《現(xiàn)場總線技術(shù)綜述》PPT課件.ppt

現(xiàn)場總線技術(shù)綜述,現(xiàn)場總線（Fieldbus）:是用于現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多點(diǎn)、多站的通信網(wǎng)絡(luò)。,企業(yè)資源規(guī)劃層 制造執(zhí)行層 過程控制層,一、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng),一、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng),系統(tǒng)設(shè)備室,監(jiān)控室,廠房,在家或 在路上,辦公室,（圖1-2）,現(xiàn)場總線與上層網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián),采用專用網(wǎng)關(guān) 將現(xiàn)場總線網(wǎng)卡和以太網(wǎng)卡置入同一臺(tái)PC WEB服務(wù)器置入PLC或現(xiàn)場控制設(shè)備內(nèi),現(xiàn)場總線與局域網(wǎng)的區(qū)別,現(xiàn)場總線主要用于對(duì)生產(chǎn)、生活設(shè)備的控制；一般局域網(wǎng)用于辦公、多媒體通信 不同技術(shù)特點(diǎn)：控制網(wǎng)，高度實(shí)時(shí)性、安全性、可靠性，數(shù)據(jù)傳輸量小；局域網(wǎng)相反 現(xiàn)場總線為全數(shù)字通信，具有開放式、全分布、互操作等特點(diǎn) 具有越來越緊密聯(lián)系,80年代末、90年代初國際上發(fā)展形成的，用于過程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，已經(jīng)受到世界范圍的關(guān)注，成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，并將導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革。國際上許多實(shí)力、有影響的公司都先后在不同程度上進(jìn)行了現(xiàn)場總線技術(shù)與產(chǎn)品的開發(fā)?，F(xiàn)場總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過程設(shè)備的底層，作為工廠設(shè)備級(jí)基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò)，要求具有協(xié)議簡單、容錯(cuò)能力強(qiáng)、安全性好、成本低的特點(diǎn)：具有一定的時(shí)間確定性和較高的實(shí)時(shí)性要求,還具有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載穩(wěn)定，多數(shù)為短幀傳送、信息交換頻繁等特點(diǎn)。由于上述特點(diǎn)，現(xiàn)場總線系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)到通訊技術(shù)，都具有不同上層高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的特色,二、現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn),一般把現(xiàn)場總線系統(tǒng)稱為第五代控制系統(tǒng)，也稱作FCS現(xiàn)場總 線控制系統(tǒng)。人們一般把50年代前的氣動(dòng)信號(hào)控制系統(tǒng)PCS稱作第一 代，把420mA等電動(dòng)模擬信號(hào)控制系統(tǒng)稱為第二代，把數(shù)字計(jì)算機(jī)集 中式控制系統(tǒng)稱為第三代，而把70年代中期以來的集散式分布控制系統(tǒng) DCS稱作第四代?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS作為新一代控制系統(tǒng)，一方 面，突破了DCS系統(tǒng)采用通信專用網(wǎng)絡(luò)的局限，采用了基于公開化、標(biāo) 準(zhǔn)化的解決方案，克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷；另一方面把DCS的集 中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，變成了新型全分布式結(jié)構(gòu)，把控制功 能徹底下放到現(xiàn)場。可以說，開放性、分散性與數(shù)字通訊是現(xiàn)場總線系 統(tǒng)最顯著的特征。,現(xiàn)場總線技術(shù)在歷經(jīng)了群雄并起，分散割據(jù)的初始階段 后，盡管已有一定范圍的磋商合并，但至今尚未形成完整統(tǒng) 一的國際標(biāo)準(zhǔn)。其中有較強(qiáng)實(shí)力和影響的有:Foundation Fieldbus（FF）、LonWorks、Profibus、HART、CAN、 Dupline等。它們具有各自的特色，在不同應(yīng)用領(lǐng)域形成了 自己的優(yōu)勢(shì)。本課程將在簡要描述現(xiàn)場總線技術(shù)特點(diǎn)的基 礎(chǔ)，緊扣系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用性等，介紹現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、 體系結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)及目前較為流行的幾種有實(shí)力的現(xiàn)場總 線技術(shù)的現(xiàn)狀。,1、系統(tǒng)的開放性。開放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開，各不 同廠家的設(shè)備之間可進(jìn)行互連并實(shí)現(xiàn)信息交換，現(xiàn)場總線開 發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)的開放系統(tǒng)。這 里的開放是指對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致、公開性，強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共 識(shí)與遵從。一個(gè)開放系統(tǒng)，它可以與任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其 它設(shè)備或系統(tǒng)相連。一個(gè)具有總線功能的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 必須是開放的，開放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權(quán)利交給了用戶。用 戶可按自己的需要和對(duì)象把來自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小 隨意的系統(tǒng)。 2、互可操作性與互用性，這里的互可操作性，是指實(shí) 現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)， 一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信。而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家的 性能類似的設(shè)備可進(jìn)行互換而實(shí)現(xiàn)互用。,3、現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性。它將傳感測量、 補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場設(shè)備中完 成，僅靠現(xiàn)場設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能，并可隨時(shí) 診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。 4、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。由于現(xiàn)場設(shè)備本身已可完 成自動(dòng)控制的基本功能，使得現(xiàn)場總線已構(gòu)成一種新的全分 布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與 分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了 可靠性。 