现场总线技术及其应用专项培训(ppt 84页)

每位开始时有无跳变表示“0”或 “1”,有跳变表 示“0”,无跳变表示“1”。
Date: 2021/6/10
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三、数据通信基础
4.数据传输技术
数据传输的方式有串行传输和并行传输；单向传输和双向传 输；同步和异步传输。 ➢ 串行传输和并行传输
1）串行通信：计算机中的一个字节由一个8位二进制代码 来表示。将准备传输的每个字节的二进制代码按照由低到高位 的顺序，依次发送。这种数据传输方式称为串行传输.适合远距 离传输，在分散控制系统中数据通信网络几乎全部采用串行通 信。
Date: 2021/6/10
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三、数据通信基础
2．概念和术语
4）误码率
误码率是衡量通信系统线路质量的一个重要参数。它的 定义为：二进制符号在传输系统中被传错的概率，近似等 于被传错的二进制符号数与所传二进制符号总数的比较， 即：
误码率= 接收的错误比特数/传输的总比特数 在计算机网络中误码率要求低于10-6。
Date: 2021/6/10
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三、数据通信基础
Date: 2021/6/10
Page: 12
一、总线的概念与操作
5.总线操作的基本内容
总线定时 ：主设备获得总线控制权以后，就进入总线 操作，即进行主设备和响应者之间的信息交换，这种信息 可以是地址也可以是数据。定时信号用于指明总线上的数 据和地址何时有效。大多数总线标准都规定主设备可发起 “控制”（Control）信号，指定操作的类型、从设备状态 响应信号。
每一位的中间有一跳变,位中间的跳变既作为时钟信号, 又作为数据信号：从高到低的跳变表示"1",从低到高的跳变 表示 "0"。

02
现场总线技术的体系结构
现场总线的技术体系
现场总线的技术体系包括物理层、数据链路层和应用层。其中，物理层定义了总线的物理特性，如总 线的传输介质、电气接口等；数据链路层定义了数据传输的规则，如数据帧格式、流量控制等；应用 层定义了设备之间的通信协议和信息交换方式。
现场总线的技术体系还包括设备描述层和系统管理层。设备描述层用于描述设备的功能和属性，以便 于其他设备识别和连接；系统管理层则负责整个系统的调度和管理，包括设备的配置、监控和维护等 。
现场总线课件第1章 ppt课件
目 录
• 现场总线概述 • 现场总线技术的体系结构 • 现场总线技术的应用领域 • 现场总线技术的发展趋势与未来
展望 • 总结
01
现场总线概述
现场总线的定义
总结词
现场总线是一种用于工业自动化系统的通信协议，它允许不同设备之间进行实时 、双向、多节点通信。
详细描述
现场总线是一种通信协议，专门为工业自动化系统设计。它允许多个设备或节点 在同一个网络上进行实时、双向的数据交换。通过现场总线，各种传感器、执行 器、控制器等设备可以相互连接，形成一个完整的自动化系统。
现场总线的主要特点
要点一
总结词
现场总线具有实时性、可靠性和开放性等特点。
要点二
详细描述
现场总线作为一种通信协议，具有实时性、可靠性和开放 性等重要特点。实时性是指现场总线能够快速地传输数据 ，满足工业控制系统的实时需求。可靠性则是指现场总线 具有很强的抗干扰能力，能够保证数据传输的准确性和稳 定性。开放性则意味着现场总线遵循国际标准，不同厂商 的设备可以相互连接和集成，提高了系统的可扩展性和互 操作性。
化的市场需求和工业环境。

现场总线技术及其应用-概述
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
Hale Waihona Puke 41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔

演示课件
模拟仪表控制系统（ACS，ANALOG CONTROL SYSTEM）
• 缺点：难于实现复杂的控制；模拟信号的传递需一对一的物理连接，
信号变化缓慢，提高计算速度与精度的难度较大，信号传输的抗干扰 能力也较差。
演示课件
直接数字控制系统（DDC, DIRECT DIGITAL CONTROL）
演示课件
多个现场总线国际标准并存的原因
• 1.技术方面的原因： • (1)现场总线是一项新技术，正处在“百花齐放”的时期。 • (2)仪表和执行器层的通信在数据的数量上大大增加、内容上大大丰富了，
任何规约都不能面面俱到。
• (3)不同领域的应用需求不同，一种规约难以满足各种不同应用的需求。 • 在这样的技术背景下，形成统一标准的过程将十分漫长。
演示课件
现场总线控制系统的基本结构
• 网络拓扑结构可以选择总线型、星
型和环型等不同形式；通信介质不 受限制，可用双绞线、电力线、光 纤、无线和红外线等多种介质。
• 由FCS构成的Infranet控制网很容易与
Intraneห้องสมุดไป่ตู้（企业内部局域网）和 Internet（全球信息网）互连，形成 一个完整的企业网络三级体系结构。
演示课件
现场总线控制系统与传统控制系统的结构对比
• 1. 现场总线设备具有通信能力，现场的测量变送仪表可以与执行器直接
传送信号，因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表， 直接在现场完成，实现彻底的分散。
• 2.由于采用数字信号替代模拟信号，因而可实现一对电线上传输多个信
号，同时又为多个现场总线设备提供电源；现场总线设备以外不再需要 A/D、D/A转换部件。这样就简化了系统结构、节约硬件设备、节约连接 电缆与各种安装维护费用。

篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
现场总线控制系统
现场总线应用实例
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
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显式报文方法： msg_out.data[0] …… msg_out.data[20] ……
msg_send()
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RS-232 MODEM
PC监控机 公共电话 网
MODEM
RS-232 路由器1
. . .
FCS网络
...
智能仪表n …
FCS网络 ...
MODEM
RS-232 路由器k
智能仪表m …
智能仪表1 …
智能仪表1 …
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
1.系统结构
可连接到信息网 网关
2.系统各部分功能

2、电动单元组合式模拟仪表控制系统
随着生产规模的扩大，操作人员需要同时按多点的信息 对生产过程实行操作控制，于是出现了气动、电动系列的 单元组合式仪表，这些仪表采用统一的模拟信号。
3、集中式数字控制系统
模拟控制系统中的模拟信号的传递需一对一的物理 连接，信号变化缓慢，很难提高控制系统的速度和精度， 随着计算机技术的发展，控制系统实现了集中数字控制。
• 数字信号的精确性：数字信息可排除模拟信息传输和转换中 所产生的误差。
• 由于现场总线是双向的，因此能够从中心控制室对现场智能 仪表进行控制，使远程调整、诊断和维护成为可能，甚至能 够在故障发生前进行预测。
四、现场总线控制系统的技术特点
系统的开放性 2. 互操作性与互用性 3. 现场设备的智能化与功能自治性 4. 系统结构的高度分散性 5. 对现场环境的适应性
第一章 现场总线技术概述
现场总线的发展背景 现场总线控制系统 几种有影响的现场总线 现场总线技术的现状及其发展前景
第一节 现场总线的发展背景
自动控制系统：在无人直接参与下可使生产过程或其他过 程按期望规律或预定程序进行的控制系统。自动控制系统 是实现自动化的主要手段。自动控制系统已被广泛应用于 人类社会的各个领域。在工业方面，对于冶金、化工、机 械制造等生产过程中遇到的各种物理量，包括温度、流量、 压力、厚度、张力、速度、位置、频率、相位等，都有相 应的控制系统；在农业方面的应用包括水位自动控制系统、 农业机械的自动操作系统等。在军事技术方面，自动控制 的应用实例有各种类型的伺服系统、火力控制系统、制导 与控制系统等。在航天、航空和航海方面，除了各种形式 的控制系统外，应用的领域还包括导航系统、遥控系统和 各种仿真器。
现场总线的发展趋势
网络结构趋向简单化

但是，在DCS系统形成的过程中，由于受计算机系 统早期存在的系统封闭这一缺陷的影响，各厂家的产品 自成系统，不同厂家的设备不能互连在一起，难以实现 互换与互操作，组成更大范围信息共享的网络系统存在 很多困难。 新型的现场总线控制系统则突破了DCS系统中通信 由专用网络的封闭系统来实现所造成的缺陷，把基于封 闭、专用的解决方案变成了基于公开化、标准化的解决 方案，即可以把来自不同厂商而遵守同一协议规范的自 动化设备，通过现场总线网络连接成系统，实现综合自 动化的各种功能；同时把DCS集中与分散相结合的集散 系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底 下放到现场，依靠现场智能设备本身便可实现基本控制 功能。
1 ．现场总线简介
现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一， 被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现，标志着 工业控制技术领域又一个新时代的开始，并将对该领域 的发展产生重要影响。
（1） 什么是现场总线 现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设 备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为 开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。它在制造 业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有 广泛的应用前景。 现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制 仪表，使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力， 采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量 控制仪表连接成的网络系统，并按公开、规范的通信协 议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现 场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交 换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。
2 ．现场总线的发展背景与趋势
（1） 现场总线是综合自动化的发展需要 为了适应市场竞争，逐渐形成了计算机集成制造系 统。它采用系统集成、信息集成的观点来组织工业生产。 把市场、生产计划、制造过程、企业管理、售后服务看 作要统一考虑的生产过程，并采用计算机、自动化、通 信等技术来实现整个过程的综合自动化，以改善生产加 工、管理决策，提高企业的应变能力和竞争能力等。 但处于企业生产过程底层的测控自动化系统，要与 外界交换信息，实现整个生产过程的信息集成，就必须 设计出一种能在工业现场环境运行的、性能可靠、造价 低廉的通信系统，以实现现场自动化智能设备之间的多 点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外 界的信息交换。现场总线就是在这种背景下产生的。

