現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)總復(fù)習(xí)

總復(fù)習(xí) 現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng) 現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng) 試卷構(gòu)成 填空題30分簡答題50分綜合題20分 基本概念與知識 30個(gè)空 計(jì)算題 海明碼或者循環(huán)冗余編碼例題 有修改 系統(tǒng)分析題 輥道窯控制系統(tǒng) 基本概念與知識 9道題 PPT給出的是復(fù)習(xí)要點(diǎn)和部分知識 有些考試內(nèi)容在PPT中可以找到 有些需要結(jié)合課本進(jìn)行復(fù)習(xí) 大家不要留白卷 祝大家考出好成績 1 1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 3 巡回檢測和操作指導(dǎo)系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng) 直接數(shù)字控制系統(tǒng) 集散控制系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)根據(jù)監(jiān)測的信號給出控制建議 由人工完成控制 計(jì)算機(jī)參與控制 加入計(jì)算機(jī)監(jiān)督層對控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整 集中管理 分散控制 1 2DCS系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 4 現(xiàn)場層 完成對生產(chǎn)裝置 過程 的信號轉(zhuǎn)換 檢測和控制量的輸出等 控制層 完成對所連接的各類裝置實(shí)施監(jiān)測和控制 監(jiān)控層 對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行檢測和故障診斷 對全系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)視和操作 完成控制回路的組態(tài) 參數(shù)修改和優(yōu)化過程處理等 管理層 實(shí)現(xiàn)全廠設(shè)備性能監(jiān)視 運(yùn)行優(yōu)化 負(fù)荷分配和日常運(yùn)行管理等功能 承擔(dān)全廠的管理決策 計(jì)劃管理 行政管理等任務(wù) 1 3DCS系統(tǒng)硬件構(gòu)成 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 控制站 DCS的核心 它接收現(xiàn)場設(shè)備的信號 對生產(chǎn)過程進(jìn)行閉環(huán)控制 8 操作站 是操作人員與控制系統(tǒng)交換信息的人機(jī)接口 采集站 完成數(shù)據(jù)采集 預(yù)處理以及進(jìn)一步的加工處理 但不直接完成控制功能 工程師站 技術(shù)人員進(jìn)行組態(tài)設(shè)計(jì) 包括對各種設(shè)計(jì)文件進(jìn)行歸類和管理 管理站 綜合監(jiān)視全系統(tǒng)的各單元 管理全系統(tǒng)的所有信息 總線 具有高速通信能力的信息總線 1 4DCS系統(tǒng)軟件構(gòu)成 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 6 1 5現(xiàn)場總線技術(shù)基本概念 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 7 1 6現(xiàn)場總線技術(shù)本質(zhì)和核心 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 8 2 現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)及本質(zhì) 現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)場設(shè)備互聯(lián) 互操作 分散功能塊 通信線供電 開放式網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)場總線核心即總線協(xié)議 目前現(xiàn)場總線協(xié)議并不統(tǒng)一 但對于各種總線 其協(xié)議基本原理都是相同的 都以解決串行雙向數(shù)字化通信為基本依據(jù) 1 7工業(yè)以太網(wǎng)基本概念 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 9 1 8現(xiàn)場總線與企業(yè)網(wǎng)絡(luò) 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 10 2 1總線的基本術(shù)語 結(jié)合課本掌握 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 11 0010001011111010001110100010010010010 總線協(xié)議 2 2總線的基本操作 結(jié)合課本掌握 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 12 廣播尋址 0010101 總線定時(shí) 出錯(cuò)檢測 從設(shè)備4 容錯(cuò)與隔離 2 3通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 13 模擬信息源數(shù)字信息源 信源編碼信道編碼 常用的信號變換方法 從帶有干擾的信號中恢復(fù)出原始信息 多路復(fù)用的情況 2 4模擬數(shù)據(jù)編碼技術(shù) 