7 章 分散型测控网络技术(for 40 hours).ppt

第七章分散型测控网络技术,7.1数据通信技术,并行数据通信数据各位同时传送。传送速度高，传送距离短，通常小于10m；串行数据通信数据一位一位顺序传送。传送速度低，传送距离长，通常可达几十至几千米，甚至更远。波特率是传输速率的单位。为每秒传送数据的位数。数据编码NRZ不归零码a码元之间没有间隔。RZ归零码b、c每一位的中间有一个跳变，可分离出同步时钟。,7.1.1异步传送与同步传送,1、异步传送没有发送或接收时钟。,2、同步传送需要与数据一起传送时钟信息。时钟信息可通过一根信号线进行传送，也可通过将信息中的时钟代码化来实现。,图7.4c中，SOH为字符定义帧头，STX为正文头，ETX为正文尾。,7.1.2面向字符和面向位的传送,BCC校验将要传送的字符串的ASCII码以字节为单位作异或和，并将此异或和作为指令的一部分传送出去；同样地，接收方在接到指令后，以相同的方式对接收到的字符串作异或和，并与传送方所送过来的值作对比，若其值相等，则代表接收到的指令是正确的，反之则是错误的。,bccB1xorB2xorB3xorB4xorxorB29,1、面向字符的传送采用异步传送。,接收器中要采用倍频时钟对被传送字符编码再同步，因此异步传送的速率比较慢。,倍频接收器工作原理P208,图7．6表示采用16倍频局部时钟的接收器。其工作原理如下,,1若检测到起始位开始，则内部计数器清“0”，并对16倍频的位同步时钟计数。,2当计数值达到8时，它已到达起始位的中间。此时，采样起始位，同时清除计数器。,3接着，当计数值达到16时，采样传送数位波形，同时，计数器清“0”，重新计数。该过程一直重复进行到最后采样停止位。,4若停止位被正确采样，则该字符接收完毕并装入缓冲器。该字符传送结束，过程便回到第1步准备接收新的字符。,目前普遍采用的协议是SDLC同步数据链路协议、HDLC高级同步数据链路协议。,2、面向位的传送,HDLC的信息格式与SDLC格式相同，但SDLC的信息字符必须是8的倍数，而HDLC的信息字段可以是任意位数。在HDLC中当出现“欠载”（没有信息可发送）时，允许插入标志序列，而在SDLC中不允许出现“欠载”情况。此外在更高层的协议中还存在一些差别。,HDLC的控制字段格式,三种不同类型的帧所对应的控制字段格式。,,当控制字段的第1位为“0”时该帧定义为信息帧，即该帧中的信息字段用于传输数据信息。控制字段中的第2、3、4位用NS表示，NS为发送顺序编号，,信息帧,编号范围是0～7，在传送中用来区别不同的信息帧，在接收端可以根据帧序号来检查此帧信息是否丢失或重复。控制字段中的第6、7、8位用NR表示，NR为接收顺序编号。对于发送的信息帧，该NR表示发送站所期望接收的下一帧的顺序编号，因此NR也是对以前接收到的信息帧［顺序小于NR］的“确认”信号。控制字段中的第5位。P/F表示询问/终止。P是询问位，由主站使用。当P1时表示主站请求RTURemoteTerminalUnit响应。F是终止位，由RTU使用，当F1时表示该帧是传输的最后一帧，RTU将停止再传送。,控制字段中第1、2位为10，表示该帧为监控命令帧。监控命令帧一般作为响应帧，它用于监视和控制，例如传送确认信号时，要求重传或请求暂停传输等。监控字段中的第3、4位S就是这些不同的监控功能的编码，而第5位P/F也是用作询问和响应。因为确认和要求重发等都需要同时指明帧序号，所以监控命令帧中也有顺序编号NR。,监控命令帧S,非编号帧U,控制字段中第1、2位为11，表示该帧为非编号帧。它用于传输链路的建立或拆除，以及报告特殊情况等，第3、4、6、7、8位M编码最多可定义32种命令或响应功能。它可以在序列出错之后使用，使链路置于初始状态，因此它不受帧顺序编号检验的限制，其控制字段不包含帧序号。,7.1.3平衡与不平衡传输技术,不平衡方式用单线传输信号，以地线作为信号的回路，接收器用单线输入信号。平衡方式用双绞线传输信号，接收器用双端差动方式输入信号。抗干扰性能较好，适合较远距离的数据传输。,RS-232C的电气接口单端、双极性电源供电电路。RS-423A的电气接口单端、双极性电源供电电路，采用差分接收器。RS-422A的电气接口平衡驱动，差分接收。,7.1.4RS-422/RS-485接口及应用,RS-422A可实现全双工传输。