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1、 第 五 章 現(xiàn) 場 總 線 控 制 系 統(tǒng) 第 一 節(jié) 概 述一 、 單 元 組 合 儀 表 控 制 系 統(tǒng) 、 DCS與 現(xiàn) 場 總線 控 制 系 統(tǒng) 1.單 元 組 合 儀 表 控 制 系 統(tǒng) 1） 采 用 模 擬 信 號 傳 輸 ； 2） 現(xiàn) 場 至 控 制 室 為 1： 1連 接 方 式 （ 每 臺 儀 表均 需 一 對 導 線 ） ； 3） 組 成 各 種 控 制 系 統(tǒng) 時 ， 各 儀 表 之 間 均 采 用直 接 接 線 。 （ 分 散 控 制 系 統(tǒng) ） 1） 現(xiàn) 場 至 控 制 室 為 1： 1連 接 方 式 （ 每 臺 儀 表均 需 一 對 導 線 ） ； 2） 室 內(nèi)

2、控 制 裝 置 采 用 站 式 結(jié) 構(gòu) ， 各 站 之 間 采用 網(wǎng) 絡 連 接 方 式 ； 3） 組 成 各 種 控 制 系 統(tǒng) 時 ， 采 用 軟 連 接 方 式 （功 能 組 態(tài) ） 。 特 點 ： 模 擬 數(shù) 字 混 合 系 統(tǒng) 集 中 操 作 有 限 度 的 分 散 控 制 組 態(tài) 式 的 控 制 功 能 組 成 3.現(xiàn) 場 總 線 控 制 系 統(tǒng) （ FCS） 1） 產(chǎn) 生 背 景 綜 合 自 動 化 系 統(tǒng) 發(fā) 展 的 需 要 現(xiàn) 場 智 能 儀 表 的 出 現(xiàn) 為 其 奠 定 了 基 礎(chǔ) 現(xiàn) 代 通 信 技 術(shù) 的 發(fā) 展 提 供 了 技 術(shù) 保 障 2） 現(xiàn) 場 總 線 （

3、Fieldbus） 連 接 智 能 現(xiàn) 場 裝 置 和 自 動 化 系 統(tǒng) 的 數(shù) 字 式、 雙 向 傳 輸 、 多 分 支 結(jié) 構(gòu) 的 通 信 網(wǎng) 絡 。 3） 現(xiàn) 場 總 線 控 制 系 統(tǒng) （ Fieldbus Control System， FCS） 采 用 現(xiàn) 場 總 線 技 術(shù) 實 現(xiàn) 的 控 制 系 統(tǒng) 。 二 、 現(xiàn) 場 總 線 的 技 術(shù) 特 點 1、 系 統(tǒng) 的 開 放 性 總 線 標 準 及 通 信 協(xié) 議 均 為 公 共 開 放 的 。 2、 互 可 操 作 性 與 互 換 性 可 實 現(xiàn) 總 線 設 備 間 的 信 息 交 換 ， 以 及 遵 循 同 一 總 線標 準

4、 的 各 廠 家 的 產(chǎn) 品 可 集 合 在 一 起 使 用 。 3、 現(xiàn) 場 儀 表 的 功 能 自 治 性 現(xiàn) 場 儀 表 均 為 智 能 儀 表 ， 一 般 處 理 功 能 可 在 現(xiàn) 場 儀表 內(nèi) 完 成 ， 如 補 償 、 線 性 化 、 標 度 變 換 等 。 4、 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 的 高 度 分 散 性 可 實 現(xiàn) 回 路 控 制 的 徹 底 分 散 ， 提 高 了 系 統(tǒng) 可 靠 性 。 5、 對 現(xiàn) 場 環(huán) 境 的 適 應 性 專 為 現(xiàn) 場 環(huán) 境 設 計 的 現(xiàn) 場 總 線 系 統(tǒng) 具 有 較 強 的 抗 干 擾 能 力 ， 而 且 有 本 質(zhì) 安 全 防 爆 產(chǎn) 品 。

5、 三 、 現(xiàn) 場 總 線 國 際 標 準 簡 介 現(xiàn) 場 總 線 技 術(shù) 在 歷 經(jīng) 了 群 雄 并 起 ， 分 散 割 據(jù)的 初 始 階 段 后 ， 盡 管 已 有 一 定 范 圍 的 磋 商 合 并 ，但 由 于 行 業(yè) 與 地 域 發(fā) 展 等 歷 史 原 因 ， 加 上 各 公 司和 企 業(yè) 集 團 受 自 身 利 益 的 驅(qū) 使 ， 致 使 現(xiàn) 場 總 線 的國 際 化 標 準 工 作 進 展 緩 慢 ， 至 今 尚 未 形 成 完 整 統(tǒng)一 的 國 際 標 準 。 從 1985年 籌 備 成 立 IEC現(xiàn) 場 總 線 標 準 工 作 組 開始 標 準 起 草 制 定 工 作 ， 到

6、1997年 制 定 了 一 些 協(xié) 議規(guī) 范 （ IEC61158） ， 并 作 為 FDIS標 準 發(fā) 布 。 1998年 對 IEC 61158 FDIS草 案 投 票 未 獲 通 過， 故 于 1999年 初 以 技 術(shù) 規(guī) 范 的 形 式 發(fā) 布 IEC6115第 一 版 現(xiàn) 場 總 線 標 準 。 第 一 版 標 準 (技 術(shù) 規(guī) 范 ） 中 ， 只 有 一 種 標 準即 后 來 的 Type1（ 以 FF-H1和 FF-H2為 主 ） 。 隨 后 根 據(jù) 各 國 或 組 織 的 意 見 進 行 修 改 ， 于2000年 初 通 過 了 經(jīng) 修 改 后 的 IEC61158， 即IE

7、C61158 第 二 版 。 該 版 保 留 了 Type1,并 增 加了 七 種 現(xiàn) 場 總 線 標 準 （ Type2 Type8） 。 為 了 反 映 現(xiàn) 場 總 線 與 工 業(yè) 以 太 網(wǎng) 技 術(shù) 的 最 新發(fā) 展 , 又 對 IEC61158 第 二 版 標 準 進 行 了 擴 充 和修 訂 。 新 版 標 準 規(guī) 定 了 10 種 類 型 現(xiàn) 場 總 線 , 除原 有 的 8種 類 型 , 還 增 加 了 Type9 和 Type10 現(xiàn)場 總 線 。 2003 年 4月 , IEC61158 Ed. 3 現(xiàn) 場 總線 第 三 版 正 式 成 為 國 際 標 準 。 2007年 發(fā)

8、 布 了 IEC61158第 四 版 中 ， 共 有 20種現(xiàn) 場 總 線 標 準 進 入 該 標 準 。 其 中 包 括 我 國 的 EPA標 準 （ Type14） 。 Type1Type10 Type1： IEC61158 技 術(shù) 報 告 。 由 于 該 總 線 主 要依 據(jù) FF現(xiàn) 場 總 線 和 部 分 吸 收 WorldFIP現(xiàn) 場 總 線技 術(shù) 制 定 的 ,所 以 經(jīng) 常 被 理 解 為 FF現(xiàn) 場 總 線 。 包括 H1、 H2總 線 。 Type2： 由 以 美 國 Rockwell公 司 為 代 表 支 持 的 CI（ ControlNet International)組

