現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)3 lonworks智能控制網(wǎng)絡(luò)

1、lonworks智能控制網(wǎng)絡(luò) 5.1 概述 美國(guó)echelon公司于1992年成功推出了lonworks智能控制網(wǎng)絡(luò)。lon（local operating networks）總線(xiàn)是該公司推出的局部操作網(wǎng)絡(luò)，echelon公司開(kāi)發(fā)了lonworks技術(shù)，為lon總線(xiàn)設(shè)計(jì)和成品化提供了一套完整的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。 通信協(xié)議lontalk支持iso osi/rm的所有七層模型，這是lon總線(xiàn)最突出的特點(diǎn)。lontalk協(xié)議通過(guò)神經(jīng)元芯片（neuron chip）上的硬件和固件（firmware）實(shí)現(xiàn)，提供介質(zhì)存取、事務(wù)確認(rèn)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信服務(wù)；還有一些如優(yōu)先級(jí)傳輸、單一/廣播/組播消息發(fā)送等高級(jí)服務(wù)。 網(wǎng)絡(luò)拓

2、撲結(jié)構(gòu)可以是總線(xiàn)形、星形、環(huán)形和混合形，可實(shí)現(xiàn)自由組合。另外，通信介質(zhì)支持雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線(xiàn)和電力線(xiàn)等。 應(yīng)用程序采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置，大大縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。 高可靠性、安全性、易于實(shí)現(xiàn)和互操作性，使得lonworks產(chǎn)品應(yīng)用非常廣泛。它廣泛應(yīng)用于過(guò)程控制、電梯控制、能源管理、環(huán)境監(jiān)視、污水處理、火災(zāi)報(bào)警、采暖通風(fēng)和空調(diào)控制、交通管理、家庭網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化等。lon總線(xiàn)已成為當(dāng)前最流行的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之一。 neuron芯片是lonworks技術(shù)的核心，它不僅是lon總線(xiàn)的通信處理器，同時(shí)也作為采集和控制的通用處理器，lonworks技術(shù)中

3、所有關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的操作實(shí)際上都是通過(guò)它來(lái)完成的。 1994年5月，由世界許多大公司，如abb、 ibm、 honeywell、motorola、toshiba、hp等，組成了一個(gè)獨(dú)立的行業(yè)協(xié)會(huì)lonmark，負(fù)責(zé)定義、發(fā)布、確認(rèn)產(chǎn)品的互操作性標(biāo)準(zhǔn)。 lon總線(xiàn)已成為目前現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的主流之一。 lonworks技術(shù)的特點(diǎn)：開(kāi)放性：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開(kāi)放，對(duì)任何用戶(hù)平等。通信媒介：可用任何媒介進(jìn)行通信，包括雙絞線(xiàn)、電力線(xiàn)、光纖、同軸電纜、無(wú)線(xiàn)（rf）、紅外等，而且在同一網(wǎng)絡(luò)中可以有多種通信媒介?；ゲ僮餍裕簂onworks通信協(xié)議lontalk符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（iso）定義的開(kāi)放互連（osi）模型。任何制造商的產(chǎn)

4、品都可以實(shí)現(xiàn)互操作。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：可以是主從式、對(duì)等式或客戶(hù)/服務(wù)器式結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌河行切?、總線(xiàn)形、環(huán)形以及自由形。網(wǎng)絡(luò)通信采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法。lonworks網(wǎng)絡(luò)技術(shù)稱(chēng)之為“網(wǎng)絡(luò)變量”，它使網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化成為參數(shù)設(shè)置，增加了通信的可靠性。通信的每幀有效字節(jié)數(shù)可從0b到228b。通信速率可達(dá)1.25mbps，此時(shí)有效距離為130m；用78kbps的雙絞線(xiàn)，直線(xiàn)通信距離長(zhǎng)達(dá)2700m。lonworks網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)在一個(gè)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)32000個(gè)。 提供強(qiáng)有力的開(kāi)發(fā)工具平臺(tái)：lonbuilder與nodebuilder。lonworks技術(shù)核心元件：neuron芯片內(nèi)部裝有3個(gè)8位微

5、處理器和34種i/o對(duì)象及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，另外還具有ram、rom、eeprom、lontalk通信協(xié)議等。neuron芯片具備通信和控制功能。改善了csma，采用可預(yù)測(cè)p堅(jiān)持csma，這樣，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下，不會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。 lonworks技術(shù)包括以下幾個(gè)組成部分： lonworks節(jié)點(diǎn)和路由器；lontalk協(xié)議；lonworks收發(fā)器；lonworks網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點(diǎn)開(kāi)發(fā)工具。5.2 神經(jīng)元芯片（neuron chip）5.2.1 神經(jīng)元芯片概述 lonworks技術(shù)的核心是神經(jīng)元芯片（neuron chip）。 神經(jīng)元芯片主要有3120和3150兩大系列，生產(chǎn)廠(chǎng)家最早的有motor

6、ola公司和toshiba公司。 目前生產(chǎn)神經(jīng)元芯片的廠(chǎng)家是toshiba公司和美國(guó)的cypress公司。 toshiba公司生產(chǎn)的神經(jīng)元芯片型號(hào)為tmpn3120和tmpn3150兩個(gè)系列。tmpn3120不支持外部存儲(chǔ)器，它本身帶有eeprom；tmpn3150支持外部存儲(chǔ)器，適合功能較為復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)合。 cypress公司生產(chǎn)的神經(jīng)元芯片型號(hào)為cy7c53120和cy7c53150兩個(gè)系列。 神經(jīng)元芯片的主要性能特點(diǎn)：高度集成，所需外部器件較少。內(nèi)有三個(gè)cpu，分別實(shí)現(xiàn)不同的功能，輸入時(shí)鐘可選范圍：625khz10mhz。11個(gè)可編程i/o口引腳可設(shè)置為34種預(yù)編程工作方式，其中io4i

7、o7有可編程上拉電阻，io0io3具有大電流吸收能力（20ma）。兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，15個(gè)軟定時(shí)器。網(wǎng)絡(luò)通信端口可設(shè)置為單端、差分、專(zhuān)用工作方式。在外部存儲(chǔ)器中可固化lontalk協(xié)議、i/o驅(qū)動(dòng)程序、事件驅(qū)動(dòng)多任務(wù)調(diào)度程序等固件。提供用于遠(yuǎn)程識(shí)別和診斷的服務(wù)引腳。48位的內(nèi)部neuron id，用于惟一識(shí)別neuron芯片。 neuron芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。 5.2.2 神經(jīng)元芯片tmpn3150b1af 5.2.3 網(wǎng)絡(luò)通信端口5.3 神經(jīng)元芯片應(yīng)用i/o回顧:ff ff通信模型通信模型: 物理層、通訊棧、用戶(hù)層 通信實(shí)體、系統(tǒng)管理內(nèi)核、功能塊應(yīng)用進(jìn)程回顧:lonworks

