《现场总线技术综述》PPT课件

现场总线技术综述现场总线技术是一种基于现代微电子技术、通信技术和计算机技术的现场设备互联通信系统它通过标准化的数字信号接口和数据通信协议实现了设备之间的,高效互连和信息交换现场总线概述定义作用现场总线是一种基于现场设备互现场总线可用于生产线设备的监联的通信技术用于实时和可靠地测、控制和数据采集实现生产过,,传输数据提高工厂自动化水平程的高度自动化和智能化,优势应用减少现场线缆数量降低安装现场总线广泛应用于工厂自动化•,和维护成本、楼宇自控、智能电网等领域是,工业现代化的核心技术之一实现设备状态实时监控和故障•诊断支持实时数据传输和多设备互•联现场总线的分类现场总线分类按通信模式分类广泛应用领域现场总线按照通信方式可分为串行总线和并现场总线还可以按通信模式分为主从式、多现场总线广泛应用于工业自动化、楼宇自控行总线两大类，其中串行总线又可以分为单主式和点对点式三种类型每种模式都有其、轨道交通等多个领域，满足不同场景的通总线和双总线两种特点和适用场合信需求现场总线的主要特点实时性强可靠性高灵活性强成本较低现场总线采用确定性的通信机现场总线使用专用的通信介质现场总线支持即插即用的设备现场总线采用简单的硬件结构制能够保证数据在规定时间和标准的通信协议具有较强接入和动态的拓扑结构变化和标准化的通信接口有利于,,,,内完成传输满足工业应用的的抗干扰能力和数据传输的可便于系统扩展和维护降低系统部署和维护的成本,实时性要求靠性常见的现场总线技术标准国际标准行业标准新兴技术现场总线技术主要遵循、等国际标针对不同行业还有多种行业标准如随着技术的发展以太网和工业无线等新技IEC ISO,,,准如、等这些标准、、总线等提供术也被纳入现场总线标准如、,IEC61158IEC61784PROFIBUS MODBUSCAN,,EtherNet/IP为现场总线的通信协议、物理层、数据链路更加细化的技术规范等Wireless HART层等做出规定现场总线技术CAN总线是一种广泛应用的现场总线技术它采用CAN ControllerArea Network,分布式控制和多主机通信的方式具有高可靠性和实时性等特点广泛应用于工业,,自动化、汽车电子等领域总线的帧格式CAN帧类型数据长度内容描述标准帧个字节包含标准位标识符的数据帧0-811扩展帧个字节包含扩展位标识符的数据帧0-829远程帧个字节请求从站发送数据帧0错误帧变长检测到错误时发送的帧溢出帧变长当接收到的帧超过缓冲区容量时发送的帧总线的仲裁机制CAN优先级仲裁1基于报文标识符决定优先级随机访问2多个节点同时发送会发生冲突非毁坏式仲裁3低优先级节点会自动退出总线通过优先级仲裁机制来解决多个节点同时访问总线的问题它根据报文标识符来决定优先级，当发生冲突时低优先级的节点会自CAN动退出这种非毁坏式的仲裁方式确保了关键信息的及时传输，提高了总线的实时性和可靠性总线的错误处理CAN错误检测机制错误计数与报警12总线采用周期性错误检查节点会记录错误计数达CAN CAN,和实时错误检测等机制及时发到一定阈值则触发错误报警以,,现并隔离错误信号减少总线故障错误隔离与恢复故障诊断与维护34发生严重错误时节点会网络提供诊断接口便于,CAN CAN,进入总线关闭状态并尝试自动工程师远程监控并快速定位故,恢复连接障总线的应用领域CAN汽车电子工业自动化总线广泛应用于汽车仪表、发动机控制、车门控制等多个总线在工厂自动化、机器人控制、装配线监控等工业领域CAN