9、 織 制 定 ， 包 括DeviceNet、 ControlNet現(xiàn) 場 總 線 和 Ethernet / IP實 時 以 太 網(wǎng) 。 Type3： 即 Profibus， 由 以 西 門 子 公 司 為 代 表的 德 國 多 家 公 司 及 研 究 單 位 制 定 ， 得 到 了 PNO（ Profibus National Organization） 用 戶 組織 的 支 持 ， 并 被 定 為 歐 洲 標 準 。 Type4: 即 P-NET， 由 丹 麥 Process Data支 持， 主 要 用 于 啤 酒 、 食 品 、 農(nóng) 業(yè) 和 飼 料 業(yè) 。 Type5： 即 FF-HSE

10、（ 高 速 以 太 網(wǎng) ） ， 由 IEC制定 ， 用 于 替 代 FF-H2。 Type6： 即 SwiftNet， 由 美 國 SHIP STAR協(xié) 會制 定 ， 得 到 波 音 公 司 支 持 ， 主 要 用 于 航 空 和 航天 業(yè) 。 Type6 SwiftNet現(xiàn) 場 總 線 由 于 市 場 推 廣應 用 很 不 理 想 ， 在 第 四 版 標 準 中 被 撤 消 。 Type7： 即 WorldFIP， 由 法 國 Alstom為 代 表的 WorldFIP協(xié) 會 制 定 ， 主 要 用 于 發(fā) 電 、 輸 配電 、 加 工 自 動 化 、 運 輸 等 行 業(yè) 。 Type8：

11、即 Interbus， 由 德 國 Phoenix Contact制 定 ， 得 到 了 Interbus Club組 織 的 支持 ， 主 要 用 于 機 器 加 工 及 制 造 業(yè) 。 Type9： 即 FF-H1， 由 現(xiàn) 場 總 線 基 金 會 （ FF）負 責 制 定 ， 主 要 用 于 過 程 自 動 化 。 Type10： 即 Profinet， 該 標 準 源 自 Profibus現(xiàn)場 總 線 國 際 組 織 （ PI） 的 總 線 標 準 ， 后 由 PNO組 織 進 一 步 規(guī) 范 及 確 認 。 Profinet建 立 在Ethernet TCP/IP基 礎(chǔ) 上 ， 經(jīng)

12、優(yōu) 化 后 的 通 信 機制 可 以 滿 足 實 時 通 信 要 求 。 IEC61158第 四 版 中 列 出 的 20種 現(xiàn) 場 總 線 標 準： Type1 TS61158現(xiàn) 場 總 線 Type2 CIP現(xiàn) 場 總 線 Type3 Profibus現(xiàn) 場 總 線 Type4 P2NET現(xiàn) 場 總 線 Type5 FF HSE高 速 以 太 網(wǎng) Type6 SwiftNet被 撤 消 Type7 WorldFIP現(xiàn) 場 總 線 Type8 INTERBUS現(xiàn) 場 總 線 Type9 FF H1 現(xiàn) 場 總 線 Type10 PROFINET實 時 以 太 網(wǎng) Type11 TCnet實

13、時 以 太 網(wǎng) Type12 EtherCAT實 時 以 太 網(wǎng) Type13 Ethernet Powerlink實 時 以 太 網(wǎng) Type14 EPA實 時 以 太 網(wǎng) Type15 Modbus2 RTPS實 時 以 太 網(wǎng) Type16 SERCOS 、 現(xiàn) 場 總 線 Type17 VNET/ IP實 時 以 太 網(wǎng) Type18 CC-Link現(xiàn) 場 總 線 Type19 SERCOS 實 時 以 太 網(wǎng) Type20 HART現(xiàn) 場 總 線 第 二 節(jié) 典 型 現(xiàn) 場 總 線 簡 介一 、 FF總 線 （ Foundation Fieldbus 基 金 會 現(xiàn) 場 總 線 ）

14、前 身 為 美 國 Fisher-Rosemount公 司 為 首 ， 聯(lián) 合Foxboro、 ABB、 Siemens、 Smart等 80多 家 公 司制 定 的 ISP協(xié) 議 和 以 Honrywell公 司 為 首 ， 聯(lián) 合Allen-Bradley、 Bailey等 150多 家 公 司 的 World FIP協(xié) 議 。 1994年 兩 大 集 團 一 起 成 立 現(xiàn) 場 總 線 基 金 會 ， 致力 于 開 發(fā) 國 際 上 統(tǒng) 一 現(xiàn) 場 總 線 標 準 。 主 要 應 用 于 自動 化 系 統(tǒng) ， 特 別 是 過 程 自 動 化 系 統(tǒng) ， 支 持 總 線 供 電及 本 質(zhì) 安

15、 全 防 爆 。 FF包 括 低 速 FF-H1和 高 速 FF-HSE兩 部 分 。 1、 適 用 于 過 程 自 動 化 的 低 速 FF-H1總 線 用 于 現(xiàn) 場 級 控 制 ， 傳 輸 速 率 為 ， 最 大 通 信距 離 1900m。 1） 控 制 與 信 息 處 理 的 現(xiàn) 場 化 智 能 化 現(xiàn) 場 儀 表 可 完 成 檢 測 、 變 送 、 控 制 、計 算 、 顯 示 、 報 警 、 診 斷 及 自 動 保 護 等 任 務 ，從 而 構(gòu) 成 完 整 的 現(xiàn) 場 控 制 系 統(tǒng) 。 現(xiàn) 場 儀 表 具 有 高 度 的 自 治 性 ， 且 結(jié) 構(gòu) 上 具有 徹 底 的 分 散

16、性 。（ 一 ） FF總 線 的 技 術(shù) 特 點 2） 支 持 總 線 供 電 及 本 質(zhì) 安 全 防 爆 非 總 線 供 電 ： 現(xiàn) 場 儀 表 采 用 外 部 供 電 。 總 線 供 電 ： 現(xiàn) 場 儀 表 通 過 總 線 供 電 。 總 線 既作 為 供 電 線 ， 又 作 為 數(shù) 字 信 號 傳 輸 線 。 提 供 本 質(zhì) 安 全 防 爆 系 統(tǒng) 。 3） 令 牌 總 線 訪 問 機 制 在 物 理 上 是 一 種 總 線 結(jié) 構(gòu) 的 局 域 網(wǎng) ， 各 站 點共 享 通 信 總 線 。 在 邏 輯 上 是 一 種 環(huán) 形 結(jié) 構(gòu) 的 局 域 網(wǎng) ， 連 接 到總 線 上 的 站 點

17、組 成 一 個 邏 輯 環(huán) ， 站 點 獲 得 令 牌后 ， 取 得 對 總 線 的 控 制 權(quán) 。 2、 內(nèi) 容 廣 泛 的 用 戶 層 1） 功 能 塊 與 功 能 塊 應 用 進 程 主 要 功 能 塊 ： 如 AI、 AO、 PID、 DI、 DO等 。 2） 設 備 描 述 用 于 實 現(xiàn) 設 備 之 間 的 互 操 作 性 。 包 括 變 量 標 簽 、工 程 單 位 、 要 顯 示 的 十 進 制 數(shù) 、 量 程 與 診 斷 標 簽 等。 3、 基 于 以 太 網(wǎng) 的 高 速 FF-HSE總 線 1） 最 初 的 FF-H2 1MB/s和 高 速 總 線 標 準 ， 因 通 信

