工業(yè)自動化技術(shù)PPT學(xué)習(xí)課件

2,1,工業(yè)自動化技術(shù)授課：黎英博士，教2,2,工業(yè)自動控制技術(shù)的發(fā)展概況,一、工業(yè)自動控制的基本概念自動控制：指在無人直接參與的情況下，利用控制裝置使被控對象（機器、設(shè)備）的某一個物理量自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行，控制系統(tǒng)：為實現(xiàn)某一控制目標(biāo)所需要的物理部件（及軟件）的有機組合，通常由控制器和被控對象組成。自動控制理論：是研究自動控制共同規(guī)律的科學(xué)，它包括以反饋控制理論為基礎(chǔ)的古典控制理論（單輸入、單輸出），以狀態(tài)空間為基礎(chǔ)的現(xiàn)代控制理論（多輸入、多輸出）以及以模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的智能控制（不需精確數(shù)學(xué)模型）。,2,3,二、工業(yè)自動控制系統(tǒng)基本類型：順序控制系統(tǒng)：順序控制是按照預(yù)先規(guī)定的時間順序（或邏輯關(guān)系），逐步對各設(shè)備或?qū)ο筮M行控制到方法。如電梯等。過程控制系統(tǒng)：對工業(yè)生產(chǎn)過程中的各物理量（如溫度、壓力、液位等）進行閉環(huán)控制，使其按照要求的規(guī)律變化。運動控制系統(tǒng)：控制運動物體的轉(zhuǎn)速或位置，使其按照要求的規(guī)律變化。如調(diào)速系統(tǒng)，位置隨動系統(tǒng)等。監(jiān)控系統(tǒng)：對生產(chǎn)過程中的大量運行參數(shù)進行采集、顯示、記錄或報警。,2,4,三、控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)實現(xiàn)方法：順序控制系統(tǒng)：繼電邏輯控制系統(tǒng)。過程控制系統(tǒng)：常規(guī)儀表控制系統(tǒng)。運動控制系統(tǒng)：拖動控制系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)：常規(guī)顯示、記錄或報警儀表。,2,5,四、計算機技術(shù)對工業(yè)控制技術(shù)的影響,2,6,五、實現(xiàn)計算機控制到幾種嘗試方案直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC)。單片機控制?？偩€式工控機?？删幊陶{(diào)節(jié)器。,2,7,六、計算機控制的現(xiàn)狀及發(fā)展可編程控制器(PLC)。集散控制系統(tǒng)(DCS)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)。工業(yè)以太網(wǎng)。,2,8,七、計算機控制的設(shè)計原則可靠性與適應(yīng)性。操作性與友好性。靈活性與擴展性。實時性。,2,9,分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),一、分布式控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的形成：集中型計算機控制系統(tǒng)：采用專用計算機來處理工業(yè)控制問題(如進行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，過程監(jiān)視等)。多級計算機控制系統(tǒng)：為了計算機的處理速度和自身的可靠性問題和在計算機微型化的推動下，出現(xiàn)了多級計算機控制系統(tǒng)。集散型計算機控制系統(tǒng)：將與現(xiàn)場設(shè)備打交道和需要進行實時處理的功能分散到前端計算機上，而中央計算機只充當(dāng)后繼到系統(tǒng)管理方面的工作，實現(xiàn)集中管理，分散控制，提高整個系統(tǒng)的可靠性。計算機集成綜合系統(tǒng)：將中央計算機與工廠辦公室自動化系統(tǒng)連接起來，使工廠制造與辦公室、實驗室、倉庫等商業(yè)和事務(wù)管理等系統(tǒng)構(gòu)成了一體化。,2,10,二、分布式控制系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)中各層的功能,2,11,三、分布式控制系統(tǒng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)現(xiàn)場控制器：通常帶有I/O部件，與生產(chǎn)過程相聯(lián)接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制執(zhí)行。人機接口：讓操作員了解生產(chǎn)能夠過程的運行狀況，并通過它發(fā)出操作指令給生產(chǎn)過程。主要由操作站、工程師站和歷史站。通信系統(tǒng)：在分散過程控制裝置與操作管理裝置之間完成數(shù)據(jù)交換和傳遞。,2,12,四、現(xiàn)場控制器回路控制器：能完成以PID為基礎(chǔ)的回路控制的數(shù)字儀表，多路數(shù)據(jù)采集器以及無紙記錄儀等一系列數(shù)字儀表，在面板上仍保留棒圖和手/自動切換，用數(shù)字顯示代替指針顯示，這些數(shù)字儀表統(tǒng)稱為回路控制器。