8、 美國(guó)echelon公司，1992，local operating networks 通信協(xié)議lontalk支持iso osi/rm的所有七層模型 神經(jīng)元芯片（neuron chip） 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 通信速率可達(dá)1.25mbps，此時(shí)有效距離為130m；用78kbps的雙絞線(xiàn)，直線(xiàn)通信距離長(zhǎng)達(dá)2700m;一個(gè)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)32000個(gè); neuron芯片內(nèi)部裝有3個(gè)8位微處理器(mac網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用)5.4 lonworks智能控制網(wǎng)絡(luò)的組成 5.4.1 lonworks智能控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) lonworks智能控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括五個(gè)部分：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（lontalk）、網(wǎng)絡(luò)傳輸介

9、質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和管理軟件。 其中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)、路由器和網(wǎng)關(guān)等；執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括傳感器、變送器等。；管理軟件包括lontalk協(xié)議實(shí)現(xiàn)軟件，并為設(shè)備之間交換控制狀態(tài)信息建立了一個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)。 在lontalk協(xié)議的協(xié)調(diào)下，以往那些孤立的設(shè)備融為一體，形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。lontalk是面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議，支持osi七層協(xié)議，設(shè)備節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳遞通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量的互聯(lián)實(shí)現(xiàn)。 神經(jīng)元芯片（neuron chip）是除lontalk協(xié)議之外的又一lonworks技術(shù)核心產(chǎn)品。它不僅是lon總線(xiàn)的通信處理器，同時(shí)也可以作為采集和控制的通用處理器，lonworks技術(shù)中所有關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的操作實(shí)

10、際上都是通過(guò)它來(lái)完成的。 智能控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖如圖5-25所示。 終端器路由器節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)串行網(wǎng)絡(luò)適配器調(diào)制解調(diào)器節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)調(diào)制解調(diào)器電話(huà)網(wǎng)pc或非pc主機(jī)lns/lca軟件遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)站路由器節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)自由拓?fù)潆p絞線(xiàn)通道電力線(xiàn)通道路由器和信道電源節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)自由拓?fù)?信道電源雙絞線(xiàn)通道1.25mbps雙絞線(xiàn)主通道sca/da工作站安裝工具網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口終端器pc或非pc主機(jī)lns/lca軟件pc或非pc主機(jī)lns/lca軟件路由器和信道電源節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)信道電源雙絞線(xiàn)通道pcc-10卡（pcmcia）便攜式pc安裝和維護(hù)工具圖5-25 lonworks智能控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 1lonwor

11、ks節(jié)點(diǎn) lonworks節(jié)點(diǎn)是指同物理上與之相連的i/o設(shè)備進(jìn)行控制或信息交換并且在lon網(wǎng)絡(luò)上使用lontalk協(xié)議與其它節(jié)點(diǎn)相互通信的一類(lèi)對(duì)象。 lon節(jié)點(diǎn)有兩種類(lèi)型。 一種節(jié)點(diǎn)中neuron芯片是惟一的處理器，適合i/o設(shè)備較簡(jiǎn)單、處理任務(wù)不復(fù)雜的系統(tǒng)，稱(chēng)之為基于neuron芯片的節(jié)點(diǎn)（neuron chip-based node）。一個(gè)典型的基于neuron芯片的節(jié)點(diǎn)包括以下幾個(gè)組成部分：神經(jīng)元芯片、i/o處理單元、收發(fā)器和電源。如圖5-26所示。現(xiàn)場(chǎng)傳感器和執(zhí)行器晶振電源tmpn3150tmpn312016k58k rom（僅3150）i/o調(diào)理收發(fā)器lon網(wǎng)絡(luò)圖5-26 lonw

12、orks現(xiàn)場(chǎng)控制節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)框圖 另一種節(jié)點(diǎn)中neuron芯片僅僅作為通信協(xié)處理器，充當(dāng)著lon網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接口，節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序則由主處理器執(zhí)行。 這類(lèi)節(jié)點(diǎn)適合于對(duì)處理能力、輸入/輸出能力要求較高的系統(tǒng)，稱(chēng)之為基于主機(jī)的節(jié)點(diǎn)（host based node），主處理器可以是pc機(jī)或者其他任何微處理器。在基于主機(jī)的節(jié)點(diǎn)中，采用mip（microprocessor interface program）接口可以實(shí)現(xiàn)pc機(jī)與lonworks網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系，并可以開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用程序用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)、控制、網(wǎng)絡(luò)管理等。 其中，神經(jīng)元芯片是其核心部分，主要包括3150和3120兩大系列，3150支持外部存儲(chǔ)器，適合較為復(fù)雜

13、的應(yīng)用，而后者不支持外部存儲(chǔ)器。 2路由器 路由器是lonworks技術(shù)的一個(gè)主要部分，用來(lái)連接不同通信介質(zhì)的lon網(wǎng)絡(luò)。在lonworks技術(shù)中，路由器包括以下幾種：中繼器、橋接器和路由器。路由器除連接不同媒介的lon網(wǎng)絡(luò)外，還能控制網(wǎng)絡(luò)交通，增加信息通量和網(wǎng)絡(luò)速度。 3網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 設(shè)備在運(yùn)行程序的適當(dāng)時(shí)刻發(fā)布信息。由于這些程序不是同步運(yùn)行，也可能有多個(gè)設(shè)備試圖同時(shí)對(duì)話(huà)。因此，設(shè)備間的信息傳遞需要以一系列的規(guī)則和進(jìn)程的形式加以組織。這些規(guī)則和進(jìn)程稱(chēng)為通信協(xié)議，通常簡(jiǎn)稱(chēng)協(xié)議。 協(xié)議定義了設(shè)備間傳遞的信息格式，并且定義了一個(gè)設(shè)備對(duì)另一設(shè)備在發(fā)送信息時(shí)所期望對(duì)方采取的操作。協(xié)議通常采用嵌入軟件形式并