18、速 率 較 低 ,后 被 放棄 。 2） 目 前 的 FF-HSE 基 于 以 太 網(wǎng) 的 高 速 總 線 技 術(shù) 規(guī) 范 ， HSE總 線 支 持10MB/100MB/s網(wǎng) 段 。 （ 二 ） FF總 線 通 信 模 型1、 FF-H1總 線 模 型應 用 層表 示 層會 話 層傳 輸 層網(wǎng) 絡 層數(shù) 據(jù) 鏈 路 層物 理 層 用 戶 層 （ 應 用 程 序 ） 用 戶 層現(xiàn) 場 總 線 報 文 規(guī) 范 子 層 FMS現(xiàn) 場 總 線 訪 問 子 層 FAS 通信棧數(shù) 據(jù) 鏈 路 層物 理 層 物 理 層ISO/OSI模 型 FF-H1總 線 模 型 1） 物 理 層 用 于 實 現(xiàn) 物 理

19、設 備 與 總 線 之 間 的 連 接 ， 為 現(xiàn) 場設 備 與 通 信 媒 體 提 供 機 械 、 電 氣 接 口 。 由 傳 輸 媒 體 、 媒 體 相 關(guān) 子 層 及 媒 體 無 關(guān) 子 層 構(gòu)成 。 傳 輸 媒 體 ： 規(guī) 定 了 傳 輸 介 質(zhì) 、 傳 輸 速 率 、 傳輸 距 離 及 總 線 結(jié) 構(gòu) 等 。 FF-H1的 傳 輸 介 質(zhì) 可 是 雙 絞 線 、 電 纜 、 光 纜 、 無線 介 質(zhì) 。 傳 輸 速 率 為 。 傳 輸 距 離 200 1900m(對 應 不 同 傳 輸 介 質(zhì) )。 拓 撲 結(jié) 構(gòu) ： 點 對 點 、 總 線 型 、 樹 型 、 菊 花 鏈 型 。

20、媒 體 相 關(guān) 子 層 ： 負 責 處 理 不 同 介 質(zhì) 、 不 同 速率 的 信 號 轉(zhuǎn) 換 問 題 ， 也 稱 媒 體 訪 問 單 元 。 FF支 持 橋 接 網(wǎng) ， 利 用 網(wǎng) 橋 實 現(xiàn) 他 們 之 間 的 連 接 。 媒 體 無 關(guān) 子 層 ： 是 媒 體 訪 問 單 元 與 數(shù) 據(jù) 鏈 路單 元 的 接 口 。 完 成 編 碼 或 解 碼 （ 采 用 MBP-曼 徹 斯特 碼 ） 、 增 加 或 去 掉 前 導 碼 、 幀 前 定 界 碼 及 幀 結(jié) 束碼 等 任 務 （ 由 硬 件 完 成 ） 。前 導 碼 幀 前 定 界 碼 協(xié) 議 數(shù) 據(jù) 幀 結(jié) 束 碼1字 節(jié) 1字 節(jié)

21、8 273字 節(jié) 1字 節(jié) 2） 數(shù) 據(jù) 鏈 路 層 規(guī) 定 總 線 存 取 、 協(xié) 議 控 制 信 息 及 錯 誤 鑒 別 。 總 線 數(shù) 據(jù) 存 取 FF-H1的 數(shù) 據(jù) 傳 輸 由 鏈 路 活 動 調(diào) 度 器 （ Link Action SchedulerLAS） 控 制 ， 每 個 總 線 段上 均 有 一 個 活 動 的 LAS。 FF將 通 信 設 備 分 為 三 類 ， 即 ： 鏈 路 主 設 備 、 基本 設 備 ， 網(wǎng) 橋 。 鏈 路 主 設 備 指 有 能 力 成 為 LAS的 設 備 ， 可 有 多個 ， 但 某 個 時 刻 只 有 一 個 能 成 為 LAS， 其 余

22、備 用； 基 本 設 備 指 不 能 成 為 LAS的 設 備 ， 只 能 接 收 令牌 并 作 出 響 應 。 網(wǎng) 橋 是 用 于 網(wǎng) 段 之 間 的 連 接 設 備 ， 因 其 管 理 著下 游 網(wǎng) 段 ， 所 以 也 能 成 為 LAS。 H1網(wǎng) 段 中 的 通 信 設 備 與 LAS鏈 路 主 設 備LAS 基 本 設 備基 本 設 備 基 本 設 備鏈 路 主 設 備 基 本 設 備 鏈 路 主 設 備網(wǎng) 橋 LAS基 本 設 備 基 本 設 備總 線 段 A總 線 段 B LAS擁 有 總 線 上 所 有 設 備 的 清 單 ， 并 規(guī) 定 周期 性 和 非 周 期 性 兩 類 通

23、 信 。 其 中 ， 由 LAS按 預定 時 間 表 周 期 性 依 次 發(fā) 起 的 通 信 為 周 期 性 通 信。 在 周 期 性 通 信 之 外 的 時 間 ， 各 設 備 通 過 獲 取令 牌 而 得 到 總 線 控 制 權(quán) 時 所 發(fā) 起 的 通 信 為 非 周期 性 通 信 。 周 期 性 通 信 ： 用 于 需 要 周 期 性 傳 輸 數(shù) 據(jù) 的 場 合， 如 測 量 值 數(shù) 據(jù) 、 控 制 輸 出 數(shù) 據(jù) 等 。 非 周 期 性 通 信 ： 用 于 傳 輸 控 制 參 數(shù) 、 診 斷 信 息、 報 警 信 息 、 趨 勢 數(shù) 據(jù) 等 。 協(xié) 議 控 制 信 息 由 數(shù) 據(jù) 鏈

24、路 協(xié) 議 數(shù) 據(jù) 單 元 （ DLPDU） 提 供。 由 幀 控 制 信 息 、 數(shù) 據(jù) 鏈 路 地 址 及 DLPDU參數(shù) 等 組 成 。 錯 誤 鑒 別 提 供 幀 校 驗 碼 。 數(shù) 據(jù) 傳 輸 幀 結(jié) 構(gòu) ：幀 控 制 符 目 的 地 址 源 地 址 1 參 數(shù) 源 地 址 2用 戶 數(shù) 據(jù) 幀 校 驗 碼 3） 應 用 層 由 現(xiàn) 場 總 線 訪 問 子 層 （ FAS） 和 現(xiàn) 場 總 線 報文 規(guī) 范 子 層 （ FMS） 構(gòu) 成 。 其 任 務 是 實 現(xiàn) 應 用進 程 之 間 的 通 信 。 FAS FAS利 用 數(shù) 據(jù) 鏈 路 層 調(diào) 度 和 非 調(diào) 度 的 特 點 ，為

25、 報 文 規(guī) 范 子 層 （ FMS） 提 供 服 務 ， 分 為 客 戶 /服 務 器 型 、 報 文 分 發(fā) 型 和 發(fā) 布 /預 定 接 收 型 三 種服 務 類 型 。 客 戶 /服 務 器 型 ： 兩 個 設 備 之 間 由 用 戶 發(fā) 起 的、 一 對 一 、 排 隊 式 、 非 周 期 的 通 信 。 用 于 設 置給 定 值 、 改 變 操 作 模 式 、 手 動 調(diào) 節(jié) 、 上 載 /下載 、 報 警 管 理 、 遠 程 診 斷 等 。 報 文 分 發(fā) 型 ： 用 戶 發(fā) 起 的 一 對 多 、 排 隊 式 、 非周 期 通 信 。 用 于 廣 播 或 多 點 傳 送 事 件