回路控制器內(nèi)部的算法預(yù)先用程序作成功能塊的形式，存在ROM中?？梢园凑账蟮目刂撇呗裕M行組態(tài)。可編程控制器(PLC)：PLC是由摸仿繼電器控制原理發(fā)展起來的，以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和運算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產(chǎn)過程。現(xiàn)代的也增加有一些控制回路用的算法。運動控制器：用于控制運動部件的速度或位置，通常包括變頻器和伺服系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線：全數(shù)字化、智能、多功能取代模擬式單功能儀器、儀表、控制裝置；用分散的虛擬控制站取代集中的控制站；改變傳統(tǒng)的信號標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)。,2,13,控制系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu),2,14,模塊1,模塊2,模塊1,模塊2,模塊3,雙模冗余DMRDualModuleRedundancy,三模冗余TMRTripleModuleRedundancy,(1)需適應(yīng)惡劣的工業(yè)生產(chǎn)過程環(huán)境。冗余結(jié)構(gòu),2,15,模塊1,模塊2,模塊1,模塊2,表決器,選擇器,狀態(tài),指令,指令,輸出,輸出,指令,指令,輸入,輸入,備用式冗余BackupRedundancy,表決式冗余VotingRedundancy,2,16,模塊3,模塊4,表決器,B輸出,模塊1,模塊2,表決器,A輸出,輸出互鎖選擇器,輸出,A機,B機,互鎖信號,互鎖信號,主,備,2,17,tA,確定性實時,非確定實時,延遲,deadline,概率,tmin,tmax,tdl,tA,deadline,tmin,tmax,tdl,無邊界!,在正常運行條件及可恢復(fù)故障條件下，任務(wù)延遲超過最后期限（deadline)的概率為零。,有邊界!,概率,延遲,在正常運行條件及可恢復(fù)故障條件下，任務(wù)延遲超過最后期限（deadline)的概率很小，但不為零。,確定性實時和非確定性實時的對比,2,18,200ms:,操作人員的手感（接近硬接線般的感覺）,10ms:,流程工業(yè)中的事件分辨率（但目前很多招標(biāo)書都要求2ms),1s:,操作員站畫面上的數(shù)據(jù)刷新速度,3s:,操作員站畫面翻頁速度,1s:,控制器執(zhí)行一個加法運算的典型時間,10s:,控制器執(zhí)行一個PID運算的典型時間,30s:,通訊信號傳輸9km的時間延遲（信號速度30萬公里/秒）,100s:,多任務(wù)實時系統(tǒng)任務(wù)切換時間,200s:,從實時數(shù)據(jù)庫（內(nèi)存）中訪問獲取一個數(shù)據(jù)對象的時間,1ms:,在兩個任務(wù)之間通過郵箱發(fā)送消息的時間,2ms:,在局域網(wǎng)中發(fā)送一個報文的時間,50ms:,控制器中通訊任務(wù)的執(zhí)行時間,實時性：典型任務(wù)的響應(yīng)時間要求,2,19,主控制器應(yīng)用設(shè)計：工藝過程劃分,2,20,AI信號的輸入處理過程,AnalogInput-AI,2,21,雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器,2,22,逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器,2,23,2,24,變壓器隔離型放大器,2,25,電容隔離型放大器,2,26,線性光偶隔離型放大器,2,27,三種模擬信號隔離放大器比較,2,28,模擬量輸出,2,29,開關(guān)量輸入（DI：DigitalInput),2,30,開關(guān)量輸出（DO：DigitalOutput),2,31,常見計算機控制算法、PID控制算法：形成一個閉環(huán)的控制回路，對被控變量產(chǎn)生的一切擾動都進行響應(yīng)。選擇性控制系統(tǒng)：對兩個或多個控制器的輸出端的信號進行選擇。前饋控制：按擾控量進行補償?shù)拈_環(huán)控制，即當(dāng)影響系統(tǒng)的擾動出現(xiàn)是（被控變量還未顯示變化以前），按擾動量大小直接產(chǎn)生校正作用，以抵消擾動的影響。順序控制：順序控制是按照預(yù)先規(guī)定的順序（邏輯關(guān)系），逐步對各階段進行信息處理的控制方法.計算機優(yōu)化控制,控制系統(tǒng)的控制算法,2,32,2,33,控制作用：比例控制：比例控制能迅速反應(yīng)誤差，從而減小穩(wěn)態(tài)誤差。但是，比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。比例放大系數(shù)的加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分控制：積分控制的作用是，只要系統(tǒng)有誤差存在，積分控制器就不斷地積累，輸出控制量，以消除誤差。