RS-485是RS-422A的变型，为半双工工作方式。允许最多并联32台驱动器和32台接收器。,75LS174、75LS175为平衡差分线驱动器。,7.2工业网络技术,工业网络技术是为分散型控制系统提供通信介质、传输控制和通信功能的手段。,7.2.1工业网络概述,1、网络拓扑结构,2、介质访问控制技术,传输访问控制方式,其功能就是合理解决信道的分配。常用传输访问控制方式有以下三种。,冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD主要用于总线型和树形网络结构。工作原理当某一节点要发送信息时，首先要侦听网络中是否有其它节点正在发送信息，若没有则立即发送；否则，等待一段时间，再侦听，直到信道空闲，开始发送。CSMA技术中，需解决信道被占用时等待时间的确定和信息冲突两个问题。特点不能提供优先级控制。,2令牌环TokenRing,适用于环形网络结构。工作原理当空的令牌传送至正待发送信息的节点时，该节点立即发送数据并置令牌为忙状态。在一个节点占用令牌期间，其它节点只能处于接收状态。特点能提供优先权服务，有较强的实时性。,3令牌总线TokenPassingBus,主要用于总线形式或树形网络结构。工作原理人为给网络中的各节点规定一个顺序，形成一个逻辑环。逻辑环中的控制方式类同于令牌环。不同的是信息可以双向传送，任何节点都能听到其它节点,3、信息交换技术,发出的信息。节点发送的信息中要有指出下一个要控制的节点的地址。特点能提供优先权服务，有较强的实时性。,1线路交换,通过网络中的节点在两个站之间建立一条专用的物理线路进行数据传送，传送结束再拆除线路。,2报文交换,特点报文传送的实时性好，各节点延时小。但线路利用率低。,站点发送报文时，把目的站名附加在报文上，然后把报文交给节点传送。节点接收整个报文，并暂存这个报文，然后发送到下一个节点，直到目的站。,特点线路利用率高，且能把一个报文发送到多个目的站。但延长了报文到达目的站的时间,3分组交换,把报文分成若干个报文段即报文分组，并在每个报文段上附加传送时所必须的控制信息。这些报文段经不同的路径分别传送到目的站后，再拼装成一个完整的报文。报文分组流的管理方法①数据报方法独立地传送报文分组。②虚电路方法需在原站和目的站之间建立一条逻辑线路。各节点只要在传送之前做一次路径选择。适用于两站希望在一段连续的时间内交换数据。,4、差错控制技术,在7位字符码的最高位加一位校验码，以使整个字节为1的位数是奇数奇校验或偶数偶校验。通常用于每帧只传送一个字节数据的异步通信方式。,1奇偶校验,2循环冗余校验,3纠错方式,①重发纠错方式如果传输错，则再次发送，直到接收正确。②自动纠错方式发送端发送能够纠错的信息码，接收端收到该码后，通过译码不仅能自动发现错误，而且能自动地纠正传输中的错误。,7.2.2网络协议及其层次结构,③混合纠错方式,1977年国际标准化组织ISO提出了开放系统互连参考模型OSIOpenSystemInterconnection/ReferenceModel。这个网络层次结构模型规定了7个功能层，每层都使用它自己的协议。,1、物理层Physical,该层协议涉及通信双方的机械、电气和连接规程。如RS-485等均为物理层协议。,2、数据链路层DataLink,该层协议把输入数据组成数据帧，并在接收端检验传输的正确性。若正确则回送确认信息，若不正确则抛弃该帧，等待发送端超时重发。SDLC同步数据链路协议、HDLC高级同步数据链路协议以及异步串行数据链协议都属于此范围。,3、网络层Network,该层协议规定了分组在网络中是如何传送的。该层控制网络上信息的切换和路由选择。,4、传送层Transport,该层协议控制建立或结束一个通信会话的进程。,6、表示层Presentation,该层协议实现不同信息格式和编码之间的转换。,7、应用层Application,该层协议规定在不同应用情况下所允许的报文集合和对每个报文所采取的动作。负责与其它高级功能的通信。,该层协议的基本功能是从会话层接收数据，把他们传送到网络层并保证这些数据全部正确地到达另一端。,5、会话层Session,7.2.3IEEE802标准,IEEE电气与电子工程师协会于1981年底提出了IEEE802局域网标准。