14、駐留在設(shè)備內(nèi)，或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理工具下載到設(shè)備中。 lonworks技術(shù)采用lontalk協(xié)議。 4通信媒介 通信媒介是節(jié)點(diǎn)（設(shè)備）之間信息傳輸?shù)奈锢斫橘|(zhì)，包括雙絞線(xiàn)、電力線(xiàn)、紅外線(xiàn)、光纖和同軸電纜等。 5網(wǎng)絡(luò)管理工具 一個(gè)典型的現(xiàn)場(chǎng)控制節(jié)點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)功能塊：應(yīng)用cpu、i/o處理單元、通信處理器、收發(fā)器和電源。 當(dāng)單個(gè)節(jié)點(diǎn)建成以后，節(jié)點(diǎn)之間需要互相通信，這就需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò)工具為網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)分配邏輯地址，同時(shí)也要將每個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)變量和顯式報(bào)文連接起來(lái)。一旦網(wǎng)絡(luò)建成并正常運(yùn)行后，需要對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的上位機(jī)需要了解所有節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)變量和顯式報(bào)文變化的情況。5.4.2 lonworks的技術(shù)

15、支持5.5 lontalk通信協(xié)議與lonmark對(duì)象 lontalk協(xié)議是lonworks系統(tǒng)的核心。該協(xié)議提供一系列通信服務(wù)，使得一個(gè)設(shè)備的應(yīng)用程序可以在不了解網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、名稱(chēng)、地址或其它設(shè)備功能的情況下發(fā)送和接收網(wǎng)絡(luò)上其它設(shè)備的報(bào)文。 lontalk協(xié)議能提供端到端報(bào)文確認(rèn)，報(bào)文認(rèn)證、打包業(yè)務(wù)和優(yōu)先傳送服務(wù)，提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)的支持，并允許遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)管理工具與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行交互。 5.5.1 lontalk協(xié)議介紹 1993年，美國(guó)echelon公司推出了lonworks新技術(shù)，提供了開(kāi)放的低層通信網(wǎng)絡(luò)局部操作網(wǎng)絡(luò)（lon）稱(chēng)為lontalk協(xié)議。采用神經(jīng)芯片的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)含有l(wèi)ontalk協(xié)議固件

16、，使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以可靠地通信，完成各種功能。 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是相互獨(dú)立的，可以做到在任一節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)工作，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性；另外，由于各節(jié)點(diǎn)具有本地存儲(chǔ)和處理能力，系統(tǒng)的安全性很高，并且在系統(tǒng)規(guī)模大時(shí)可避免網(wǎng)絡(luò)通信的沖突和網(wǎng)絡(luò)速度的局限性。 lontalk協(xié)議符合iso/osi參考模型的七層體系結(jié)構(gòu)，即含有物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話(huà)層、表示層和應(yīng)用層，是一套完整、安全、有效的通信協(xié)議系統(tǒng)。 1lontalk協(xié)議特點(diǎn) （1）lontalk協(xié)議采用分級(jí)編址方式，即域、子網(wǎng)和節(jié)點(diǎn)地址。（2）lontalk協(xié)議支持多種通信介質(zhì)，包括雙絞線(xiàn)、電力線(xiàn)、同軸電纜、無(wú)線(xiàn)

17、電和紅外線(xiàn)、光纖傳輸介質(zhì)等。（3）互操作性強(qiáng)。網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)可以對(duì)其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行操作，傳輸控制信息。（4）響應(yīng)時(shí)間快，通信安全可靠。 2lontalk協(xié)議的功能 lontalk協(xié)議符合iso制訂的開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)osi標(biāo)準(zhǔn)，具有完備的七層協(xié)議。lontalk提供的服務(wù)包括：物理信息管理；命名機(jī)制、數(shù)據(jù)包尋址和路由選擇；通信的高可靠性；優(yōu)先級(jí)管理和外部幀和數(shù)據(jù)表示等。 3lontalk協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) lontalk協(xié)議是一個(gè)分層的、基于數(shù)據(jù)包的對(duì)等通信協(xié)議。 神經(jīng)元芯片使用全部的3個(gè)cpu來(lái)執(zhí)行一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 該協(xié)議遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織iso所定義的開(kāi)放系統(tǒng)互連osi網(wǎng)絡(luò)協(xié)議參考模型，能支持網(wǎng)絡(luò)中的靈活

18、尋址和多通信信道。 一個(gè)lonworks節(jié)點(diǎn)所運(yùn)行的應(yīng)用程序通過(guò)使用lontalk協(xié)議可與相同網(wǎng)絡(luò)中的其它lonworks節(jié)點(diǎn)上所運(yùn)行的應(yīng)用程序進(jìn)行通信。神經(jīng)元芯片中的處理器用來(lái)執(zhí)行l(wèi)ontalk協(xié)議軟件和應(yīng)用程序。lontalk協(xié)議所提供的服務(wù)與7層osi參考模型之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以及各層與三個(gè)cpu之間的分配關(guān)系如表5-13所示。osi層用途提供的服務(wù)cpu7應(yīng)用層應(yīng)用兼容性lonmark對(duì)象、配置屬性、 標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)變量類(lèi)型（snvt）、文件傳輸應(yīng)用cpu6表示層數(shù)據(jù)解釋網(wǎng)絡(luò)變量、應(yīng)用報(bào)文、外來(lái)幀的傳輸、網(wǎng)絡(luò)接口 網(wǎng)絡(luò)cpu5 會(huì)話(huà)層 遠(yuǎn)程操作 請(qǐng)求/響應(yīng)、證實(shí)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 網(wǎng)絡(luò)cpu 4 傳輸

19、層 端到端（end-to-end）通信可靠性 確認(rèn)和非確認(rèn)報(bào)文、通用排序、雙重檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)cpu 3 網(wǎng)絡(luò)層 目標(biāo)尋址 單點(diǎn)和多點(diǎn)尋址、路由選擇信息 網(wǎng)絡(luò)cpu 2 鏈路層介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)和成幀成幀、數(shù)據(jù)編碼、crc（循環(huán)冗余校驗(yàn)）錯(cuò)誤檢測(cè)、可預(yù)測(cè)的csma（載波監(jiān)聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)）、沖突避免、優(yōu)先級(jí)、沖突檢測(cè)介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制cpu1 物理層 電氣互連 特定介質(zhì)的接口和調(diào)制方案 介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制cpu 表5-13 lontalk協(xié)議的分層5.5.2 lontalk提供的服務(wù) 1物理信道管理 lontalk協(xié)議支持一種或多種不同傳輸介質(zhì)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。這些傳輸介質(zhì)包括雙絞線(xiàn)、電力線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)射頻、同軸電纜和光纖等。不同介質(zhì)的傳輸

