計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與應(yīng)用 第09章

1、第九章第九章 控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 控制網(wǎng)絡(luò)概述控制網(wǎng)絡(luò)概述第二節(jié)第二節(jié) 串行通信串行通信第三節(jié)第三節(jié) 現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)場總線技術(shù)第四節(jié)第四節(jié) 工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng) 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)作為一種特殊的網(wǎng)絡(luò),直接面向生產(chǎn)過程,肩負(fù)著工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行一線測量與控制信息傳輸?shù)奶厥馊蝿?wù),并產(chǎn)生或引發(fā)物質(zhì)或能量的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)換, 強(qiáng)實(shí)時(shí)性、高可靠性、惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)性、總線供電等特殊要求和特點(diǎn)。 開放性、分散化和低成本也是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)重要的重要特征。 第一節(jié)第一節(jié) 控制網(wǎng)絡(luò)概述控制網(wǎng)絡(luò)概述第二節(jié)第二節(jié) 串行通信串行通信 隨著多微機(jī)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用隨著多微機(jī)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，和計(jì)算機(jī)

2、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，計(jì)算機(jī)的通信功能愈來愈顯計(jì)算機(jī)的通信功能愈來愈顯得重要。得重要。計(jì)算機(jī)通信計(jì)算機(jī)通信是指計(jì)是指計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備或計(jì)算機(jī)與算機(jī)與外部設(shè)備或計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息交換計(jì)算機(jī)之間的信息交換。通信有通信有并行通信并行通信和和串行通信串行通信兩種方式。在多微機(jī)系統(tǒng)以兩種方式。在多微機(jī)系統(tǒng)以及現(xiàn)代測控系統(tǒng)中信息的交及現(xiàn)代測控系統(tǒng)中信息的交換多采用串行通信方式。換多采用串行通信方式。串行通信串行通信是將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個(gè)地傳送。串行通信的特點(diǎn)串行通信的特點(diǎn)：傳輸線少，長距離傳送時(shí)成本低，且可：傳輸線少，長距離傳送時(shí)成本低，且可以利用電話網(wǎng)等現(xiàn)成的設(shè)備，但數(shù)據(jù)的傳送

3、控制比并行通以利用電話網(wǎng)等現(xiàn)成的設(shè)備，但數(shù)據(jù)的傳送控制比并行通信復(fù)雜。信復(fù)雜。 傳輸距離與傳輸速率的關(guān)系傳輸距離與傳輸速率的關(guān)系 串行接口或終端直接傳串行接口或終端直接傳送串行信息位流的最大距離送串行信息位流的最大距離與傳輸速率及傳輸線的電氣與傳輸速率及傳輸線的電氣特性有關(guān)。當(dāng)傳輸線使用每特性有關(guān)。當(dāng)傳輸線使用每0.3m0.3m（約（約1 1英尺）有英尺）有50PF50PF電容電容的非平衡屏蔽雙絞線時(shí)，傳的非平衡屏蔽雙絞線時(shí)，傳輸距離隨傳輸速率的增加而輸距離隨傳輸速率的增加而減小。當(dāng)比特率超過減小。當(dāng)比特率超過1000 1000 bps bps 時(shí)，最大傳輸距離迅速時(shí)，最大傳輸距離迅速下降，如

4、下降，如9600 bps 9600 bps 時(shí)最大距時(shí)最大距離下降到只有離下降到只有76m76m（約（約250250英英尺）。尺）。RS-485RS-485接口接口 RS-485RS-485是是RS-422ARS-422A的變型：的變型：RS-422ARS-422A用于全雙工，而用于全雙工，而RS-RS-485485則用于半雙工。則用于半雙工。RS-485RS-485是一種是一種多發(fā)送器多發(fā)送器標(biāo)準(zhǔn)，在通信線路標(biāo)準(zhǔn)，在通信線路上最多可以使用上最多可以使用32 32 對(duì)差分驅(qū)動(dòng)器對(duì)差分驅(qū)動(dòng)器/ /接收器。如果在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接收器。如果在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中連接的設(shè)備超過中連接的設(shè)備超過3232個(gè)，還可以使用中

5、繼器。個(gè)，還可以使用中繼器。 RS-485RS-485的信號(hào)傳輸采用兩線間的電壓來表示邏輯的信號(hào)傳輸采用兩線間的電壓來表示邏輯1 1和邏和邏輯輯0 0。由于發(fā)送方需要。由于發(fā)送方需要兩根傳輸線兩根傳輸線，接收方也需要兩根傳輸線。，接收方也需要兩根傳輸線。傳輸線采用差動(dòng)信道，所以它的干擾抑制性極好，又因?yàn)樗鼈鬏斁€采用差動(dòng)信道，所以它的干擾抑制性極好，又因?yàn)樗淖杩沟?，無接地問題，所以的阻抗低，無接地問題，所以傳輸距離可達(dá)傳輸距離可達(dá)12001200米米，傳輸速，傳輸速率可達(dá)率可達(dá)1Mbps1Mbps。 RS-485RS-485是一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信是一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信接口，一般采用接口，一般采用雙絞線