5、對(duì)現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性。工作在現(xiàn)場設(shè)備前端，作為 工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場總線，是專為在現(xiàn)場環(huán)境工作而設(shè)計(jì) 的，它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電 力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實(shí)現(xiàn)送電與 通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。,現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn),由于現(xiàn)場總線的以上特點(diǎn)，特別是現(xiàn)場總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的 簡化，使控制系統(tǒng)的設(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。 1、節(jié)省硬件數(shù)量與投資。由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)中分散在 設(shè)備前端的智能設(shè)備能直接執(zhí)行多種傳感、控制、報(bào)警和計(jì) 算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨(dú)的控制 器、計(jì)算單元等，也不再需要DCS系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理、轉(zhuǎn)換、 隔離技術(shù)等功能單元及其復(fù)雜接線，還可以用工控PC機(jī)作為 操作站，從而節(jié)省了一大筆硬件投資，由于控制設(shè)備的減 少，還可減少控制室的占地面積。,2、節(jié)省安裝費(fèi)用?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線十分簡單，由 于一對(duì)雙絞線或一條電纜上通常可掛接多個(gè)設(shè)備，因而電纜、 端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設(shè)計(jì)與接頭校對(duì)的 工作量也大大減少。當(dāng)需要增加現(xiàn)場控制設(shè)備時(shí)，無需增設(shè) 新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，既節(jié)省了投資，也 減少了設(shè)計(jì)、安裝的工作量。據(jù)有關(guān)典型試驗(yàn)工程的測算資 料，可節(jié)約安裝費(fèi)用60%以上。 3、節(jié)省維護(hù)開銷。由于現(xiàn)場控制設(shè)備具有自診斷與簡 單故障處理的能力，并通過數(shù)字通訊將相關(guān)診斷維護(hù)信息送 往控制室，用戶可以查詢所有設(shè)備的運(yùn)行，診斷維護(hù)信息， 以便早期分析故障原因并快速排除?？s短了維護(hù)停工時(shí)間， 同時(shí)由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化，連線簡單而減少了維護(hù)工作量。,4、用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)。用戶可以自由選 擇不同廠商所提供的設(shè)備來集成系統(tǒng)。避免因選擇了某一品 牌的產(chǎn)品被“框死”了設(shè)備的選擇范圍，不會(huì)為系統(tǒng)集成中不 兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展，使系統(tǒng)集成過程中的主動(dòng)權(quán) 完全掌握在用戶手中。 5、提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性。由于現(xiàn)場總線設(shè)備 的智能化、數(shù)字化，與模擬信號(hào)相比，它從根本上提高了測 量與控制的準(zhǔn)確度，減少了傳送誤差。同時(shí)，由于系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)簡化，設(shè)備與連線減少，現(xiàn)場儀表內(nèi)部功能加強(qiáng)：減少了 信號(hào)的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。此外，由于它 的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化，因而還具有設(shè)計(jì)簡單，易于重 構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。,回顧,現(xiàn)場總線？ Fieldbus 是用于現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多點(diǎn)、多站的通信網(wǎng)絡(luò)。 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng) 企業(yè)資源規(guī)劃層、制造執(zhí)行層、過程控制層 現(xiàn)場總線與局域網(wǎng)的區(qū)別 1、應(yīng)用環(huán)境不同2、不同技術(shù)特點(diǎn) 現(xiàn)場總線與上層網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián) 1、2、3、,回顧,80年代末、90年代初國際上發(fā)展形成的，用于過程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。 第五代控制系統(tǒng)（1、2、3、4、5） 現(xiàn)場總線技術(shù)特點(diǎn) 1、系統(tǒng)的開放性2、互可操作性與互用性3、現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性4、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性5、對(duì)現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性 優(yōu)點(diǎn)： 1、節(jié)省硬件數(shù)量與投資2、節(jié)省安裝費(fèi)用3、節(jié)省維護(hù)開銷4、用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)5、提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性,三、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn),現(xiàn)場總線的基礎(chǔ)是數(shù)字通信，通信則必須有協(xié)議，從這個(gè)意義上說，現(xiàn)場總線就是一個(gè)定義了硬件借口和通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)。 ISO OSI：7層 現(xiàn)場總線多數(shù)采用了1、2、7層，并增設(shè)用戶層。,現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn),1、物理層：定義信號(hào)的編碼與傳送方式、傳送介質(zhì)、接口的電氣及機(jī)械特性、信號(hào)傳輸速率等。 2、數(shù)據(jù)鏈路層：加強(qiáng)物理層傳輸原始比特的功能，使之對(duì)網(wǎng)絡(luò)上層顯現(xiàn)出一條無錯(cuò)線路。 3、應(yīng)用層： 為用戶應(yīng)用提供接口，功能是進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)的傳送及現(xiàn)場總線變量的訪問。 4、用戶層：定義了從現(xiàn)場裝置中讀、寫信息和向網(wǎng)絡(luò)中其他裝置分派信息的方法 ，即規(guī)定了供用戶組態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)“功能模塊”（特性描述、參數(shù)設(shè)定、相互連接的方法一致）。,四、現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀,1、多種總線共存 現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158中采用了8種類型： FF的H1； ControlNet; ProfiBus; P-Net; FF的HSE; SwiftNet; WorldFIP; INTERBUS,四、現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀,市場還有其他一些現(xiàn)場總線。 