20、距離、傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及所使用的收發(fā)器均不相同。 2lontalk協(xié)議的命名機(jī)制和尋址方式 （1）神經(jīng)芯片命名：神經(jīng)芯片具有一個(gè)特有的48位標(biāo)識(shí)（neuron id），neuron id由芯片生產(chǎn)廠(chǎng)家惟一確定，并且終生不變。 （2）地址：地址是一個(gè)對(duì)象或一組對(duì)象的特有標(biāo)識(shí)，與名字不同，地址是可以改變的。 （3）尋址方式：該方式由域地址、子網(wǎng)地址和節(jié)點(diǎn)地址等方式組成。域地址（domain）：域是一個(gè)信道或多個(gè)信道上的節(jié)點(diǎn)的邏輯集合。一個(gè)域就是一個(gè)實(shí)際意義上的網(wǎng)絡(luò)，通信只能在同一域中配置的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行。子網(wǎng)地址（subnet）：一個(gè)子網(wǎng)是在同一域中節(jié)點(diǎn)的邏輯集合。一個(gè)子網(wǎng)最多可有127個(gè)節(jié)

21、點(diǎn)，一個(gè)域最多可有255個(gè)子網(wǎng)。 節(jié)點(diǎn)地址（node）：一個(gè)子網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)被賦予該子網(wǎng)內(nèi)的惟一的節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)碼。節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)碼為7位，所以每個(gè)子網(wǎng)最多可以有127個(gè)節(jié)點(diǎn)。一個(gè)域中最多可以有32385個(gè)節(jié)點(diǎn)。組地址（group）：組是一個(gè)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)的邏輯集合。與子網(wǎng)不同，組不需要考慮節(jié)點(diǎn)的物理位置。組可以包括路由器，一個(gè)節(jié)點(diǎn)最多可以屬于15個(gè)組，一個(gè)域最多可以有256個(gè)組。組地址的長(zhǎng)度為1個(gè)字節(jié)。 芯片地址（neuron id）：除了子網(wǎng)/節(jié)點(diǎn)地址之外，節(jié)點(diǎn)可以用neuron id尋址。neuron id為48位長(zhǎng)，這個(gè)id碼是惟一的。 3網(wǎng)絡(luò)管理與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 （1）網(wǎng)絡(luò)管理：一個(gè)lonworks網(wǎng)絡(luò)是否需要

22、一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點(diǎn)，取決于實(shí)際應(yīng)用的需求。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點(diǎn)具有以下功能：尋找未配置的節(jié)點(diǎn)并下載網(wǎng)絡(luò)地址； 停止、啟動(dòng)和復(fù)位應(yīng)用程序；訪(fǎng)問(wèn)節(jié)點(diǎn)通信統(tǒng)計(jì)；配置路由器；下載新的應(yīng)用程序；提取運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 在一個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用相當(dāng)于lonbuilder開(kāi)發(fā)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)管理器，其任務(wù)包括定義、配置、下載和控制lonworks網(wǎng)絡(luò)。lonbuilder協(xié)議分析儀具有監(jiān)視、采集和顯示網(wǎng)絡(luò)通信流量以及性能統(tǒng)計(jì)等功能。 （2）路由器：一個(gè)路由器連接兩個(gè)信道并且在信道間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。 4lontalk提供的通信服務(wù) （1）lontalk協(xié)議提供以下4種可選擇的報(bào)文服務(wù)：確認(rèn)服務(wù)（acknowle

23、dged）：這是最可靠的服務(wù)方式。以這種方式發(fā)送報(bào)文，發(fā)送方必須收到每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)信號(hào)。請(qǐng)求/應(yīng)答服務(wù)（request/response）：請(qǐng)求/應(yīng)答服務(wù)與確認(rèn)服務(wù)有相同的可靠性，發(fā)送方需要接收到每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答信號(hào)，也包括重發(fā)次數(shù)和事務(wù)定時(shí)。應(yīng)答信號(hào)包含數(shù)據(jù)，所以該方式適用于遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用或客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器應(yīng)用。非確認(rèn)重發(fā)服務(wù)（unacknowledged repeated）：這是一種比較可靠的方式，報(bào)文向一個(gè)或一組節(jié)點(diǎn)發(fā)送多次，而不等待應(yīng)答信號(hào)。這種報(bào)文方式適合于向節(jié)點(diǎn)數(shù)較多的組進(jìn)行廣播傳送，這時(shí)如果組內(nèi)節(jié)點(diǎn)都產(chǎn)生應(yīng)答，網(wǎng)絡(luò)就會(huì)過(guò)載。非確認(rèn)服務(wù)（unacknowledged）：非確認(rèn)服務(wù)

24、是最不可靠的一種服務(wù)，它不需要等待接收節(jié)點(diǎn)的應(yīng)答信號(hào)。它適用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)效率要求很高而網(wǎng)絡(luò)帶寬有限，且對(duì)報(bào)文的丟失不敏感的應(yīng)用場(chǎng)合。 （2）沖突檢測(cè)：lontalk協(xié)議的沖突退避算法是特有的，稱(chēng)為預(yù)測(cè)p-堅(jiān)持csma（predictive p-presistence csma）。 （3）報(bào)文認(rèn)證：lontalk協(xié)議支持報(bào)文認(rèn)證服務(wù)，即允許報(bào)文的接收者確定報(bào)文的發(fā)送方是否有權(quán)發(fā)送。 5lontalk協(xié)議中的定時(shí)器 在使用lontalk協(xié)議服務(wù)之前，需正確設(shè)置以下幾個(gè)定時(shí)器： 事務(wù)定時(shí)器（transaction timer）；重發(fā)定時(shí)器（repeat timer）；組接收定時(shí)器（group recei