結(jié)合課本掌握 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 14 幅度鍵控 Amplitude ShiftKeying ASK 頻移鍵控 Frequency ShiftKeying FSK 相移鍵控 Phase ShiftKeying PSK 2 5數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼技術(shù) 結(jié)合課本掌握 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 15 單極性非歸零碼 單極性歸零碼 雙極性非歸零碼 雙極性歸零碼 差分碼 曼徹斯特編碼 2 6數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪慰固販?zhǔn)則 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 16 1 基帶傳輸 奈奎斯特準(zhǔn)則 信道的帶寬為B 則它可傳輸?shù)淖罡咝盘柌ㄐ蝹鬏斔俾蕿?B 2 7數(shù)據(jù)的通信方式 結(jié)合課本熟悉概念 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 17 1 并行通信和串行通信 2 異步傳輸和同步傳輸 3 單工 半雙工和全雙工通信 2 8網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 結(jié)合課本掌握 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 18 中央節(jié)點(diǎn)負(fù)擔(dān)大 其它節(jié)點(diǎn)連接簡單 節(jié)點(diǎn)需要提高復(fù)雜的控制邏輯 廣播式傳輸 適合層次型管理系統(tǒng) 2 9介質(zhì)訪問控制方式 結(jié)合課本掌握 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 19 載波監(jiān)聽 沖突檢測 令牌環(huán)網(wǎng) 2 10差錯(cuò)控制編碼技術(shù) 掌握課本上的例題 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 20 1 海明碼 2 循環(huán)冗余編碼 2 11OSI參考模型 結(jié)合課件掌握 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 21 2 13網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備 結(jié)合課本掌握 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 22 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 23 3 1異步數(shù)據(jù)通信格式 無論是RS 232接口 還是RS 485接口 均可采用串行異步收發(fā)數(shù)據(jù)格式 起始位 通知接收方有數(shù)據(jù)到達(dá) 結(jié)束位 1 1 5 2位中選擇 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 24 3 2串行通信基本概念 連接握手 確認(rèn) 使收發(fā)雙方確認(rèn)已經(jīng)建立了連接關(guān)系 接收方已經(jīng)做好準(zhǔn)備 可以進(jìn)入數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài) 接收者表明數(shù)據(jù)已經(jīng)收到回復(fù)信息的過程 相應(yīng)的措施 重發(fā) 中斷 一個(gè)通知CPU有需要立即響應(yīng)的任務(wù)的信號 輪詢 周期性地獲取特征或信號來讀取數(shù)據(jù)或發(fā)現(xiàn)是否有事件發(fā)生的工作過程 差錯(cuò)檢驗(yàn) 數(shù)據(jù)通信中的接受者可以通過差錯(cuò)檢驗(yàn)來判斷所接收的數(shù)據(jù)是否正確 3 3RS 232C串行通信接口技術(shù) 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 25 信號速率限于20kbit s以內(nèi)線間干擾大 限于15m之內(nèi)負(fù)邏輯 3 4RS 485串行通信接口技術(shù) 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 26 抑制噪聲不受底線電壓漂移的影響價(jià)格便宜 接收端 使能端 發(fā)送使能 發(fā)送端 正輸入 負(fù)輸入 4 1CAN總線通信模型 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 27 4 2物理層 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 28 接口電位 傳輸速率 4 3同步 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 29 硬同步 只在總線空閑時(shí)通過一個(gè)從 隱性位 到 顯性位 的跳變 幀起始 來完成 此時(shí)不管有沒有相位誤差 所有節(jié)點(diǎn)的位時(shí)間重新開始 重同步 在報(bào)文的隨后位中 每當(dāng)有從 隱性位 到 顯性位 的跳變 并且該跳變落在了同步段之外 就會(huì)引起一次重同步 重同步機(jī)制可以根據(jù)跳變沿加長或者縮短位時(shí)間以調(diào)整采樣點(diǎn)的位置 保證正確采樣 4 4數(shù)據(jù)鏈路層幀格式 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 30 