CAN领域，提高了汽车电子系统的集成度和可靠性得到广泛应用，提高了生产效率和灵活性医疗设备家用电器总线应用于医疗设备如输液泵、监护仪等确保了设备之总线被用于家电产品如洗衣机、冰箱、空调等增强了产CAN,CAN,间的高速可靠通信品的集成和互联性现场总线技术Profibus是一种工业现场总线系统广泛应用于工厂自动化和过程控制领域它Profibus,拥有健壮的通信协议和完善的诊断功能可靠性和实时性强系统由主,Profibus站和从站设备组成主站负责协调从站的数据交换,的通信模型Profibus采用主从式通信架构具有多种通信模式主站负责网络的管理和控制从站则定期回应主站的请求或根据需要主动上报数据通Profibus,,信过程中广泛使用面向对象的方式支持循环通信、远程诊断、配置下载等功能,381M基本模式报文类型最大设备数支持三种基本通信模式周期性数报文包括种不同类型用于实现网络最多可以连接百万个设备Profibus:Profibus8,Profibus1据传输、远程诊断、参数配置下载各种通信功能从站地址分配Profibus自动分配地址灵活的地址范围12从站可通过协议自动从站地址范围可灵活Profibus Profibus分配唯一的站点地址无需手动设置从到满足各种应用,,0126,设置简化了现场部署场景的需求,热插拔支持3从站可以即插即用在线添加或移除设备不影响系统正常运行Profibus,,的主从通信模式Profibus主从通信1采用主从通信模式其中主站负责发起和控制整个通信Profibus,过程从站则被动地响应主站的请求,连续轮询2主站会依次轮询连接的所有从站确保每个从站都有机会进行数,据交换实时性保证3的轮询机制可以保证关键数据的实时传输适用于对实Profibus,时性有严格要求的工业应用现场总线的应用领域Profibus工业自动化楼宇自动化交通运输广泛应用于工厂自动化、流程控可用于楼宇供暖、通风、空调、在轨道交通、航空航天等领域广Profibus ProfibusProfibus制、机器人等领域实现设备之间的高效、照明等系统的集中监控和管理提高能源利泛应用确保关键设备的实时数据交换和高,,,高可靠的数据交换用效率可靠性现场总线技术Modbus是一种简单、多功能的通讯协议被广泛应用于工业自动化等领域它Modbus,具有通讯灵活、数据传输可靠等优势为工厂自动化提供了稳定高效的数据交换,机制的报文格式Modbus是一种常见的现场总线协议其报文格式包括地址域、功能码域、数据Modbus,域以及校验域等部分每个报文都有一个唯一的设备地址用于标识报Modbus,文的接收设备功能码域用于指定要执行的操作如读取写入寄存器等数据域,/则包含了具体的传输数据长度可根据功能码而变化最后校验域用于确保报文,,的完整性和正确性从站地址分配Modbus地址范围分配方式灵活性冲突检测从站地址范围为到通常由主站设备来分配地址也可以通过软件主站会定期扫描从站地址以检Modbus1Modbus这一地址空间为从站地址从站在上或硬件开关来设置这提高了测地址冲突一旦发现冲突247Modbus,从站的唯一标识符，电或重启时会自动使用预设的系统的灵活性和便利性，方便主站会发出警报并隔离冲突设Modbus用于主站发送命令和从站回应地址与主站建立通信将从站灵活部署备Modbus的主从通信模式Modbus主站请求1主站以请求响应的方式向从站发送数据或命令-从站响应2从站收到请求后执行命令并返回响应数据通信轮询3主站按照预先设定的轮询顺序依次与各个从站通信通信采用主从模式主站发起请求从站响应主站按照预先设定的轮询顺序依次与各从站进行通信从站收到请求后执行命令并返Modbus,,,回响应数据这种通信模式简单高效广泛应用于自动化控制系统中,现场总线技术Modbus制造自动化建筑自动化被广泛应用于制造业的自动可用于楼宇自动化系统如Modbus Modbus,化系统中如、变频器、仪表等的、照明和安全控制等,PLC HVAC连接和控制能源管理交通运输在电力、水利、油气等行业在轨道交通、航空航天等领Modbus