25、ve timer）；非組接收定時(shí)器（non-group receive timer）；緩沖器釋放定時(shí)器（free buffer wait timer）。 6網(wǎng)絡(luò)接口 lontalk協(xié)議包含一個(gè)可選擇的網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議，該協(xié)議支持在任一主處理器上運(yùn)行的lonworks應(yīng)用。 主處理器可以是微處理器、微控制器或pc機(jī)。主處理器管理lontalk協(xié)議的第6和7層，并且使用lontalk網(wǎng)絡(luò)接口管理協(xié)議的15層。lontalk網(wǎng)絡(luò)接口定義網(wǎng)絡(luò)接口和主處理器之間的數(shù)據(jù)交換格式。 不同的網(wǎng)絡(luò)接口具有不同的網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議。在主處理器上執(zhí)行的應(yīng)用程序通過(guò)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器與網(wǎng)絡(luò)接口通信，網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器管理緩沖器的分配，將來(lái)自或

26、發(fā)往網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)送入緩沖器并且在網(wǎng)絡(luò)接口層協(xié)議中屏蔽主機(jī)應(yīng)用的任何差異。 lontalk網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器定義了主機(jī)應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器之間的標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文格式。 7數(shù)據(jù)表示 lontalk協(xié)議采用面向數(shù)據(jù)的應(yīng)用協(xié)議。 （1）網(wǎng)絡(luò)變量：網(wǎng)絡(luò)變量是lontalk協(xié)議中表示層的數(shù)據(jù)項(xiàng)，網(wǎng)絡(luò)變量可以是數(shù)據(jù)項(xiàng)或是一個(gè)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)變量用關(guān)鍵字network定義。 每個(gè)網(wǎng)絡(luò)變量由應(yīng)用程序表明其數(shù)據(jù)類(lèi)型。對(duì)于基于芯片的節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，當(dāng)在一個(gè)應(yīng)用程序中通過(guò)賦值操作引起了輸出網(wǎng)絡(luò)變量的變化時(shí)，神經(jīng)芯片固件會(huì)自動(dòng)地用lontalk協(xié)議服務(wù)在網(wǎng)絡(luò)上傳播其更新的值。 （2）顯式報(bào)文：將報(bào)文的目的地址、報(bào)文服務(wù)方式、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)組成apd

27、u（應(yīng)用層數(shù)據(jù)單元）下傳并發(fā)送，將發(fā)送結(jié)果上傳并激活相應(yīng)的發(fā)送結(jié)果處理進(jìn)程。當(dāng)收到信息時(shí)，能根據(jù)上傳的apdu判斷是否顯式報(bào)文，并根據(jù)報(bào)文代碼激活相應(yīng)的處理進(jìn)程。 5.5.3 介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制和mac層協(xié)議 介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制層（media access control，mac）是數(shù)據(jù)鏈路層的一部分。 lontalk在物理層協(xié)議上支持多種通信協(xié)議，也就是為適應(yīng)不同的通信介質(zhì)而支持不同的數(shù)據(jù)解碼和編碼。 例如，通常雙絞線(xiàn)使用差分曼徹斯特編碼；電力線(xiàn)使用擴(kuò)頻；無(wú)線(xiàn)通信使用頻移鍵控（fsk）。 由于lontalk考慮對(duì)各種介質(zhì)的支持，lon總線(xiàn)可以允許使用非常廣泛的通信介質(zhì)，如雙絞線(xiàn)、電力線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)電、紅外線(xiàn)、

28、同軸電纜、光纖甚至是用戶(hù)自定義的通信介質(zhì)。 lontalk支持在通信介質(zhì)上的硬件碰撞檢測(cè)。lontalk可以自動(dòng)地將正在發(fā)生碰撞的報(bào)文取消，并重新再發(fā)。如果沒(méi)有碰撞檢測(cè)，當(dāng)碰撞發(fā)生時(shí)，只有到響應(yīng)或應(yīng)答時(shí)才會(huì)重發(fā)報(bào)文。 lontalk mac子層協(xié)議使用改進(jìn)的csma介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制協(xié)議，該協(xié)議稱(chēng)為帶預(yù)測(cè)的p-堅(jiān)持csma（predictive p-presistent csma）。它在保留csma協(xié)議優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，注意克服它在控制網(wǎng)絡(luò)中的不足。帶預(yù)測(cè)的p-堅(jiān)持csma，所有的節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)積壓參數(shù)等待隨機(jī)時(shí)間來(lái)訪(fǎng)問(wèn)介質(zhì)，這就有效地避免了網(wǎng)絡(luò)的頻繁碰撞。 5.5.4 lontalk協(xié)議的鏈路層及網(wǎng)絡(luò)層

29、1lontalk協(xié)議的鏈路層 lontalk協(xié)議鏈路層提供在子網(wǎng)內(nèi)，鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)單元（lpdu）幀順序的無(wú)響應(yīng)傳輸。它提供錯(cuò)誤檢測(cè)能力，但不提供恢復(fù)錯(cuò)誤的能力。當(dāng)一幀數(shù)據(jù)crc校驗(yàn)錯(cuò)，該幀被丟掉。 在直接互聯(lián)模式下物理層和鏈路層接口的編碼方案是曼徹斯特編碼。 2lontalk協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層 lontalk協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)層給用戶(hù)提供一個(gè)簡(jiǎn)單的通信接口，定義了如何接收、發(fā)送、響應(yīng)等。在網(wǎng)絡(luò)管理上有網(wǎng)絡(luò)地址分配、出錯(cuò)管理、網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證和流量控制，而路由器的機(jī)制也是在這一層實(shí)現(xiàn)。 lontalk協(xié)議定義了一種分層編址方法，這種方式使用了域（domain）地址、子網(wǎng)（subnet）地址、節(jié)點(diǎn)地址。 5.5.5

30、lontalk高層協(xié)議 1lontalk協(xié)議的傳輸層和會(huì)話(huà)層 lontalk協(xié)議的核心部分是傳輸層和會(huì)話(huà)層。傳輸層管理著報(bào)文執(zhí)行的順序和報(bào)文的二次檢測(cè)。傳輸層是無(wú)連接的，它提供一對(duì)一節(jié)點(diǎn)、一對(duì)多節(jié)點(diǎn)的可靠傳輸。信息認(rèn)證也是在這一層實(shí)現(xiàn)的。 會(huì)話(huà)層主要提供了請(qǐng)求/響應(yīng)的機(jī)制。它通過(guò)節(jié)點(diǎn)的連接，來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)（remote servers）。 2lontalk協(xié)議的表示層和應(yīng)用層 lontalk協(xié)議的表示層和應(yīng)用層提供以下5類(lèi)服務(wù)。 （1）網(wǎng)絡(luò)變量服務(wù)：在lontalk協(xié)議表示層的數(shù)據(jù)項(xiàng)被稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)變量（nv）。網(wǎng)絡(luò)變量可以是單個(gè)的數(shù)據(jù)項(xiàng)（neuron c變量），也可以是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或數(shù)組，其最大長(zhǎng)