因而，只要有足夠的時間，積分控制將能完全消除誤差，使系統(tǒng)誤差為零，從而消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分作用太強會使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。微分控制：微分控制可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時加快系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。應(yīng)用PID控制，必須適當(dāng)?shù)卣{(diào)整比例放大系數(shù)KP，積分時間TI和微分時間TD，使整個控制系統(tǒng)得到良好的性能。,2,34,2,35,2,36,為了求和，必須將系統(tǒng)的偏差的全部過去值都儲存起來，這種算法得出的全量U(K)是控制量的絕對值。在控制系統(tǒng)中，這種控制量確定了執(zhí)行機構(gòu)的位置，是一一對應(yīng)的。缺點是每時刻計算機都要重復(fù)計算閥位的位置，必須把偏差的全部過去數(shù)據(jù)都積累起來，容易產(chǎn)生積分飽和,2,37,2,38,2,39,采樣周期選擇：根據(jù)香農(nóng)采樣定理，系統(tǒng)采樣頻率為：fs2fmax（max被采樣信號的最高）滿足這一定理，采樣信號方可恢復(fù)或近似地恢復(fù)為原模擬信號，而不丟失主要信息。在這個限制范圍內(nèi)，采樣周期越小，采樣-數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)的性能越接近于連續(xù)-時間控制系統(tǒng)。,三、采樣周期,2,40,從執(zhí)行機構(gòu)的特性要求來看，有時需要輸出信號保持一定的寬度，采樣周期必須大于這一時間從控制系統(tǒng)的隨動和抗干擾的性能來看，要求采樣周期短些從微機的工作量和每個調(diào)節(jié)回路的計算來看，一般要求采樣周期大些從計算機的精度看，過短的采樣周期是不合適的實際選擇采樣周期時，必須綜合考慮采用周期要比對象的時間常數(shù)小得多，否則采樣信號無法反映瞬變過程采用周期應(yīng)遠小于對象的擾動信號的周期考慮執(zhí)行器的響應(yīng)速度當(dāng)系統(tǒng)純滯后占主導(dǎo)地位時，應(yīng)按純滯后大小選取，并盡可能使純滯后時間接近或等于采用周期的整數(shù)倍考慮對象所要求的控制質(zhì)量，精度越高，采樣周期越短，以減小系統(tǒng)的純滯后,2,41,常見被控量的經(jīng)驗采樣周期,2,42,四、參數(shù)整定實驗湊試法的整定步驟為“先比例，再積分，最后微分。1整定比例控制預(yù)選擇一個足夠短的采樣周期TS。一般說TS應(yīng)小于受控對象純延遲時間的十分之一。用選定的TS使系統(tǒng)工作。這時去掉積分作用和微分作用，將控制選擇為純比例控制器，構(gòu)成閉環(huán)運行。逐漸加大比例放大系數(shù)KP，即將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線，即系統(tǒng)對輸入的階躍信號的響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩（穩(wěn)定邊緣）。2整定積分環(huán)節(jié)若在比例控制下穩(wěn)態(tài)誤差不能滿足要求，需加入積分控制。先將步驟（1）中選擇的比例系數(shù)減小為原來的5080，再將積分時間置一個較大值，觀測響應(yīng)曲線。然后減小積分時間，加大積分作用，并相應(yīng)調(diào)整比例系數(shù)，反復(fù)試湊至得到較滿意的響應(yīng)，確定比例和積分的參數(shù)。,2,43,3整定微分環(huán)節(jié)若經(jīng)過步驟（2），PI控制只能消除穩(wěn)態(tài)誤差，而動態(tài)過程不能令人滿意，則應(yīng)加入微分控制，構(gòu)成PID控制。先置微分時間TD=0，逐漸加大TD，同時相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時間，反復(fù)試湊至獲得滿意的控制效果和PID控制參數(shù)。參數(shù)整定法：參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查先是比例后積分，最后再把微分加曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳曲線偏離回復(fù)慢，積分時間往下降曲線波動周期長，積分時間再加長曲線振蕩頻率快，先把微分降下來動差大來波動慢。微分時間應(yīng)加長理想曲線兩個波，前高后低4比1一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低,2,44,五、離散PID控制算法的優(yōu)缺點優(yōu)點：離散PID的P、I、D三個作用是獨立的，可以分別整定，計算機實施時，等效的TiTd可以在更大范圍內(nèi)自由選擇；積分微分作用的某些改進更為靈活多變。缺點：如果采用等效的PID參數(shù)，離散PID控制往往差于連續(xù)的控制，滯后1/2Ts（畫圖展示）PID控制算法的改進積分分離：積分分離法是在誤差量較大時，不進行積分，直至誤差達到一定值之后，才在控制量的計算中加入積分累積。