第01章工业网络技术及简介
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1、工 业 网 络 技 术授 课：郑 凯2013.08 大连海事大学 信息科学技术学院 副教授副教授( (硕导硕导) )2009.072013.07 大连海事大学 信息科学技术学院 讲师讲师2004.092009.04 哈尔滨工业大学 控制科学与工程 工学博士工学博士 导师:姚郁教授、申铁龙教授姚郁教授、申铁龙教授( (日本上智大学日本上智大学) )2005.112008.02 日本上智大学 机械工学科 共同研究员共同研究员 导师:申铁龙教授申铁龙教授( (日本上智大学日本上智大学) )2002.092004.07 哈尔滨工业大学 控制科学与工程 工学硕士工学硕士 导师:姚郁教授姚郁教授1998.
2、092002.07 哈尔滨工业大学 控制科学与工程 工学学士工学学士DC/DC buck converter0100020003000400050006000700080002.833.23.43.63.844.2tElectric potential (V) L=10 mL=50 mL=90 mL=130 mL=190 m0100020003000400050006000700080002.62.833.23.43.63.844.2tElectric potential (V) L=90 mL=100 mL=120 mL=140 mL=160 m01000200030004000500060
3、00700080002.62.833.23.43.63.844.2tElectric potential (V) L=100 mL=140 mL=180 mL=220 mL=260 m0100020003000400050006000700080002.833.23.43.63.844.2tElectric potential (V) r=10 mr=11 mr=12 mr=13 m工业网络技术课程及安排参考教材n工业通信网络技术和应用，许勇 主编，西安电子科技大学出版社n工业控制网络技术，赵新秋 主编，中国电力出版社n现场总线技术及其应用，阳宪惠 主编，清华大学出版社n现场总线及其应用技术，
4、李正军 编著，机械工业出版社 其他参考书，感兴趣的同学可以上网上购买。成绩分配n考试70分(开卷)n平时20分n实验10分(1次大实验课，实验6分，报告4分)课程安排n第一章 工业网络技术概述n工业网络技术的概念及特点n介绍几种典型的工业网络及总线n企业信息集成系统n工业现场总线技术分发展趋势nZigbee技术课程安排n第二章 数据通信基础n通信系统的组成n数据编码技术n通信系统的性能指标介绍n信道n网络拓扑结构n网络传输介质n介质访问控制n差错控制方法课程安排n第三章 控制网络基础n控制网络与计算机网络n网络互联通信的参考模型n几种典型控制网络的参考模型n网络互联设备课程安排n第四章 串行通
5、信技术n串行通信基础nRS-232C串行通信接口nRS-422/485串行通信接口n基于51单片机的串行通信接口设计课程安排n第五章 ModBus协议nModBus协议概述nModBus协议规范nModBus协议的实现课程安排n第六章 工业以太网技术nTCP/IP体系结构介绍n以太网的物理连接n以太网的帧结构n网际协议IPn运输层n工业以太网课程安排n第七章 CAN总线技术nCAN总线技术简介nCAN总线接口设计nCANOPEN协议简介课程安排n第八章 Zigbee技术nZigbee技术特征nZigBee的适用条件和应用前景nZigBee无线通信协议简介第一章 工业网络技术概述1.1 工业网络
6、概念及特性感性认识工业网络n工业网络技术是在现场总线框架现场总线框架下的集智智能传感能传感、控制控制、计算机计算机以及数据通信数据通信为主要内容的综合网络技术。它已成为工业自动化技术发展的热点，并将导致工业自动化系统结构和设备的深刻变革。 可以说，现代工业网络技术就是工业现场总线技术的一种体现。汽车测控系统实例1.1.1 控制系统发展n把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代；n把420mA等电气模拟信号控制系统称为第二代；n把数字计算机集中式控制系统称为第三代；n而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代；n把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS现场总线控制系统。
7、1.1.2 现场总线定义n现场总线 (Fieldbus)：是一种应用于生产现场，在现场仪表设备间或仪表设备与控制装置间实行双向、串行、多节点的数字通信技术。1.1.3 FCS与传统DCS的比较n分布式控制系统(DCS Distributed Control System)：由多台计算机分别控制生产过程中多个控制回路，同时又可集中获取数据、集中管理和集中控制的自动控制系统。分布式控制系统采用微处理机分别控制各个回路，而用中小型工业控制计算机或高性能的微处理机实施上一级的控制。各回路之间和上下级之间通过高速数据通道交换信息。分布式控制系统具有数据获取、直接数字控制、人机交互以及监控和管理等功能。1
8、.1.3 FCS与传统DCS的比较传统控制系统模型传统控制系统模型1.1.3 FCS与传统DCS的比较1.1.3 FCS与传统DCS的比较（a）传统智能仪表模型）传统智能仪表模型（b）现场总线智能仪表模型）现场总线智能仪表模型1.1.4 现场总线的特点n1、系统具有高度的开放性、系统具有高度的开放性开放是指对相关标准的一致、公开性，强调对标准的共识与遵从。可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。n2、互可操作性与互用性、互可操作性与互用性实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。 1.1.4 现场总线的特点
9、n3、现场设备的智能化与功能自治性、现场设备的智能化与功能自治性。将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能。随时诊断设备的运行状态。 1.1.4 现场总线的特点n4、系统结构的高度分散性、系统结构的高度分散性由于现场设备本身已可完成自动控制的基本功能，使得现场总线已构成一种新的全分布式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。 1.1.4 现场总线的特点n4、系统结构的高度分散性、系统结构的高度分散性1.1.4 现场总线的特点n5、对现场环境的适应性、对现场环境的
10、适应性工作在现场设备前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为在现场环境工作而设计的。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。能采用两线制实现送电与通信。满足安全防爆要求等。 1.1.5 现场总线的优点 n1、节省硬件数量与投资、节省硬件数量与投资由于现场总线系统中分散在设备前端的智能设备能直接执行多种传感、控制、报警和计算功能，因而可减少变送器的数量。不再需要DCS系统的信号调理、转换、隔离技术等功能单元及其复杂接线。 1.1.5 现场总线的优点 n2、节省安装费用、节省安装费用一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少
