《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》課件

楊根科上海交通大學(xué)自動(dòng)化系2005年9月內(nèi)容提要概述現(xiàn)場(chǎng)總線的原理和開(kāi)展概況幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線典型控制網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)小結(jié)概述現(xiàn)場(chǎng)總線是近年來(lái)迅速開(kāi)展起來(lái)的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問(wèn)題，所以現(xiàn)場(chǎng)總線既是通信網(wǎng)絡(luò)，又是自控網(wǎng)絡(luò)概述〔續(xù)〕現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)〔FieldbusControlSystem,FCS〕是由現(xiàn)場(chǎng)總線和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備組成的控制系統(tǒng)，這是繼電式氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)、電動(dòng)單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)DCS后的新一代控制系統(tǒng)概述〔續(xù)〕FCS對(duì)DCS的變革

概述〔續(xù)〕概述〔續(xù)〕現(xiàn)場(chǎng)總線的分類(lèi)◆全功能數(shù)字網(wǎng)絡(luò)—提供從物理層到用戶(hù)層的所有功能，標(biāo)準(zhǔn)化工作比較完善◆傳感器網(wǎng)絡(luò)—以CAN〔ControllerAreaNetwork〕網(wǎng)絡(luò)為根底的現(xiàn)場(chǎng)總線◆數(shù)字信號(hào)串行線—最簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)總線，不提供給用層和用戶(hù)層現(xiàn)場(chǎng)總線的原理和開(kāi)展概況現(xiàn)場(chǎng)總線的原理和開(kāi)展概況(2)

★現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)含義—現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)—現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互聯(lián)—互操作性—分散功能塊—通信線供電—開(kāi)放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線的原理和開(kāi)展概況()◆現(xiàn)場(chǎng)總線的協(xié)議—現(xiàn)場(chǎng)總線一般采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO的開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)〔OSI〕協(xié)議，OSI協(xié)議是為計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)而制定的7層參考模型，只要網(wǎng)絡(luò)中所有要處理的要素都是通過(guò)共同的路徑進(jìn)行通信的，那么不管它是不是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都可以使用該協(xié)議—各廠家在實(shí)際制定自己的通信協(xié)議時(shí)，往往依據(jù)側(cè)重點(diǎn)的不同，僅實(shí)現(xiàn)該7層協(xié)議的子集現(xiàn)場(chǎng)總線的原理和開(kāi)展概況()◆現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)組成—從物理結(jié)構(gòu)來(lái)看，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)有兩個(gè)主要組成局部：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和傳輸介質(zhì)，其中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備由現(xiàn)場(chǎng)微處理芯片及外圍電路構(gòu)成，傳輸介質(zhì)可以使用雙絞線、同軸電纜、光纖等—現(xiàn)場(chǎng)總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多種，如總線型、環(huán)型、樹(shù)型、星型等現(xiàn)場(chǎng)總線的原理和開(kāi)展概況()現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)

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現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是按照OSI參考模型建立的，OSI參考模型共分7層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表達(dá)層和應(yīng)用層，現(xiàn)場(chǎng)總線將上述7層簡(jiǎn)化為3層，分別由OSI參考模式的第一層物理層、第二層數(shù)據(jù)鏈路層和第七層應(yīng)用層組成，并增加了用戶(hù)層現(xiàn)場(chǎng)總線的原理和開(kāi)展概況()◆物理層－傳輸介質(zhì)：銅導(dǎo)線、無(wú)線電和電纜 －傳輸速率和距離：31.25Kbps,1900m〔加中繼延長(zhǎng)) －網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌嚎偩€型、樹(shù)型、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)型—網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量：一個(gè)通信段可連接32臺(tái)設(shè)備，使用中斷器可接240臺(tái)設(shè)備 －支持總線供電：總線上既傳送數(shù)字信號(hào)，又要為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供電源能量。數(shù)字信號(hào)以31.25Hz的頻率調(diào)制到9－32V的直流供電電壓上