• 2001年8月制定出由10种类型现场总线 组成的第三版现场总线标准,该标准于 2003年4月成为正式国际标准.
2020年3月19日
主要应用8于种啤酒现、食场总线的简单比较
品、农业和饲养业等
Type4 P－Net主要用用于于有航限空领和域航的天专等用领现域场总线，功能相对比较简单 Type6 SwiftNet
2020年3月19日
本安型仪表
• 本安型仪表的防爆性能，不是采用通风、充气、 充油、隔爆等外部措施实现的，而是由电路本 身实现的，因而是本质安全的。它能适用于一 切危险场所和一切爆炸性气体、蒸气混合物， 并可以在通电的情况下进行维修和调整。
IEC和FF HSE是由传统DCS发展起来的 现场总线，总线功能较为复杂和全面。 它们是IEC推荐的国际现场总线标准。
2020年3月19日
第三版现场总线标准（10种）
• Type1 TS61158 现场总线 • Type2 ControlNet 和 Ethernet/IP 现场总线 • Type3 Profibus现场总线 • Type4 P-NET现场总线 • Type5 FF HSE现场总线 • Type6 Swift-Net 现场总线 • Type7 WorldFIP现场总线 • Type8 INTERBUS现场总线 • Type9 FF H1现场总线 • Type10 PROFInet现场总线
2020年3月19日
TS61158 现场总线
现 场 总 线 通 用 结 构 图
2பைடு நூலகம்20年3月19日
现场总线的标准化
• 经过长达15年的争论，IEC61158用于 工业控制系统的现场总线国际标准于 2000年初终于获得通过8种类型现场总 线，现场总线之争逐渐随之退潮， IEC/SC65C/WG6现场总线标准委员会 到此也完成了历史使命。

案例三：城市交通信号控制系统应用
总结词
利用现场总线技术实现城市交通信号的智能控制，提高 交通流畅度和安全性。
详细描述
在城市交通管理中，采用现场总线技术构建交通信号控 制系统，实现各个路口信号灯的实时通信和控制。通过 实时数据采集和智能算法，优化信号灯的配时方案，提 高交通流畅度和安全性，缓解城市交通拥堵问题。
在工业自动化领域，常见的现场总线 技术包括PROFIBUS、Modbus、 EtherNet/IP等。
智能建筑
智能建筑是现场总线技术的另一个重 要应用领域。通过现场总线，可以实 现建筑物内各种设备（如照明、空调 、安防等）的集中控制和管理，提高 建筑物的能源利用效率和舒适度。
VS
在智能建筑领域，常见的现场总线技 术包括LonWorks、CAN等。
智能交通系统
智能交通系统是现场总线技术的重要应用方 向之一。通过现场总线，可以实现交通信号 灯、监控摄像头等交通设施的集中控制和数 据传输，提高交通效率和安全性。
在智能交通系统领域，常见的现场总线技术 包括FlexRay、TTCAN等。
医疗设备
医疗设备是现场总线技术的重要应用 领域之一。通过现场总线，可以实现 医疗设备的集中控制和数据传输，提 高医疗设备的可靠性和安全性。
02
现场总线技术种类
PROFIBUS
德国标准总线
PROFIBUS是一种用于工业自动化的现场总线标准，由德国标准委员会制定。它 支持多种通信协议，广泛应用于制造业、过程控制和楼宇自动化等领域。
CAN总线
控制器局域网
CAN总线是一种用于汽车和工业自动化领域的现场总线标准。它支持分布式实时控制，具有高可靠性和灵活性，广泛应用于 汽车电子、智能交通和工业自动化等领域。

现场总线技术及应用教程
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26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
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28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
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29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
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30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克