现场总线工业通信基础66页PPT

第四次 工业革命
解放“师” 机器替代部分 可创造性劳动
复杂程度
1784 年，出现了第一 台机械织布机
1969 年，美国 Modicon 公司
传送带方式于 1870 年开始在辛
推出 084 PLC
辛那提屠宰场使用
1800
1900
2000 今天
从工业 1.0 到工业 4.0 工业发展史的解放人的工作程度
推出 084 PLC
辛那提屠宰场使用
1800
1900
2000 今天
从工业 1.0 到工业 4.0
时间轴 8
2.2 工业发展史
第一次 工业革命
机械化
第二次 工业革命
机械化电气化
第三次 工业革命
电气化自动化
第四次 工业革命
复杂程度
自动化智能化
1784 年，出现了第一 台机械织布机
1800
从工业 1.0 到工业 4.0
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2.3.2 工业4.0架构—四大主题
智能工厂：
有四大关键点：
一是要连接所有网络以拿到数据。
二是要有智能机器。
三是大数据，将所有设备、所有人连接后，所有数据都大批量传 送到 智能终端上。
四是分析，得到数据后从中抓取出应用趋势来，提高设备状态的 检测和预测水平。
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三.现场总线助力工业4.0之智能工厂
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二、工业4.0概述
2.1 什么是工业4.0？ 2.2 工业发展史 2.3 工业4.0架构
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2.1 什么是工业4.0
工业4.0是德国政府推行的“新一轮智能 工厂计划”，是以智能制造为主题的第 四次工业革命。
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2.2 工业发展史
第一次 工业革命

Profibus-DP主要性能特点
·传输速率范围很广，可高速数据通信 9.6Kbit/s~12Mbit/s ·传输介质:RS-485技术双绞屏蔽铜电 缆和光纤传输;
Profibus-PA
• Profibus-PA • 支持单位:西门子公司Profibus国际组织
(PI) ， 我 国 有 用 户 组 织 或 专 业 委 员 会 (CPO) 。 标 准 :IEC61158; IEC61784;DIN19245;EN50170。 • 应用领域:流程工业。 • 使用情况 : 应用很广，已有 250 家生产厂 商2000多种产品，已安装25万节点。
SwiftNet
• SwiftNet得到美国波音公司支持。
SwiftNet现场总线是一种结构简单、 实时性强的总线，协议仅包括物理 层和数据链路层，在标准中没有定 义应用层。
INTERBUS
• 支持单位 :PhoenixContact 公司、 INTERBUS 用
户协会和行业标准化协会(INTERBUS-CLUB) • 标准:IEC61158;IEC61784; EN50254;DIN19258。 • 应用领域 : 工业控制，用于 PLC 、 IPC 等现场设备 的连接。汽车制造、生产线、食品工业、煤矿输 送线、合成纤维、自来水厂。 • 使用情况 : 应用很广， 1000 多家生产厂家， 2500 多种产品，已有450万节点50万系统应用实绩。
Rosemount等100多家公司)。 标准:IEC61158;IEC61784。 应用领域:流程工业及其它工业控制。 使用情况:已有试点工程投入运行。 多家生产各种有FFH1接口的产品， 可以满足系统集成要求。
FF主要性能特点
· IEC支持，开放性好，可互操作性好; · 多种传输介质; · 传输速率31.25kbit/s; · 支持本质安全防爆; · 有数据链路网桥连接与HSE相连。