現(xiàn)場(chǎng)總線的原理和開(kāi)展概況()◆數(shù)據(jù)鏈路層★規(guī)定了物理層與應(yīng)用層之間的接口，并控制對(duì)傳輸介質(zhì)的訪問(wèn) ★現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)存取控制方式有3種： －令牌傳送：一個(gè)站必須持有令牌，才能開(kāi)始一次對(duì)話，完成信息傳送后即將令牌交還鏈路活動(dòng)調(diào)度器LAS，LAS根據(jù)預(yù)先的組態(tài)或調(diào)度算法將令牌送交給下一個(gè)令牌申請(qǐng)者—立即響應(yīng)：主戰(zhàn)給一站一個(gè)時(shí)機(jī)來(lái)應(yīng)答一次信息—申請(qǐng)令牌：一個(gè)站在每答復(fù)響應(yīng)中允許立即發(fā)給令牌

現(xiàn)場(chǎng)總線的原理和開(kāi)展概況()◆應(yīng)用層★提供設(shè)備之間及網(wǎng)絡(luò)要求的數(shù)據(jù)效勞，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制進(jìn)行支持，為用戶(hù)提供一個(gè)簡(jiǎn)單的接口 ★應(yīng)用層由現(xiàn)場(chǎng)總線訪問(wèn)子層FAS和現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文標(biāo)準(zhǔn)FMS組成： －FAS有3種功能：對(duì)象字典效勞〔讀、寫(xiě)及修改對(duì)象描述〕、變量訪問(wèn)效勞〔通過(guò)子索引訪問(wèn)每個(gè)對(duì)象中數(shù)組或記錄變量〕、時(shí)間效勞〔發(fā)布事件及報(bào)警的通知〕 －FMS有3種效勞：出版播送數(shù)據(jù)，用戶(hù)偵聽(tīng)播送并將其放入內(nèi)部緩沖區(qū)；客戶(hù)端發(fā)出請(qǐng)求，效勞器發(fā)出應(yīng)答；報(bào)告分發(fā)〔源設(shè)備播送事件報(bào)告，接收設(shè)備偵聽(tīng)播送并將其放入內(nèi)部隊(duì)列〕 現(xiàn)場(chǎng)總線的原理和開(kāi)展概況()現(xiàn)場(chǎng)總線的原理和開(kāi)展概況()現(xiàn)場(chǎng)總線的開(kāi)展概況◆現(xiàn)場(chǎng)總線是綜合自動(dòng)化的開(kāi)展需要◆智能儀表為現(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)奠定了根底◆現(xiàn)場(chǎng)總線將朝著開(kāi)放系統(tǒng)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的方向開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)總線的原理和開(kāi)展概況()現(xiàn)場(chǎng)總線的原理和開(kāi)展概況()幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線–1ControlNet控制層現(xiàn)場(chǎng)總線ControlNet

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ControlNet是近年來(lái)推出的一種新的面向控制層的實(shí)時(shí)性現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，它提供如下功能：

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在同一物理介質(zhì)鏈路上提供時(shí)間關(guān)鍵性I/O數(shù)據(jù)和報(bào)文數(shù)據(jù)，包括程序的上載/下載，組態(tài)數(shù)據(jù)和端到端的報(bào)文傳遞等通信支持

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對(duì)于連續(xù)和離散過(guò)程控制應(yīng)用場(chǎng)合，均具有高度確定性和可重復(fù)性功能—確定性：預(yù)見(jiàn)數(shù)據(jù)何時(shí)能夠可靠傳輸?shù)侥繕?biāo)的能力—可重復(fù)性：指數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間不受網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)添加/刪除情況或網(wǎng)絡(luò)繁忙狀況影響而保持恒定的能力★