Modbus的能源管理和监控系统中得到广泛应域的设备监控和调度系统中有很好的用应用现场总线技术Ethernet/IP是基于以太网技术的一种工业现场总线标准它采用标准以太网协议Ethernet/IP,并扩展了相关功能以满足工业现场自动化对实时性、可靠性和确定性的要求,的通信协议Ethernet/IP采用标准以太网和协议作为其通信基础支持各种现场总线通信模式可以实现工业现场设备与控制中心的无缝连接Ethernet/IP TCP/IP,,其主要通信协议包括协议标准多种连接模式1CIP2ODVA3（通用工业协议）作为（开放式设备供应商协会）制支持点对点、生产者消费者、多播CIP ODVA-的核心定义了工业现场定了的具体技术标准和等多种连接模式满足各种工业应用Ethernet/IP,Ethernet/IP,设备的接口标准和通信规范应用指南需求的连接模式Ethernet/IP点对点连接多点连接12支持设备之间的一还支持一个设备与Ethernet/IP Ethernet/IP对一连接方式用于确保可靠和多个设备之间的多点连接方式,,安全的数据交换用于实现数据的广播和组播冗余连接动态连接34为了提高可靠性允许设备随时加入,Ethernet/IP Ethernet/IP支持多条通信线路的冗余连接或退出网络实现动态的连接和,方式可快速切换到备用线路设备管理,的传输服务Ethernet/IP可靠的实时数据传输支持多设备互联多种通信模式采用了基于时间同步的实时数通过标准以太网协议能够实现支持点对点通信、生产者消费Ethernet/IP Ethernet/IP,Ethernet/IP-据传输机制能在确保低延迟的同时实现可不同品牌、不同类型设备的互联互通大幅者模式以及主站从站模式等多种通信机制,,-,靠的数据交换这使其在工业自动化和过程提高了工业现场的设备扩展性和互操作性满足不同应用场景下的数据交换需求控制等领域得以广泛应用的应用领域Ethernet/IP制造业楼宇自控交通运输油气化工被广泛应用于各在智能楼宇中提应用于轨道交通在石油化工等过程工业中Ethernet/IP Ethernet/IP Ethernet/IP种制造过程的自动化控制和监供统一的网络平台实现、航空、港口等行业的自动化可集成现场设备,,Ethernet/IP测包括离散制造、过程制造系统、安防系统、照明控制提升安全性和运营效率和系统实现从生产到储,HVAC,DCS,及组装等其开放式网络拓扑系统等的集成管理提高整体例如用于列车控制、航空器运的全流程自动化监控,和高带宽特点可满足复杂生产能源效率维护诊断等线的需求现场总线的前景展望随着技术的不断发展现场总线技术必将在未来持续演进和创新满足工业自动化,,系统日益增长的需求未来现场总线将更加智能化、网络化、标准化实现更高,效的数据采集、传输和处理为智能工厂、工业互联网等新兴应用场景提供可靠,的通信基础未来发展方向工业自动化现场总线将进一步融合工业物联网、工业机器人等技术实现工厂自动化和智能化,工业物联网现场总线将成为工业物联网的基础设施实现设备互联和数据互通,技术5G网络的高带宽、低时延特性将促进现场总线技术在工业控制和远程监控等领域的应5G用相关技术标准演进不断演进的标准跨行业融合为满足新兴技术的需求现场总线现场总线技术正与工业物联网、,标准不断更新迭代提供更丰富的等新兴技术深度融合推动行业,5G,功能和支持大规模数字化转型协议层面统一未来现场总线将向更统一的协议层面发展提高设备互联互通能力和系统集,成效率融合新技术的应用人工智能与工业物联网与现场总线

4.0人工智能和工业的融合将推物联网技术与现场总线结合实现

4.0,,动生产智能化、设备自主化、过设备和系统的互联互通提高工业,程优化等提高工厂生产效率和产自动化和数字化水平,品质量边缘计算与实时数据处理技术与工业应用5G边缘计算技术与现场总线融合可技术的高带宽、低延迟特性将,5G,实现数据就近处理减少网络传输为现场总线应用提供更加高效的,延迟提高实时响应能力无线通信支撑,。