26、 與 趨 勢 數(shù)據(jù) ， 如 用 于 向 操 縱 臺 通 告 報 警 信 息 、 歷 史 趨 勢數(shù) 據(jù) 等 。 發(fā) 布 /預 定 接 收 型 ： 用 于 實 現(xiàn) 緩 沖 型 的 一 對 多通 信 。 主 要 用 于 刷 新 功 能 塊 的 輸 入 /輸 出 數(shù) 據(jù)， 如 PID控 制 功 能 塊 和 操 作 臺 發(fā) 送 的 測 量 值 等。 FMS 該 層 描 述 了 用 戶 應 用 所 需 的 通 信 服 務 、 信 息格 式 、 行 為 狀 態(tài) 等 。 FMS提 供 了 一 組 服 務 和 標 準 的 報 文 格 式 。用 戶 可 采 用 這 種 標 準 格 式 在 總 線 上 相 互 傳

27、遞 信息 ， 并 通 過 FMS服 務 ， 訪 問 應 用 對 象 及 對 象 的描 述 。 FMS由 虛 擬 現(xiàn) 場 設 備 VFD、 對 象 字 典 管 理、 聯(lián) 絡 關(guān) 系 （ 上 下 文 ） 管 理 、 域 上 載 /下 載 管理 、 程 序 調(diào) 用 管 理 、 變 量 訪 問 、 事 件 管 理 等 組成 。 4） 用 戶 層 用 戶 層 規(guī) 定 了 各 種 功 能 模 塊 和 設 備 描 述 ，供 用 戶 構(gòu) 成 所 需 的 應 用 程 序 。 三 種 典 型 的 用 戶應 用 塊 : 轉(zhuǎn) 換 塊 轉(zhuǎn) 換 塊 按 所 要 求 的 頻 率 讀 取 傳 感 器 中 的 數(shù) 據(jù)。 包 含

28、 又 有 量 程 數(shù) 據(jù) 、 傳 感 器 類 型 、 線 性 化 、I/O數(shù) 據(jù) 表 示 等 信 息 。 如 輸 入 轉(zhuǎn) 換 塊 、 輸 出 轉(zhuǎn)換 塊 、 顯 示 轉(zhuǎn) 換 塊 等 。 資 源 塊 資 源 塊 用 于 描 述 現(xiàn) 場 總 線 設 備 特 征 。 如 設 備名 稱 、 制 造 商 規(guī) 定 、 系 列 號 等 。 資 源 塊 由 一 組 參 數(shù) 組 成 。 功 能 塊 功 能 塊 提 供 控 制 系 統(tǒng) 行 為 ， 它 的 輸 入 、 輸 出參 數(shù) 可 通 過 現(xiàn) 場 總 線 鏈 接 。 功 能 塊 由 參 數(shù) 、 算 法 和 事 件 組 成 。 由 外 部 事件 驅(qū) 動 功 能 塊

29、 的 執(zhí) 行 ， 通 過 算 法 將 輸 入 參 數(shù) 轉(zhuǎn)換 為 輸 出 參 數(shù) ， 實 現(xiàn) 應 用 系 統(tǒng) 的 控 制 功 能 。 10種 基 本 功 能 塊 ： AI、 AO、 DI、 DO、 PD、 PID、 SS（ 選 擇 器 ） 、 ML（ 手 操 ） 、 BG（偏 置 ） 、 RA（ 比 率 ） 。 H1總 線 協(xié) 議 數(shù) 據(jù) 的 構(gòu) 成 與 層 次 關(guān) 系 ：用 戶 應 用FMS總 線 報 文 規(guī) 范FAS總 線 訪 問 子 層DLL數(shù) 據(jù) 鏈 路 層 物 理 層現(xiàn) 場 總 線 用 戶 數(shù) 據(jù)FMS協(xié) 議 控 制 用 戶 數(shù) 據(jù) 編 碼FAS協(xié) 議 控 制 FMS協(xié) 議 數(shù) 據(jù)4

30、425502511DLL協(xié) 議 控 制 FAS協(xié) 議 數(shù) 據(jù)5256115 幀 校 驗2 幀 前 定 界 碼 DLL協(xié) 議 數(shù) 據(jù)82731 幀 結(jié) 束 碼1前 導 碼1 2、 FF-HSE總 線 模 型 底 層 采 用 以 態(tài) 網(wǎng) 標準 ， 網(wǎng) 絡 層 與 傳 輸 層 使用 TCP/UDP/IP協(xié) 議 ，應 用 層 為 總 線 設 備 訪 問子 層 （ FDA） ， 作 用 與H1的 FMS相 似 ， 用 戶層 與 H1總 線 相 同 。 HSE子 網(wǎng) 通 過 HSE鏈路 設 備 與 H1網(wǎng) 段 連 接， HSE鏈 路 設 備 具 備網(wǎng) 橋 和 網(wǎng) 關(guān) 功 能 ， 是HSE技 術(shù) 的 核 心

31、 部 分 。 用 戶 層FDATCP/UDPIPIEEE 802.2IEEE 802.3u應 用 層傳 輸 層網(wǎng) 絡 層數(shù) 據(jù) 鏈 路 層物 理 層 （ 三 ） FF總 線 的 網(wǎng) 絡 結(jié) 構(gòu)操 作 站路 由 器 HSE網(wǎng) 關(guān)HSE子 網(wǎng) 其 他總 線網(wǎng) 絡HSE子 網(wǎng)H1總 線H1總線 以 太 網(wǎng) 交 換 機HSE鏈 接 設 備 HSE鏈 接 設 備 HSE現(xiàn) 場 設 備 變 送 器 /執(zhí)行 器 樹 型總 線 型點 對 點 型 菊 花 鏈 型 二 、 ProFibus總 線 （ Process Fieldbus 過 程 現(xiàn) 場 總 線 ） 由 以 Siemens公 司 為 主 的 十 幾 家

32、 德 國 公 司、 研 究 所 共 同 推 出 。 現(xiàn) 在 ， 國 際 上 有 數(shù) 百 家 生產(chǎn) 支 持 ProFibus標 準 的 產(chǎn) 品 。 廣 泛 地 應 用 于加 工 制 造 、 過 程 控 制 、 交 通 、 電 力 和 樓 宇 自 動化 等 領(lǐng) 域 。 ProFibus總 線 協(xié) 議 也 是 以 ISO/OSI參 考 模型 為 基 礎(chǔ) ， 定 義 了 物 理 傳 輸 特 性 、 總 線 通 信 協(xié)議 和 應 用 行 規(guī) ， 傳 輸 速 率 為 9.6KB/s12MB/s， 相 應 的 通 信 距 離 為 1200m100m， 可 實 現(xiàn) 總線 供 電 和 本 質(zhì) 安 全 防 爆 。

33、 1、 適 用 于 不 同 應 用 范 圍 的 三 種 協(xié) 議 1） Profibus-DP 用 于 現(xiàn) 場 層 控 制 系 統(tǒng) 與 分 散 I/O之 間 的 通 信。 支 持 周 期 性 和 非 周 期 性 數(shù) 據(jù) 傳 輸 。 目 前 主 要是 用 于 過 程 控 制 儀 表 、 電 氣 控 制 系 統(tǒng) 及 PLC等。 2） Profibus-PA 為 過 程 自 動 化 而 設 計 ， 支 持 總 線 供 電 和 本 質(zhì)安 全 防 爆 。 相 當 于 FF-H1總 線 。 3） Profibus-FMS 用 于 車 間 級 大 量 的 數(shù) 據(jù) 傳 輸 ， 屬 于 頂 層 協(xié) 議。 但 隨