它作為ControlLogix的通信背板，構(gòu)成新一代控制器，能同時(shí)完成邏輯、過(guò)程、拖動(dòng)和運(yùn)動(dòng)控制1ControlNet(2)1ControlNet(2)1ControlNet()◆ControlNet協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)1ControlNet()★物理層與介質(zhì)—物理層和介質(zhì)局部的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了同軸電纜和光纜介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)的一些參考信息?！锢韺影▋蓚€(gè)子層：物理介質(zhì)附屬子層PMA〔PhysicalMediumAttachment〕和物理層信號(hào)子層PLS〔PhysicalLayerSignalling〕。PMA子層包含了發(fā)送和接收總線信號(hào)必須的電路，而PLS子層執(zhí)行位表示和計(jì)時(shí)器功能，以及與MAC〔向上〕和PMA子層的信息交換1ControlNet()★數(shù)據(jù)鏈路層〔DataLinkLayer〕—數(shù)據(jù)鏈路層的首要任務(wù)是管理介質(zhì)的存取權(quán)。DLL協(xié)議是建立在一個(gè)固定長(zhǎng)度、不斷重復(fù)的網(wǎng)絡(luò)刷新時(shí)間NUT〔NetworkUpdateTime〕根底上的。NUT以同步方式管理鏈路上的不同節(jié)點(diǎn)，如果網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)的NUT時(shí)間與當(dāng)前鏈路上的NUT時(shí)間不一致，它就不能獲得在鏈路上的數(shù)據(jù)傳輸權(quán)。不同的鏈路可能有不同的NUT值，NUT可以在組態(tài)過(guò)程中確定，取值范圍為2～100ms—網(wǎng)絡(luò)的存取控制通過(guò)同時(shí)間域多點(diǎn)存取〔ConcurrentTimeDomainMultipleAccess〕的時(shí)間滑動(dòng)算法實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間被分割成不斷重復(fù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間，通過(guò)調(diào)節(jié)在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)不同節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)機(jī)控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信，對(duì)于不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)指定不同的NUT來(lái)選擇網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓?jié)拍1ControlNet()★網(wǎng)絡(luò)與傳輸層—網(wǎng)絡(luò)與傳輸層的任務(wù)是建立和維護(hù)連接。連接的概念類(lèi)似于線路，這樣一條邏輯上的通信連接可能跨越了多個(gè)不同類(lèi)型的鏈路，但對(duì)于通信雙方而言，這個(gè)連接是固定的、一致的。每個(gè)連接都被賦予一個(gè)連接標(biāo)識(shí)，代表與之相連的通信資源，在通信過(guò)程中，只需指出連接的標(biāo)識(shí)符即可，而不必指明其它連接參數(shù)

1ControlNet()1ControlNet()

★設(shè)備描述

—通過(guò)定義每一類(lèi)型設(shè)備的核心標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)不同廠商相似設(shè)備間互操作性和互換性。一般說(shuō)來(lái)，相似設(shè)備具有大致相同的行為，產(chǎn)生/消費(fèi)相同的數(shù)據(jù)集，包含相似的可組態(tài)參數(shù)集。相似設(shè)備間這些信息的正式定義就稱(chēng)為設(shè)備描述—ControlNet協(xié)議中已經(jīng)定義的設(shè)備描述包括：條形碼掃描器、PLC、位置控制器、秤、信息顯示器、交直流驅(qū)動(dòng)、伺服驅(qū)動(dòng)、接觸器、電機(jī)啟動(dòng)器、軟啟動(dòng)器、人機(jī)接口、啟動(dòng)閥等