帶不靈敏區(qū)：對控制作用盡量少變得場合，在偏差小于某一值時，沒有控制作用，偏差大于某一值時，有控制作用。,2,45,分布式控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信,一、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信的基本概念1.數(shù)據(jù)信息：具有一定編碼、格式和字長的數(shù)字信息被稱為數(shù)據(jù)信息。2.傳輸速率：傳輸速率是指信道在單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘俊Ｒ话阋悦棵胨軌騻鬏數(shù)谋忍?bit)數(shù)來表示。3.傳輸方式：通信方式按照信息的傳輸方向分為單工、半雙工和全雙工三種方式。單工方式：信息只能沿單方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為單工方式。半雙工方式：信息可以沿著兩個方向傳輸，但在某一時刻只能沿一個方向傳輸。全雙工方式：信息可以同時沿著兩個方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健?2,46,4.基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸基帶傳輸：直接將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號通過信道進行傳輸。載帶傳輸：用基帶信號調(diào)制載波后，在信道上傳輸調(diào)制后的載波信號。寬帶傳輸：在一條信道上同時傳送不同的載波頻率的多路信號，實現(xiàn)多路信號同時傳輸。5.異步傳輸與同步傳輸異步傳輸：字符的傳輸是同步的，但字符與字符之間的時間間隔是不確定的。同步傳輸：用同步的時鐘脈沖，使發(fā)送裝置和接收裝置保持同步以獲得較高的傳輸速率。6.串行傳輸與并行傳輸串行傳輸：數(shù)據(jù)的各個二進制位依次在信道上進行傳輸?shù)姆绞?。并行傳輸：把?gòu)成數(shù)據(jù)的各個二進制位同時在信道上進行傳輸?shù)姆绞健?2,47,二、數(shù)據(jù)通信的編碼與調(diào)制1.平衡、歸零、雙極性。用正極性脈沖表示1，用負極性脈沖表示0，在相鄰脈沖之間保留一定的空閑間隔。2.平衡、歸零、單極性。這種方法又稱為曼徹斯特(Manchester)編碼方法。在每一位中間都有一個跳變，這個跳變既作為時鐘，又表示數(shù)據(jù)。從高到低的跳變表示1，從低到高的跳變表示0，3.平衡、不歸零、單極性。它以高電平表示1，低電平表示0。這種方法主要用于速度較低的異步傳輸系統(tǒng)。4.非平衡、歸零、雙極性。用正負交替的脈沖信號表示1，用無脈沖表示零。由于脈沖總是交替變化的，所以它有助于發(fā)現(xiàn)傳輸錯誤，通常用于高速傳輸。5.非平衡、歸零、單極性。這種表示方法與上一種表示方法的區(qū)別在于它只有正方向的脈沖而無負方向的脈沖，所以只要將前者的負極性脈沖改為正極性脈沖，就得到后一種表達方法。6.非平衡、不歸零、單極性。這種方法的編碼規(guī)則是，每遇到一個1電平就翻轉(zhuǎn)一次，所以又稱為“跳1法”或NRZ-1編碼法。,2,48,2,49,1.調(diào)幅方式。調(diào)幅方式(AmplitudeModulation，AM)又稱為幅移鍵控法(Amplitude-ShiftKeying，ASK)。它是用調(diào)制信號的振幅變化來表示一個二進制數(shù)的，例如，用高振幅表示1，用低振幅表示0。2.調(diào)頻方式。調(diào)頻方式(FrequencyModulation，F(xiàn)M)又稱為頻移鍵控法(Frequency-ShiftKeying，F(xiàn)SK)。它是用調(diào)制信號的頻率變化來表示一個二進制數(shù)的，例如，用高頻率表示1，用低頻率表示0。3.調(diào)相方式。調(diào)相方式(PhaseModulation，PM)又稱為相移鍵控法(Phase-ShiftKeying，PSK)。它是用調(diào)制信號的相位變化來表示二進制數(shù)的，例如用0相位表示二進制的0，用180相位表示二進制的1。,2,50,2,51,三、數(shù)據(jù)通信的傳輸介質(zhì)1.雙絞線。雙絞線是由兩個相互絕緣的導(dǎo)體扭絞而成的線對，在線對的外面常有金屬箔組成的屏蔽層和專用的屏蔽線，2.同軸電纜。它是由內(nèi)導(dǎo)體、中間絕緣層、外導(dǎo)體和外絕緣層組成的。信號通過內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體傳輸。外導(dǎo)體總是接地的，起到了良好的屏蔽作用。3.光纜。它的內(nèi)芯是由二氧化硅拉制成的光導(dǎo)纖維，外面敷有一層玻璃或聚丙烯材料制成的覆層，由于內(nèi)芯和覆層的折射率不同，以一定角度進入內(nèi)芯的光線能夠通過覆層折射回去，沿著內(nèi)芯向前傳播以減少信號的損失。,2,52,四、數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1.星形結(jié)構(gòu)：在星形結(jié)構(gòu)中，每一個節(jié)點都通過一條鏈路連接到一個中央節(jié)點上去。