,物理信号层PS,完成信号的封装/拆装、数据的发送/接收管理等功能，并通过收发器收发数据信号。,支持数据链路功能、数据流控制、命令解释及产生响应等。,介质存取控制层MAC,支持介质存取，并为逻辑链路控制层提供服务。它支持的介质存取法包括载波检测多路存取/冲突检测CSMA/CD、令牌总线TokenBus和令牌环TokenRing。,逻辑链路控制层LLC,7.2.4工业网络的性能评价和选型,1、工业网络的性能评价,工业网络主要采用星形、环行、总线型拓扑结构。总线型和环行结构成为工业网络的主流拓扑结构。令牌总线的可靠性和灵活性强于令牌环，但令牌环有较强的数据吞吐能力。,2、工业网络的选型,1大型系统的工业网络选型,分散过程控制级主要完成自动调节和程序控制，可靠性、实时性要求较高。采用主从总线结构最佳。,集中操作监控级采用令牌总线结构较好。,综合信息管理级采用令牌环线结构较好。,采用主从总线、星形结构、令牌总线和令牌环结构较好。,2中、小型系统的工业网络选型,DCS采用分散控制、集中操作、综合管理和分而自治的设计原则。,1、DCS的体系结构,7.3.1DCS概述,7.3分散型控制系统DCS,2、DCS的特点,硬件积木化；4通信网络的应用；软件模块化；5可靠性高控制系统组态,日本横河电机推出的CENTUM-XL采用HF通信总线，基本长度为2km，使用中继器可延长到10km，通信速度为1Mbps，HF通信总线上可以连接32台设备。另外备有光纤通信系统YEWLINK32，环行结构，节点间长度为5km，环行线总长为20km，通信速度为32Mbps。,3、典型的DCS,YEWCOM-9000为管理计算机COPSV为局部操作站CFCS2/EFCS为现场控制站CFCD2/EFCD为双重化控制站CFMS2/EFMS为现场监视站CFBS2为高分散控制站,AIWS为人工智能站ECMP为计算机站ENGS为工程师站EOPS中央操作站PRINT为打印机COPY为拷贝机,现场控制站CFCS2和双重化控制站CFCD2有255个软功能模块、40张命令表，使用填表语言可构成40个回路的控制系统。,现场监视站CFMS2可以输入255点模拟信号，如热电偶、热电阻和mVDC等。控制站采用两种冗余方式1对1备用CFCD2；N对1备用如CFBS2,高分散控制站CFBS2有6个独立的现场控制单元CFCU2，每个CFCU2具有63个软功能模块和4张顺序命令表，可以组成8个控制回路。,CENTUM-XL采用的SV-NET通信总线按国际标准MAPManuf-actureAutomationProtocol设计，通信速度为10Mbps，传送距离标准为500m，加光适配器可达5500m，最多可连接100台设备。,CENTUM-XL具有3个操作站EOPS，EOPS采用32位CPUMC68020，内存4MB/8MB,硬磁盘40MB/80MB，20英寸彩色CRT显示器；一台EOPS可连接3个操作台EOPC、4台打印机和一台彩色拷贝机；具有各种图形画面、语音信息和音响信息，监视16000点、300幅画面和2300点趋势记录。,计算机站ECMP采用UNIX操作系统，支持实时多任务BASIC语言、FORTRAN语言和C语言，进行高级控制、生产管理和经营管理等。,CENTUM-XL保留了原有的HF通信总线，并增加了现场控制站的功能。,人工智能站AIWS是一台具有人工智能的专家系统，进行最优化控制与决策。,工程师站ENGS进行计算机辅助设计CAD，系统生成和控制系统组态等。,7.3.2DCS的分散过程控制级,DCS的分散过程控制级直接与生产过程现场的传感器、变送器、执行机构、电气开关相连接，完成生产过程控制，并能与集中操作监视级进行数据通信，接收显示操作站下传加载的参数和作业命令，以及将现场工作情况信息整理后向显示操作站报告。,1、现场控制站,1现场控制站的构成,①机箱有多层机架，以供安装电源及各种部件用。机柜要求可靠接地，接地电阻应小于4欧姆。,②电源提供现场控制站内各功能模板所需直流电源，一般有5V、15V或12V、24V等。对主机供电的电源，一般要求与对现场检测仪表或执行机构供电的电源在电气上互相隔离，以减少相互干扰。,③工业控制机主要进行信号的采集、控制计算和控制输出。,④通信控制单元实现分散过程控制级与集中操作监视级的数据通信。