1ControlNet()★生產(chǎn)者/消費(fèi)者通信模式—傳統(tǒng)的源/目的通信模式的優(yōu)點(diǎn)是通信的內(nèi)容和形式都十清楚確，在傳送的報(bào)文中都包含了明確的源和地址信息，但是在這種模式下，當(dāng)同一數(shù)據(jù)源上的數(shù)據(jù)向網(wǎng)絡(luò)上其它多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，必須經(jīng)過(guò)屢次才能實(shí)現(xiàn)，而且由于數(shù)據(jù)到達(dá)不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間可能因網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)數(shù)目的不同而變化，不同節(jié)點(diǎn)之間的同步變得很困難—生產(chǎn)者/消費(fèi)者通信允許網(wǎng)絡(luò)上的不同節(jié)點(diǎn)同時(shí)存取同一個(gè)源的數(shù)據(jù)，在這種模式下，每個(gè)數(shù)據(jù)被分配一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)，根據(jù)具體的標(biāo)識(shí)，網(wǎng)絡(luò)上多個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)可以接收來(lái)自同一發(fā)送者的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)同樣的時(shí)間傳送到不同的節(jié)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)通信的精確同步1ControlNet(結(jié)束)◆ControlNet的優(yōu)點(diǎn)：★同一鏈路上滿(mǎn)足I/O數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)互鎖、端到端報(bào)文傳輸和編程/組態(tài)信息等應(yīng)用的多樣的通信要求★是確定性的、可重復(fù)的控制網(wǎng)絡(luò)，適合離散控制和過(guò)程控制★同一鏈路上允許多個(gè)控制器同時(shí)并存★輸入數(shù)據(jù)和端到端信息的多路發(fā)送支持★可選的介質(zhì)冗余和本征平安★安裝和維護(hù)的簡(jiǎn)單性★網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)居于對(duì)等地位，可以從任意節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)存取★靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)〔總線型、樹(shù)型、星型等〕和介質(zhì)選擇〔同軸電纜、光纖和其它〕幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線–2DeviceNet2DeviceNet()◆DeviceNet不僅可以作為設(shè)備級(jí)的網(wǎng)絡(luò)，還可以作為控制級(jí)的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)DeviceNet提供的效勞還可以實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)上的實(shí)時(shí)控制。較之其它的一些現(xiàn)場(chǎng)總線，DeviceNet不僅可以接入更多、更復(fù)雜的設(shè)備，還可以為上層提供更多的信息和效勞◆DeviceNet最初由Rockwell公司設(shè)計(jì)，目前由ODVA〔OpenDeviceNetVendorsAssociation〕致力于支持DeviceNet產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。此外，Rockwell，GE，ABB，Hitachi，Omron等公司也致力于DeviceNet的推廣2DeviceNet()◆

DeviceNet的主要特點(diǎn)：

★采用基于CAN的多主方式工作★逐位仲裁模式的優(yōu)先級(jí)對(duì)等通信建立了用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)纳a(chǎn)者/消費(fèi)者傳輸模型

