總復(fù)習(xí) 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)

總復(fù)習(xí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)概述CAN總線(xiàn)（2章）★PROFIBUSCONTROLNET題型：填空：30％簡(jiǎn)答題：25％論述題：20％設(shè)計(jì)題：25％平時(shí)成績(jī)30%（出勤、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)），卷面70％開(kāi)卷考試1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)控制研究的課題計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向如何構(gòu)成一個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按照功能，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類(lèi)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDC

計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC)(SupervisoryComputerControl)

分級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

多級(jí)計(jì)算機(jī)分布控制系統(tǒng)(Multi-levelDistributedComputerControlDCS)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成：控制對(duì)象（簡(jiǎn)稱(chēng)對(duì)象或過(guò)程）、執(zhí)行器、測(cè)量環(huán)節(jié)和數(shù)字調(diào)節(jié)器等組成?？刂茖?duì)象控制對(duì)象即所要控制的裝置或設(shè)備。控制對(duì)象可以用傳遞函數(shù)來(lái)表示。傳遞函數(shù)只適用于線(xiàn)性系統(tǒng)，只與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，與輸入作用的形式無(wú)關(guān)。傳遞函數(shù)是系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述。集散控制系統(tǒng)（DCS）又名分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)、操作、管理和分散控制的一種新型控制技術(shù)。是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CRT技術(shù)、圖形技術(shù)及人機(jī)接口技術(shù)相互滲透發(fā)展而產(chǎn)生的。集散控制系統(tǒng)的發(fā)展階段

集散控制系統(tǒng)的技術(shù)要點(diǎn)

集散控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成

集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征和分類(lèi)

2集散控制系統(tǒng)（DCS）集散控制集中控制DCS與集控系統(tǒng)區(qū)別DCS特點(diǎn)1）分級(jí)遞階結(jié)構(gòu)考慮系統(tǒng)的功能分散、危險(xiǎn)分散、提高可靠性，強(qiáng)化系統(tǒng)應(yīng)用靈活性，降低投資成本，便于維修和技術(shù)更新，以系統(tǒng)最優(yōu)化選擇而得出的。2）分散控制

分散控制是集散控制系統(tǒng)的另一特點(diǎn)。分散的含義不單是分散控制，還包含了其他意如人員分散、地域分散、功能分散、危險(xiǎn)分散、操作分散等。分散的目的是克服計(jì)算機(jī)集中控制，危險(xiǎn)集中，可靠性低的缺點(diǎn)。分散的基礎(chǔ)是被分散的系統(tǒng)是各自獨(dú)立的自治系統(tǒng)。分級(jí)遞階結(jié)構(gòu)就是各自完成各自功能，相互協(xié)調(diào)，各種條件相互制約。集散控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)是典型的局域通信網(wǎng)絡(luò)。信息傳輸速率可達(dá)5～10Mb/s，響應(yīng)時(shí)間僅為數(shù)百微秒，誤碼率低于10-8～10-10。大多數(shù)集散控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)采用光纖傳輸媒質(zhì)，通信的可靠性和安全性大大提高；通信協(xié)議向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化方向前進(jìn)達(dá)到ISO開(kāi)放系統(tǒng)互連模型標(biāo)準(zhǔn)。集散控制系統(tǒng)采用先進(jìn)局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是它優(yōu)于常規(guī)儀表控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)的最大特點(diǎn)之一。

3）局域通信網(wǎng)絡(luò)

4）高可靠性

高可靠性是集散控制系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵?？煽啃砸话闶侵赶到y(tǒng)的一部分(單機(jī))發(fā)生故障時(shí)，能否繼續(xù)維持系統(tǒng)全部或部分功能，即部分發(fā)生故障時(shí)，利用未發(fā)生故障部分仍可使運(yùn)行繼續(xù)下去，并且還能迅速地發(fā)現(xiàn)故障，立即或者很快地修復(fù)。冗余的作用及實(shí)現(xiàn)。2.3集散控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成

集散控制系統(tǒng)按照多級(jí)計(jì)算機(jī)分布控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，采用功能分層方法，充分反映了分散控制、集中管理的特點(diǎn)。功能分層分為四級(jí)：現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)；過(guò)程裝置控制級(jí)；車(chē)間操作管理級(jí)；全廠優(yōu)化和調(diào)度管理級(jí)。集散控制系統(tǒng)的基本組成

集散控制系統(tǒng)的產(chǎn)品眾多，但從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析，它們都是由三部分組成，即分散過(guò)程控制裝置部分、操作管理裝置部分、以及通信系統(tǒng)部分。三部分關(guān)系如圖2-3所示。

4現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)概述

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱(chēng)為開(kāi)放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在監(jiān)控系統(tǒng)中起到數(shù)據(jù)、信息傳輸?shù)淖饔茫歉鞣窒到y(tǒng)信息連接的橋梁?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

系統(tǒng)的開(kāi)放性

互可操作性與互用性

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，使控制系統(tǒng)從設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及其檢修維護(hù)，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。節(jié)省硬件數(shù)量與投資

節(jié)省安裝費(fèi)用節(jié)省維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)用戶(hù)具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)

提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性

4.4幾種有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)發(fā)展的種類(lèi)較多，約有40余種。2000年初宣布，IEC現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)子集有八種：IEC61158；ControlNet；Profibus；P-Net；HighSpeedEthernet；NewcomerSwiftNet；WorldFIP；Interbus-SHART協(xié)議