,2现场控制站的功能,⑤手动/自动显示操作单元可以显示测量值PV、给定值SP、自动阀位输出值、手动阀位输出值，并具有硬手动操作功能，可直接调整输出阀位值。,①数据采集功能,②DDC控制功能,③顺序控制功能,④信号报警功能,⑤打印报表功能,⑥数据通信功能,3现场控制站的工作方式,①控制模式有自动、软手动、串级、硬手动、上位机设定给定值。,控制模式的优先级是硬手动软手动自动串级上位机。,②无扰动切换操作有PV跟踪即在各种手动模式下使SPPV、阀值跟踪即使现场控制站的模拟输出跟踪手动输出阀位值、工作模式判定。,以上是手动到自动的无扰切换。要实现自动到手动的无扰切换，在切换之前将手动输出阀位值与自动阀位值调到相同即可。,2、智能调节器,3、可编程序控制器PLC,7.3.3DCS的集中操作监控级,DCS的集中操作监控级完成显示、操作、记录、报警等功能，并能进行系统组态。,1、显示操作站的构成,主要由监控计算机、键盘操作员用薄膜键盘和工程师用标准键盘、CRT显示器、打印机等组成。,2、显示操作站的功能,1操作员功能,①DDC标准三画面总貌画面、组貌画面、回路画面。,②图形显示功能可进行工艺流程图由静态图和动态图组成的显示。,7.3.4DCS的综合信息管理级,③趋势曲线画面,④操作指导画面,⑤报警画面,2工程师功能,①系统的组态功能,②系统的控制功能,③系统的维护功能,④系统的管理功能,DCS的综合信息管理级是一个管理信息系统Manage-mentInationSystem,简称MIS,1、MIS的基本概念,MIS是一些子系统的联合，这些子系统通过信息发生联系。,2、MIS的组成,管理是指运用组织、计划、指导、控制、协调等基本行动，来有效地利用人力、材料、资金、设备和方法等各种资源，发挥最高的效率，以实现一个组织机构所预定的目标和任务。,信息是对人有用的、能够影响人们行为的数据。包括数字、文字、图形、图象、声音等。,系统是指由人、机器和各种方法构成的，用于完成一组特定功能的集合体。,1MIS的硬件组成由管理计算机、办公自动化服务系统、工厂自动化服务系统构成。,2MIS的软件组成,企业MIS可粗略地分为市场经营管理、生产管理、财务管理和人事管理四个子系统。,市场经营管理的主要功能是为决策人提供有关市场各种信息。一般由计划与市场研究、分配、销售三个部分组成。,生产管理按照预先确定的产品数量、质量和完成期限，运用科学的方法，经过周密的计划与安排，按照特定制造过程，生产出合乎标准的产品。其职能包括预测、计划、控制三部分。,财务管理科学地组织和运用企业的流动资金和固定资产。,人事管理由人事档案、人事计划、劳动管理组成。,3、DCS中MIS的功能,DCS的综合信息管理级主要由MIS来实现生产管理和经营管理。该级进行市场预测、经济信息分析、原材料库存情况、生产进度、工艺流程及工艺参数、生产统计、报表、进行长期性的趋势分析，作出生产和经营决策、确保最佳化的经济效益。,7.4位总线Bitbus通信网络技术,Bitbus是主从式、总线型高速串行网，它的电气接口采用平衡传送的RS-485标准，传输介质是双绞线或同轴电缆，链路协议符合IBM的同步数据链路控制SDLC标准。,3、DCS中MIS的功能,DCS的综合信息管理级主要由MIS来实现生产管理和经营管理。该级进行市场预测、经济信息分析、原材料库存情况、生产进度、工艺流程及工艺参数、生产统计、报表、进行长期性的趋势分析，作出生产和经营决策、确保最佳化的经济效益。,7.4位总线Bitbus通信网络技术,Bitbus是主从式、总线型高速串行网，它的电气接口采用平衡传送的RS-485标准，传输介质是双绞线或同轴电缆，链路协议符合IBM的同步数据链路控制SDLC标准。,7.4.18044BEM硬件结构简介,8344不带片内ROM，8044带有4KROM，8744带有片内4KEPROM。8044内部有一个可独立工作的串行通信接口单元SIU。,1、8044系列单片机的引脚图,补充说明,为0时，内部程序存储器无效。,,CPU存取外部程序存储器时，此引脚会产生负脉冲信号，为外部ROM使能引脚。,与8051相比，8044扩展了5个引脚的功能。,用于多点方式或点-点方式，作为调制解调器的控制信号。表明8044已处于发送就绪状态；其它场合做I/O使用。,与对应，用于多点方式或点-点方式，作为调制解调器的控制信号。