主動(dòng)錯(cuò)誤 被動(dòng)錯(cuò)誤 總線關(guān)閉 復(fù)位或檢測到128次11位連續(xù)隱性位 設(shè)備正常參與總線通信 檢測到錯(cuò)誤時(shí)發(fā)送主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)識 數(shù)據(jù)幀的收發(fā)都被禁止 設(shè)備正常參與總線通信 檢測到錯(cuò)誤時(shí)發(fā)送被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)識 REC 127且TEC 127 REC 127或TEC 127 TEC 255 REC 接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器TEC 發(fā)送錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器 復(fù)位時(shí)兩者都被清0 復(fù)位 4 5數(shù)據(jù)鏈路層工作流程 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 31 初始化 等待空閑 等待總線SOF或應(yīng)用層的發(fā)送請求 發(fā)送報(bào)文 接收ACK 等待EOF 發(fā)送錯(cuò)誤幀 接收報(bào)文 發(fā)送ACK 等待EOF 發(fā)送錯(cuò)誤幀 1 2 2 2 4 3 6 8 5 7 5 不取消發(fā)送請求 發(fā)送請求 檢測到SOF 仲裁失敗 失敗 失敗 EOF無效 檢測到錯(cuò)誤 失敗 失敗 成功 EOF有效 TEC和REC清0 REC加1 REC加8 REC減1 TEC減1 TEC加8 若TEC 8則TEC加8 若TEC 255則斷開連接 成功 成功 無錯(cuò) 成功 5 1CAN站點(diǎn)的構(gòu)成 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 32 完成智能節(jié)點(diǎn)的外圍功能 完成智能節(jié)點(diǎn)的控制功能 CAN協(xié)議的實(shí)現(xiàn) 總線驅(qū)動(dòng)器 5 2SJA1000 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 33 BasicCan模式 PeliCan模式 5 3PCA82C250 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 34 6 1陶瓷輥道窯CAN總線監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 35 輥道窯窯體按工作過程分成3段 預(yù)熱帶 燒成帶和冷卻帶 燃燒頭組成的燃燒系統(tǒng) 控制油量 爐內(nèi)溫度 燒成曲線 爐內(nèi)氣氛 氣體氧含量 溫度測量 6 2控制曲線 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 36 6 3系統(tǒng)控制回路結(jié)構(gòu) 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 37 7 1DeviceNet通信模型 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 38 應(yīng)用層 層7 數(shù)據(jù)鏈路層 層2 物理層 層1 DeviceNet應(yīng)用層協(xié)議規(guī)范 CAN協(xié)議規(guī)范 DeviceNet物理層和介質(zhì)層協(xié)議規(guī)范 DeviceNet的通信參考模型分為3層 物理層 數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層 7 2CAN與DeviceNet之間的關(guān)系 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 39 CAN中定義了數(shù)據(jù)幀 遠(yuǎn)程幀 出錯(cuò)幀和超載幀 DeviceNet使用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀而不使用遠(yuǎn)程幀 出錯(cuò)幀和超載幀由CAN控制芯片控制 由于采用生產(chǎn)者 消費(fèi)者通信模式 DeviceNet總線上所有報(bào)文均帶有連接標(biāo)志符 節(jié)點(diǎn)可充分利用CAN控制器的報(bào)文過濾功能以節(jié)省CPU資源 基于上述原因 DeviceNet智能節(jié)點(diǎn)開發(fā)方案都是基于CAN技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì) 在CAN節(jié)點(diǎn)開發(fā)的技術(shù)上 進(jìn)行物理層改造 波特率和中段速率設(shè)定及應(yīng)用程設(shè)計(jì) 7 3DeviceNet物理層 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 40 沿用CAN總線的顯性和隱性電平 7 3DeviceNet物理層 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 41 7 4DeviceNet鏈路層 河南理工大學(xué)交通信息工程與控制系 42 DeviceNet的數(shù)據(jù)鏈路層遵循CAN總線規(guī)范 DeviceNet使用數(shù)據(jù)幀 不使用遠(yuǎn)程幀 DeviceNet只使用標(biāo)準(zhǔn)幀 其中CAN的11位標(biāo)識符在DeviceNet中被稱為 連接ID CID DeviceNet將CAN總線11位標(biāo)識符 CID 分成了4個(gè)單獨(dú)的報(bào)文組 