★DeviceNet的直接通信距離最遠(yuǎn)為500m，通信速率最高可達(dá)500kb/s

★DeviceNet上可容納64個(gè)節(jié)點(diǎn)地址，每個(gè)節(jié)點(diǎn)支持的I/O數(shù)量無(wú)限制

★采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，檢錯(cuò)效果好

★通信介質(zhì)為獨(dú)立雙絞總線，信號(hào)與電源承載于同一電纜

★支持設(shè)備的熱插拔，無(wú)需網(wǎng)絡(luò)斷電

★DeviceNet的接入設(shè)備可選擇光隔離設(shè)計(jì)，由外部供電設(shè)備與由總線供電的設(shè)備共享總線電纜2DeviceNet()◆DeviceNet協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)—沿用了CAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的總線網(wǎng)絡(luò)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，定義了不同的報(bào)文格式、總線訪問(wèn)仲裁規(guī)那么及故障檢測(cè)和故障隔離的方法2DeviceNet()★物理層和介質(zhì)—物理層標(biāo)準(zhǔn)定義了DeviceNet的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及網(wǎng)絡(luò)元件，具體包括接地、粗纜和細(xì)纜混合結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)端接和電源分配—采用的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是干線－分支結(jié)構(gòu)—線纜包括〔干線〕和細(xì)纜〔分支線〕，總線線纜采用五線制電纜，包括了2條信號(hào)線，2條24V電源線和一條屏蔽線，支持總線供電—設(shè)備連接可選用開(kāi)放/封裝端頭兩種—提供125/250/500Kbps三種可選的通訊波特率，最大拓?fù)渚嚯x為500米，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)段最大可達(dá)64個(gè)節(jié)點(diǎn)2DeviceNet()★數(shù)據(jù)鏈路層－遵循CAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，并由CAN控制器芯片實(shí)現(xiàn)－CAN是基于播送方式的協(xié)議，支持多主形式傳輸。傳輸?shù)膸环峙湟粋€(gè)標(biāo)識(shí)符，每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)標(biāo)識(shí)符確定是否接收這些幀－提供數(shù)據(jù)幀、出錯(cuò)幀、遠(yuǎn)程幀和過(guò)載幀等多種幀格式，數(shù)據(jù)幀每幀信息都有CRC校驗(yàn)和其它校驗(yàn)措施，數(shù)據(jù)傳輸誤碼率極低，有嚴(yán)重故障的節(jié)點(diǎn)可自動(dòng)從網(wǎng)絡(luò)上切除－采用非破壞性逐位仲裁的方法解決共享介質(zhì)總線訪問(wèn)沖突問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符，這個(gè)標(biāo)識(shí)符的值決定了仲裁中優(yōu)先級(jí)的大小，優(yōu)先級(jí)值小的節(jié)點(diǎn)在競(jìng)爭(zhēng)仲裁中為獲勝的一方2DeviceNet()

★報(bào)文傳送—I/O報(bào)文：適用于實(shí)時(shí)性要求較高和面向控制的數(shù)據(jù)，它提供了在報(bào)文發(fā)送過(guò)程和多個(gè)報(bào)文接收過(guò)程之間的專(zhuān)用通信路徑，通常使用優(yōu)先級(jí)高的連接標(biāo)識(shí)符，通過(guò)一點(diǎn)或多點(diǎn)連接進(jìn)行信息交換，連接標(biāo)識(shí)符提供了I/O報(bào)文的相關(guān)信息，在I/O報(bào)文利用連接標(biāo)識(shí)符發(fā)送之前，報(bào)文的發(fā)送和接收設(shè)備都必須先進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定的內(nèi)容包括源和目的對(duì)象的屬性，以及數(shù)據(jù)生產(chǎn)者和消費(fèi)者的地址—顯式的報(bào)文：適用于兩個(gè)設(shè)備間多用途的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)報(bào)文傳遞，常用于節(jié)點(diǎn)的配置、問(wèn)題診斷等，通常使用優(yōu)先級(jí)低的連接標(biāo)識(shí)符，并且該報(bào)文的相關(guān)信息包含在顯式報(bào)文數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)場(chǎng)中2DeviceNet()★數(shù)據(jù)通信方式—循環(huán)〔Cyclic〕方式：適用于一些模擬設(shè)備，可以根據(jù)設(shè)備的信號(hào)發(fā)生的速度，靈活設(shè)定循環(huán)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的時(shí)間間隔—狀態(tài)改變〔ChangeofState〕方式：適用于離散的設(shè)備，采用事件觸發(fā)方式，當(dāng)設(shè)備狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)才發(fā)生通信—選通〔Strobed〕方式：利用8B的報(bào)文播送，64個(gè)二進(jìn)制位的值對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)上64個(gè)可能的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)位的標(biāo)識(shí)，指定要求響應(yīng)的從設(shè)備—查詢(xún)〔Polled〕方式：I/O報(bào)文直接依次發(fā)送到各個(gè)從設(shè)備2DeviceNet()★應(yīng)用層—DeviceNet使用了對(duì)象的概念來(lái)描述應(yīng)用層的協(xié)議，對(duì)象模型提供了組成和實(shí)現(xiàn)DeviceNet產(chǎn)品構(gòu)成元件的屬性、效勞和行為幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線–3ProfibusProfibus現(xiàn)場(chǎng)總線〔ProcessFieldbus〕◆Profibus是德國(guó)20世紀(jì)90年代制定的國(guó)家工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，其應(yīng)用領(lǐng)域包括加工制造、過(guò)程和建筑自動(dòng)化，如今已成為國(guó)際化的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，即EN50170歐洲標(biāo)準(zhǔn)◆Profibus是一種不依賴(lài)于廠家的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，采用Profibus標(biāo)準(zhǔn)后，不同廠商所生產(chǎn)的設(shè)備不需對(duì)其接口進(jìn)行特別調(diào)整就可通信。Profibus為多主從結(jié)構(gòu)，可方便地構(gòu)成集中式、集散式和分布式控制系統(tǒng)3Profibus()◆針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，Profibus分為3個(gè)系列：★Profibus-DP〔DecentralizedPeriphery〕：用于傳感器和執(zhí)行器級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率可達(dá)12Mb/s，一般構(gòu)成單主站系統(tǒng)，主站、從站間采用循環(huán)數(shù)據(jù)傳送方式工作3Profibus()3Profibus()★Profibus-FMS〔FieldbusMessageSpecification〕：用于車(chē)間級(jí)智能主站間通用的通信，它提供了大量的通信效勞，用以完成以中等傳輸速度進(jìn)行的循環(huán)和非循環(huán)的通信任務(wù)3Profibus()◆Profibus協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：符合OSI參考模型3Profibus()★Profibus-FMS：定義了第一、二、七層，應(yīng)用層包括現(xiàn)場(chǎng)總線信息標(biāo)準(zhǔn)〔FieldbusMessageSpecification，F(xiàn)MS〕和低層接口〔LowerLayerInterface，LLI〕 —FMS：向用戶(hù)提供了可選用的通信效勞 — LLI：協(xié)調(diào)通信關(guān)系，提供第二層訪問(wèn)接口★Profibus-DP：定義了第一、二層和用戶(hù)接口，用戶(hù)接口規(guī)定了設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，并詳細(xì)說(shuō)明設(shè)備行為★Profibus-PA：PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的Profibus-DP協(xié)議，根據(jù)IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)，支持本征平安性和總線供電3Profibus()3Profibus()