31、度可達(dá)31個(gè)字節(jié)。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)變量都有一個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型，它在應(yīng)用程序中定義。 （2）顯式報(bào)文的服務(wù)：將報(bào)文的目地地址、報(bào)文服務(wù)方式、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)組成apdu（應(yīng)用層數(shù)據(jù)單元）下傳并發(fā)送，將發(fā)送結(jié)果上傳并激活相應(yīng)的發(fā)送結(jié)果處理進(jìn)程。當(dāng)收到信息，能根據(jù)上傳的apdu是否顯式報(bào)文，并根據(jù)報(bào)文代碼激活相應(yīng)的處理進(jìn)程。 （3）網(wǎng)絡(luò)管理的服務(wù)：lontalk網(wǎng)絡(luò)管理提供地址分配服務(wù)。分配所有的節(jié)點(diǎn)地址單元，包括域號(hào)、子網(wǎng)號(hào)、節(jié)點(diǎn)號(hào)以及所屬的組名和組員號(hào)。 （4）網(wǎng)絡(luò)跟蹤服務(wù)：網(wǎng)絡(luò)跟蹤服務(wù)提供對(duì)節(jié)點(diǎn)的查詢(xún)和測(cè)試。 （5）通信服務(wù)：lontalk協(xié)議支持網(wǎng)絡(luò)的消息服務(wù)、沖突檢測(cè)和避免。消息服務(wù)提供了四種類(lèi)型的報(bào)文服

32、務(wù)，包括確認(rèn)服務(wù)、請(qǐng)求/響應(yīng)、重發(fā)服務(wù)和非確認(rèn)服務(wù)。除此之外，還有沖突避免和沖突檢測(cè)服務(wù)。 5.5.6 lonmark對(duì)象 lonworks技術(shù)為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)者、系統(tǒng)集成商和最終用戶(hù)提供了用于研制、構(gòu)造、安裝和維護(hù)控制網(wǎng)絡(luò)所需要的所有東西。 1994年由echelon和致力于建造互操作產(chǎn)品的lonworks用戶(hù)集團(tuán)成立了lonmark互操作協(xié)會(huì)。 lonmark協(xié)會(huì)致力于發(fā)展互操作性標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)證符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品的發(fā)揚(yáng)可互操作性系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。 lonmark對(duì)象是應(yīng)用層互操作性的基礎(chǔ)。lonmark對(duì)象描述了節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)上與其它節(jié)點(diǎn)如何共享信息，如何以標(biāo)準(zhǔn)格式輸入和輸出節(jié)點(diǎn)信息。 5.7 lonworks開(kāi)

33、發(fā)工具 lonworks技術(shù)包含了一系列的開(kāi)發(fā)工具：節(jié)點(diǎn)開(kāi)發(fā)工具nodebuilder、節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)安裝工具lonbuilder、網(wǎng)絡(luò)管理工具lonmanager以客戶(hù)/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架lns技術(shù)。 can總線(xiàn) 第4章 can 20世紀(jì)80年代初，德國(guó)的bosch公司就提出了用can（controller area network）控制器局域網(wǎng)絡(luò)來(lái)解決汽車(chē)內(nèi)部的復(fù)雜硬信號(hào)接線(xiàn)。目前，其應(yīng)用范圍已不再局限于汽車(chē)工業(yè)，而向過(guò)程控制、紡織機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。can總線(xiàn)以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)，低成本、高可靠性、實(shí)時(shí)性、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。can具有如下特點(diǎn)

34、： can為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活，且無(wú)需站地址等節(jié)點(diǎn)信息。 can網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級(jí)，可滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求，高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)最多可在134s內(nèi)得到傳輸。 can采用非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)。 can只需通過(guò)報(bào)文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無(wú)需專(zhuān)門(mén)的“調(diào)度”。 can的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可達(dá)1mbps（此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為40m）。 can上的節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)110個(gè)。 采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，具有極好的檢錯(cuò)效果。 ca

35、n的每幀信息都有crc校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，保證了數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。 can的通信介質(zhì)可為雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖，選擇靈活。 can節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線(xiàn)上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。 4.1 can的技術(shù)規(guī)范 控制器局域網(wǎng)（can）為串行通信協(xié)議，能有效地支持具有很高安全等級(jí)的分布實(shí)時(shí)控制。can的應(yīng)用范圍很廣，從高速的網(wǎng)絡(luò)到低價(jià)位的多路接線(xiàn)都可以使用can。在汽車(chē)電子行業(yè)里，使用can連接發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、傳感器、防剎車(chē)系統(tǒng)等等，其傳輸速度可達(dá)1mbps。同時(shí)，可以將can安裝在卡車(chē)本體的電子控制系統(tǒng)里，諸如車(chē)燈組、電氣車(chē)窗等等，用以代替接線(xiàn)配線(xiàn)裝置。 4.1.1 ca

36、n的基本概念 1報(bào)文 總線(xiàn)上的信息以不同格式的報(bào)文發(fā)送，但長(zhǎng)度有限制。當(dāng)總線(xiàn)開(kāi)放時(shí)，任何連接的單元均可開(kāi)始發(fā)送一個(gè)新報(bào)文。 2位速率 can的數(shù)據(jù)傳輸率在不同的系統(tǒng)中是不同的，而在一個(gè)給定的系統(tǒng)中，此速度是惟一的，并且是固定的。 3優(yōu)先權(quán) 在總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)期間，標(biāo)識(shí)符定義了一個(gè)報(bào)文靜態(tài)的優(yōu)先權(quán)。 4仲裁 當(dāng)總線(xiàn)開(kāi)放時(shí)，任何單元均可開(kāi)始發(fā)送報(bào)文，若同時(shí)有兩個(gè)或更多的單元開(kāi)始發(fā)送，總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)沖突運(yùn)用逐位仲裁規(guī)則，借助標(biāo)識(shí)符id解決。 5故障界定 can節(jié)點(diǎn)有能力識(shí)別永久性故障和短暫擾動(dòng)，可自動(dòng)關(guān)閉故障節(jié)點(diǎn)。 4.1.2 can的分層結(jié)構(gòu) can遵從osi模型，按照osi標(biāo)準(zhǔn)模型，can結(jié)構(gòu)劃分為兩層：數(shù)據(jù)