34、著 工 業(yè) 以 態(tài) 網(wǎng) 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 該 層 已 逐 步被 Profinet取 代 。（ 一 ） Profibus的 技 術(shù) 特 點 2、 統(tǒng) 一 的 總 線 訪 問 協(xié) 議 三 個 兼 容 部 分 使 用 一 致 的 總 線 訪 問 協(xié) 議 ， 并由 數(shù) 據(jù) 鏈 路 層 實 現(xiàn) 。 主 站 之 間 采 用 令 牌 傳 遞 方式 ， 主 、 從 站 之 間 采 用 主 、 從 通 信 方 式 。 3、 有 各 種 適 用 性 強 的 行 規(guī) Profibus的 行 規(guī) （ 用 戶 接 口 ） 可 保 證 不 同生 產(chǎn) 廠 家 的 現(xiàn) 場 設 備 的 互 換 性 和 操 作 性 。 4

35、、 系 列 化 的 總 線 協(xié) 議 芯 片 用 戶 層 FMS 行 規(guī) DP 行 規(guī) PA 行 規(guī)應 用 層 FMS 未 使 用 未 使 用LLI3 層 未 使 用數(shù) 據(jù) 鏈 路 層 FDL IEC 接 口MAC物 理 層 物 理 連 接 、 電 氣 特 性 、介 質(zhì) （ RS-485/光 纖 ） IEC 61185-2（ 二 ） Profibus的 通 信 模 型 1、 物 理 層 DP與 FMS具 有 相 同 的 物 理 層 ， 傳 輸 介 質(zhì) 可 以是 屏 蔽 雙 絞 線 或 光 纖 電 纜 。 采 用 屏 蔽 雙 絞 線 時 ，符 合 RS-485標 準 ,傳 輸 速 率 為 9.6K

36、B/s 12MB/s， 相 應 的 通 信 距 離 為 1200m100m 。 采 用 玻 璃光 纖 電 纜 時 ， 傳 輸 距 離 可 達 15km， 采 用 塑 料 光纖 電 纜 時 ， 傳 輸 距 離 為 80m 。 DP和 FMS采 用NRZ編 碼 。 PA的 物 理 層 符 合 IEC61158-2標 準 ， 可 采 用 屏蔽 雙 絞 線 或 非 屏 蔽 雙 絞 線 ， 以 及 總 線 供 電 或 非 總線 供 電 形 式 。 傳 輸 速 率 為 ， 依 使 用 電 纜 的 不 同 ，傳 輸 距 離 為 201900m。 PA采 用 MBP編 碼 。 PA協(xié) 議 與 FF的 H1部

37、分 基 本 相 同 。 2、 數(shù) 據(jù) 鏈 路 層 提 供 四 種 傳 輸 幀 格 式 ： 查 詢 幀 、 固 定 8字 節(jié) 數(shù)據(jù) 域 幀 、 數(shù) 據(jù) 長 度 可 變 幀 和 令 牌 幀 。 提 供 六 種 數(shù) 據(jù) 服 務 ： SDN發(fā) 送 不 需 確 認 的 數(shù) 據(jù) SDA 發(fā) 送 需 確 認 的 數(shù) 據(jù) SRD 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 且 請 求 回 復 數(shù) 據(jù) CSRD 周 期 性 發(fā) 送 且 請 求 回 復 數(shù) 據(jù) MSRD 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 且 要 求 以 群 發(fā) 數(shù) 據(jù) 幀 答 復 CS 時 間 同 步 DP、 PA和 FMS使 用 其 中 的 某 些 子 集 。 DP和FMS的 幀 結(jié) 構(gòu)

38、相 同 ， PA的 幀 結(jié) 構(gòu) 與 其 略 有 不 同 。 PROFIBUS的 介 質(zhì) 訪 問 控 制 采 用 基 于 傳 遞 令 牌的 主 從 分 時 輪 尋 協(xié) 議 。 總 線 上 的 設 備 （ 站 點 ） 分 為 1類 主 站 、 2類 主 站和 從 站 三 類 。 1類 主 站 ： 指 有 能 力 控 制 若 干 從 站 、 完 成 總 線 通信 控 制 與 管 理 的 設 備 ， 如 PLC、 部 分 通 信 處 理 器。 2類 主 站 ： 指 有 能 力 管 理 1類 主 站 的 組 態(tài) 數(shù) 據(jù) 和診 斷 數(shù) 據(jù) 的 設 備 ， 也 可 具 有 1類 主 站 的 通 信 能 力

39、，用 于 完 成 數(shù) 據(jù) 讀 寫 、 系 統(tǒng) 組 態(tài) 、 監(jiān) 視 、 故 障 診 斷等 ， 如 編 程 器 （ PG） 、 操 作 員 站 （ OS） 、 人 機 接口 （ HMI） 等 。 從 站 ： 提 供 I/O數(shù) 據(jù) 并 可 分 配 給 1類 主 站 ， 如 遠程 I/O、 智 能 從 站 、 傳 感 器 、 執(zhí) 行 器 等 。 令 牌 傳 遞 與 邏 輯 環(huán) 的 管 理P L C PG/OS P L C 從 站 從 站 從 站 從 站 從 站主 設 備 間 的 令 牌 邏 輯 環(huán)1類 主 設 備 1類 主 設 備2類 主 設 備 3、 應 用 層 DP和 PA未 定 義 應 用 層

40、。 FMS的 應 用 層 由 FMS（ 現(xiàn) 場 總 線 報 文 規(guī) 范 ）和 LLI（ 低 層 接 口 ） 組 成 ， 在 功 能 上 類 似 于 FF的 FMS和 FAS。 4、 用 戶 層 FMS主 要 定 義 了 主 站 與 主 站 之 間 的 通 信 功 能。 DP主 要 是 面 向 工 廠 現(xiàn) 場 層 的 應 用 ， 規(guī) 定 了PLC、 自 動 控 制 設 備 、 傳 感 器 、 執(zhí) 行 器 設 備 之間 的 快 速 可 靠 的 通 信 服 務 等 。 PA的 應 用 層 與 DP的 基 本 相 同 ， 是 DP的 擴 展。 操 作 站 、 PC機 DP/PA Link或 DP/PA

41、 耦 合 器 Profibus-PAPLC等車 間 監(jiān) 控 層現(xiàn) 場 控 制 層 傳 感 器 傳 動 設 備 開 關(guān) 變 送 器 執(zhí) 行 器Profibus-FMS或 EthernetProfibus-DP （ 三 ） Profibus的 網(wǎng) 絡 結(jié) 構(gòu) 采 用 DP/PA Link時 ， DP總 線 最 高 速 率 為 12Mb/s， 且 PA總 線 儀 表 不 占用 DP地 址 ； 采 用 DP/PA 耦 合 器 時 DP總 線 速 率 為 ， 且 PA總 線 儀 表 占 用DP地 址 ； 三 、 LonWorks總 線 （ Local Operating Networks 局 域 操 作

42、 網(wǎng) 絡 ） 最 初 由 美 國 Echelon公 司 于 1991年 推 出 ， 廣泛 地 應 用 于 樓 宇 自 動 化 、 保 安 系 統(tǒng) 、 交 通 運 輸、 能 源 和 電 力 系 統(tǒng) 、 過 程 控 制 和 家 庭 自 動 化 等領(lǐng) 域 。 采 用 ISO/OSI模 型 的 全 部 七 層 通 信 協(xié) 議 ， 通信 速 率 300B/S ， 直 接 通 信 距 離 可 達 2700m（ 78KB/s， 雙 絞 線 ） 。 支 持 雙 絞 線 、 同 軸 纜 、 電 力 線 、 紅 外 、 光 纖、 無 線 等 通 信 介 質(zhì) 。 1、 功 能 齊 全 的 現(xiàn) 場 控 制 節(jié) 點 現(xiàn)