★Profibus的數(shù)據(jù)鏈路層

－DP、FMS、PA的數(shù)據(jù)鏈路層相同－采用主從結(jié)構(gòu)，主站之間采用令牌傳送方式，主站與從站之間采用主從傳送方式幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線–4FF4FF()4FF()◆FF總線的優(yōu)點(diǎn)：—設(shè)備互操作性—改善的過(guò)程數(shù)據(jù)—對(duì)進(jìn)程更多的了解—提高工廠設(shè)備平安性能，滿(mǎn)足日益嚴(yán)格的控制設(shè)備平安要求—提供預(yù)測(cè)性維護(hù)能力—大大減少了網(wǎng)絡(luò)安裝費(fèi)用幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線—5LonWorksLonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線〔LocalOperatingNetworks〕◆LonWorks是1991年美國(guó)Echelon公司推出的通用總線，它提供了完整的端到端的控制系統(tǒng)解決方案，可同時(shí)應(yīng)用在裝置級(jí)、設(shè)備級(jí)、工廠級(jí)等任何一層總線中，并提供實(shí)現(xiàn)開(kāi)放性互操作控制系統(tǒng)所需的所有組件，使控制網(wǎng)絡(luò)可以方便地與現(xiàn)有的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成5LonWorks()5LonWorks()

