計算機控制技術與應用 第09章

1、第九章第九章 控制網絡技術控制網絡技術第一節(jié)第一節(jié) 控制網絡概述控制網絡概述第二節(jié)第二節(jié) 串行通信串行通信第三節(jié)第三節(jié) 現場總線技術現場總線技術第四節(jié)第四節(jié) 工業(yè)以太網工業(yè)以太網 工業(yè)控制網絡作為一種特殊的網絡,直接面向生產過程,肩負著工業(yè)生產運行一線測量與控制信息傳輸的特殊任務,并產生或引發(fā)物質或能量的運動和轉換, 強實時性、高可靠性、惡劣的工業(yè)現場環(huán)境適應性、總線供電等特殊要求和特點。 開放性、分散化和低成本也是工業(yè)控制網絡重要的重要特征。 第一節(jié)第一節(jié) 控制網絡概述控制網絡概述第二節(jié)第二節(jié) 串行通信串行通信 隨著多微機系統(tǒng)的廣泛應用隨著多微機系統(tǒng)的廣泛應用和計算機網絡技術的普及，和計算機

2、網絡技術的普及，計算機的通信功能愈來愈顯計算機的通信功能愈來愈顯得重要。得重要。計算機通信計算機通信是指計是指計算機與外部設備或計算機與算機與外部設備或計算機與計算機之間的信息交換計算機之間的信息交換。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。在多微機系統(tǒng)以兩種方式。在多微機系統(tǒng)以及現代測控系統(tǒng)中信息的交及現代測控系統(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據字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個地傳送。串行通信的特點串行通信的特點：傳輸線少，長距離傳送時成本低，且可：傳輸線少，長距離傳送時成本低，且可以利用電話網等現成的設備，但數據的傳送

3、控制比并行通以利用電話網等現成的設備，但數據的傳送控制比并行通信復雜。信復雜。 傳輸距離與傳輸速率的關系傳輸距離與傳輸速率的關系 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。當傳輸線使用每特性有關。當傳輸線使用每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，傳的非平衡屏蔽雙絞線時，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。當比特率超過減小。當比特率超過1000 1000 bps bps 時，最大傳輸距離迅速時，最大傳輸距離迅速下降，如

4、下降，如9600 bps 9600 bps 時最大距時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)送器標準，在通信線路標準，在通信線路上最多可以使用上最多可以使用32 32 對差分驅動器對差分驅動器/ /接收器。如果在一個網絡接收器。如果在一個網絡中連接的設備超過中連接的設備超過3232個，還可以使用中

5、繼器。個，還可以使用中繼器。 RS-485RS-485的信號傳輸采用兩線間的電壓來表示邏輯的信號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。傳輸線采用差動信道，所以它的干擾抑制性極好，又因為它傳輸線采用差動信道，所以它的干擾抑制性極好，又因為它的阻抗低，無接地問題，所以的阻抗低，無接地問題，所以傳輸距離可達傳輸距離可達12001200米米，傳輸速，傳輸速率可達率可達1Mbps1Mbps。 RS-485RS-485是一點對多點的通信是一點對多點的通信接口，一般采用接口，一般采用雙絞線

6、雙絞線的結構。的結構。普通的普通的PCPC機一般不帶機一般不帶RS485RS485接口，接口，因此要使用因此要使用RS-232C/RS-485RS-232C/RS-485轉換轉換器。對于單片機可以通過芯片器。對于單片機可以通過芯片MAX485MAX485來完成來完成TTL/RS-485TTL/RS-485的電平的電平轉換。在計算機和單片機組成的轉換。在計算機和單片機組成的RS-485RS-485通信系統(tǒng)中，下位機由單通信系統(tǒng)中，下位機由單片機系統(tǒng)組成，上位機為普通的片機系統(tǒng)組成，上位機為普通的PCPC機，負責監(jiān)視下位機的運行狀機，負責監(jiān)視下位機的運行狀態(tài)，并對其狀態(tài)信息進行集中處態(tài)，并對其狀態(tài)

7、信息進行集中處理，以圖文方式顯示下位機的工理，以圖文方式顯示下位機的工作狀態(tài)以及工業(yè)現場被控設備的作狀態(tài)以及工業(yè)現場被控設備的工作狀況。系統(tǒng)中各節(jié)點（包括工作狀況。系統(tǒng)中各節(jié)點（包括上位機）的識別是通過設置不同上位機）的識別是通過設置不同的站地址來實現的。的站地址來實現的。第三節(jié)第三節(jié) 現場總線技術現場總線技術 現場總線及其體系統(tǒng)結構現場總線的本質含義表現在以下六個方面 u現場通信網絡 u現場設備互連 u互操作性 u分散功能塊 u通信線供電 u開放式互連網絡 操作站H1H1H1網橋H2現場總線H1現場總線H1現場總線 32現場設備現場設備現場設備12432LAN服務器 新一代FCS控制操作站現

8、場總線LAN服務器FCFTAI110PID110AO110調節(jié)閥 現場總線的分散功能 2現場總線的技術特點 u系統(tǒng)的開放性 u可操作性與互用性 u現場設備的智能化與功能自治性 u系統(tǒng)結構的高度分散性 u對現場環(huán)境的適應性 現場總線的優(yōu)點n 節(jié)省硬件數量與投資 n 節(jié)省安裝費用 n 節(jié)省維護開銷 n 用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權 n 提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性 4現場總線的發(fā)展過程n ISA/SP50 n PROFIBUS n ISP和ISPFn World FIP n HART和HCF n FF（現場總線基金會） PROFIBUS（Process Fieldbus）過程現場總線 DP型用于分散

9、的外圍設備之間的高速數據傳輸，適用于加工自動化領域。 FMS意為現場信息規(guī)范，FMS型適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等。 PA型則是用于過程自動化的總線類型，通過總線供電，提供本質安全型，可用于危險防爆區(qū)域 采用OSI模型的物理層、數據鏈路層 傳輸速率為9612kbps，最大傳輸距離在12kbps時為1000m，15Mbps時為400m，可用中繼器延長至10km。 傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接 127個站點 PROFIBUS引入功能模塊的概念，不同的應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 采用了其中的物理層、數據鏈路層和頂上層的應用層，提高了實時性。 信號傳輸介質為雙絞線，通信速率最高可達1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠可達10km/kbps，可掛接設備最多可達110個。 CAN可實現全分布式多機系統(tǒng)且無主、從機之分，每個節(jié)點均主動發(fā)送報文，用此特點可方便構成多機備份系統(tǒng)； CAN采用非破壞性總線優(yōu)先級仲裁技術 CAN支持四類報文幀：數據幀、遠程幀、出錯幀和超載幀 CAN采用CRC循環(huán)