通知8044接收机已经就绪；其它场合做I/O使用。,在多点方式或点-点方式中，用作收发器的方向控制引脚；在环行网中，用作数据接收引脚；在测试方式时，作为数据引脚。,2、8044内部结构,在多点方式或点-点方式中，用作数据输入/输出引脚；在环行网中，用作数据发送引脚；在测试方式时，向本引脚写“0”使8044进入串行接口测试方式。,用作串行数据时钟，数据输出时用下降沿移位，数据输入时用上升沿采样。其另一功能为计数/定时器1的输入信号。,8044单片机是一种双微机控制结构，实现了控制与通信任务的分离。实时控制及计算功能由8051CPU实现，通信由智能通信处理器SIU完成。两个处理器通,SIU执行同步数据链路控制SDLC协议，实现网络通信。,过一个分时多路转换双口RAM和一些特殊功能寄存器进行通信。,7.4.2Bitbus通信规程,Bitbus互连通信规定了四层结构。,1、物理层电气接口,Bitbus通信的电气接口符合RS-485标准，采用平衡差分长线驱动器/接收器如75174和75175半双工传送，通信介质为双绞线或同轴电缆。根据传输距离和速率的不同，可设定不同的运行模式外同步模式和自同步模式。,外同步模式由SCLK引脚输入同步时钟信号。采用不归零NRZ逻辑，高电平为1，低电平为0。,2、链路层数据链路控制,自同步模式由SIU内部的数字锁相环从接收的数据流中恢复出同步信号。采用不归零反相NRZI逻辑，不变化的电平为1，变化的电平为0。,1帧结构,2零位插入与删除,除标志字节F的编码为01111110之外，在帧内其它任何地方，当有数字信息“0”之后连续5个“1”时，发送系统在第5个“1”之后，要自动插入一个“0”位；接收端在接收信息中，对“0”后连续5个“1”位之后出现的“0”位，自动加以删除。,3位传输顺序,地址字段和控制字段发送时，先发送低位；信息字段发送时，由设计者自己设定；发送帧检验序列FCS时，必须先发送高位。,通过一个信息帧传送的信息字段，是消息层。在Bitbus位总线各节点之间通信时，定义采用Order/Reply命令/应答结构。,1Order/Reply结构,Order被定义为主节点任务通过Bitbus传送给从节点任务的消息。,Reply被定义为从节点任务通过Bitbus传回给主节点任务的消息，并作为对主节点任务Order的回答。,3、消息层报文协议,2消息格式,消息中的前面7个字节为消息标题。其中标志字节中的MT是消息类型，MT0为主站发的命令报文；MT1为从站回答信息。SE为源扩展SE0表示在主设备上SE1表示在扩展设备上；DE为目的扩展DE0为从设备DE1,为从设备扩展；TR为跟踪，TR0为发送消息，TR1为接收消息。保留4位全为0作为备用。,4、应用层远程存取控制,定义了远程存取控制RAC的一系列命令，是对从节点定义的特殊任务。,7.4.3Bitbus通信网络的应用,Bitbus可实现三种网络拓扑结构。即点到点半双工、多点半双工、环行网结构。,7.5现场总线Fieldbus技术,现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。它实现了现场总线通信网络与控制系统的集成。,7.5.1现场总线概述,1、现场总线及其体系结构,现场总线的体系结构主要表现在以下以下六个方面。,1现场通信网络,2现场设备互连,3互操作性,4分散功能块,5通信线供电,6开放式互连网络,ADCSiscomprisedofasupervisorylayerofcontrolandoneormoredistributedcontrollerscontainedwithinthesameprocessingplant.Thesupervisorycontrollerrunsonacentralserverandcommunicateswithsubordinatecontrollersviasomeofpeer-to-peernetwork.Thesupervisorsendssetpointstoandrequestsdatafromthedistributedcontrollers.Thedistributedcontrollerscontroltheirprocessactuatorsswitches,valves,flowcontrollers,etcbasedonrequestsfromthesupervisor.Thesecontrollerstypicallyusealocalfieldbustocommunicatewiththeactuatorsandsensorseliminatingtheneedforpoint-to-pointwiringtoeachdevice.Manytimes,thedistributedcontrollersinaDCShavethecapabilitytobeaccessedviaamodemallowingremotediagnosticsandservicingbyvendorsandplantengineers.,2、现场总线和FCS的变革,1现场总线对自动化领域的变革,①用一对通信线连接多台数字仪表代替一对信号线只能连接一台仪表；②用多变量、双向、数字通信方式代替单变量、单向、模拟传输方式；③用多功能的现场数字仪表代替单功能的现场模拟仪表；④用分散式的虚拟控制站代替集中式的控制站；⑤用现场总线控制系统FCS代替传统的分散控制系统DCS；,⑥变革传统的信号标准、通信标准和系统标准；⑦变革传统的自动化系统体系结构、设计方法和安装调试方法。,2FCS对DCS的变革,①FCS的信号传输实现了全数字化；②FCS的系统结构是全分散的，它废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，由现场设备或现场仪表取而代之；③FCS的现场设备具有互操作性，不同产商的现场设备既可互连也可互换，并可以同一组态，改变了DCS控制层的封闭性和专用性；,④FCS的通信网络为开放式互连网络，既可同层网络互连，也可与不同层网络互连，用户可方便地共享数据库；⑤FCS的技术和标准实现了全开放。,3、现场总线产生的原因,①一对一结构②可靠性差,1模拟仪表的缺点,2现场总线的优点,③失控状态④互换性差,①一对N结构②可靠性高,③可控状态④互换性,⑤互操作性⑥综合功能⑦分散控制,⑧统一组态⑨开放式系统,4、现场总线的发展过程,1984年，美国仪表协会ISA下属的标准实施SP第50组，简称ISA/SP50开始制定现场总线标准。1992年，国际电工委员会IEC批准了SP50物理层标准。1986年，德国开始制定过程现场总线标准PROFIBUS。1992年，ISP组织以ROFIBUS为基础制定总线标准。1993年，成立了ISP基金会ISPF。1986年，由Rosemount提出可寻址远程传感器数据通路通信协议。,1994年ISPF和WorldFIP成立了现场总线基金会FF。,7.5.2五种典型的现场总线,1、CAN控制器局域网络,CANControllerAreaNetwork是由德国Bosch公司为汽车的监测和控制而设计的，逐步发展到用于其它工业领域的控制。,CAN具有如下特点,1通信速率为5Kbps/10km、1Mbps/40m，节点数1110个，传输介质为双绞线或光纤等。,2采用点对点、一点对多点及全局广播几种方式发送接收数据。,3可实现全分布式多机系统，且无主、从机之分，可方便地构成多机备份系统。,4采用非破坏性总线优先级仲裁技术。,5支持四类报文帧数据帧、远程帧、出错帧、超载帧。采用短帧结构，每帧有效字节数为8个。抗干扰能力强，具有较好的检错效果。,6采用循环冗余校验CRC及其它校验措施，保证了极低的信息出错率。,7节点具有自动关闭功能。,8CAN单片机Motorola公司生产带CAN模块的MC68HC05X4，Philips公司生产的82C200，Intel公司生产带CAN模块的P8XC592。,9CAN控制器Philips公司生产的82C200，Intel公司生产的82527。,10CANI/O器件Philips公司生产的82C150，具有数字和模拟I/O接口。,2、LONWORKS局部操作网络,LONWORKSLocalOperationNetwork是美国Echelon公司研制的，主要有以下特性,1通信速率为78kbps/2700m，1.25Mbps/130m，接点数32000个，传输介质为双绞线、同轴电缆、光纤、电源线等。,2采用LonTalk通信协议，该协议遵循开放系统互连OSI全部7层模型。