現(xiàn)場總線知識點匯總.doc

1、學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考現(xiàn)場總線知識點匯總1. 現(xiàn)場總線定義：（ 1）國際電工委員會 IEC61158 標準定義， 現(xiàn)場總線是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線。 （ 2）應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場，在測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信技術(shù)。2. 現(xiàn)場總線技術(shù)是在 20 世紀 80 年代中期發(fā)展起來的，是計算機技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)（即 3C 技術(shù)）發(fā)展匯集成的結(jié)合點，是信息技術(shù)、數(shù)字化、智能化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到現(xiàn)場的結(jié)果。2. 現(xiàn)場總線亦稱為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)成為控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的代名詞。3. 現(xiàn)場總線以測量控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，以雙絞線等傳輸

2、介質(zhì)為紐帶， 把位于生產(chǎn)現(xiàn)場、具備了數(shù)字計算和數(shù)字通信能力的測量控制設(shè)備連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在多個測量控制設(shè)備之間、以及現(xiàn)場設(shè)備與遠程監(jiān)控計算機之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成適應(yīng)各種應(yīng)用需求的自動控制系統(tǒng)。（三要素：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、傳輸介質(zhì)、通信協(xié)議）4.與一般的電信網(wǎng)和一般的計算機網(wǎng)絡(luò)相比，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)特別強調(diào)可靠性和實時性，現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)通信是以引發(fā)物質(zhì)或能量的運動為最終目的。5. 現(xiàn)場總線產(chǎn)生的背景和時代需求：處于企業(yè)生產(chǎn)過程底層的測量自動化系統(tǒng)，由于設(shè)備之間采用傳統(tǒng)的一對一連線，用電壓、電流的模擬信號進行測量控制， 或采用自成體系的封閉式的集散系統(tǒng)，難以實現(xiàn)設(shè)備之

3、間以及系統(tǒng)與外界之間的信息交換，使自動化系統(tǒng)成為“信息孤島” 。要實現(xiàn)整個企業(yè)的信息集成，要實施綜合自動化，就要構(gòu)建運行在生產(chǎn)現(xiàn)場、性能可靠、造價低廉的工廠底層網(wǎng)絡(luò)，完成現(xiàn)場自動化設(shè)備之間的多點數(shù)字通信，實現(xiàn)底層現(xiàn)場設(shè)備之間、 以及生產(chǎn)現(xiàn)場與外界的信息交換。 現(xiàn)場總線作為現(xiàn)場設(shè)備之間互聯(lián)的控制網(wǎng)絡(luò)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系，為徹底打破自動化系統(tǒng)的信息孤島僵局創(chuàng)造了條件。6. 工業(yè)自動控制系統(tǒng)歷史（1） 20世紀 50年代，模擬儀表控制系統(tǒng)（ACS）；（2） 20世紀 60年代，直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）；（3） 20世紀 70年代，集散控制系統(tǒng)（ DCS

4、）；（4） 20世紀 90年代，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）。7. FCS 特點：1 ） FCS的信號傳輸實現(xiàn)了全數(shù)字化2 ） FCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是全分散式3 ） FCS的現(xiàn)場設(shè)備具有互操作性4 ） FCS的技術(shù)和標準實現(xiàn)了全開放5 ） FCS的環(huán)境適應(yīng)性與總線供電8. 集散控制系統(tǒng)的不足：從結(jié)構(gòu)上看，在系統(tǒng)的一個局部，或者子系統(tǒng)，基本上還是集中式控制，系統(tǒng)分散得不夠徹底，集中式控制系統(tǒng)存在的問題沒有從根本上得到解決。現(xiàn)場仍采用模擬信號，電纜較多，成本較高。各公司的 DCS各有各的標準，不能實現(xiàn)互聯(lián)。9. 現(xiàn)場總線的發(fā)展現(xiàn)狀：國際電工委員會 / 國際標準協(xié)會（ IEC/ISA ）自 1984 年起現(xiàn)