什么是工业4.0？
“互联网+制造”就是工业4.0。“工业4.0”是德国推出的概念， 美国叫“工业互联网”，我国叫“中国制造2025”，这三者本质内容 是一致的，都指向一个核心，就是智能制造。
2015年中国有几个概念非常火，第一是大众创业、万众创新，第 二就是工业4.0，第三个就是“互联网+”。“互联网+”是巨大无比 的概念，“互联网+”里面有“互联网+金融”叫做互联网金融、“互 联网+零售”、“互联网电子商务”，而“互联网+制造”就是工业 4.0。它将推动中国制造向中国创造转型，所以很多人说，工业4.0是 整个中国时代性的革命。
【解决方案】包括软件硬件。
软件有工业物联网、工业网络安全、工业大数据、云计算平台、MES系 统、虚拟现实、人工智能、知识工作自动化等；硬件是工业机器人（包括 高端零部件）、传感器、RFID、3D打印、机器视觉、智能物流(AGV)、 PLC、数据采集器、工业交换机等。
这是一次巨大的产业革命，错过了工业4.0也就错过了这个时代！谁最 终赢得第四次工业革命主导权？第四次工业革命以2013年德国汉诺威为标 志，宣布这一轮工作革命以智能制造为核心。
中国为什么选择德国标准？
第一，中国政府认为，德国路径比美国路径更容易实现；第二，美国的工业空心 化严重。IT公司出现工业4.0挑战大，缺少基础设施的落地，德国工业技术雄厚，是生 产制造基地，生产设备供应商加IT业务解决方案提供商。在第四次工业革命的战略选 择上，中国政府的策略是，紧盯新一轮产业发展的潮流，选择工业4.0，推出中国版的 中国制造2025，寻找机会弯道超车，后发先制。
包括模拟和数字信号处理器在内的集成式超声波和毫米波感测解决方案能够在流量计量诊断和很多其它工业应用中提供全新的多模式功能现场总线和现场总线控制系统的定义现场总线是顺应智能现场仪表而发展起来的一种开放型的数字通信技术其发展的初衷是用数字通信代替一对一的io连接方式把数字通信网络延伸到工业过程现场

互操作性是指实现互连设备间、系统间的信息传递与沟通。 而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互 替换。
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3） 现场总线已构成一种新的全分散化控制系统的体系结构， 从根本上改变了现有DCS集中与分散相结合的集散控制系统体 系，简化了系统结构， 提高了可靠性。
4） 作为工厂网络底层的现场总线，是专为现场环境而设计的， 可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等， 具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电与通信，并可 满足本质安全防爆等要求。
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应用 实体 “X”
应用 层 表示 层 会话 层 传输 层 网络 层 数据 链路 层 物理 层
网络 层 数据 链路 层
物理 层
应用 实体 “Y”
应用 层 表示 层 会话 层 传输 层 网络 层 数据 链路 层 物理 层
物理 媒体 (通信 路径 ) 系统 A
中断 节点
物理 媒体 (通信 路径 ) 系统 B
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由于Ethernet技术的快速发展，Ethernet在电子世界成为 事实上的标准是必然的，Ethernet介入控制领域已经初见端倪。 TCP/IP是将数据打包成信息，从多个数据源仲裁传送，并保证 在另一端完整地重建信息的一种方式。许多供应商都在设计不 同的协议以便将其现场总线的数据转换到TCP/IP上，这样， 就可实现不同现场总线的数据在同一网络上传输，然而这样并 未解决标准统一的问题。目前，现场总线正在开发与Ethernet、 TCP/IP结合的技术有：ControlNet、DeviceNet、 Ethernet/IP联合推出的CIP（Control and Information Protocol）、Foundation Fieldbus推出的HSE（High Speed Ethernet）、Profibus推出的ProfiNet，还有一些现 场总线本身就是与Ethernet功能接近的LAN（局域网），因此 它们不经过Ethernet而直接与TCP/IP推出WorldFIP TCP/IP。