43、 場 控 制 節(jié) 點 是 LonWorks總 線 網(wǎng) 絡 的 基 本 組成 部 分 ,其 核 心 器 件 為 神 經(jīng) 元 芯 片 。 該 芯 片 即作 為 總 線 的 通 信 處 理 器 ,又 作 為 數(shù) 據(jù) 采 集 和 控制 的 通 用 處 理 器 。 通 信 接 口MAC處 理 器 網(wǎng) 絡處 理 器 應 用處 理 器I/O接 口 網(wǎng) 絡 緩 沖 器 應 用 緩 沖 器芯 片 內(nèi) 處 理 器 與 存 儲 器 結(jié) 構(gòu)晶 振 電 源MC43150/20 Nruron1658KB E2PROM / ROM I/O電 路LonWork收 發(fā) 器5VDC檢 測 控 制裝 置神 經(jīng) 元 節(jié) 點 結(jié) 構(gòu)

44、框 圖 （ 一 ） LonWorks的 技 術(shù) 特 點 2、 開 放 式 的 通 信 協(xié) 議 和 面 向 對 象 的 編 程 語 言 LonWorks使 用 開 放 式 通 信 協(xié) 議 LonTalk，該 協(xié) 議 支 持 OSI全 部 協(xié) 議 。 編 程 語 言 為 Neuron C， 由 標 準 C語 言 擴 展獲 得 。 3、 完 善 的 網(wǎng) 絡 管 理 功 能 網(wǎng) 絡 安 裝 ： 網(wǎng) 絡 接 點 的 邏 輯 連 接 ； 網(wǎng) 絡 維 護 ： 增 加 或 刪 除 接 點 等 ， 以 及 錯 誤設 備 的 檢 測 與 替 換 ； 網(wǎng) 絡 監(jiān) 控 ： 提 供 系 統(tǒng) 級 的 監(jiān) 測 和 控 制

45、服 務。 （ 二 ） LonWorks的 通 信 模 型應 用 層表 示 層會 話 層傳 輸 層網(wǎng) 絡 層數(shù) 據(jù)鏈 路 層 鏈 路 層MAC物 理 層 網(wǎng) 絡 應 用 標 準 網(wǎng) 絡 變 量 類 型數(shù) 據(jù) 表 示 網(wǎng) 絡 變 量 外 部 幀 傳 輸遠 程 傳 送 控 制 請 求 /響 應 ， 認 證端 對 端 傳 輸 應 答 、 非 應 答 ， 點 對 點 ， 認 證傳 輸 分 組 地 址 ， 路 由幀 傳 輸 幀 結(jié) 構(gòu) ， 數(shù) 據(jù) 解 碼 ， CRC校 錯介 質(zhì) 訪 問 控 制 沖 突 避 免 ， 優(yōu) 先 級電 氣 連 接 介 質(zhì) ， 電 氣 接 口OSI模 型 Lon作 用 LON提 供

46、 的 服 務 PC 其 它 總 線 網(wǎng) 絡網(wǎng) 關(guān) 支 持 雙 絞 線 、 同 軸 纜 、 電 力 線 、 紅 外 、 光 纖 、 無 線 介 質(zhì) 。神 經(jīng) 元 節(jié) 點 雙 絞 線 主 干 通 道路 由 器 78KB/s雙 絞 線神 經(jīng) 元 節(jié) 點路 由 器 10KB/s電 力 線神 經(jīng) 元 節(jié) 點路 由 器 （ 三 ） LonWorks的 網(wǎng) 絡 結(jié) 構(gòu)78KB/s雙 絞 線 四 、 CAN總 線 （ Control Area Network 控 制 局 域 網(wǎng) 絡 ） 最 初 由 德 國 Bosch公 司 為 汽 車 的 監(jiān) 測 和 控制 系 統(tǒng) 而 設 計 。 除 應 用 于 汽 車 工

47、業(yè) 外 ， 也 用 于過 程 工 業(yè) 、 機 械 工 業(yè) 、 農(nóng) 用 機 械 、 機 器 人 、 數(shù)控 機 床 、 醫(yī) 療 器 械 及 傳 感 器 等 領(lǐng) 域 。 CAN總 線 協(xié) 議 也 是 建 立 在 ISO/OSI參 考 模 型基 礎(chǔ) 上 的 ， 取 其 物 理 層 和 數(shù) 據(jù) 鏈 路 層 。 通 信 速率 最 高 可 達 10MB/s（ 40m） ， 直 接 傳 輸 最 遠距 離 可 達 10km（ 5KB/s） 。 1、 符 合 國 際 標 準 ISO 11898規(guī) 范 的 CAN總 線規(guī) 范 2.0 PARTA和 PARTB。 2、 采 用 多 主 方 式 工 作 ， 通 信 方

48、式 靈 活 ， 可 方便 的 構(gòu) 成 多 機 備 份 系 統(tǒng) 。 3、 網(wǎng) 絡 上 的 節(jié) 點 可 分 成 不 同 的 優(yōu) 先 級 ， 可 滿足 不 同 的 實 時 要 求 。 可 采 用 點 對 點 、 一 點 對 多點 及 全 局 廣 播 等 方 式 傳 送 和 接 收 數(shù) 據(jù) 。 4、 采 用 非 破 壞 性 總 線 仲 裁 技 術(shù) ， 大 大 節(jié) 省 了總 線 仲 裁 時 間 。 5、 采 用 短 幀 信 息 傳 輸 結(jié) 構(gòu) ， 抗 干 擾 能 力 強 。 6、 具 有 豐 富 的 支 持 器 件 。（ 一 ） CAN的 技 術(shù) 特 點 CAN總 線 只 采 用 OSI模 型 中 的

49、物 理 層 和 數(shù) 據(jù) 鏈路 層 。數(shù) 據(jù) 鏈 路 層 LLC 接 收 濾 波 ， 超 載 通 知 ， 恢 復 管 理MAC 幀 編 碼 ， 介 質(zhì) 訪 問 管 理 ，錯 誤 監(jiān) 測 ， 出 錯 標 定 ， 應 答物 理 層 位 編 碼 /解 碼 ， 為 定 時 ， 同 步基 于 雙 絞 線 的 電 氣 連 接模 型 分 層 內(nèi) 容（ 二 ） CAN的 通 信 模 型 節(jié) 點 N1接 口接 口節(jié) 點 N2 接 口節(jié) 點 N3 接 口節(jié) 點 N4 接 口節(jié) 點 N4（ 現(xiàn) 場 控 制 節(jié) 點 ）（ PC機 ）（ 三 ） CAN的 網(wǎng) 絡 結(jié) 構(gòu) 五 、 HART總 線 （ Highway Add

50、ressable Rement Transducer 可 尋 址 遠 程 傳 感 器高 速 通 道 ） HART總 線 是 美 國 Rosemount公 司 與 1986年提 出 和 開 發(fā) 的 ， 最 初 主 要 是 應 用 于 智 能 儀 表 系 統(tǒng)， 用 于 智 能 儀 表 的 遠 程 設 定 和 診 斷 等 。 由 于 當 時 模 擬 儀 表 還 在 大 量 使 用 ， 所 以 ， 該 總線 設 計 為 模 擬 與 數(shù) 字 共 存 網(wǎng) 絡 ， 屬 于 模 擬 系 統(tǒng) 向數(shù) 字 系 統(tǒng) 轉(zhuǎn) 變 過 程 中 的 過 渡 性 協(xié) 議 。 HART以 ISO/OSI模 型 為 參 考 ， 使

