精密測(cè)控與系統(tǒng)第9章現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

精密測(cè)控與系統(tǒng)曹佃國(guó)曲師大電氣信息與自動(dòng)化學(xué)院tel:3981133-mail:caodg0318@126.comPrecisionMeasurementandControlSystems曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介什么是現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線的定義為什么要用現(xiàn)場(chǎng)總線什么時(shí)候用現(xiàn)場(chǎng)總線總線與網(wǎng)絡(luò)通信開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型幾種主要的現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用

曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)：生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)量與控制活動(dòng)具體發(fā)生的地點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備：數(shù)據(jù)是需要傳輸?shù)腎ndustrialCommunicationsBasicI/O

Analogue/Digital曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接口（I/Ointerface)簡(jiǎn)單、有效、產(chǎn)品種類多幾乎任何應(yīng)用系統(tǒng)都可找到可選產(chǎn)品模擬、數(shù)字接口都有PLC在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)很常見(jiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，系統(tǒng)規(guī)模不能太大無(wú)法傳輸大量數(shù)據(jù)BasicI/O

Analogue/Digital曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院什么是現(xiàn)場(chǎng)總線定義：應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的開(kāi)放型控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)FieldbusDigital,2waycommunicationI/O-system現(xiàn)場(chǎng)（field)現(xiàn)場(chǎng)總線曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院從應(yīng)用角度定義的現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線為安裝在過(guò)程控制現(xiàn)場(chǎng)的傳感器、執(zhí)行器提供了一種可以傳輸數(shù)字信號(hào)的電聯(lián)接智能化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備需要雙向數(shù)據(jù)傳輸線現(xiàn)場(chǎng)總線可同時(shí)聯(lián)接多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、校準(zhǔn)、調(diào)節(jié)避免經(jīng)常到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整方便預(yù)測(cè)及診斷故障的發(fā)生數(shù)字信號(hào)傳輸，抗干擾能力強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)字化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備有相互通訊能力，降低上位機(jī)的控制負(fù)擔(dān)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備有數(shù)據(jù)處理能力，降低數(shù)據(jù)傳輸負(fù)擔(dān)曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)總線與傳統(tǒng)測(cè)控系統(tǒng)曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)SafeareaRedundant,isolatedFieldbuspowerconditionerFieldwiringhubwithspurshort-circuitprotectionFOUNDATION

FieldbusDevicesFIELDCONTROLROOMFieldbuscontrolsystem(DCS)曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)1.減少傳輸電纜

傳輸電纜的減少不僅意味著系統(tǒng)的布線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及安裝費(fèi)用的降低，而且可有效避免多電纜帶來(lái)的混亂，使現(xiàn)場(chǎng)電纜系統(tǒng)更易于維護(hù)。在某些如衛(wèi)星、車船等特殊場(chǎng)合，電纜重量的降低也是其重要優(yōu)點(diǎn)

2.節(jié)約硬件設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備比傳統(tǒng)設(shè)備成本高，但系統(tǒng)的總成本卻可能相對(duì)低一些

維護(hù)容易，可靠曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)信號(hào)傳輸數(shù)字化

減少了信號(hào)的傳送誤差，抗干擾能力強(qiáng)

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備模塊化、智能化

系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)更具彈性。某個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的維修與更換、系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的添加/減少乃至系統(tǒng)的局部重構(gòu)，均可能在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中完成

系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的分散化

可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的互操作和互換信息，在現(xiàn)場(chǎng)建立起開(kāi)放式的現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)

徹底的分散控制，控制系統(tǒng)功能不依賴控制室的計(jì)算機(jī)或控制儀表而直接在現(xiàn)場(chǎng)完成

曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)減少傳輸電纜4-20mA傳輸模式中，電源、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、采集卡以及其他電路之間是串聯(lián)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中，電源、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、采集卡以及其他電路之間是并聯(lián)的4-20mAPowerSupplyfieldbusPowerSupplyInputcard曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)更低ReplaceOperations&MaintenanceEngineering,Construction,&Commissioning/Start-upCashFlowAnalogfieldbusTime曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)總線是工廠的底層網(wǎng)絡(luò)（Infranet）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的電源供應(yīng)可與數(shù)據(jù)傳輸公用一條傳輸線曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)總線與信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是現(xiàn)場(chǎng)總線的重要基礎(chǔ)，但現(xiàn)場(chǎng)總線直接面向生產(chǎn)過(guò)程適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，要求實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可靠性高，安全性好。多為短幀傳送，通信的傳輸速率相對(duì)較低。曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介什么是現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線的定義為什么要用現(xiàn)場(chǎng)總線什么時(shí)候用現(xiàn)場(chǎng)總線總線與網(wǎng)絡(luò)通信開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型幾種主要的現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用

曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介什么是現(xiàn)場(chǎng)總線總線與網(wǎng)絡(luò)通信總線協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型幾種主要的現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用

曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院2.總線與網(wǎng)絡(luò)通信總線(bus):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(bussegment):

一組設(shè)備通過(guò)總線連在一起

總線網(wǎng)絡(luò)：通過(guò)總線段相互連接把多個(gè)總線段連接成的系統(tǒng)

總線主設(shè)備(busmaster)：在總線上發(fā)起信息傳輸?shù)脑O(shè)備（又稱命令者）總線從設(shè)備(busslaver):對(duì)總線信息進(jìn)行接收查詢的設(shè)備（連上后又稱為“響應(yīng)者”(responder)）總線協(xié)議(busprotocol):對(duì)設(shè)備使用總線進(jìn)行管理的一套規(guī)則

曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院2.總線與網(wǎng)絡(luò)通信總線的相關(guān)概念總線操作：總線上命令者與響應(yīng)者之間的連接—數(shù)據(jù)傳送—脫開(kāi)這一操作序列通信請(qǐng)求：由總線上某一設(shè)備向另一設(shè)備發(fā)出的請(qǐng)求信號(hào)，要求后者給予注意并進(jìn)行某種服務(wù)總線仲裁：用于裁決哪一個(gè)主設(shè)備是下一個(gè)占有總線的設(shè)備。某一時(shí)刻只允許某一個(gè)主設(shè)備占有總線，等到它完成總線操作，釋放總線占有權(quán)后才允許其它總線主設(shè)備使用總線訪問(wèn)等待時(shí)間(accesslatency)：主設(shè)備為獲得總線占有權(quán)而等待仲裁的時(shí)間總線占有期(bustenancy)：命令者占有總線的時(shí)間

曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指用通信線路將分散在不同地點(diǎn)的具有獨(dú)立自主功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互相連接,并按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和共享資源的計(jì)算機(jī)的集合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)的區(qū)別：更多取決于軟件而不是硬件曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院網(wǎng)絡(luò)的分類（1）通常由兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分:按傳輸技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模按傳輸技術(shù)分類廣播式網(wǎng)絡(luò)(broadcastnetwork)點(diǎn)-點(diǎn)式網(wǎng)絡(luò)(point-to-pointnetwork)曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院廣播式網(wǎng)絡(luò)與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式網(wǎng)絡(luò)廣播式網(wǎng)絡(luò)共享信道短的信息（按某種語(yǔ)法組織的分組和包）可以被任何機(jī)器接收。通過(guò)地址字段接收點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式網(wǎng)絡(luò)由一對(duì)對(duì)機(jī)器之間的多條線路連接構(gòu)成通過(guò)中間結(jié)點(diǎn)到達(dá)目的端有多條路徑，路由算法曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（1）

Tointernet以太網(wǎng)卡以太網(wǎng)卡以太網(wǎng)線以太網(wǎng)線外部網(wǎng)線星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)任何兩點(diǎn)之間通信都通過(guò)中央節(jié)點(diǎn)進(jìn)行所有通訊均由中央節(jié)點(diǎn)控制，中央節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜每個(gè)節(jié)點(diǎn)的通訊處理負(fù)擔(dān)很小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（1）星型拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)：利用中央節(jié)點(diǎn)，可以在不影響系統(tǒng)其他設(shè)備工作的情況下增加或減少設(shè)備，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整或重新配置單個(gè)連接節(jié)點(diǎn)的故障只影響一個(gè)設(shè)備，不會(huì)影響全網(wǎng)，容易檢測(cè)和隔離故障,便于維護(hù)任何一個(gè)連接只涉及到中央節(jié)點(diǎn)和一個(gè)連接節(jié)點(diǎn)，因此控制介質(zhì)訪問(wèn)的方法很簡(jiǎn)單，訪問(wèn)協(xié)議也十分簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：每個(gè)節(jié)點(diǎn)直接與中央節(jié)點(diǎn)相連，需要大量電纜如果中央節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生故障，則全網(wǎng)不能工作曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（2）環(huán)形拓?fù)?/p>

典型代表：令牌環(huán)局域網(wǎng)，傳輸速率為4Mbps或16Mbps擁有“令牌”的設(shè)備允許在網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)信息流只能是單方向的，每個(gè)收到信息包的站點(diǎn)都向它的下游站點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)該信息包。信息包在環(huán)網(wǎng)中“旅行”一圈，最后由發(fā)送站進(jìn)行回收當(dāng)信息包經(jīng)過(guò)目標(biāo)站時(shí)，目標(biāo)站根據(jù)信息包中的目標(biāo)地址判斷出自己是接收站，并把該信息拷貝到自己的接收緩沖區(qū)中（廣播式）