據(jù)統(tǒng)計(jì)世界市場對(duì)各種現(xiàn)場總線的需求的實(shí)際額為：過程自動(dòng)化15%（FF、PROFIBUS-PA、WorldFIP），醫(yī)藥領(lǐng)域18% （FF、PROFIBUS-PA、WorldFIP），加工制造15%，交通運(yùn)輸15%（PROFIBUS-DP、 DeviceNet） ，航空、國防34%（PROFIBUS-FMS、 LonWorks、 DeviceNet 、ControlNet ） ，農(nóng)業(yè)（未統(tǒng)計(jì)，P-NET、CAN、PROFIBUS-PA/DP、DeviceNet、ControlNet），樓宇（未統(tǒng)計(jì)，LonWorks 、PROFIBUS-PA/DP、DeviceNet）,2、各種總線各有其應(yīng)用領(lǐng)域 3、各種總線各有其國際組織 4、每種總線均有其支持背景 5、設(shè)備制造商參加多個(gè)總線組織 6、多種總線均作為國家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn) 7、協(xié)調(diào)共存 8、工業(yè)以太網(wǎng)引入工業(yè)領(lǐng)域,五、現(xiàn)場總線技術(shù)展望與發(fā)展趨勢(shì),1、發(fā)展現(xiàn)場總線技術(shù)已成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域廣為注的 焦點(diǎn)課題，國際上現(xiàn)場總線的研究、開發(fā)，使測控系統(tǒng)沖破 了長期封閉系統(tǒng)的禁錮，走上開放發(fā)展的征程 。 2、具有發(fā)展前景的現(xiàn)場總線技術(shù)有： 智能儀表與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開發(fā)的軟硬件技術(shù) ; 組態(tài)技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)段互連等; 網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)管理軟件、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)操作與傳輸） ; 人機(jī)接口、軟件技術(shù); 現(xiàn)場總線系統(tǒng)集成技術(shù) 。,3、自動(dòng)化系統(tǒng)與設(shè)備將朝著現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)的方向 前，這一發(fā)展趨勢(shì)是肯定的。 4、在從現(xiàn)在起的未來 10年內(nèi)，可能出現(xiàn)幾大總線標(biāo)準(zhǔn) 共存，甚至在一個(gè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)內(nèi)，幾種總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備通 過路由網(wǎng)關(guān)互連實(shí)現(xiàn)信息共享的局面。 5、在連續(xù)過程自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)，今后10年內(nèi)，F(xiàn)F、PROFIBUS-PA總線將成為主流發(fā)展趨勢(shì)，LonWorks將成為有力的競爭對(duì)手，HART作為過渡性產(chǎn)品也能有一定的市場。這3種技術(shù)是從這一領(lǐng)域的工業(yè)需求出發(fā)，其用戶層的各種功能是專業(yè)連續(xù)過程設(shè)計(jì)的，而且充分考慮到連續(xù)工業(yè)的使用環(huán)境，如支持總線供電，可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。,四、典型現(xiàn)場總線簡介,1、基金會(huì)現(xiàn)場總線 基金會(huì)現(xiàn)場總線，即FoudationFieldbus,簡稱FF，這是在 過程自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術(shù)。其 前身是以美國Fisher-Rousemount公司為首，聯(lián)合Foxboro、 橫河、ABB、西門子等80家公司制訂ISP協(xié)議和以Honeywell 公司為首，聯(lián)合歐洲等地的150家公司制訂的WordFIP協(xié)議。 屈于用戶的壓力，這兩大集團(tuán)于1994年9月合并，成立了現(xiàn)場 總線基金會(huì)，致力于開發(fā)出國際上統(tǒng)一的現(xiàn)場總線協(xié)議。它以 ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路 層、應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加了 用戶層。,基金會(huì)現(xiàn)場總線分低速H1和高速H2兩種通信速率。H1 的傳輸速率為 31.25Kbps,通信距離可達(dá) 1900m (可加中繼器 延長),可支持總線供電，支持本質(zhì)安全防爆環(huán)境。H2的傳輸 速率為 1Mbps和 2.5Mbps兩種，其通信距離為750m和 500m。物理傳輸介質(zhì)可支持比絞線、光纜和無線發(fā)射，協(xié) 議符合IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。其物理媒介的傳輸信號(hào)采用曼徹斯 特編碼，每位發(fā)送數(shù)據(jù)的中心位置或是正跳變，或是負(fù)跳 變。正跳變代表0，負(fù)跳變代表1，從而使串行數(shù)據(jù)位流中具 有足夠的定位信息，以保持發(fā)送雙方的時(shí)間同步。接收方既 可根據(jù)跳變的極性來判斷數(shù)據(jù)的“1”、“0”狀態(tài)，也可根據(jù)數(shù) 據(jù)的中心位置精確定位。,為滿足用戶需要，Honeywell、Ronan等公司已開發(fā)出 可完成物理層和部分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的專用芯片，許多儀表 公司已開發(fā)出符合FF協(xié)議的產(chǎn)品，1總線已通過測試和 測試，完成了由 13個(gè)不同廠商提供設(shè)備而組成的FF現(xiàn)場總 線工廠試驗(yàn)系統(tǒng)。2總線標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)形成。 1996年10月，在芝加哥舉行的ISA96展覽會(huì)上，由現(xiàn)場 總線基金會(huì)組織實(shí)施，向世界展示了來自40多家廠商的70多 種符合FF協(xié)議的產(chǎn)品，并將這些分布在不同樓層展覽大廳不 同展臺(tái)上的FF展品，用醒目的橙紅色電纜，互連為七段現(xiàn)場 總線演示系統(tǒng)，各展臺(tái)現(xiàn)場設(shè)備之間可實(shí)地進(jìn)行現(xiàn)場互操 作，展現(xiàn)了基金會(huì)現(xiàn)場總線的成就與技術(shù)實(shí)力。,2、CAN CAN是控制網(wǎng)絡(luò)ControlAreaNetwork的簡稱，最早由德 國BOSCH公司推出，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的 數(shù)據(jù)通信。其總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國際 標(biāo)準(zhǔn)，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。 CAN協(xié)議也是建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連模型 基礎(chǔ)上的，不過，其模型結(jié)構(gòu)只有3層，只取OSI底層的物理 層、數(shù)據(jù)鏈路層和頂上層的應(yīng)用層。其信號(hào)傳輸介質(zhì)為雙絞 線，通信速率最高可達(dá) 1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠(yuǎn)可 達(dá) 1 0km/5kbps，可掛接設(shè)備最多可達(dá) 110個(gè)。,CAN的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為 8個(gè)，因而傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低。