51、用 1、 2、 7三層 協(xié) 議 。 最 初 的 傳 輸 速 率 為 1200B/s， 通 信 距 離 最遠 為 3000m。 1、 數(shù) 字 信 號 與 模 擬 信 號 共 存 HART通 信 采 用 基 于 Bell202通 信 標 準 的 FSK（移 頻 鍵 控 ） 技 術(shù) ， 在 4 20mA模 擬 信 號 上 疊 加 上頻 率 信 號 ， 支 持 模 擬 式 控 制 系 統(tǒng) 和 數(shù) 字 式 控 制 系統(tǒng) 。 2、 支 持 純 數(shù) 字 多 站 數(shù) 字 通 信 在 一 對 雙 絞 線 上 連 接 多 臺 智 能 儀 表 ， 電 流 被 限制 在 4mA， 采 用 雙 向 純 數(shù) 字 通 信

52、模 式 工 作 。 3、 協(xié) 議 簡 單 ， 便 于 應 用 程 序 開 發(fā) 使 用 一 個 公 用 報 文 結(jié) 構(gòu) ， 采 用 簡 單 的 HART命令 ， 分 為 通 用 命 令 、 普 通 命 令 和 專 用 命 令 三 類 。（ 一 ） HART的 技 術(shù) 特 點 應 用 層 HART命 令6(未 使 用 ）5(未 使 用 ）4(未 使 用 ）3(未 使 用 ）數(shù) 據(jù) 鏈 路 層 HART通 信 協(xié) 議 規(guī) 則物 理 層 電 氣 特 性 、 Bell-202（ 二 ） HART的 通 信 模 型 1、 物 理 層 雙 絞 線 連 接 ， Bell202標 準 的 FSK技 術(shù) ， 頻

53、率信 號 ,1200bps， 11200Hz， 02200Hz。 要 求以 上 的 峰 -峰 電 壓 ， 所 以 負 載 電 阻 要 大 于 250。 單 臺 設 備 的 使 用 距 離 可 達 3000m， 多 站 結(jié) 構(gòu)時 可 達 1500m。 2、 數(shù) 據(jù) 鏈 路 層 （ 數(shù) 據(jù) 幀 結(jié) 構(gòu) ）前 導 碼 幀 前定 界 符 地址 HART命 令 字 節(jié)數(shù) 設 備 和通 信 狀 態(tài) 數(shù)據(jù) 校 驗字 節(jié) 3、 應 用 層 （ HART命 令 ） 通 用 命 令 ： 所 有 設 備 都 能 識 別 和 執(zhí) 行 的 命 令， 如 讀 取 制 造 廠 家 、 設 備 型 號 、 過 程 變 量 及

54、 單位 等 信 息 ； 普 通 命 令 ： 適 用 于 大 多 數(shù) HART設 備 ， 如 阻尼 時 間 常 數(shù) 、 標 定 、 寫 過 程 變 量 單 位 等 ； 專 用 命 令 ： 針 對 各 種 設 備 的 特 殊 命 令 ， 不 要求 統(tǒng) 一 。 三 類 設 備 ： 現(xiàn) 場 設 備 、 基 本 主 設 備 、 副 主 設 備 。 現(xiàn) 場 儀 表 與 副 主 設 備 均 為 并 聯(lián) ， 連 接 點 位 置 任 意 。 支 持 總 線 供 電 ， 能 滿 足 本 質(zhì) 安 全 防 爆 要 求 。 使 用 模 擬 控 制 器 時 ， 只 能 有 一 臺 現(xiàn) 場 儀 表 ， 即 模 擬/數(shù) 字

55、混 合 方 式 ?；?本 主 設 備 或 模 擬控 制 器 安全柵 現(xiàn) 場 儀表現(xiàn) 場 儀表現(xiàn) 場 儀表副 主 設 備（ 三 ） HART系 統(tǒng) 的 網(wǎng) 絡 結(jié) 構(gòu) 第 三 節(jié) 實 時 工 業(yè) 以 太 網(wǎng)一 、 概 述 以 太 網(wǎng) （ Ethernet） 于 1980年 由 Xerox、DEC和 Intel三 家 公 司 推 出 ， 并 被 PC機 局 域網(wǎng) 普 遍 采 用 。 1982年 ， 美 國 電 氣 與 電 子 工 程 師 協(xié) 會 在此 基 礎(chǔ) 上 制 定 了 標 準 。 后 經(jīng) 修 訂 、 增 補 ， 于1990年 被 國 際 標 準 化 組 織 ISO接 受 ， 成 為 。 傳

56、輸 速 率 ： 10M、 100M、 1000M、 10G 傳 輸 介 質(zhì) ： 雙 絞 線 、 光 纖 以 太 網(wǎng) 的 特 點 1、 應 用 廣 泛 2、 通 信 速 率 高 3、 技 術(shù) 成 熟 4、 成 本 低 5、 發(fā) 展 潛 力 大 1、 通 信 的 實 時 性 2、 總 線 供 電 和 本 安 性 能 3、 互 可 操 作 性 4、 遠 距 離 傳 輸 5、 網(wǎng) 絡 的 安 全 性 6、 網(wǎng) 絡 的 可 靠 性二 、 以 太 網(wǎng) 用 于 工 業(yè) 現(xiàn) 場 的 關(guān) 鍵 技 術(shù) 各 種 管 理 計 算 機 互 聯(lián) 網(wǎng) 服務 器互 聯(lián) 網(wǎng)管 理 層通 用 Ethernet 網(wǎng) 絡 服務 器監(jiān)

57、 控 層通 用 Ethernet瀏 覽 器 、 操 作 站 、 高 級 控 制 器 網(wǎng) 關(guān)現(xiàn) 場 層過 程 Ethernet 交 換 機 或網(wǎng) 橋 其 他 現(xiàn) 場 總 線 現(xiàn) 場 智 能 設 備 網(wǎng) 關(guān)其 他 現(xiàn) 場 總 線 三 、 基 于 Ethernet的 工 控 網(wǎng) 絡 結(jié) 構(gòu) 四 、 幾 種 典 型 的 實 時 以 太 網(wǎng) 建 立 在 標 準 基 礎(chǔ) 上 ,通 過 實 時 擴 展 提 高 實 時性 能 ,并 能 與 標 準 以 太 網(wǎng) 無 縫 連 接 的 Ethernet稱 為 實 時 以 太 網(wǎng) (Real Time Ethernet,簡 稱RET)。 按 采 用 的 技 術(shù) 方 案

58、 ， 可 分 為 四 種 類 型： 1） 采 用 在 TCP/IP之 上 進 行 實 時 數(shù) 據(jù) 交 換 的 方案 ， 如 Ethernet/IP， Modbus/TCP等 。 2） 采 用 經(jīng) 優(yōu) 化 處 理 和 提 供 旁 路 實 時 通 道 的 通信 協(xié) 議 模 型 的 方 案 ， 如 PROFINET V2，Modbus-IDA等 。 3） 采 用 集 中 調(diào) 度 提 高 實 時 性 的 方 案 ， 如 EPA， PROFINET V3、 Power Link等 4） 采 用 類 似 Interbus總 線 “ 集 總 幀 ” 通 信 方式 和 在 物 理 層 使 用 總 線 拓 撲