當(dāng)一個(gè)站發(fā)送完信息后就把令牌向下傳送，以便下游的站點(diǎn)可以得到發(fā)送信息的機(jī)會(huì)曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（2）環(huán)形拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)：時(shí)延確定性好,能高速運(yùn)行結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，避免沖突重載時(shí)網(wǎng)絡(luò)效率高缺點(diǎn)：環(huán)形網(wǎng)的成本較高輕負(fù)載時(shí)，也要等待令牌產(chǎn)生不必要的時(shí)延，使傳輸效率下降曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（3）總線拓?fù)洳捎脝胃鶄鬏斁€作為傳輸介質(zhì)(總線)所有的站點(diǎn)都通過(guò)相應(yīng)的硬件接口直接連接到總線上任何一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送的信號(hào)都可以沿著總線傳播，而且能被其他所有站點(diǎn)接收（廣播式）傳輸時(shí)延是不確定的輕載時(shí)時(shí)延小,但網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多、通信任務(wù)重時(shí)，時(shí)延明顯增大，網(wǎng)絡(luò)效率下降曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（3）總線拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電纜長(zhǎng)度短，易于布線和維護(hù)節(jié)點(diǎn)設(shè)備可以在不影響系統(tǒng)中其他設(shè)備工作的情況下進(jìn)行插入或刪除，易于網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展響應(yīng)速度快，共享資源能力強(qiáng)，便于廣播式工作設(shè)備量少，價(jià)格低，安裝使用方便缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)對(duì)總線較敏感：因?yàn)榭偩€拓?fù)涞木W(wǎng)不是集中控制的，所以故障檢測(cè)需要在網(wǎng)上的各個(gè)站點(diǎn)上進(jìn)行，故障診斷和隔離困難曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（4）樹(shù)形拓?fù)?/p>

總線拓?fù)涞囊环N變型廣播式通信：—個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，其它節(jié)點(diǎn)都能接收適用于分主次、分等級(jí)的層次型管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)率和數(shù)據(jù)類型沒(méi)有太多限制，可達(dá)到很高的帶寬特點(diǎn)：可擴(kuò)展性好，頻帶較寬，但節(jié)點(diǎn)間通信不便

曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（5）令牌總線拓?fù)湮锢砩鲜且粋€(gè)總線網(wǎng)，在邏輯上是一個(gè)令牌網(wǎng)節(jié)點(diǎn)接入方便,可靠性好網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延確定無(wú)沖突,非常適合具有一定實(shí)時(shí)性要求的環(huán)境本節(jié)點(diǎn)地址上節(jié)點(diǎn)地址下節(jié)點(diǎn)地址曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介什么是現(xiàn)場(chǎng)總線總線與網(wǎng)絡(luò)通信總線協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型幾種主要的現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用

曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介什么是現(xiàn)場(chǎng)總線總線與網(wǎng)絡(luò)通信開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分層機(jī)制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的“透明”幾種主要的現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用

曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)都按層次（layer）或級(jí)（level）的方式來(lái)組織.每一層都建立在它的下層之上，不同的網(wǎng)絡(luò)，層的數(shù)量、名稱和功能都不一樣在所有的網(wǎng)絡(luò)中，每一層的目的都是向它的上一層提供一定的服務(wù)，而把如何實(shí)現(xiàn)這一服務(wù)的細(xì)節(jié)對(duì)上一層加以屏蔽曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院認(rèn)識(shí)層語(yǔ)言層傳輸層傳輸介質(zhì)二人對(duì)要通話的內(nèi)容有共同的興趣（關(guān)心內(nèi)容，不關(guān)心語(yǔ)言）每人請(qǐng)來(lái)一個(gè)譯者,對(duì)各自的語(yǔ)言翻譯,翻譯為第三國(guó)語(yǔ)言（能互相聽(tīng)懂語(yǔ)言，但不關(guān)心內(nèi)容）兩個(gè)譯員分屬兩個(gè)不同的地方,則各自需要一個(gè)工程技術(shù)人員,將交談的內(nèi)容轉(zhuǎn)成電信號(hào)在傳輸介質(zhì)上傳給對(duì)方（不管語(yǔ)言，只管語(yǔ)音）分層通信的概念曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分層第n層協(xié)議一臺(tái)機(jī)器上的第n層與另一臺(tái)機(jī)器上的第n層進(jìn)行對(duì)話的規(guī)則對(duì)等進(jìn)程不同機(jī)器里包含對(duì)應(yīng)層的實(shí)體，對(duì)等進(jìn)程之間進(jìn)行通信相鄰層之間接口定義了下層向上層提供的源語(yǔ)操作和服務(wù)虛通信（透明）除了在物理介質(zhì)上進(jìn)行的實(shí)通信外，其余對(duì)等實(shí)體間進(jìn)行的都是虛通信實(shí)際上，數(shù)據(jù)不是從一臺(tái)機(jī)器的第n層直接傳到另一臺(tái)機(jī)器的第n層，而是向下傳送信息直到傳輸介質(zhì)，在物理介質(zhì)中進(jìn)行物理通信認(rèn)識(shí)層語(yǔ)言層傳輸層傳輸介質(zhì)曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院OSI參考模型的七層協(xié)議

曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院OSI參考模型的七層協(xié)議（低層）物理層（比特）將比特流送到物理媒體進(jìn)行透明傳送數(shù)據(jù)鏈路層（幀）在相鄰節(jié)點(diǎn)之間無(wú)差錯(cuò)的傳送幀。網(wǎng)絡(luò)層（分組或包）在源和目的節(jié)點(diǎn)之間選擇一條最佳路徑，將分組正確、無(wú)誤地傳送到目的地傳輸層（報(bào)文）建立一條傳輸?shù)倪B接（對(duì)方在何處），透明地傳送報(bào)文曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院OSI參考模型的七層協(xié)議（高層）會(huì)話層（報(bào)文）會(huì)話的管理與數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐剑〞?huì)話雙方輪到誰(shuí)講話、從何處講）表示層（報(bào)文）解決用戶信息的語(yǔ)法表示問(wèn)題，即完成信息格式的轉(zhuǎn)換（語(yǔ)言翻譯）。應(yīng)用層（報(bào)文）用戶信息的語(yǔ)義表示，并在兩個(gè)通信者之間進(jìn)行語(yǔ)義匹配（語(yǔ)言內(nèi)容）曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院OSI參考模型的七層協(xié)議

幀—比特?cái)?shù)據(jù)包—幀數(shù)據(jù)打包與誰(shuí)會(huì)話會(huì)話管理說(shuō)話內(nèi)容語(yǔ)言翻譯曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)總線的分層協(xié)議OSI現(xiàn)場(chǎng)總線

用戶層從數(shù)據(jù)產(chǎn)生數(shù)值應(yīng)用層應(yīng)用層適用格式化數(shù)據(jù)表示層不用

會(huì)話層不用

傳輸層不用

網(wǎng)絡(luò)層現(xiàn)場(chǎng)總線訪問(wèn)子層映射到數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層探測(cè)錯(cuò)誤物理層物理層發(fā)送數(shù)據(jù)曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)總線的分層協(xié)議物理層定義現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊介質(zhì),即4～20mA標(biāo)準(zhǔn)的替代數(shù)據(jù)鏈路層用于監(jiān)視發(fā)生于各設(shè)備間的通訊,同時(shí)檢測(cè)通訊錯(cuò)誤應(yīng)用層規(guī)范通訊數(shù)據(jù)格式,以便形成所有聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都可以解釋的信息,為過(guò)程控制提供服務(wù),同時(shí)向用戶層提供接口用戶層一些數(shù)據(jù)或信息查詢的應(yīng)用軟件，與一個(gè)獨(dú)立的工廠區(qū)域相關(guān)聯(lián),為進(jìn)一步應(yīng)用提供環(huán)境曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)總線的體系結(jié)構(gòu)曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)總線的體系結(jié)構(gòu)實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)模型應(yīng)具有三層結(jié)構(gòu),從底向上依次為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的形式掛接在網(wǎng)絡(luò)上,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采用功能塊的結(jié)構(gòu),通過(guò)組態(tài)設(shè)計(jì),完成數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、溫度壓力補(bǔ)償、PID控制等各種功能

現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控層：一般由上位計(jì)算機(jī)完成，從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中獲取數(shù)據(jù),完成各種控制、運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)、報(bào)警和趨勢(shì)分析等功能

遠(yuǎn)程監(jiān)控層：在分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下構(gòu)建一個(gè)安全的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程監(jiān)控

曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)總線的體系結(jié)構(gòu)曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院MethodsforIndustrialCommunicationsEthernet/SerialPlug-InInterfacesGatewaysoverEthernet,Serial