5、場總線標準工作，但統(tǒng)一的標準至今仍未完成。1）技術(shù)原因。目前尚沒有一種現(xiàn)場總線對所有應(yīng)用領(lǐng)域在技術(shù)上都是最優(yōu)的。2）利益驅(qū)動。導(dǎo)致自動化行業(yè)形成多種總線技術(shù)標準并存現(xiàn)狀?，F(xiàn)場總線的國際標準一直未能統(tǒng)一，真正實現(xiàn)開放性遠未達到。將以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)自動控制系統(tǒng)的呼聲越來越高，學(xué)習(xí)資料學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考也就是使得控制和管理系統(tǒng)中的信息無縫銜接，真正實現(xiàn)“一網(wǎng)到底”。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)有望解決這一問題10. 誕生于不同領(lǐng)域的總線技術(shù)往往對這一特定的領(lǐng)域的適用性就好一些。? PROFIBUS適合于工廠自動化? CAN適用于汽車工業(yè)? FF 總線適用于過程控制? LonWorks 適用于樓宇自動化?

6、 SwiftNet 適用于飛機制造? P-NET適用于農(nóng)業(yè)11. 現(xiàn)場總線國際標準1） ISO11898 和 ISO11519?ISO11898：道路交通工具（Road Vehicle）數(shù)字信息交換（Interchange ofdigitalinformation）用于高速通信（For high-speedcommunication ）的控制器局域網(wǎng)（ CAN） ；?ISO11519：低速 CAN和 VAN的標準。2）IEC61158 ：FF H1 、ControlNet、 PROFIBUS 、P-NET 、FF HSE、 SwiftNet、WorldFIP 、Interbus。3） IEC6

7、2026：DeviceNet 、 AS-iIEC62026為低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的現(xiàn)場總線。12. 工業(yè)以太網(wǎng)定義?應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域的以太網(wǎng)技術(shù)?以太網(wǎng)（ Ethernet ）由 Xerox 、DEC、 Intel聯(lián)合推出的局域網(wǎng)物理層與數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范。電子電氣工程師協(xié)會在此基礎(chǔ)上制定了局域網(wǎng)標準IEEE802.3 ，已成為信息網(wǎng)絡(luò)的實際標準。? 工業(yè)以太網(wǎng)一般是指技術(shù)上與商用以太網(wǎng)兼容，但在產(chǎn)品設(shè)計、材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強度、適用性以及實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質(zhì)安全等方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要。13. 工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢1）應(yīng)用廣泛2）成本低廉3）通信速率高4）軟硬件資源豐富

8、5）可持續(xù)發(fā)展能力強6）易于實現(xiàn)管控一體化14. 工業(yè)以太網(wǎng)存在的不足1）實時性問題2）可靠性問題3）安全性問題4）總線供電問題15.本質(zhì)安全： 指通過設(shè)計等手段使生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)系統(tǒng)本身具有安全性，即使在誤操作或發(fā)生故障的情況下也不會造成事故的功能。16.現(xiàn)場總線特點： 5 個特點（見教材23 頁）17. 現(xiàn)場總線的優(yōu)點： 5 個優(yōu)點（見教材 3 頁）18. 互操作性和互用性的定義（見教材2 頁）學(xué)習(xí)資料學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考19. 通信系統(tǒng)最主要的指標：有效性和可靠性有效性：傳輸信息的內(nèi)容有多少；可靠性：接收信息的可靠程度。20. 有效性指標： 4 個（熟悉概念）可靠性指標用誤碼率來衡

9、量。21. 比特率和波特率定義22. 頻率特性定義23. 頻譜和帶寬定義24. 為什么 CAN總線在位速率為 1Mbps 時，傳輸距離只有 40 米？1） CAN 總線要求發(fā)送器在發(fā)送每一位的同時，都要監(jiān)視總線電平，用以確定是否發(fā)送器競爭發(fā)送權(quán)失敗， 是否總線發(fā)生了位錯誤， 是否獲得了應(yīng)答。 這都需要在 1 位時間內(nèi)完成。 1Mbps 時，位時間是 1 微秒；2）已知銅導(dǎo)線中電信號的傳播速度是光速的2/3 ，1 微秒在可以在總線上跑200 米，由于要做折返跑，所以總線距離不能超過100 米；3）考慮到可靠采樣以及需留下一定的信息處理時間的問題，一般采樣點設(shè)在位時間的50%左右，所以最大傳輸距離