HART(HighwayAddressableRemoteTransducer)，可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開(kāi)放通信協(xié)議，是美國(guó)Rosemount公司于1985年推出的一種用于現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和控制室設(shè)備之間的通信協(xié)議。實(shí)現(xiàn)4－20mA模擬信號(hào)與數(shù)字通訊兼容的標(biāo)準(zhǔn)，是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的過(guò)渡性標(biāo)準(zhǔn)。專(zhuān)家們預(yù)計(jì)，HART在國(guó)際上的使用壽命為15－20年，在國(guó)內(nèi)由于客觀條件所限，這個(gè)時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)一些。HART協(xié)議物理層采用基于Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK頻移鍵控信號(hào)，在低頻的4－20mA模擬信號(hào)上疊加幅度為0.5mA的音頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雙向數(shù)字通訊，數(shù)據(jù)傳輸率為1.2Mbps。由于FSK信號(hào)的平均值為0，不影響傳送給控制系統(tǒng)模擬信號(hào)的大小，保證了與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)的兼容性。

5控制器局域網(wǎng)總線(xiàn)CAN

CAN(ControllerAreaNetwork)即控制器局域網(wǎng)絡(luò)。CAN的性能特點(diǎn)CAN為多主方式工作不同的優(yōu)先級(jí)非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)報(bào)文濾波采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低5.2CAN的技術(shù)規(guī)范

1991年9月PhilipsSemiconductors制訂并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范(Version2.0)。該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩部分。2.0A給出了CAN報(bào)文標(biāo)準(zhǔn)格式；2.0B給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的兩種格式。5.2.2CAN節(jié)點(diǎn)的分層結(jié)構(gòu)

遵循ISO／OSI標(biāo)準(zhǔn)模型，CAN分為：數(shù)據(jù)鏈路層

(包括邏輯鏈路控制子層LLC和媒體訪(fǎng)問(wèn)控制子層MAC)物理層。報(bào)文傳送由4種不同類(lèi)型的幀表示和控制：

1、數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器至接收器；2、遠(yuǎn)程幀通過(guò)總線(xiàn)單元發(fā)送，以請(qǐng)求發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)幀；3、出錯(cuò)幀由檢測(cè)出總線(xiàn)錯(cuò)誤的任何單元發(fā)送；4、超載幀用于提供當(dāng)前的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀的附加延遲。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀借助幀間空間與當(dāng)前幀分開(kāi)。

5.2.3.1數(shù)據(jù)幀

數(shù)據(jù)幀由7個(gè)不同的位場(chǎng)組成，即幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應(yīng)答場(chǎng)和幀結(jié)束。數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度可為0。CAN2.0A數(shù)據(jù)幀的組成如圖5-2所示。

SJA1000CAN的通信協(xié)議主要由CAN控制器完成。CAN控制器主要由實(shí)現(xiàn)CAN總線(xiàn)協(xié)議部分和與微控制器接口部分電路組成。82C250收發(fā)器將CAN控制器的邏輯電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為CAN總線(xiàn)上的實(shí)際電平，同時(shí)也將總線(xiàn)上的實(shí)際電平轉(zhuǎn)換為CAN控制的邏輯電平。5.3CAN總線(xiàn)有關(guān)器件介紹

SJA1000管腳作用外圍電路連接寄存器的作用、分布BASICCAN與PELICAN不同SJA1000獨(dú)立CAN控制的器一般均介于微控制器與收發(fā)器之間。

CAN接點(diǎn)結(jié)構(gòu)一般而言，每一個(gè)CAN模塊可以被分成不同的功能塊；第一層：與CAN總線(xiàn)相聯(lián)的部分，一般由CAN收發(fā)器構(gòu)成。這樣可以?xún)?yōu)化系統(tǒng)的應(yīng)用性能，收發(fā)器將CAN控制器的邏輯電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為CAN總線(xiàn)上的實(shí)際電平，同時(shí)也將總線(xiàn)上的實(shí)際電平轉(zhuǎn)換為CAN控制的邏輯電平。第二層就是CAN控制器，它完成CAN技術(shù)規(guī)范定義的完整的CAN協(xié)議，通常還包括報(bào)文的緩沖和認(rèn)可濾波功能。第三層，所有的CAN功能完全由模塊控制器(CPU)來(lái)控制，它完成應(yīng)用公共的控制功能，如控制一個(gè)執(zhí)機(jī)構(gòu)，采集傳感器的信息及處理人-機(jī)接口等等。硬件：微處理器（8051等單片機(jī)）、CAN總線(xiàn)控制器（SJA1000）、CAN總線(xiàn)收發(fā)器（80C250）、A/D轉(zhuǎn)換器、外圍擴(kuò)展電路等?；贑AN總線(xiàn)的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)：硬件＋軟件（★

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）軟件初始化：設(shè)置各個(gè)寄存器波特率設(shè)置、輸出方式設(shè)置、認(rèn)可濾波等。數(shù)據(jù)接收：讀取接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)；采用查詢(xún)還是中斷。

數(shù)據(jù)發(fā)送：向CAN總線(xiàn)控制器發(fā)送緩沖器中寫(xiě)數(shù)據(jù)。

波特率＝1/（tTseg1+tTseg2+tSYN）tSYN＝

tSCL例：24MHz晶振，BTR0=0C5H，BTR1=0A5H。BTR0＝11000101;BTR1=1010

0101tSCL＝2×（4×1＋2×0＋1＋1）/24×106＝0.5×10-6tTseg1=（8×0＋4×1＋2×0＋1＋1）×tSCL＝6tSCLtTseg2=（4×0＋2×1＋1×0＋1）×tSCL＝3tSCL波特率＝1/（tTseg1+tTseg2+tSCL）＝1/10tSCL=200×103認(rèn)可濾波器借助接收認(rèn)可濾波器，CAN控制器就可以只將接收標(biāo)識(shí)符與接收濾波器中接收碼相同的報(bào)文送入接收棧。認(rèn)