37、鏈路層和物理層。而數(shù)據(jù)鏈路層又包括邏輯鏈路控制子層llc和媒體訪(fǎng)問(wèn)控制子層mac，而在can技術(shù)規(guī)范2.0a的版本中，數(shù)據(jù)鏈路層的llc和mac子層的服務(wù)和功能被描述為“目標(biāo)層”和“傳送層”。can的分層結(jié)構(gòu)和功能如圖4-1所示。圖4-1 can的分層結(jié)構(gòu)和功能監(jiān)控器故障界定總線(xiàn)故障管理數(shù)據(jù)鏈路層邏輯鏈路子層llc接收濾波超載通知恢復(fù)管理媒體訪(fǎng)問(wèn)控制子層mac數(shù)據(jù)封裝/拆裝幀編碼（填充/解除填充）媒體訪(fǎng)問(wèn)管理錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)出錯(cuò)標(biāo)定應(yīng)答串行化/解除串行化物理層位編碼/解碼位定時(shí)同步（驅(qū)動(dòng)器/接收器特性） llc子層的主要功能是：為數(shù)據(jù)傳送和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求提供服務(wù)，確認(rèn)由llc子層接收的報(bào)文實(shí)際已被接收，

38、并為恢復(fù)管理和通知超載提供信息。 mac子層的功能主要是傳送規(guī)則，亦即控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯(cuò)誤檢測(cè)、出錯(cuò)標(biāo)定和故障界定。 4.1.3 報(bào)文傳送和幀結(jié)構(gòu) 構(gòu)成一幀的幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數(shù)據(jù)場(chǎng)和crc序列均借助位填充規(guī)則進(jìn)行編碼。當(dāng)發(fā)送器在發(fā)送的位流中檢測(cè)到5位連續(xù)的相同數(shù)值時(shí)，將自動(dòng)地在實(shí)際發(fā)送的位流中插入一個(gè)補(bǔ)碼位，稱(chēng)為位填充。位填充方法如圖4-2所示。圖4-2 位填充 報(bào)文傳送由4種不同類(lèi)型的幀表示和控制：數(shù)據(jù)幀：攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器只于接受器遠(yuǎn)程幀：通過(guò)總線(xiàn)單元發(fā)送，以請(qǐng)求發(fā)送具有相同標(biāo)志符的數(shù)據(jù)幀出錯(cuò)幀：由檢測(cè)出總線(xiàn)錯(cuò)誤的任何單元發(fā)送超載幀：用于提供當(dāng)前的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀的附加延遲未填充

39、位流 100000 xyz 011111xyz填充位流 1000001xyz 0111110 xyz其中：xyz0,14.1.5 can總線(xiàn)的位數(shù)值表示與通信距離can總線(xiàn)上任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的最大傳輸距離與其位 速 率 有 關(guān) ， 表 4 - 2 列 舉 了 相 關(guān) 的 數(shù) 據(jù) 。表 4 - 2 c a n 總 線(xiàn) 系 統(tǒng) 任 意 兩 節(jié) 點(diǎn) 之 間 的 最 大 距 離位速率kbps 1000 500 250125 100 50 20 10 5 最大距離m 40 130 270 530 6201300 3300 6700 10000 這里的最大通信距離是指在同一條總線(xiàn)上兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離。 4

40、.2 can通信控制器sja1000 sja1000是一種獨(dú)立控制器，用于汽車(chē)和一般工業(yè)環(huán)境中的局域網(wǎng)絡(luò)控制。 philipshart協(xié)議一、什么是hart ? hart 現(xiàn)場(chǎng)通訊協(xié)議擴(kuò)展了4-20ma 標(biāo)準(zhǔn)，在智能測(cè)量和控制儀表的基礎(chǔ)上提高了通訊能力。作為過(guò)程控制演變的重要一步，hart 協(xié)議促進(jìn)了過(guò)程儀表功能的大幅度革命。該技術(shù)增強(qiáng)的通訊特性反應(yīng)在其協(xié)議名稱(chēng)上，hart “highway addressable remote transducer”（高速遠(yuǎn)程可尋址轉(zhuǎn)換器）。 hart現(xiàn)場(chǎng)通訊協(xié)議是工業(yè)界廣泛認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn),該技術(shù)的普及使用非常迅速，目前，事實(shí)上所有主要設(shè)備供應(yīng)商都hart 提供

41、協(xié)議產(chǎn)品。 hart 協(xié)議是唯一向后兼容的智能儀表解協(xié)議是唯一向后兼容的智能儀表解決方案，在一條電纜上可以同時(shí)傳遞決方案，在一條電纜上可以同時(shí)傳遞4-20ma 模擬信號(hào)和數(shù)字模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。信號(hào)。hart 在提供現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的好處時(shí)，保留對(duì)現(xiàn)有在提供現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的好處時(shí)，保留對(duì)現(xiàn)有4-20ma系統(tǒng)的兼容性。系統(tǒng)的兼容性。 hart 協(xié)議智能儀表在不干擾協(xié)議智能儀表在不干擾4-20ma模擬信號(hào)模擬信號(hào)的同時(shí)允許雙向數(shù)字通訊。主要變量和控制信號(hào)信息由的同時(shí)允許雙向數(shù)字通訊。主要變量和控制信號(hào)信息由4-20ma傳送傳送(如果需要如果需要)，而另外的測(cè)量、過(guò)程參數(shù)、設(shè)備組態(tài)、，而另外的測(cè)量、過(guò)程參數(shù)、設(shè)備

42、組態(tài)、校準(zhǔn)及診斷信息在同一線(xiàn)對(duì)、同一時(shí)刻通過(guò)校準(zhǔn)及診斷信息在同一線(xiàn)對(duì)、同一時(shí)刻通過(guò)hart 協(xié)議訪(fǎng)問(wèn)。協(xié)議訪(fǎng)問(wèn)。與其他過(guò)程儀表與其他過(guò)程儀表“開(kāi)放開(kāi)放”的數(shù)字通訊技術(shù)不同的是，的數(shù)字通訊技術(shù)不同的是，hart兼兼容現(xiàn)有系統(tǒng)。容現(xiàn)有系統(tǒng)。二、hart技術(shù)是怎樣的？ 許多年以來(lái)，過(guò)程自動(dòng)化設(shè)備使用的現(xiàn)場(chǎng)通訊標(biāo)準(zhǔn)是毫安許多年以來(lái)，過(guò)程自動(dòng)化設(shè)備使用的現(xiàn)場(chǎng)通訊標(biāo)準(zhǔn)是毫安模擬電流信號(hào)。在大多數(shù)應(yīng)用中，正比于所代表的過(guò)程參數(shù)，模擬電流信號(hào)。在大多數(shù)應(yīng)用中，正比于所代表的過(guò)程參數(shù)，毫安信號(hào)在毫安信號(hào)在4-20ma 之間變動(dòng)。事實(shí)上，所有已安裝的工廠(chǎng)儀之間變動(dòng)。事實(shí)上，所有已安裝的工廠(chǎng)儀表系統(tǒng)都使用這一國(guó)際標(biāo)