10、還要減半，即為50米；4）還要考慮發(fā)送器延時、接收器延時，總線的最大傳輸距離還要打折扣，故定位40 米。25. CAN 總線報文傳送由哪 4 種不同類型的幀表示和控制？答：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器至接收器；遠程幀通過總線單元發(fā)送，以請求具有相同標識符的的數(shù)據(jù)幀； 出錯幀由檢測出總線錯誤的任何單元發(fā)送； 超載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀（或遠程幀）之間提供一附加的延時。26. 1 ） PCA82C250稱作 CAN收發(fā)器，位于 CAN總線的物理層，是完成邏輯信號與電纜上物理信號的轉(zhuǎn)換（雙向轉(zhuǎn)換） 。2） CAN總線一般使用兩根電纜進行信號傳輸，其名稱分別為CAN_H和 CAN_L。3）CAN收發(fā)器

11、根據(jù)兩根電纜之間的電壓差來判斷總線電平，這種傳輸方式稱為“差分傳輸”。電纜上傳輸?shù)碾娖叫盘栔挥袃煞N可能，分別為顯性電平和隱性電平，其中顯性電平代表邏輯 0，隱性電平代表邏輯 1。4）CAN-bus 發(fā)布了兩個通信標準，即高速通信標準ISO11898（最高 1Mbps）和低速通信標準 ISO11519（最高 125Kbps），這兩個標準中差分電平的特性不相同（如表1-1 所示）表 1-1物理層ISO11898ISO11519-2電平隱性顯性顯性隱性4.01.75CAN_H/V3.502.50CAN_L/V2.501.03.251.50電位差 /V2.003.0-1.5從上圖可知，這兩個標準物理層

12、不同，但在數(shù)據(jù)鏈路層是相同的。5）CAN_bus采用雙絞線連接，并配合差分傳輸方式，可以有效抑制共模干擾。共模干學(xué)習(xí)資料學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考擾是指信號線上干擾信號的幅度和相位都相同。6）PCA82C250有三種工作模式，即高速模式、 準備模式和斜率模式，模式控制通過RS控制引腳完成。27. SJA1000 支持兩種不同的協(xié)議模式，即BasicCAN 模式和 PeliCAN 模式。28、為什么在CAN總線的兩端要加終端匹配電阻？終端電阻的阻值一般是多少？答：現(xiàn)場總線中數(shù)據(jù)的傳輸是以電信號的形式在電纜中傳播的，而電信號對電纜的阻抗比較敏感， 當阻抗不連續(xù)或發(fā)生突變時，就會發(fā)生電信號的反射。

13、反射過程比較復(fù)雜，也有可能多次反射， 反射的信號可能會混疊在正常信號上，引起電平的變化， 導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯誤。為了使電纜終點的阻抗保持連續(xù)而不發(fā)生突變，CAN_bus規(guī)定在電纜的兩端或一端接入匹配電阻，即終端電阻。在CAN_bus中終端電阻一般為120 歐姆。29、計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識計算機網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)場總線技術(shù)的基礎(chǔ)，熟悉計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和拓撲結(jié)構(gòu)，了解網(wǎng)絡(luò)中每層的功能和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的連接方式，為學(xué)習(xí)現(xiàn)場總線協(xié)議作準備。1 ） . 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：計算機網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型和各層協(xié)議的集合。2 ） . 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：為了進行計算機網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或約定的集合。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是計算機網(wǎng)絡(luò)中不可缺少的組成部分。3 ）. 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括三個要素：語法、語義和時序。 （ 1）語法：用戶數(shù)據(jù)和控制信息的結(jié)構(gòu)和格式；（ 2）語義：需要發(fā)送何種控制信息，以及完成的動作以及所作出的響應(yīng)；（ 3）時序：對事件實現(xiàn)順序的詳細說明。4） . 國際標準化組織（ISO）提出了開放系統(tǒng)互連參考模型OSI-RM，該標準定義了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的 7 層框架，實現(xiàn)了系統(tǒng)間