任何兩個節(jié)點之間的通信都要經(jīng)過中央節(jié)點。2.環(huán)形結(jié)構(gòu)：在環(huán)形結(jié)構(gòu)中，所有的節(jié)點通過鏈路組成一個環(huán)形。需要發(fā)送信息的節(jié)點將信息送到環(huán)上，信息在環(huán)上只能按某一確定環(huán)形方向傳輸，3.總線型結(jié)構(gòu)：所有的站都通過相應(yīng)的硬件接口直接接到總線上?？偩€型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，便于擴充。,2,53,五、數(shù)據(jù)通信的信息交換技術(shù)1.線路交換方式：在需要通信的兩個節(jié)點之間事先建立起一條實際的物理連接，然后再在這條實際的物理連接上交換數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)交換完成之后再拆除物理連接。因此，線路交換方式將通信過程分為3個階段：即線路建立、數(shù)據(jù)通信和線路拆除階段。2.報文交換方式：不需要在兩站之間建立專用的物理信道，而是把待發(fā)送的信息分割成一份份的報文，在報文的頭尾加上源地址、目的地址、報文序號以及校驗碼等。然后將整個報文(Message)作為一個整體一起發(fā)送，.從網(wǎng)絡(luò)上的一個節(jié)點傳送到另一個節(jié)點，直到目的地。在交換過程中,交換設(shè)備將接收到的報文先存儲,實施差錯校驗和路由選擇（即路徑選擇），然后在信道空閑時轉(zhuǎn)發(fā)出去。3.報文分組交換方式:報文分組交換方式交換的基本數(shù)據(jù)單位是一個報文分組。報文分組是一個完整的報文按順序分割開來的比較短的數(shù)據(jù)組。由于報文分組比報文短的多，傳輸時比較靈活。特別是當(dāng)傳輸出錯需要重發(fā)時，它只需重發(fā)出錯的報文分組，而不必像報文交換方式那樣重發(fā)。,2,54,五、OSI參考模型：,2,55,物理層：有關(guān)在物理鏈路上傳輸非結(jié)構(gòu)的比特流。數(shù)據(jù)鏈路層：把一條不可靠的傳輸通道轉(zhuǎn)變?yōu)橐粭l可靠的通道，發(fā)送帶有檢查的數(shù)據(jù)塊，使用差錯檢測和幀確認(rèn)。網(wǎng)絡(luò)層：通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)分組，分組可以是獨立傳輸?shù)幕蛘呤雇ㄟ^一條預(yù)先建立的網(wǎng)絡(luò)連接傳輸?shù)模撠?zé)路由選擇和擁擠控制。傳送層：在端點之間提供可靠的、透明的數(shù)據(jù)傳送，提供端到端的錯誤恢復(fù)和流控制。會話層：提供在兩個進程之間建立、維護和結(jié)束連接的手段，可以提供檢查點和再啟動服務(wù)、隔離服務(wù)。表示層：通常完成有用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，提供一個標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用接口和公共的通信服務(wù)。應(yīng)用層：給開放系統(tǒng)互連OSI模型環(huán)境的用戶提供服務(wù)。,2,56,六、物理層協(xié)儀物理層協(xié)議涉及通信系統(tǒng)的驅(qū)動電路、接收電路與通信介質(zhì)之間的接口問題。物理層協(xié)議主要包括以下內(nèi)容。(1)接插件的類型以及插針的數(shù)量和功能。(2)數(shù)字信號在通信介質(zhì)上的編碼方式，如電平的高低和0、1的表達方法。(3)確定與鏈路控制有關(guān)的硬件功能，如定義信號交換控制線或者忙測試線等。1、RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口：RS是推薦標(biāo)準(zhǔn)的意思，即Recommendstandard的縮寫，232是表識號。C表示此標(biāo)準(zhǔn)的修改的次數(shù)，適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在020kbit/s范圍內(nèi)的串行通信。2、RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口：RS-485是為彌補RS-232通信距離短速率低等缺點而產(chǎn)生的。RS-485只規(guī)定了平衡驅(qū)動器和接收器的電特性而沒有規(guī)定接插件傳輸電纜和應(yīng)用層通信協(xié)議。3.Can4.Ethernet,2,57,七、常用網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議時分多路訪問法:多用于總線型網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)中有一個總線控制器，負責(zé)把時鐘脈沖送到網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點上。每個節(jié)點有一個預(yù)先分配好的時間槽，在給定的時間槽里它可以發(fā)送信息。查詢法:可用于總線型或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。