DeviceNet節(jié)點(diǎn)支持CAN故障診斷 此外 若節(jié)點(diǎn)不符合DeviceNet規(guī)范則轉(zhuǎn)為脫離總線狀態(tài) 7 5DeviceNet應(yīng)用層 DeviceNet是基于 連接 的網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)上的任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在開始通信之前必須首先建立連接 DeviceNet對連接的描述 使用的表示符 傳送報(bào)文的類型 數(shù)據(jù)長度 路徑信息的產(chǎn)生方式 報(bào)文傳送頻率和連接的狀態(tài) DeviceNet中每一個(gè)連接由一個(gè)11bit的連接標(biāo)識符 CID 來表示 包括了媒體訪問控制標(biāo)識符 MACID 和報(bào)文標(biāo)識符 MessageID DeviceNet用連接標(biāo)識符將優(yōu)先級不同的報(bào)文分為4組 7 6DeviceNet報(bào)文組 I O報(bào)文I O報(bào)文適用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸 采用高優(yōu)先級連接ID 生產(chǎn)者 消費(fèi)者通信模式 I O報(bào)文數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)場不包含任何與協(xié)議相關(guān)的位 僅僅是實(shí)時(shí)的I O數(shù)據(jù) 當(dāng)I O報(bào)文長度大于8字節(jié) 需要分段形成I O報(bào)文片段時(shí) 數(shù)據(jù)場中才有1字節(jié)供報(bào)文分段協(xié)議使用 7 6DeviceNet報(bào)文組 顯示報(bào)文顯示報(bào)文適用于非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸 采用點(diǎn)對點(diǎn)通信模式 典型的請求 響應(yīng)通信方式 常用于上傳 下載程序 修改設(shè)備參數(shù) 記載數(shù)據(jù)日志和設(shè)備診斷等 顯示報(bào)文結(jié)構(gòu)十分靈活 數(shù)據(jù)域中帶有通信網(wǎng)絡(luò)所需的協(xié)議信息和要求操作服務(wù)的指令 7 7DeviceNet設(shè)備描述 標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)對象 交流驅(qū)動(dòng)器 直流驅(qū)動(dòng)器 接觸器 通用離散I O 通用模擬I O HMI 接近開關(guān) 限位開關(guān) 軟啟動(dòng)器 位置控制器 流量計(jì)等 實(shí)現(xiàn)不同制造商生產(chǎn)的設(shè)備的互換性和互操作性 對設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)上交換的I O數(shù)據(jù)的說明 提供可配置參數(shù)的定義和訪問這些參數(shù)的公共接口 7 7DeviceNet設(shè)備描述 采用了面向?qū)ο蟮默F(xiàn)代通信技術(shù)理念 提供了組成和實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)品功能的屬性 服務(wù)和行為 DeviceNet對象建模 7 7DeviceNet設(shè)備描述 7 8DeviceNet設(shè)備連接 DeviceNet是一個(gè)基于連接的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 它基于CAN總線技術(shù) DeviceNet總線只要求支持CAN2 0A協(xié)議 可靈活選用各種CAN通信控制器 一個(gè)DeviceNet的連接提供了多個(gè)應(yīng)用之間的路徑 當(dāng)建立連接時(shí) 與連接相關(guān)的傳送被分配一個(gè)連接ID CID 如果連接包含雙向交換 那么應(yīng)該分配兩個(gè)連接ID值 7 8DeviceNet設(shè)備連接 顯示信息連接是點(diǎn)對點(diǎn)連接 組3報(bào)文ID6和5作為未連接顯示請求和響應(yīng)報(bào)文的連接ID 建立顯示信息連接請求 響應(yīng)報(bào)文 建立連接的過程 傳送數(shù)據(jù) 7 9DeviceNet預(yù)定義主從連接 通用模式要求利用顯式報(bào)文連接 在每個(gè)連接端點(diǎn)手工創(chuàng)建和配置連接對象 以 通用模式 為基礎(chǔ)定義一套連接 此連接能方便主 從關(guān)系中常見的通信 此連接以下稱作 預(yù)定義主 從連接組 主站 擁有 其MACID在掃描清單中的從站 主站檢查其掃描清單以決定與哪一個(gè)從站通信 然后發(fā)送命令 除了重復(fù)MACID檢查 在主站通知授權(quán)前一個(gè)從站不能啟動(dòng)任何通信 7 10DeviceNet節(jié)點(diǎn)開發(fā)方法 開發(fā)者本身對DeviceNet規(guī)范相當(dāng)熟悉 具有豐富的相關(guān)經(jīng)驗(yàn) 并且有長期深入開發(fā)DeviceNet應(yīng)用產(chǎn)品的規(guī)劃 選擇從最底層協(xié)議做起 根據(jù)自身對協(xié)議的深刻領(lǐng)會(huì) 自己編寫硬件驅(qū)動(dòng)程序 再移植到單片機(jī)或其他微處理器系統(tǒng)中 完成開發(fā)調(diào)試工作 利用開發(fā)商提供的一些軟件包 這些軟件包中的源程序往往可以直接應(yīng)用于單片機(jī)中 對于那些復(fù)雜的協(xié)議處理內(nèi)容 已封裝定義好 用戶只需編寫自己的應(yīng)用層程序 而無須涉及過多的協(xié)議內(nèi)容 但其缺