★物理層—支持多種傳輸介質(zhì)，不同的介質(zhì)通過(guò)路由器實(shí)現(xiàn)互聯(lián)， —支持總線型、環(huán)型、樹(shù)型等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)5LonWorks()★數(shù)據(jù)鏈路層—采用改進(jìn)的改進(jìn)的帶預(yù)測(cè)的CSMA/CD算法，減少?zèng)_突的出現(xiàn)，提高傳輸效率—支持優(yōu)先級(jí)★網(wǎng)絡(luò)層—網(wǎng)絡(luò)地址采用域〔255個(gè)子網(wǎng)〕、子網(wǎng)〔127個(gè)節(jié)點(diǎn)〕、節(jié)點(diǎn)三層結(jié)構(gòu)支持大網(wǎng)—每個(gè)神經(jīng)元芯片有唯一的48位ID地址5LonWorks()★傳送層、會(huì)話層—四類(lèi)報(bào)文效勞：確認(rèn)、請(qǐng)求/響應(yīng)、重復(fù)/非確認(rèn)重復(fù)、非確認(rèn)—支持網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證★表示層—采用網(wǎng)絡(luò)變量作表示層數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化分布式應(yīng)用的編程★應(yīng)用層—用NeuronC語(yǔ)言在神經(jīng)元芯片中編程5LonWorks()5LonWorks()◆LonWorks的操作系統(tǒng)LNS★采用多客戶(hù)/多效勞器結(jié)構(gòu)，提供了功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)，完成一系列網(wǎng)絡(luò)管理功能★通過(guò)內(nèi)含的TCP/IP功能，可完成Infranet與Internet、Intranet的無(wú)縫集成★L(fēng)NS的分層結(jié)構(gòu)〔裝置級(jí)采用LonWorks、系統(tǒng)級(jí)采用TCP/IP〕允許數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)相互利用彼此信息5LonWorks()◆LonWorks控制系統(tǒng)的特點(diǎn)★系統(tǒng)具有無(wú)中心控制的真正分布式控制節(jié)點(diǎn)模式，使控制節(jié)點(diǎn)盡量靠近被控設(shè)備★開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具有良好的互操作性★系統(tǒng)組態(tài)靈活，重新構(gòu)造或修改配置很任意，增加或減少控制節(jié)點(diǎn)不必改變網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)★控制節(jié)點(diǎn)間可通過(guò)多種通信媒體連接，組網(wǎng)簡(jiǎn)單，本錢(qián)大大降低★系統(tǒng)整體可靠性高，控制節(jié)點(diǎn)故障只影響與其相連的設(shè)備，不會(huì)造成系統(tǒng)或子系統(tǒng)癱瘓★網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議已固化在控制節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，節(jié)點(diǎn)編程簡(jiǎn)單，應(yīng)用開(kāi)發(fā)周期大大縮短★系統(tǒng)總體本錢(qián)降低，升級(jí)改造費(fèi)用低幾種典型的現(xiàn)場(chǎng)總線—6CANCAN總線〔ControllerAreaNetwork〕◆CAN是德國(guó)Bosch公司從20世紀(jì)初為解決現(xiàn)代汽車(chē)中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，1993年11月國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO正式公布了關(guān)于CAN總線的ISO11898標(biāo)準(zhǔn)，目前CAN得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持，已廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)域6CAN()◆CAN總線的主要特點(diǎn)★通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜和光纖，通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km〔5kb/s〕，最高速率可達(dá)1Mb/s〔40m)★用數(shù)據(jù)塊編碼方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的站地址編碼方式，用一個(gè)11位或29位二進(jìn)制數(shù)組成的標(biāo)識(shí)碼來(lái)定義211或1129個(gè)不同的數(shù)據(jù)塊，讓各節(jié)點(diǎn)通過(guò)濾波的方法分別接收指定標(biāo)識(shí)碼的數(shù)據(jù)★網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以主動(dòng)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，是一種多主總線，可以方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)★網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)可以定義成不同的優(yōu)先級(jí)，利用接口電路中線與功能，巧妙地實(shí)現(xiàn)無(wú)破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的仲裁★數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)字段長(zhǎng)度最多為8B，在每幀中都有CRC校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施★網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能6CAN()◆CAN總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)★CAN總線也是建立在ISO參考模型根底上的，不過(guò)只采用了其中最關(guān)鍵的兩層，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層

6CAN()★物理層的主要內(nèi)容是規(guī)定通信介質(zhì)的機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程特性★數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能是將要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行包裝，即加上過(guò)失校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的控制信息、頭尾標(biāo)記等附加信息組成數(shù)據(jù)幀，從物理信道上發(fā)送出去，在接收道數(shù)據(jù)幀后，再把附加信息去掉，得到通信數(shù)據(jù)—媒體訪問(wèn)控制子層MAC：傳