也要有一個網(wǎng)絡(luò)控制器，按照一定的次序查詢網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點，看它們是否要求發(fā)送信息。令牌法：用于總線型或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。令牌是一個特定的信息，按照預(yù)先確定的次序，從網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點傳到下一個節(jié)點，并且循環(huán)進行。只有獲得令牌的節(jié)點才能發(fā)送信息。帶有沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問法又稱為CSMA/CD法。這種方法用于總線型網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送前先監(jiān)聽信道是否空閑，若空閑則立即發(fā)送；如果信道忙，則繼續(xù)監(jiān)聽，一旦空閑就立即發(fā)送；在發(fā)送過程中，仍需繼續(xù)監(jiān)聽。若監(jiān)聽到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，等待一段隨機時間（稱為退避）以后，再重新嘗試。發(fā)前先聽，空閑即發(fā)送，邊發(fā)邊聽，沖突時退避。,2,58,數(shù)據(jù)幀格式,2,59,八、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一、中繼器：中繼器(Repeater)又稱重發(fā)器。由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間存在一定的傳輸距離，網(wǎng)絡(luò)中攜帶信息的信號在通過一個固定長度的距離后，會因衰減或噪聲干擾而影響數(shù)據(jù)的完整性，影響接收節(jié)點正確的接收和辨認(rèn)，因而經(jīng)常需要運用中繼器。中繼器接受一個線路中的報文信號，將其進行整形放大、重新復(fù)制，并將新生成的復(fù)制信號轉(zhuǎn)發(fā)至下一網(wǎng)段或轉(zhuǎn)發(fā)到其他介質(zhì)段。二、網(wǎng)橋：網(wǎng)橋是存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，用來連接同一類型的局域網(wǎng)。網(wǎng)橋?qū)?shù)據(jù)幀送到數(shù)據(jù)鏈路層進行差錯校驗，再送到物理層，通過物理傳輸介質(zhì)送到另一個子網(wǎng)或網(wǎng)段。它具備尋址與路徑選擇的功能，在接收到幀之后，要決定正確的路徑將幀送到相應(yīng)的目的站點。網(wǎng)橋能夠互聯(lián)兩個采用不同數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議、不同傳輸速率、不同傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)。它要求兩個互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)鏈路層以上采用相同或兼容的協(xié)議。三、路由器：路由器工作在物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層。在路由器所包含的地址之間，可能存在若干路徑，路由器可以為某次特定的傳輸選擇一條最好的路徑。報文傳送的目的地網(wǎng)絡(luò)和目的地址一般存在于報文的某個位置。當(dāng)報文進入時，路由器讀取報文中的目的地址，然后把這個報文轉(zhuǎn)發(fā)到對應(yīng)的網(wǎng)段中。四、網(wǎng)關(guān)：網(wǎng)關(guān)又被稱為網(wǎng)間協(xié)議變換器，用以實現(xiàn)不同通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間、包括使用不同網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)。一個普通的網(wǎng)關(guān)可用于連接兩個不同的總線或網(wǎng)絡(luò)。由網(wǎng)關(guān)進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，提供更高層次的接口。,2,60,九、現(xiàn)場控制總線,1、現(xiàn)場控制總線的產(chǎn)生節(jié)省硬件數(shù)量與投資。節(jié)省安裝費用。節(jié)省維護開銷。用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權(quán)。提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性。,2,61,2、現(xiàn)場控制總線的特點系統(tǒng)的開放性。開放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開，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象把來自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)?