當(dāng)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重錯(cuò)誤 時(shí)，具有自動(dòng)關(guān)閉的功能以切斷該節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)系，使總 線上的其它節(jié)點(diǎn)及其通信不受影響，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。 CAN支持多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點(diǎn)均在任意時(shí)刻 主動(dòng)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和全局 廣播方式接收/發(fā)送數(shù)據(jù)。它采用總線仲裁技術(shù)，當(dāng)出現(xiàn)幾個(gè) 節(jié)點(diǎn)同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可繼續(xù)傳輸 數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)則主動(dòng)停止發(fā)送，從而避免了總線 沖突。 已有多家公司開發(fā)生產(chǎn)了符合CAN協(xié)議的通信芯片，如 Intel公司的 82 52 7，Motorola公司MC68HC908AZ60Z，Philips公司的 SJA1000等。還有插在PC機(jī)上的CAN總線接口卡，具有接口簡單、編程方便、開發(fā)系統(tǒng)價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。,3、DeviceNet,Devicenet是90年代中期發(fā)展起來的一種基于CAN（Controller Area Network）技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)，最初由美國Rockwell公司開發(fā)應(yīng)用。 Devicenet是一種低成本的通訊總線。它將工業(yè)設(shè)備（如：限位開關(guān)，光電傳感器，閥組，馬達(dá)啟動(dòng)器，過程傳感器，條形碼讀取器，變頻驅(qū)動(dòng)器，面板顯示器和操作員接口）連接到網(wǎng)絡(luò)，從而消除了昂貴的 硬接線成本。直接互連性改善了設(shè)備間的通訊，并同時(shí)提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級(jí)診斷功能，這是通過硬接線I/O接口很難實(shí)現(xiàn)的。,DeviceNet,Devicenet是一個(gè)開放的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范和協(xié)議都是開放的，供貨商將設(shè)備連接到系統(tǒng)時(shí)，無需為硬件，軟件或授權(quán)付費(fèi)。任何對(duì)DeviceNet技術(shù)感興趣的組織或個(gè)人都可以從開放式DeciceNet供貨商協(xié)會(huì)（ODVA）獲得DeviceNet規(guī)范，并可以加入ODVA，參加對(duì)DeviceNet規(guī)范進(jìn)行增補(bǔ)的技術(shù)工作組。 Devicenet的許多特性沿襲于CAN,4、Lon Works LonWorks是又一具有強(qiáng)勁實(shí)力的現(xiàn)場總線技術(shù)，它是 由美國Ecelon公司推出并由它們與摩托羅拉、東芝公司共同 倡導(dǎo)，于1990年正式公布而形成的。它采用了ISO/OSI模型 的全部七層通訊協(xié)議，采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，通過網(wǎng) 絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡化為參數(shù)設(shè)置，通訊速率從300bps 至1.5Mbps不等，直接通信距離可達(dá)到2700m（78kbps，雙 絞線），支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電 源線等多種通信介質(zhì)，并開發(fā)相應(yīng)的本安防爆產(chǎn)品，被譽(yù)為 通用控制網(wǎng)絡(luò)。,LonWorks技術(shù)所采用的LonTalk協(xié)議被封裝在稱之為 Neuron的芯片中并得以實(shí)現(xiàn)。集成芯片中有3個(gè)8位CPU； 一個(gè)用于完成開放互連模型中第 1 2層的功能，稱為媒體 訪問控制處理器，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)訪問的控制與處理 ;第二個(gè)用于 完成第36層的功能，稱為網(wǎng)絡(luò)處理器，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變量處理 的尋址、處理、背景診斷、函數(shù)路徑選擇、軟件計(jì)量、網(wǎng) 絡(luò)管理，并負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)通信控制、收發(fā)數(shù)據(jù)包等;第三個(gè)是應(yīng)用 處理器，執(zhí)行操作系統(tǒng)服務(wù)與用戶代碼。芯片中還具有存儲(chǔ) 信息緩沖區(qū)，以實(shí)現(xiàn)CPU之間的信息傳遞，并作為網(wǎng)絡(luò)緩沖 區(qū)和應(yīng)用緩沖區(qū)。如Motorola公司生產(chǎn)的神經(jīng)元集成芯片 MC143120E2就包含了2KRAM和2KEEPROM。,LonWorks技術(shù)的不斷推廣促成了神經(jīng)元芯片的低成本（每片價(jià)格約 59美元)，而芯片的低成本又返過來促進(jìn)了LonWorks技術(shù)的推廣應(yīng)， 形成了良好循環(huán)，據(jù)Ecelon公司的有關(guān)資料，到1996年7月，已生產(chǎn)出 500萬片神經(jīng)元芯片。 LonWorks公司的技術(shù)策略是鼓勵(lì)各OEM開發(fā)商運(yùn)用LonWorks技術(shù) 和神經(jīng)元芯片，開發(fā)自己的應(yīng)用產(chǎn)品，據(jù)稱目前已有2600多家公司在不 同程度上卷入了LonWorks技術(shù)：1000多家公司已經(jīng)推出了LonWorks產(chǎn) 品，并進(jìn)一步組織起LonWork互操作協(xié)會(huì)，開發(fā)推廣LonWorks技術(shù)與產(chǎn) 品。它被廣泛應(yīng)用在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、 運(yùn)輸設(shè)備、工業(yè)過程控制等行業(yè)。為支持LonWorks與其它協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)之 間的互連與互操作，該公司正在開發(fā)各種網(wǎng)關(guān)，以便將LonWorks與以太 網(wǎng)、FF、Modbus、DeviceNet、Profibus、Serplex等互連為系統(tǒng)。,另外，在開發(fā)智能通信接口、智能傳感器方面， LonWorks神經(jīng)元芯片也具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。LonWorks技術(shù)已 經(jīng)被美國暖通工程師協(xié)會(huì)ASRE定為建筑自動(dòng)化協(xié)議BACnet 的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)剛剛收到的消息，美國消費(fèi)電子制造商協(xié) 會(huì)已經(jīng)通過決議，以LonWorks技術(shù)為基礎(chǔ)制定了EIA-709標(biāo) 準(zhǔn)。 這樣，LonWorks已經(jīng)建立了一套從協(xié)議開發(fā)、芯片設(shè) 計(jì)、芯片制造、控制模塊開發(fā)制造、OEM控制產(chǎn)品、最終控 制產(chǎn)品、分銷、系統(tǒng)集成等一系列完整的開發(fā)、制造、推廣、 應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，吸引了數(shù)萬家企業(yè)參與到這項(xiàng)工作中來，這 對(duì)于一種技術(shù)的推廣、應(yīng)用有很大的促進(jìn)作用。,回顧,ISO OSI：7層 1、2、7層，并增設(shè)用戶層。 現(xiàn)場總線現(xiàn)狀:12345678 現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158： FF的H1；ControlNet;ProfiBus;P-Net;FF的HSE;SwiftNet;WorldFIP;INTERBUS,回顧：典型現(xiàn)場總線簡介,FF:基金會(huì)現(xiàn)場總線，即FoudationFieldbus ISP+ WordFIP 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層、用戶層。 