,3Lonworks的核心是Neuron神经元芯片，内含3个8位的CPU第1个CPU为介质访问控制处理器，实现LONtalk协议的第1层和第2层；第2个CPU为网络处理器，实现LONtalk协议的第3层至第6层；第3个CPU为应用处理器，实现LONtalk协议的第7层，执行用户编写的代码及用户代码所调用的操作系统服务。,4Neuron芯片的编程语言为NeuronC。Lonworks提供了一套开发工具LonBuilder与NodeBuilder。,5LonTalk协议提供了5种基本类型的报文服务确认、非确认、请求/响应、重复、非确认重复。,6LonTalk协议的介质访问控制子层MAC对CSMA载波检测多路存取作了改进，采用一种新的称作PredictiveP-PersistentCSMA，根据总线负载随机调整时间槽n163，在负载较轻时使介质访问延迟最小化，而在负载较重时使冲突的可能最小化。,3、PROFIBUS过程现场总线,PROFIBUSProcessFieldBus是德国1991年在DIN19245中公布的标准，为开放系统协议，有几种改进型，分别用于不同的场合。,1PROFIBUS-PAProcessAutomation,用于过程自动化，通过总线供电，可用于危险防爆区域。,2PROFIBUS-FMSFieldbusMessageSpecification,用于一般自动化。,3PROFIBUS-DP,用于加工自动化，适用于分散的外围设备。,4、HART可寻址远程传感器数据通路,HART协议参照了ISO/OSI模型的第1、2、7层，即物理层、数据链路层和应用层，主要有如下特性,1物理层采用基于Bell202通信标准的FSK频移键控技术，即在420mADC模拟信号上叠加FSK数字,信号，逻辑1为1200Hz，逻辑0为2200Hz，波特率为1200bps，调制信号为0.5mA或0.25Vp-p250Ω负载。用屏蔽双绞线，单台设备距离为3000m，多台设备互连距离1500m。,2数据链路层数据帧长度不固定，最长25个字节。可寻地址为015，当地址为0时，处于420mADC与数字通信兼容状态；当地址为115时，则处于全数字通信状态。通信模式为“问答式”或“广播式”。,3应用层规定了三类命令第1类是通用命令，适用于遵守HART协议的所有产品；第2类是普通命令，适用于遵守HART协议的大部分产品；第3类是特殊命令，适用于遵守HART协议的特殊产品。另外提供了设备,描述语言DDL。,5、FF现场总线基金会现场总线,1DeviceNet，通用型、低价位的总线DeviceNet设备网是一种低价位的总线，它可以连接自动化生产系统中广泛的工业设备。在制造业领域，设备网遍及全球，尤其是北美和日本。DeviceNet能够降低设备的安装费用和时间。控制系统中的接近开关、光电开关和阀门等可通过电缆、接插件、站等产品进行长距离通讯。并且能够提高设备级的诊断能力。相对于PROFIBUSDP，DeviceNet具有更强大的通讯功能，支持除了主一从方式外的，多种通讯方式，可以更灵活的应用于控制系统中。,其它现场总线,2FoundationFieldbus，高级过程控制现场总线,FoundationFieldbus针对过程自动化而设计，它是通过数字、串行、双向的通讯方法宋连接现场装置的。FoundationFieldbus通讯不是简单的数字420mA信号，而是使用复杂的通讯协议，它可连接能执行简单的闭环算法如PID的现场智能装置。一个通讯段可配置32个现场装置，通讯速度为每秒31.25kb，每段最大通讯距离为1900米。,Sensoplex2是TURCK设计应用于重工业自动化领域的网络。Sensoplex2是采用先进的频率偏移技术进行,3Sensoplex2重工业控制网络，强大的抗干扰能力,4ASI总线，最简单的总线,通讯的，对于易引起通讯故障的强电磁场有较强的抗干扰能力，优于其它现场总线，已广泛应用于世界上主要的汽车制造厂。,ASI代表着执行器、传感器接口。使用两线为设置与输入传送数据及电源，线圈输出等需使用附加的两芯电缆供电，ASI区别于其它工业总线，使用扁平电缆通讯，将连接齿嵌入电缆。也可以使用传统的IP67／NEMA6eurofast连接件。ASI系统包括一个主站接口，供电电源，最多31个子站。整个系统长度不能超过100米，但可以自由分布，没有分支规则和终端。ASI适合于不需要昂贵总线的小型网络。