6、雙絞線的結(jié)構(gòu)。的結(jié)構(gòu)。普通的普通的PCPC機(jī)一般不帶機(jī)一般不帶RS485RS485接口，接口，因此要使用因此要使用RS-232C/RS-485RS-232C/RS-485轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器。對(duì)于單片機(jī)可以通過芯片器。對(duì)于單片機(jī)可以通過芯片MAX485MAX485來完成來完成TTL/RS-485TTL/RS-485的電平的電平轉(zhuǎn)換。在計(jì)算機(jī)和單片機(jī)組成的轉(zhuǎn)換。在計(jì)算機(jī)和單片機(jī)組成的RS-485RS-485通信系統(tǒng)中，下位機(jī)由單通信系統(tǒng)中，下位機(jī)由單片機(jī)系統(tǒng)組成，上位機(jī)為普通的片機(jī)系統(tǒng)組成，上位機(jī)為普通的PCPC機(jī)，負(fù)責(zé)監(jiān)視下位機(jī)的運(yùn)行狀機(jī)，負(fù)責(zé)監(jiān)視下位機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)其狀態(tài)信息進(jìn)行集中處態(tài)，并對(duì)其狀態(tài)

7、信息進(jìn)行集中處理，以圖文方式顯示下位機(jī)的工理，以圖文方式顯示下位機(jī)的工作狀態(tài)以及工業(yè)現(xiàn)場被控設(shè)備的作狀態(tài)以及工業(yè)現(xiàn)場被控設(shè)備的工作狀況。系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)（包括工作狀況。系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)（包括上位機(jī)）的識(shí)別是通過設(shè)置不同上位機(jī)）的識(shí)別是通過設(shè)置不同的站地址來實(shí)現(xiàn)的。的站地址來實(shí)現(xiàn)的。第三節(jié)第三節(jié) 現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)場總線技術(shù) 現(xiàn)場總線及其體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線的本質(zhì)含義表現(xiàn)在以下六個(gè)方面 u現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò) u現(xiàn)場設(shè)備互連 u互操作性 u分散功能塊 u通信線供電 u開放式互連網(wǎng)絡(luò) 操作站H1H1H1網(wǎng)橋H2現(xiàn)場總線H1現(xiàn)場總線H1現(xiàn)場總線 32現(xiàn)場設(shè)備現(xiàn)場設(shè)備現(xiàn)場設(shè)備12432LAN服務(wù)器 新一代FCS控制操作站現(xiàn)

8、場總線LAN服務(wù)器FCFTAI110PID110AO110調(diào)節(jié)閥 現(xiàn)場總線的分散功能 2現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn) u系統(tǒng)的開放性 u可操作性與互用性 u現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性 u系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性 u對(duì)現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性 現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)n 節(jié)省硬件數(shù)量與投資 n 節(jié)省安裝費(fèi)用 n 節(jié)省維護(hù)開銷 n 用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán) n 提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性 4現(xiàn)場總線的發(fā)展過程n ISA/SP50 n PROFIBUS n ISP和ISPFn World FIP n HART和HCF n FF（現(xiàn)場總線基金會(huì)） PROFIBUS（Process Fieldbus）過程現(xiàn)場總線 DP型用于分散

9、的外圍設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適用于加工自動(dòng)化領(lǐng)域。 FMS意為現(xiàn)場信息規(guī)范，F(xiàn)MS型適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開關(guān)等。 PA型則是用于過程自動(dòng)化的總線類型，通過總線供電，提供本質(zhì)安全型，可用于危險(xiǎn)防爆區(qū)域 采用OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層 傳輸速率為9612kbps，最大傳輸距離在12kbps時(shí)為1000m，15Mbps時(shí)為400m，可用中繼器延長至10km。 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) PROFIBUS引入功能模塊的概念，不同的應(yīng)用需要使用不同的模塊 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。 CANControl Area Network）控制器局域網(wǎng) 采用了其中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和頂上層的應(yīng)用層，提高了實(shí)時(shí)性。 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)10km/kbps，可掛接設(shè)備最多可達(dá)110個(gè)。 CAN可實(shí)現(xiàn)全分布式多機(jī)系統(tǒng)且無主、從機(jī)之分，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均主動(dòng)發(fā)送報(bào)文，用此特點(diǎn)可方便構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)； CAN采用非破壞性總線優(yōu)先級(jí)仲裁技術(shù) CAN支持四類報(bào)文幀：數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯(cuò)幀和超載幀 CAN采用CRC循環(huán)