H1： 31.25Kbps, 1900m ，可支持總線供電，可支持本質(zhì)安全 H2： 1Mbps/2.5Mbps，750m/500m，傳輸信號(hào)采用曼徹斯特編碼， CAN：控制網(wǎng)絡(luò)ControlAreaNetwork 最早應(yīng)用于汽車行業(yè)，現(xiàn)廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)域 物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層 1Mbps/40m，最遠(yuǎn)可達(dá) 1 0km/5kbps，可掛接設(shè)備最多可達(dá) 110個(gè) 短幀結(jié)構(gòu)，具有自動(dòng)關(guān)閉功能，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，支持多主方式 通信芯片,回顧：典型現(xiàn)場總線簡介,DeviceNet： 基于CAN 它將工業(yè)設(shè)備 限位開關(guān)，光電傳感器，閥組，馬達(dá)啟動(dòng)器，過程傳感器，條形碼讀取器，變頻驅(qū)動(dòng)器，面板顯示器等 設(shè)備級(jí)診斷功能 LonWorks： Ecelon公司 層結(jié)構(gòu) 從300bps至1.5Mbps，直接通信距離可達(dá)到2700m（78kbps，雙絞線） 支持本安防爆 LonTalk協(xié)議，Neuron芯片，3個(gè)8位CPU，媒體訪問控制處理器網(wǎng)絡(luò)處理器應(yīng)用處理器 美國暖通工程師協(xié)會(huì)ASRE定為建筑自動(dòng)化協(xié)議BACnet 的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。美國消費(fèi)電子制造商協(xié)會(huì)：EIA-709標(biāo)準(zhǔn)。,5、Profibus Profibus是作為德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN 19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)prEN 50170的現(xiàn)場總線。ISO/OSI模型也是它的參考模型。由Profibus -Dp、Profibus -FMS、Profibus-PA組成了Profibus系列。DP型用于分散外設(shè)間的高速傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用。FMS意為現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開關(guān)等一般自動(dòng)化，而PA型則是用于過程自動(dòng)化的總線類型，它遵從IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)技術(shù)是由西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，由這兩部分形成了其標(biāo)準(zhǔn)第一部分的子集，DP型隱去了37層，而增加了直接數(shù)據(jù)連接擬合作為用戶接口，F(xiàn)MS型只隱去第36層，采用了應(yīng)用層，作為標(biāo)準(zhǔn)的第二部分。PA型的標(biāo)準(zhǔn)目前還處于制定過程之中，其傳輸技術(shù)遵從IEC1158-2 (1 )標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)總線供電與本質(zhì)安全防爆。,Porfibus支持主從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對(duì)總線的控制權(quán)，可主動(dòng)發(fā)送信息。對(duì)多主站系統(tǒng)來說，主站之間采用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點(diǎn)可在一個(gè)事先規(guī)定的時(shí)間內(nèi)擁有總線控制權(quán)，并事先規(guī)定好令牌在各主站中循環(huán)一周的最長時(shí)間。 按Profibus的通信規(guī)范，令牌在主站之間按地址編號(hào)順序，沿上行方向進(jìn)行傳遞。主站在得到控制權(quán)時(shí)，可以按主從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。主站可采取對(duì)所有站點(diǎn)廣播 (不要求應(yīng)答 ),或有選擇地向一組站點(diǎn)廣播。 Profibus的傳輸速率為9.6K12Mbps，最大傳輸距離為1200m，1.5Mbps時(shí)為400m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接 127個(gè)站點(diǎn)。,6、HART HART是Highway Addressable Remote Transduer的縮 寫。最早由Rosemout公司開發(fā)并得到80多家著名儀表公司 的支持，于1993年成立了HART通信基金會(huì)。這種被稱為可 尋址遠(yuǎn)程傳感高速通道的開放通信協(xié)議，其特點(diǎn)是現(xiàn)有模擬 信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變 過程中工業(yè)過程控制的過渡性產(chǎn)品，因而在當(dāng)前的過渡時(shí)期 具有較強(qiáng)的市場競爭能力，得到了較好的發(fā)展。 HART通信模型由3層組成 :物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用 層。物理層采用FSK（Frequency Shift Keying）技術(shù)在 4 20mA模擬信號(hào)上迭加一個(gè)頻率信號(hào)，頻率信號(hào)采用Bell202 國際標(biāo)準(zhǔn);數(shù)據(jù)傳輸速率為1200bps,邏輯“0”的信號(hào)頻率為 2200Hz，邏輯“1”的信號(hào)傳輸頻率為 1200Hz。,數(shù)據(jù)鏈路層用于按HART通信協(xié)議規(guī)則建立HART信息 格式。其信息構(gòu)成包括開頭碼、顯示終端與現(xiàn)場設(shè)備地址、 字節(jié)數(shù)、現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)與通信狀態(tài)、數(shù)據(jù)、奇偶校驗(yàn)等。其 數(shù)據(jù)字節(jié)結(jié)構(gòu)為1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)奇偶校驗(yàn)位，1 個(gè)終止位。應(yīng)用層的作用在于使HART指令付諸實(shí)現(xiàn)，即把 通信狀態(tài)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信息。它規(guī)定了一系列命令;按命令方 式工作。它有 3類命令，第一類稱為通用命令，這是所有設(shè) 備理解、執(zhí)行的命令;第二類稱為一般行為命令，它所提供的 功能可以在許多現(xiàn)場設(shè)備 (盡管不是全部 )中實(shí)現(xiàn)，這類命令 包括最常用的現(xiàn)場設(shè)備的功能庫;第三類稱為特殊設(shè)備命令， 以便在某些設(shè)備中實(shí)現(xiàn)特殊功能，這類命既可以在基金會(huì)中 開放使用，又可以為開發(fā)此命令的公司所獨(dú)有。在一個(gè)現(xiàn)場 設(shè)備中通常可發(fā)現(xiàn)同時(shí)存在這3類命令。,HART支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)主從應(yīng)答方式和多點(diǎn)廣播方式。按應(yīng) 答應(yīng)方式工作時(shí)的數(shù)據(jù)更新速率為23次/,按廣播方式工 作時(shí)的數(shù)據(jù)更新速率為 34次 /,它還可支持兩個(gè)通信主設(shè) 備。總線上可掛設(shè)備數(shù)多達(dá) 15個(gè)，每個(gè)現(xiàn)場設(shè)備可有256個(gè) 變量，每個(gè)信息最大可含4個(gè)變量。最大傳輸距離3000m， HART采用統(tǒng)一的設(shè)備描述語言DDL?