2007.2 V2.0
现场总线技术及应用教程 Copyright by Wang yanfen
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
4. 差错控制
循环冗余校验（CRC,Cyclic Redundancy Check）
一种通过多项式除法检测错误的方法。
检错思想 校验和计算方法
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
4. 差错控制
如何提高通信质量？
采用差错控制方法
一种软的控制技术。它容忍差错的存在，但能够发现，并设法加以 纠正。这是普遍采用的提高通信质量的方法。
原理 检测码 纠错码
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
3. 数据传输
数据传输方式
在数据通信系统中，各种处理工作都是在一定的时序脉冲控制下 进行的，收发端工作的协调一致性是实现信息传输的关键，这就 是数据通信系统中的传输同步问题。
并行通信 串行通信
异步传输和同步传输是解决串行通信同步传输的方法。
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2.1 工业网络通信基础
3. 数据传输 数据传输方式
异步传输
异步传输使用的是字符同步方式。
同步传输
●工业网络与通信
基础知识
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管理软件
用于自动化系统的管理和维护，支持设备的远程监控、故障诊断、资 产管理等功能。
软件应用的选择
01
根据实际需求选择合适的软件应用，需要考虑软件的功能、性 能、易用性、兼容性等方面。
02
根据自动化系统的规模和复杂度选择相应的软件应用，以满足
系统的监控、控制和优化需求。
在选择软件应用时，还需考虑软件供应商的技术支持和服务质
硬件设备的性能和可靠性直接影 响到整个现场总线系统的稳定性
和可靠性。
随着技术的发展，硬件设备的种 类和功能越来越丰富，为现场总 线技术的应用提供了更多的可能
性。
常见的硬件设备
传感器
用于采集现场的各种物理量， 如温度、压力、流量等，是实
现自动化检测的关键设备。
执行器
用于控制现场设备的动作，如 阀门、电机等，是实现自动化 控制的关键设备。
现场总线技术的应用领域
现场总线技术广泛应用于工业自动化 领域，如制造业、电力、石油化工等 。
在电力行业中，现场总线技术可以用 于实现电网的自动化监控和维护，提 高电网的可靠性和安全性。
在制造业中，现场总线技术可以实现 生产设备的监控和控制，提高生产效 率和产品质量。
在石油化工领域，现场总线技术可以 实现生产过程的自动化控制和监测， 提高生产效率和安全性。
技术发展的方向
01
实时性
进一步提高数据传输的实时性， 以满足工业控制对于快速响应的 需求。
安全性
02
03
兼容性
加强安全防护，提高系统的可靠 性和稳定性，防止数据泄露和被 攻击。
增强不同品牌和型号设备之间的 兼容性，降低集成成本和维护难 度。
技术发展的前景
01
02

Association） – 工业自动化开放网络联盟IAONA（ Industrial
Automation Open Network Alliance） – 汽车工程师协会SAE（Society of Automotive
Engineers ）
制定现场总线标准的国际标准化组织
–IEC：国际电工委员会 –ISO：国际标准化组织
沟通现场设备之间及其与 更高控制管理层之间的联
系
要求
适时性强、可靠性高。
主要内容
1.1 现场总线定义 1.2 现场总线发展现状 1.3 现场总线特点 1.4 现场总线发展趋势 1.5 现场总线应用系统
1.2 测控系统的发展
50年代以前，基地式气动仪表控制系统 各仪表处于封闭状态，现场巡视
电动单元组合式模拟仪表: 出现控制室，可以组织复杂系统 集中式数字控制系统 70\80年代，数字式比模拟式精度高，计算机代替众多仪表盘 集散控制系统DCS 80\90年代，集中管理，分散控制，模拟数字混合，封闭系统 • 80年代中期，现场总线控制系统FCS 网络集成式、分布式、互操作、标准化，数字式，开放系统
且至今仍有较大影响的总线技术
几种有影响的现场总线
• Foundation Fieldbus，FF • LonWorks • Profibus • CAN • Hart
现场总线组织
– 现场总线基金会（Fieldbus Foundation） – LonMark协会 – Profibus协会 – 工业以太网协会IEA（ Industrial Ethernet
现场总线技术概述
主要内容
1.1 现场总线定义 1.2 现场总线发展现状 1.3 现场总线特点 1.4 现场总线发展趋势 1.5 现场总线应用系统