；タ刹僮餍耘c互用性，這里的互可操作性，是指實現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實行點對點，一點對多點的數(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)備可進行互換而實現(xiàn)互用?，F(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性。它將傳感測量、補償計算、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)備即可完成自動控制的基本功能，并可隨時診斷設(shè)備的運行狀態(tài)。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。對現(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，具有較強的抗干擾能力，能采用兩線制實現(xiàn)送電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。,2,62,3、現(xiàn)場總線技術(shù)介紹FF：基金會現(xiàn)場總線：FF是在過程自動化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的一種技術(shù)?；饡F(xiàn)場總線分為H1和H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為31.25Kbit/s，通信距離可達1.9km。H2的傳輸速率可為1Mbit/s和2.5Mbit/s兩種，通信距離為750m和500m。物理傳輸介質(zhì)可為雙絞線、光纜和無線，其傳輸信號采用曼徹斯特編碼。基金會現(xiàn)場總線以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。,2,63,LonWorksLonWorks采用了ISO/OSI模型的全部七層通訊協(xié)議，其通訊速率從300bps至15Mbps不等，直接通信距離可達到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)，被定為建筑自動化協(xié)議BACnet的一個標(biāo)準(zhǔn)。LonWorks技術(shù)所采用的LonTalk協(xié)議被封裝在稱之為Neuron的芯片中并得以實現(xiàn)。集成芯片中有3個8位CPU;一個用于完成開放互連模型中第12層的功能，稱為媒體訪問控制處理器，實現(xiàn)介質(zhì)訪問的控制與處理;第二個用于完成第36層的功能，稱為網(wǎng)絡(luò)處理器，進行網(wǎng)絡(luò)變量處理的尋址、處理、背景診斷、函數(shù)路徑選擇、軟件計量時、網(wǎng)絡(luò)管理，并負責(zé)網(wǎng)絡(luò)通信控制、收發(fā)數(shù)據(jù)包等;第三個是應(yīng)用處理器，執(zhí)行操作系統(tǒng)服務(wù)與用戶代碼。芯片中還具有存儲信息緩沖區(qū)，以實現(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)。,2,64,PROFIBUSProfibus是作為德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)prEN50170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、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等一般自動化，而PA型則是用于過程自動化的總線類型，它遵從IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。該項技術(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)，可實現(xiàn)總線供電與本質(zhì)安全防爆。,2,65,CANCAN是控制網(wǎng)絡(luò)ControlAreaNetwork的簡稱，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。其信號傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率最高可達1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠可達10km/kbps,可掛接設(shè)備最多可達110個。CAN的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，因而傳輸時間短，受干擾的概率低。當(dāng)節(jié)點嚴(yán)重錯誤時，具有自動關(guān)閉的功能以切斷該節(jié)點與總線的聯(lián)系，使總線上的其它節(jié)點及其通信不受影響，具有較強的抗干擾能力。CAN支持多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點均在任意時刻主動向其它節(jié)