，F(xiàn)場設(shè)備開發(fā)商采用 這種標(biāo)準(zhǔn)語言來描述設(shè)備特性，由HART基金會(huì)負(fù)責(zé)登記管 理這些設(shè)備描述并把它們編為設(shè)備描述字典，主設(shè)備運(yùn)用 DDL技術(shù)，來理解這些設(shè)備的特性參數(shù)而不必為這些設(shè)備開 發(fā)專用接口。但由于這種模擬數(shù)字混信號(hào)制，導(dǎo)致難以開發(fā) 出一種能滿足各公司要求的通信接口芯片。HART能利用總 線供電，可滿足本安防爆要求。,7、其他,INTERBUS ：德國Phoenix；汽車、煙草、倉儲(chǔ)等行業(yè)；1、2、7； INTERBUS CLUB CC-LINK：日本三菱；汽車等行業(yè)；符合亞洲人思維；CLPA ControlNet:美國Rockwell；交通運(yùn)輸、汽車、冶金、石油化工等行業(yè)；控制網(wǎng)國際組織CI World FIP、P-Net、SwiftNet、AS-i,FF 時(shí)間分布 確定的通信 用戶層 (功能塊) 控制功能分布到現(xiàn)場設(shè)備 用于互操作的 DD 與 行規(guī)文件 高速數(shù)據(jù)通信總線為 HSE,Slow Speed H1,High Speed HSE,Link Device,Slow Speed H1,Foundation Fieldbus,PROFIBUS 簡單、快速通信機(jī)制 通信冗余支持(高速 DP) 用于互操作的 GSD 與行規(guī)文件 FISCO 認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)用于 IS 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì) 高速數(shù)據(jù)總線支持RS485 或 F/O技術(shù),Generic Diagram,PROFIBUS FIELDBUS,CAN, DeviceNet, SDS, ASI-bus, Interbus-S,FF, PROFIBUS PA, WorldFIP, P-Net, LON, ControlNet,Fast FF, High speed PROFIBUS, ControlNet,TCP IP/Ethernet Fast FF,Sensors, simple switches etc.,各總線應(yīng)用層分析,Foundation Fieldbus 標(biāo)準(zhǔn) H1 用于過程自動(dòng)化儀表 HSE 用于高速通信設(shè)備 Profibus PA & DP 標(biāo)準(zhǔn) PA 用于過程自動(dòng)化儀表 DP 用于高速通信設(shè)備 LonWorks - 工廠電氣設(shè)備 LV MCC (INSUM 2 gateway to DP-MODBUS) MV,HV MCC,ABB 過程自動(dòng)化 總線市場定位,支持. 您選擇的現(xiàn)場總線協(xié)議 統(tǒng)一的編程體系 廣泛自由的產(chǎn)品選擇 系統(tǒng)全局?jǐn)?shù)據(jù)一致性 資產(chǎn)優(yōu)化管理 完善的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),Your fieldbus Vantage Point,現(xiàn)場總線策略,FieldIT,全方位的標(biāo)準(zhǔn)總線智能設(shè)備,Pressure,Flow,Level,Temperature,Positioners,Actuators,Valves,Controllers,Recorders,FieldIT - 設(shè)備總覽,HART,PROFIBUS PA,PROFIBUS DP,FIELDBUS FOUNDATION,Temperature: TF02, 202,Temperature: TF12, 212,Flow:,Mag XE/XM, Vortex, Swirl, V/A, Ultra Sonic, MassMeter 1210, TRIOMASS,Pressure:,P- DP: 600-T, AF800 Multivariable MV2000T,Positioner: TZID-Fcomp. PH: TB82PH,Actuator:,Remote I/O: S900-Ex,Hand Terminal HTT04,Modulating Contrac,Pressure,P- DP: 600-T,Flow:,Flow:,COPA XE/XM, Vortex, Swirl, TRIO MASS,Pressure:,P- DP: 600-T, AF800 Multi variable MV2000T Level,Multi Barrier: MB204 Positioner: TZID-F,COPAXE/XM, MAG XE, Vortex, Swirl, TRIO MASS,Controllers/Recorders: Protronic, Digitric, Point Master, Line Master,Actuators on/off: Contrac modulating: Ontrac,Remote I/O: S900-Ex,Multi Barrier: MB204,Configuration tools:,PC based: SMART VISION,Configuration tool:,Configuration tool,PC based: SMART VISION,PC based: SMART VISION,Positioner: TZID-F,Configuration tool: AC800F control builder,SMART VISION,Multi-variable MV2000T,Temperature: TF12, 202,標(biāo)準(zhǔn) ProfiBus 設(shè)備組態(tài) GSD 文件 模板技術(shù),ABB 現(xiàn)場總線技術(shù),Profibus-PA,Profibus-DP,DigiTool,Controller,DigiVis,Device specific Data in GSD-Files,使用GSD -files組態(tài),導(dǎo)入 設(shè)備GSD 文件,選擇設(shè)備使用的功能塊及模塊 進(jìn)行I/O 編輯,對(duì)照手冊(cè)選擇輸入、輸出、診測變量,設(shè)備非周期參數(shù)的設(shè)定,標(biāo)準(zhǔn) ProfiBus 設(shè)備的組態(tài),PROFIBUS 在線設(shè)備診測,查詢掃描新設(shè)備,遠(yuǎn)程設(shè)定設(shè)備地址,顯示總線掃描周期,現(xiàn)場總線與設(shè)備的診測,ProfiBus 設(shè)備在線參數(shù)設(shè)定,傳感器參數(shù)定義,傳感器功能塊參數(shù)定義,傳感器仿真功能定義,ProfiBus 組態(tài)摸板技術(shù),提供標(biāo)準(zhǔn)用戶參數(shù)對(duì)話框 提供標(biāo)準(zhǔn)用戶操作面板,摸板技術(shù)支持大量第3方設(shè)備 形成標(biāo)準(zhǔn)摸板庫,模板技術(shù)支持所有標(biāo)準(zhǔn) ProfiBus 設(shè)備,(2) 多種設(shè)備配套組態(tài)工具軟件,?,tool 1,Stand alone tool n,用戶必須熟悉使用各自工具軟件 不能實(shí)現(xiàn)流程化工作 無一致的質(zhì)量保證,(3) 大量信息傳輸,OptimizeIT,EngineerIT,OperateIT,ControlIT,現(xiàn)場設(shè)備 FieldIT,組態(tài) 參數(shù)設(shè)定 在線調(diào)試,操作 監(jiān)控 信號(hào)報(bào)警處理,過程變量值 時(shí)間同步功能 變量狀態(tài)信息,大量數(shù)據(jù)交換 復(fù)雜的編程要求,解決方案: FDT/DTM,EngineerIT,DTM Device Type Manager,The user interface is the same for all devices for all suppliers for all protocols,FDT Field Device Tool,對(duì)照,MS-Office 環(huán)境:,Printer 驅(qū)動(dòng),Microsoft Windows Novell Netware . . .,Profibus Foundation Fieldbus . . .,Device 驅(qū)動(dòng),目前CBF 已支持FDT/DTM 組態(tài),Field Device Tool,CBF,減少項(xiàng)目整體費(fèi)用,基于總線技術(shù)帶來的優(yōu)勢(shì),設(shè)計(jì),安裝,調(diào)試,工廠運(yùn)行,傳統(tǒng) 4-20mA,14%,26%,53%,7%,% 總成本,11%,17%,3%,44%,現(xiàn)場總線,25% Saving,=100%,調(diào)試階段:使用遠(yuǎn)程操作進(jìn)行設(shè)備測試與維護(hù),安裝階段: 簡單的布線與機(jī)柜設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)階段 P&ID 流程圖設(shè)計(jì)簡化 簡化設(shè)計(jì)文檔,工廠運(yùn)行 節(jié)省大量電源及EEx i隔離器 節(jié)省大量控制柜車間及電纜費(fèi)用,=75%,Source: McDermott Engineering,數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),數(shù)據(jù)通信技術(shù),基本概念,1.