3 提高系统可靠性
4 降低系统运行成本
现场总线采用分布式结构，能够在某个设备 出现故障时实现自动切换，提高系统可靠性。
通过降低设备数量和布线成本，现场总线可 以降低系统的运行成本。
现场总线技术的应用场景
工业自动化
现场总线技术广泛应用于工业自动化系统，用于 实现设备之间的数据传输和通信。
建筑自动化
现场总线技术在建筑自动化中起到重要作用，用 于控制和监测建筑内的各种设备。
环境控制
现场总线技术可用于环境控制系统，实现对温度、 湿度、照明等因素的监测和控制。
家庭自动化
现场总线技术也可以应用于家庭自动化，实现对 家庭设备的自动控制和监测。
现场总线技术的实现方式
现场总线协议
现场总线技术的实现需要一种统一的通信协议，常见的现场总线协议有Modbus、Profibus 等。
协议栈
实现现场总线技术需要使用相应的协议栈，用于处理通信协议的各个层级和功能。
硬件实现方案
现场总线技术的硬件实现方式有多种选择，可以根据实际需求进行选型。
现场总线技术的发展趋势
1 物联网技术的发展
随着物联网技术的发展， 现场总线技术将逐渐与其 他技术结合，结合
机器学习和人工智能将为 现场总线技术带来新的应 用和优化方向。
《现场总线技术》PPT课 件
现场总线技术是一种用于实现系统内部设备通信的技术。它简化了设备之间 的连接，降低了系统成本，提高了可靠性。
什么是现场总线技术？
现场总线技术是一种用于设备之间进行数据交换和通信的技术。它简化了设备之间的连接，降低了系统的成本 和维护费用。
现场总线技术的分类
数字现场总线
以数字信号进行通信，具有较高的数据传输速率和抗干扰能力。

典型的FCS组成结构
三、现场总线设备
• 现场总线设备的类型可以是现场总线基金会制 定的几种类型中的任意一种，每种类型的物理 设备都具有通信能力。 • 5种设备类型： • 1、临时设备 • 工作在现场总线网络上，用于对网络组态和排 除设备故障 • 2、静态块现场设备 • 是一种包含功能块应用进程的现场设备，所有 的功能块在静态下被确定
三种CSMA坚持退避算法 • 1、不坚持CSMA。介质空闲，则发送， 否则等待随机时间，重试。 • 2、1－坚持CSMA。介质空闲，则发送， 介质忙，继续监听，直到介质空闲，立 即发送。 • 3、P－坚持CSMA。介质空闲，以P的概 率（随机算法）发送，介质忙，继续监 听，直到介质空闲，立即发送。
2.5.2 令牌访问控制方式 • 基本方式：按一定顺序在各站点传递令 牌，谁得到令牌，谁才有发报权。 • 两种令牌方式： • 1、令牌环方式
2、令牌传递总线方式 • 网上各工作站按一定顺序形成逻辑环， 首尾相连。
fcs由控制系统软件测量系统网络系统和管理系统组成ppt课件151控制系统软件包括监控组态软件维护软件仿真软件和设备管理软件等4在网络运行过程中对系统实时采集处理数据优化控制逻辑控制监控显示输出报表等ppt课件162测量系统多变量高性能的测量使测量仪表具有计算能设备制造等信息硬件含
1.1.1 什么是现场总线 • 定义： • 应用在生产现场，在计算机控制设备之 间实现双向串行多点数字通信的系统。 • 特点： • 1、传统测量仪器仪表微机化，具有数字 计算、通信能力 • 2、可用双绞线作为总线，连接现场仪器 仪表成网络系统；
特点： • 3、执行公开、规范的通信协议 • 4、现场仪表、控制设备与远程监控计算 机之间，实现数据传输、信息交换，形 成各种适应实际需要的自动控制系统