59、結(jié) 構(gòu) 提 升 以 太 網(wǎng) 實時 性 的 方 案 ， 如 Ethernet CAT。 1、 Ethernet/IP 由 ControlNet國 際 組 織 CI、 工 業(yè) 以 太 網(wǎng) 協(xié) 會IEA和 開 放 的 DeviceNet供 應 商 協(xié) 會 ODVA等共 同 開 發(fā) 的 工 業(yè) 網(wǎng) 絡 標 準 。 Ethernet/IP在 標 準 的 TCP/IP協(xié) 議 之 上 ， 利用 固 定 的 以 太 網(wǎng) 硬 件 和 軟 件 ， 為 配 置 、 訪 問 和控 制 工 業(yè) 自 動 化 設 備 定 義 了 一 個 應 用 層 協(xié) 議 基 于 控 制 和 信 息 協(xié) 議 （ CIP） 1) Ether

60、net/IP通 信 協(xié) 議 模 型 封 裝 /解 包 TCP / UDPIP以 太 網(wǎng) 媒 體 訪 問 控 制 (CSMA/CD)以 太 網(wǎng) 物 理 層 CIP報 文 路 徑 : 鏈 接 管 理CIP數(shù) 據(jù) 管 理 服 務 : 顯 性 報 文 或 I/O報 文 CIP應 用 : 應 用 對 象 庫 物 理 層數(shù) 據(jù) 鏈 路 層網(wǎng) 絡 層傳 輸 層應 用 層 用 戶 設 備 行 規(guī) CIP公 共 規(guī) 范TCP/IP協(xié) 議組數(shù) 據(jù) 鏈 路 和物 理 層 2) CIP通 信 系 統(tǒng) CIP可 以 傳 輸 實 時 數(shù) 據(jù) 和 非 實 時 數(shù) 據(jù) EtherNet/IP在 IEEE 1588精 確 時

61、間 同 步 協(xié)議 基 礎(chǔ) 上 ， 制 定 了 CIPsync標 準 ， 進 一 步 提 高了 實 時 性 ， 同 步 精 度 準 確 到 微 秒 級 。 交 換 基 本 I/O數(shù) 據(jù) 和 PLC類 信 息 等 CIP用 UDC/IP協(xié) 議 實 現(xiàn) ， 以 簡 單 的 主 從 方 式處 理 。 上 傳 和 下 載 參 數(shù) 與 設 定 點 ， 趨 勢 數(shù) 據(jù) 傳 輸 等 屬 于 實 時 性 不 強 、 數(shù) 據(jù) 量 較 大 的 通 信 任 務 ，CIP用 TCP/IP實 現(xiàn) 這 類 任 務 。 可 以 處 理 輪 詢 、 周 期 （ 循 環(huán) ） 和 事 件 驅(qū) 動 支 持 點 對 點 、 一 點 對

62、 多 點 和 廣 播 通 信 EtherNet/IP網(wǎng) 絡 上 的 典 型 設 備 有 主 機 、 PLC、 HMI、 I/O設 備 等 ， 典 型 的 EtherNet/IP網(wǎng) 絡 使用 星 型 拓 撲 結(jié) 構(gòu) ， 多 組 設 備 連 接 到 一 個 交 換 機 上實 現(xiàn) 點 對 點 通 信 。 EtherNet/IP現(xiàn) 場 設 備 具 有 內(nèi) 置 的 Web Server功 能 ， 支 持 眾 多 的 網(wǎng) 絡 服 務 。 3) Ethernet/IP的 網(wǎng) 絡 結(jié) 構(gòu)交 換 機 I/O PLC PLC SLC PLC交 換 機 交 換 機監(jiān) 控 站 MIS通 信 組 件 操 作 員 站 工

63、 程 師 站 PLC PLC PLC Control NetEthernet/IP 2、 PROFINET PROFINET實 時 工 業(yè) 以 太 網(wǎng) 是 由 PI組 織 提 出的 基 于 以 太 網(wǎng) 的 自 動 化 標 準 。 1） PROFINET的 通 信 系 統(tǒng) PROFINET提 供 一 個 標 準 通 信 通 道 和 兩 類 實時 通 信 通 道 。 標 準 通 信 通 道 是 使 用 TCP/IP協(xié) 議 的 非 實 時通 道 ， 主 要 用 于 設 備 參 數(shù) 化 、 組 態(tài) 和 讀 取 診 斷數(shù) 據(jù) 等 。 一 般 響 應 時 間 在 幾 十 毫 秒 。 實 時 通 信 通 道

64、 的 SRT （ Software RT） 是 軟件 實 時 方 案 ， 主 要 用 于 過 程 數(shù) 據(jù) 的 高 性 能 循 環(huán)傳 輸 、 事 件 控 制 的 信 號 和 報 警 信 號 等 。 這 里 采用 旁 路 技 術(shù) （ 旁 路 第 3和 第 4層 ） 及 報 文 優(yōu) 先 級分 級 等 （ 最 多 分 7級 ） 。 一 般 響 應 時 間 在 幾 毫 秒（ 小 于 10ms） 。 實 時 通 信 通 道 的 IRT （ Isochronous Real-Time） 是 等 時 同 步 的 ASCI芯 片 方 案 ， 用 于 傳 輸對 時 間 要 求 特 別 嚴 格 的 數(shù) 據(jù) ， 如

65、運 動 控 制 應 用等 ， 響 應 時 間 小 于 1毫 秒 。 2） PROFINET通 信 協(xié) 議 模 型IT應 用 HTTP SNMP DHCP PROFINET應 用標 準 數(shù) 據(jù) 實 時 數(shù) 據(jù)TCP/UDP 實 時 轉(zhuǎn) 換 器 ASIC 以 太 網(wǎng) SRT IRT實 時 實 時IP 3） PROFINET系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu)FD現(xiàn) 場 交 換 機 現(xiàn) 場 交 換 機車 間 級 交 換 機 工 廠 級 交 換 機FD FD FD FD FD FD FD FD現(xiàn) 場 交 換 機 車 間 級 交 換 機 FD現(xiàn) 場 設 備 3、 EPA EPA（ Ethernet for Plant Aut

66、omation）為 我 國 擁 有 獨 立 知 識 產(chǎn) 權(quán) 的 實 時 工 業(yè) 以 太 網(wǎng) 標準 。 EPA由 兩 級 網(wǎng) 絡 組 成 ， 即 過 程 監(jiān) 控 級 網(wǎng) 絡 和現(xiàn) 場 設 備 級 網(wǎng) 絡 。 1） EPA的 通 信 系 統(tǒng) 為 提 高 網(wǎng) 絡 的 實 時 性 ， EPA對 協(xié) 議 的 數(shù) 據(jù)鏈 路 層 進 行 了 擴 展 ， 增 加 了 一 個 EPA通 信 調(diào) 度管 理 實 體 EPA-CSME。 EPA-CSME支 持 完 全 基 于 CSMA/CD的 自 由競 爭 通 信 調(diào) 度 和 基 于 分 時 發(fā) 送 的 確 定 性 通 信 調(diào)度 。 2） EPA通 信 協(xié) 議 模 型應 用 層表 示 層會 話 層傳 輸 層網(wǎng) 絡 層數(shù) 據(jù) 鏈 路 層物 理 層ISO/OSI模 型 用 戶 層 用 戶 應 用 進 程HTTP、 FTP、 DHCP、 SNCP、 SNTP、SNMP、 EPA應 用 層 規(guī) 范 、 EPA管 理 功 能 塊未 使 用未 使 用TCP/UDPIP實 時 通 信 調(diào) 度 接 口IEEE 802.3/IEEE 802.11/IEEE 802.15EPA