總線的基本術(shù)語 （1）總線：傳輸信號(hào)或信息的公共路徑，是遵循同一技術(shù)規(guī)范的連接與操作方式；總線段：一組設(shè)備通過總線連接在一起。 （2）總線主設(shè)備：Bus Master，命令者 （3）總線從設(shè)備：Bus Slaver，基本設(shè)備 （4）控制信號(hào)：三種類型?？刂七B在總線上的設(shè)備；改變總線操作的 方式；表明地址和數(shù)據(jù)的含義 （5）總線協(xié)議：管理主從設(shè)備使用總線的一套規(guī)則（PROTOCOL）,2、總線操作的基本內(nèi)容 （1）總線操作：命令者與響應(yīng)者之間的“連接-數(shù)據(jù)傳送-脫開” （2）總線傳送：命令者與響應(yīng)者之間的數(shù)據(jù)傳遞；“讀”、“寫”操作。 （3）通信請(qǐng)求：某一設(shè)備向另一設(shè)備發(fā)出的請(qǐng)求信號(hào)。 （4）尋 址：命令者與一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備建立起連接的操作方式；物理尋址、邏輯尋址、廣播尋址 （5）總線仲裁：解決沖突，裁決哪一個(gè)主設(shè)備是下一個(gè)占有總線的設(shè)備 （6）總線定時(shí)：總線操作用“定時(shí)”信號(hào)進(jìn)行同步，用于指明總線上的數(shù) 據(jù)和地址在什么時(shí)刻是有效的 （7）出錯(cuò)檢測 （8）容錯(cuò),通信系統(tǒng)的組成,通信系統(tǒng)是傳輸信息所需的一切設(shè)備的綜合 信息源、信息接收者、發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、傳輸介質(zhì) 單向數(shù)字通信系統(tǒng)： 信息源編碼調(diào)制傳輸介質(zhì)解調(diào)譯碼接收者,數(shù)據(jù)編碼,碼元是傳輸數(shù)據(jù)的基本單位； 二元碼； 數(shù)據(jù)編碼是指通信系統(tǒng)中以何種物理信號(hào)的方式來表達(dá)數(shù)據(jù)； 模擬數(shù)據(jù)編碼：用模擬信號(hào)的幅度、頻率、相位表達(dá)數(shù)據(jù)； 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼：用高低電平的矩形脈沖信號(hào)表達(dá)數(shù)據(jù) 基帶傳輸：采用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，在基本不改變數(shù)據(jù)信號(hào)頻率的情況下，直接傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸方式 單極性碼，雙極性碼 歸零碼，非歸零碼 差分碼：用電平的變化與否在代表“1”和“0”,回顧,PROFIBUS:SIMENS Dp、FMS、PA（可支持總線供電，可支持本質(zhì)安全） 1、2、7 9.6K12Mbps，1200m，1.5Mbps時(shí)為400m，127個(gè)站點(diǎn)； 主從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng) 令牌 HART： Highway Addressable Remote Transduer， Rosemout 1、2、7 過渡形，F(xiàn)SK（Frequency Shift Keying）， 420mA模擬信號(hào)上迭加一個(gè)頻率信號(hào) 15個(gè)站點(diǎn)；最大傳輸距離3000m；可支持總線供電，可滿足本安防爆。 其他： INTERBUS 、CC-LINK、ControlNet、World FIP、P-Net、SwiftNet、AS-i,減少項(xiàng)目整體費(fèi)用,回顧：基于總線技術(shù)帶來的優(yōu)勢(shì),設(shè)計(jì),安裝,調(diào)試,工廠運(yùn)行,傳統(tǒng) 4-20mA,14%,26%,53%,7%,% 總成本,11%,17%,3%,44%,現(xiàn)場總線,25% Saving,=100%,調(diào)試階段:使用遠(yuǎn)程操作進(jìn)行設(shè)備測試與維護(hù),安裝階段: 簡單的布線與機(jī)柜設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)階段 P&ID 流程圖設(shè)計(jì)簡化 簡化設(shè)計(jì)文檔,工廠運(yùn)行 節(jié)省大量電源及EEx i隔離器 節(jié)省大量控制柜車間及電纜費(fèi)用,=75%,Source: McDermott Engineering,回顧,基本概念 1.總線的基本術(shù)語 總線、總線主設(shè)備、總線從設(shè)備、控制信號(hào)、總線協(xié)議 2、總線操作的基本內(nèi)容 總線操作、總線傳送、通信請(qǐng)求、尋址、總線仲裁、總線定時(shí)、出錯(cuò)檢測、容錯(cuò) 通信系統(tǒng)的組成 信息源編碼調(diào)制傳輸介質(zhì)解調(diào)譯碼接收者 數(shù)據(jù)編碼：指通信系統(tǒng)中以何種物理信號(hào)的方式來表達(dá)數(shù)據(jù)； 碼元是傳輸數(shù)據(jù)的基本單位； 二元碼； 模擬數(shù)據(jù)編碼；數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼 基帶傳輸；單極性碼，雙極性碼；歸零碼，非歸零碼；差分碼,數(shù)據(jù)編碼,曼徹斯特編碼 基帶信號(hào)編碼 內(nèi)置時(shí)鐘信號(hào)，可自同步 每位（比特）傳輸時(shí)間為等間隔時(shí)間段，傳輸時(shí)，時(shí)間段前半部分傳輸反碼，后半部分傳輸原碼,通信系統(tǒng)的性能指標(biāo),1、有效性指標(biāo)：傳輸速率、頻帶利用率、協(xié)議效率、通信效率 2、可靠性指標(biāo)：誤碼率 3、信道頻率特性 4、介質(zhì)帶寬 5、信道容量：某種傳輸介質(zhì)單位時(shí)間內(nèi)所能傳輸?shù)淖畲蟊忍財(cái)?shù) 6、信噪比,局域網(wǎng)及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),將地理位置不同且具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過通信設(shè)備和線路將它們連接起來，有功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件（網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、信息交換 方式、控制程序和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源（硬件、軟件、信息）的共享，這樣的系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 一個(gè)互連的自主的計(jì)算機(jī)設(shè)備集合體。 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的連接形式,局域網(wǎng)及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：可分為星形、總線形、環(huán)形、樹形等結(jié)構(gòu),星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),總線形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì),傳輸介質(zhì)是通信網(wǎng)絡(luò)傳輸信息的物理媒介，也稱為“通信媒體”。 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接時(shí)：一條傳輸鏈路兩端連接兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，發(fā)送設(shè)備通過適當(dāng)硬件接口（編碼和信號(hào)變換等）把信號(hào)（模擬或數(shù)字的）注入到傳輸介質(zhì)中去；接收設(shè)備則以相反的過程從另一端取出信號(hào)。 廣播方式連接時(shí)：同一條傳輸鏈路上連接了多臺(tái)通信設(shè)備，任何一臺(tái)設(shè)備發(fā)送的信號(hào)都可能被別的設(shè)備所接收。