简单的只需用三条接口线，即“发送数据TXD”、“接收数据RXD”和“信号地GND”。

1.2现场总线的通信基础,1.2.2通信的传输技术2.接口标准及传输技术2）RS-422A通信接口。

针对RS-232C的不足，EIA于1977年推出了串行接口RS-499，RS-422是RS-499的子集，它定义了RS-232C没有的10种电路功能，用37脚连接器，全双工的通信方式。

RS-422A采用差动发送、接收的工作方式，使用+5V电源，在通信速率、通信距离、抗干扰方面等都优于RS-232C，最大传输速率可达10Mbit/s，传输距离12-1200m。

1.2现场总线的通信基础,1.2.2通信的传输技术2.接口标准及传输技术3）RS-485通信接口。

RS-485是RS-422A的变形。

RS-422A是全双工通信，有两对平衡差分信号线，至少需要四根线用于发送和接收，RS-485为半双工通信，只有一对平衡差分信号线，不能同时发送和接收，最少时只需要两根线。

由于RS-485接口能用少的信号连线完成通信任务，并具有良好的抗噪声干扰性、高传输速率（10Mbit/s）、长传输距离（1200m）和多站功能（最多128个站）等优点，在工业控制中得到广泛的应用。

西门子S7系列PLC都采用RS-485通信口。

1.2现场总线的通信基础,1.2.2通信的传输技术2.接口标准及传输技术

（2）传输介质,传输介质的分类,1.2现场总线的通信基础,1.2.2通信的传输技术2.接口标准及传输技术

（2）传输介质,常用传输介质,1.2现场总线的通信基础,1.2.2通信的传输技术2.接口标准及传输技术

（2）传输介质1）双绞线是用金属导体来接收和传输通信信号，是最常见的一种传输介质，可分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线。

屏蔽双绞线有较强的屏蔽性能，所以也具有较好的电气性能。

但是屏蔽双绞线价格较贵。

非屏蔽双绞线的性能对普通企业的局域网影响不大，所以在企业局域网中通常采用非屏蔽双绞线。

2）同轴电缆。

经常使用的同轴电缆有两种，一种是50欧的，用于数字信号的传输，由于多用于基带传输，