当,5Interbus_S总线，简单网络,需要简单的主一从总线连接分散的信息和I／0装置，并且数据不是很重要时，ASI是最经济的方案。,Interbus_S网络可以简单的安装与配置。网上的节点类似简单的移位寄存器，位流经过节点则发生翻转。InterbusS启动网络并自动配置，不需要节点地址。,6Seriplex总线产品,Seriplex是比较早的开放式总线，它使用五线，一根数据线，一根时钟线，一根屏蔽线，两根电源线。输出一般使用辅助电源供电。使用操作模式一，系统可以作为没有主站的高速长距离点对点网络。输出节点映射输入节点，并可简单的编程。,7SmartDistributedSystem,浓线，CANbus的变形,SmartDistributedSystem与DeviceNet都使用CANbus。由于芯片、信号水平和应用环境的局限，工业应用的需要比较少。,7.5.3FF现场总线技术,FF现场总线标准共有四层协议，即物理层、数据链路层、应用层和用户层。,①传输介质可采用有线电缆、光纤和无限通信。,②通过有线电缆传送信号的波特率定义了两种速率标准。,H21Mbps/2.5Mbps高速网络。不能用信号线供电。,①传输介质可采用有线电缆、光纤和无限通信。,②通过有线电缆传送信号的波特率定义了两种速率标准。,H131.25Kbps低速率网络。可用信号线供电。,1、物理层,③H1标准最大传输距离为1900米。H2标准在1Mbps波特率下，最大传输距离750米；在2.5Mbps波特率下，最大传送距离500米。,④现场总线协议支持总线型、树型和点对点型三种拓扑结构。其中树型结构仅支持低速H1版本。,控制设备采用同步串行半双工方式。编码时钟和数据结合在一起，上升沿代表逻辑0，下降沿代表逻辑1。,⑤编码方式和报文结构,该层的任务是保证数据的完整性和决定何时与谁进行对话。帧格式如下,2、数据链路层,该层由现场总线访问子层FAS和现场总线报文规范FMS两部分构成。FAS提供发布/索取、客户机/服务器、报告分发3类服务；FMS规定了访问应用进程的报文格式及服务。,4、用户层,3、应用层,该层规定了标准的“功能块”供用户组态成为系统。,7.5.4现场总线控制系统性能分析,PC机加上现场总线技术构成的系统具有性价比高的优点，在今后的竞争中将逐步取得更大的优势。,附SDC40B数字调节器通信协议,AppendixoneSDC40BCommunicationintroduce,SystemconnectionSETUPItemsofSDC40BCommunicationProcedureConfigurationofmessage,Content,connectionbetweenmasterstationandslavestation,Systemconnection,terminatingresistorsof150Ω5,1/2Wmin,anexampleofa5-wiresystemconnection,anexampleofa3-wiresystemconnection,SETUPItemsofSDC40B,Beforestartingcommunication,initializethecommunicationconditionsfortheDigitroniKinstrumentandmasterstation.,C25thecommunicationfunctionisnotactivatedataddress0,C2609600bps,evenparity,1stopbit19600bps,neparity,2stopbits24800bps,evenparity,Istopbit34800bps,noparity,2stopbits,C270writeenabled1writeinhibited,CommunicationProcedure,Themasterstationtransmitsaninstructionmessagetoaslavestationtospecifyastationforcommunication.2Theslavestationprocessestheinstructionmessageandcutesreadandwriteoperations.3Theslavestation