,用于DCS計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的主要傳輸介質(zhì)有：雙絞線、同軸電纜和光纖 雙絞線：由兩根絕緣銅導(dǎo)線組成，一對(duì)線作為一條通信鏈路，通常，一定數(shù)量的這樣的雙絞線捆成一電纜，外面包著硬的保護(hù)性護(hù)套。單個(gè)雙絞線的兩個(gè)導(dǎo)線絞扭，可 減少雙絞線之間的電磁干擾。RJ45接口。單段最大傳輸距離100米,網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì),雙絞線常見的有3類線，5類線和超5類線，以及最新的6類線，前者線徑細(xì)而后者線徑粗，型號(hào)如下： 1）三類線：用于語音傳輸及最高傳輸速率為10Mbps的數(shù)據(jù)傳輸。 2）五類線：該類電纜增加了繞線密度，外套一種高質(zhì)量的絕緣材料，用于語音傳輸和最高傳輸速率為10Mbps的數(shù)據(jù)傳輸，是最常用的以太網(wǎng)電纜。 3）超五類線：超5類具有衰減小，串?dāng)_少，并且性能得到很大提高。超5類線主要用于千兆位以太網(wǎng)1000Mbps）。 4）六類線：它提供2倍于超五類的帶寬。六類布線的傳輸性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于超五類標(biāo)準(zhǔn)，最適用于傳輸速率高于1Gbps的應(yīng)用。,同軸電纜：分內(nèi)、外兩個(gè)導(dǎo)體組成，外導(dǎo)體，是一個(gè)空心圓柱形導(dǎo)體，它包裹著一個(gè)內(nèi)心線導(dǎo)體。兩者之間是絕緣材料。同軸電纜的這種結(jié)構(gòu)，使它具有高帶寬和極好的噪聲抑制特性。,網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì),基帶同軸電纜 (如 50同軸電纜 )用于基帶傳輸。 寬帶同軸電纜 (如75電視天線電纜)用于寬帶傳輸。 從外形和性能上說，又分為粗纜和細(xì)纜。 同軸電纜的數(shù)據(jù)傳輸速率、傳輸距離、可支持的節(jié)點(diǎn)數(shù)、抗干擾等性能優(yōu)于雙絞線，成本也高于雙絞線，但低于光纖。 單段最大距離：細(xì)纜185米，粗纜500米 接口：細(xì)纜，T型頭；粗纜，AUI,網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì),光纖：即光導(dǎo)纖維的簡稱。由內(nèi)外兩種折射率不同的材料構(gòu)成，內(nèi)層折射率高，外層折射率低，通過光的全反射進(jìn)行傳輸。有多模光纖與單模光纖之分。 光收發(fā)器：將光信號(hào)轉(zhuǎn)成電信號(hào)，光端機(jī)。 光端盒：一個(gè)連接光纜線路和尾纖的盒子,單模，多模光纖 單模光纖僅能傳輸一個(gè)模式，而多模光纖能傳輸多個(gè)模式。 單段最大距離：單模，傳輸4000多米；1000-2000米。,介質(zhì)訪問控制技術(shù),各個(gè)站通過網(wǎng)絡(luò)傳送信息的基本關(guān)系，就是源（發(fā)送）站將信息送上網(wǎng)絡(luò)，然后目的（接收）站從網(wǎng)絡(luò)讀取信息。為了迅速正確地實(shí)現(xiàn)這些對(duì)網(wǎng)絡(luò)的存取訪問過程，要有合理的存取控制方法。 為解決同一時(shí)間多個(gè)設(shè)備爭用傳輸介質(zhì)則需要介質(zhì)訪問技術(shù) 常用的方法有：輪詢（Poll)、令牌傳送（Token Passing）、帶有碰撞檢測的載波偵聽多重訪問（CSMA/CD）。,1、輪詢（Poll),它是由主站向其他站逐個(gè)查詢，根據(jù)查詢到站的應(yīng)答信息，確定該站是否要發(fā)信，并確定是否讓其發(fā)信。這一站發(fā)送我按信息后通知主站，再繼續(xù)查詢。 適用于集中控制的網(wǎng)絡(luò)（星形網(wǎng)、樹形網(wǎng)、總線網(wǎng)），在DCS中稱為1對(duì)N的控制方式。,2、令牌傳送（Token Passing）,采用令牌傳送技術(shù)的有環(huán)形網(wǎng)或在邏輯序列上將節(jié)點(diǎn)連接成環(huán)的總線網(wǎng)。 通信響應(yīng)時(shí)間具有確定性，實(shí)時(shí)性好，系統(tǒng)總的信息吞吐量大。 令牌傳送為N對(duì)N通信中最好的,2、令牌傳送（Token Passing）,工作原理：環(huán)上有一個(gè)稱為令牌的信息包沿環(huán)中各節(jié)點(diǎn)依次傳送。該令牌有空、忙兩個(gè)狀態(tài)，在網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)時(shí)，由指定節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)空令牌送到網(wǎng)上傳送。對(duì)要傳送信息的節(jié)點(diǎn)，都要在令牌傳到自己并判斷為空時(shí)，才能把令牌置成忙，并發(fā)送含有數(shù)據(jù)、源地址、目的地址、檢錯(cuò)碼的信息包，然后發(fā)送到網(wǎng)上，目的站讀取該信息包后，仍然轉(zhuǎn)發(fā)該包，再回到發(fā)送站時(shí)，才撤消該包，并把令牌置成空，并將它傳給下一節(jié)點(diǎn)。 如果令牌丟失或信息包在環(huán)上無限制循環(huán)，則由指定的監(jiān)視節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)中注入一個(gè)新令牌或?qū)⑿畔废?3、碰撞檢測的載波偵聽多重訪問（CSMA/CD）,網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)站共享一條傳輸線，就有可能發(fā)生傳輸線上的信息“碰撞”，這種競爭必須用一定策略消解。 首先是載波偵聽多重訪問，即：“先聽后講”，先進(jìn)行偵聽，判斷空閑發(fā)送數(shù)據(jù)，然后等待應(yīng)答信號(hào)。 但仍然有可能發(fā)生碰撞，那么還需要加上“邊聽邊說”（CD）。即在發(fā)數(shù)據(jù)的同時(shí)，繼續(xù)對(duì)線路進(jìn)行偵聽。當(dāng)發(fā)現(xiàn)聽和說的內(nèi)容不一致時(shí)，立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，而改發(fā)堵塞信號(hào)。等待一定時(shí)間后，再重復(fù)一邊上述過程。 競爭發(fā)送，廣播式傳輸、載波偵聽、碰撞檢測、等待時(shí)機(jī)、再試發(fā)送。,特點(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)：算法簡單、成本低、可靠性高，負(fù)荷輕時(shí)延遲少，而總吞吐量也較好，負(fù)荷重時(shí)也能工作。 缺點(diǎn)：通信延遲不確定；為檢測碰撞，要求在總線上任何位置，各站發(fā)出信號(hào)的幅度差別不能大，這在有時(shí)會(huì)增加技術(shù)難度 適合突發(fā)性通信。以太網(wǎng)（Ethernet）常用。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,主機(jī)（HOST，可帶終端） 節(jié)點(diǎn) 通信鏈路 節(jié)點(diǎn)與通信鏈路統(tǒng)稱為通信子網(wǎng) 主機(jī)、終端等統(tǒng)稱為資源子網(wǎng),計(jì)算機(jī)局域網(wǎng),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按照覆蓋地域范圍的不同分為： 廣域網(wǎng)（遠(yuǎn)程網(wǎng)）：數(shù)公里以上 局域網(wǎng)（局部網(wǎng)）：幾米至幾千米 （分布式多處理機(jī)：幾米以內(nèi)）,回顧,曼徹斯特編碼 通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)： 有效性指標(biāo)、可靠性指標(biāo)、信道頻率特性、介質(zhì)帶寬、信道容量、信噪比 局域網(wǎng) 將地理位置不同且具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過通信設(shè)備和線路將它們連接起來，有功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件（網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、信息交換 方式、控制程序和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源（硬件、軟件、信息）的共享，這樣的系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、廣播方式、雙絞線、同軸電纜、光纖