VersatilityPerformance/Determinism曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)簡(jiǎn)介什么是現(xiàn)場(chǎng)總線總線與網(wǎng)絡(luò)通信開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型幾種主要的現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用

曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線

（FF，F(xiàn)oundationFieldbus）

美國(guó)Fisher-Rosemount公司為首，聯(lián)合Foxboro、橫河、ABB、西門(mén)子等80家公司制訂的ISP協(xié)議

以Honeywell公司為首，聯(lián)合歐洲等地的150家公司制訂的WorldFIP協(xié)議

1994年9月合并，成立了現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)

基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線

1996年在芝加哥舉行的ISA96展覽會(huì)上，由現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)組織實(shí)施，首次向世界展示了來(lái)自40多家廠商的70多種符合FF協(xié)議的產(chǎn)品

曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院FF現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議1.物理層數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)時(shí),接受由數(shù)據(jù)鏈路層(DLL)下發(fā)的數(shù)據(jù),并將其以某種電氣信號(hào)進(jìn)行編碼并發(fā)送數(shù)據(jù)接收狀態(tài)時(shí),將相應(yīng)的電氣信號(hào)編碼為二進(jìn)制數(shù)值,并送到鏈路層。物理層定義了三種網(wǎng)絡(luò)傳輸速度:低速H1：傳輸速率為31.25kbps，通信距離可達(dá)1900m（可加中繼器延長(zhǎng)），可支持總線供電，支持本質(zhì)安全防爆環(huán)境

高速H2：傳輸速率可為1Mbps和2.5Mbps兩種，通信距離分別為750m和500m。物理傳輸介質(zhì)可支持雙絞線、光纜和無(wú)線發(fā)射曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院FF現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制室設(shè)備之間的雙向、全雙工、多節(jié)點(diǎn)通訊曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院FF現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議傳統(tǒng)系統(tǒng)由中心計(jì)算機(jī)完成測(cè)控功能現(xiàn)場(chǎng)總線也可沿用傳統(tǒng)模式，但也可采用分散測(cè)控模式曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院FF現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議分布式測(cè)控系統(tǒng)模型曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院FF現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議每臺(tái)設(shè)備至少包括：傳感器/執(zhí)行器模塊I/O信號(hào)的換能模塊至少一個(gè)FF功能塊FF功能塊（現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或主機(jī)中）：基本測(cè)控功能連接及控制功能曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院FF現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議功能運(yùn)行周期性通訊（發(fā)布）非周期性通訊曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院FF現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議FF中的基本模塊模擬量輸入(AI),模擬量輸出(AO)開(kāi)關(guān)量輸入(DI),開(kāi)關(guān)量輸出(DO)控制選擇(CS),手動(dòng)控制(ML),P、PD控制(P),PID控制(PID)偏置/增益(BG),比率控制(RA)FF中的高級(jí)模塊分離器,死區(qū),脈沖輸入,復(fù)雜模出,復(fù)雜開(kāi)關(guān)量出超前滯后補(bǔ)償,算術(shù)運(yùn)算步進(jìn)輸出PID,裝置控制設(shè)定值程序發(fā)生,積分運(yùn)算定時(shí),模擬量報(bào)警輸入選擇,信號(hào)特征,開(kāi)關(guān)量報(bào)警模擬量,開(kāi)關(guān)量接口曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院FF中的柔性可配置模塊用戶根據(jù)具體應(yīng)用配置的I/O數(shù)目及類型用戶根據(jù)具體應(yīng)用配置的算法曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院FF中的柔性可配置模塊具體算法曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院FF現(xiàn)場(chǎng)總線與以太網(wǎng)HSE——HighSpeedEthernetHSE采用與H1同樣的用戶層技術(shù)用戶可配置模塊現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的測(cè)控采用H1的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議HSE采用以太網(wǎng)/因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信添加支持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的功能模塊支持多個(gè)局域網(wǎng)間的連接可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及控制曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院FF現(xiàn)場(chǎng)總線與以太網(wǎng)曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院FF現(xiàn)場(chǎng)總線與以太網(wǎng)H1——設(shè)備集成HSE——子網(wǎng)集成HSE——服務(wù)器集成曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院LonWorks

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)LonTalk協(xié)議被封裝在

神經(jīng)元芯片（Neuronchip）中曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院神經(jīng)元芯片

Neuronchip介質(zhì)訪問(wèn)的控制與處理

網(wǎng)絡(luò)變量的尋址與處理、路徑選擇、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

執(zhí)行操作系統(tǒng)服務(wù)與用戶代碼

曹佃國(guó)2010年秋曲師大自動(dòng)化學(xué)院PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)是一種不依賴