43、準(zhǔn)同過(guò)程變量信息通訊。表系統(tǒng)都使用這一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)同過(guò)程變量信息通訊。 hart 協(xié)議使用協(xié)議使用bell202 頻移鍵控頻移鍵控(fsk) 標(biāo)準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)，在4-20ma基礎(chǔ)上疊加低電平的數(shù)字信號(hào)。數(shù)字基礎(chǔ)上疊加低電平的數(shù)字信號(hào)。數(shù)字fsk 信號(hào)相位連續(xù)，不會(huì)信號(hào)相位連續(xù)，不會(huì)影響影響4-20ma信號(hào)。邏輯信號(hào)。邏輯“1” 由由1 1200 hz頻率代表，邏輯頻率代表，邏輯“0” 由由2200 hz 代表，見(jiàn)圖代表，見(jiàn)圖1 1 和和2。 hart fsk 信號(hào)方式允許雙向數(shù)信號(hào)方式允許雙向數(shù)字通訊，使得除普通過(guò)程變量以外的更多信息讀取自或發(fā)送到字通訊，使得除普通過(guò)程變量以外的更多信息讀取自或發(fā)送到

44、智能現(xiàn)場(chǎng)儀表。智能現(xiàn)場(chǎng)儀表。hart 協(xié)議協(xié)議1 1200 bits/s 通訊速率在不打斷通訊速率在不打斷4-20ma信號(hào)的同時(shí)，允許主站對(duì)來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)每秒信號(hào)的同時(shí)，允許主站對(duì)來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)每秒更新兩次或更多。更新兩次或更多。 lonworks智能控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括五個(gè)部分： 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（lontalk）、網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和管理軟件。 lon節(jié)點(diǎn)有兩種類(lèi)型: 通信媒介包括雙絞線(xiàn)、電力線(xiàn)、紅外線(xiàn)、光纖和同軸電纜等。 lontalk協(xié)議是lonworks系統(tǒng)的核心之一。 lontalk協(xié)議能提供端到端報(bào)文確認(rèn)，報(bào)文認(rèn)證、打包業(yè)務(wù)和優(yōu)先傳送服務(wù)，提供網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)的支持

45、，并允許遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)管理工具與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行交互。 lontalk協(xié)議符合iso/osi參考模型的七層體系結(jié)構(gòu) lontalk協(xié)議采用分級(jí)編址方式，即域、子網(wǎng)和節(jié)點(diǎn)地址。 每個(gè)子網(wǎng)最多可以有127個(gè)節(jié)點(diǎn)。一個(gè)域中最多可以有32385個(gè)節(jié)點(diǎn) 數(shù)據(jù)顯示:網(wǎng)絡(luò)變量顯式報(bào)文osi層用途提供的服務(wù)cpu7應(yīng)用層應(yīng)用兼容性lonmark對(duì)象、配置屬性、 標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)變量類(lèi)型（snvt）、文件傳輸應(yīng)用cpu6表示層數(shù)據(jù)解釋網(wǎng)絡(luò)變量、應(yīng)用報(bào)文、外來(lái)幀的傳輸、網(wǎng)絡(luò)接口 網(wǎng)絡(luò)cpu5 會(huì)話(huà)層 遠(yuǎn)程操作 請(qǐng)求/響應(yīng)、證實(shí)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 網(wǎng)絡(luò)cpu 4 傳輸層 端到端（end-to-end）通信可靠性 確認(rèn)和非確認(rèn)報(bào)文、通用排序、

46、雙重檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)cpu 3 網(wǎng)絡(luò)層 目標(biāo)尋址 單點(diǎn)和多點(diǎn)尋址、路由選擇信息 網(wǎng)絡(luò)cpu 2 鏈路層介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)和成幀成幀、數(shù)據(jù)編碼、crc（循環(huán)冗余校驗(yàn)）錯(cuò)誤檢測(cè)、可預(yù)測(cè)的csma（載波監(jiān)聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)）、沖突避免、優(yōu)先級(jí)、沖突檢測(cè)介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制cpu1 物理層 電氣互連 特定介質(zhì)的接口和調(diào)制方案 介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制cpu 回顧 20世紀(jì)80年代初，德國(guó)bosch controller area network 最初:解決汽車(chē)內(nèi)部的復(fù)雜硬信號(hào)接線(xiàn) 目前:過(guò)程控制、機(jī)械、機(jī)器人. 特點(diǎn)：多主方式工作;節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級(jí);直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可達(dá)1mbps（此時(shí)通信距

47、離最長(zhǎng)為40m）;點(diǎn)數(shù)可達(dá)110個(gè);通信介質(zhì); can結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)鏈路層(llcmac)和物理層。 sja1000回顧 hart :“highway addressable remote transducer”（高速遠(yuǎn)程可尋址轉(zhuǎn)換器）。 hart 協(xié)議是唯一向后兼容的智能儀表解決方案，在一條電協(xié)議是唯一向后兼容的智能儀表解決方案，在一條電纜上可以同時(shí)傳遞纜上可以同時(shí)傳遞4-20ma 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。hart 在在提供現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的好處時(shí)，保留對(duì)現(xiàn)有提供現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的好處時(shí)，保留對(duì)現(xiàn)有4-20ma系統(tǒng)的兼容性。系統(tǒng)的兼容性。hart 協(xié)議智能儀表在不干擾協(xié)議智能儀表在不干擾4-20

48、ma模擬信號(hào)的同時(shí)允許雙模擬信號(hào)的同時(shí)允許雙向數(shù)字通訊。主要變量和控制信號(hào)信息由向數(shù)字通訊。主要變量和控制信號(hào)信息由4-20ma傳送傳送(如果需如果需要要)，而另外的測(cè)量、過(guò)程參數(shù)、設(shè)備組態(tài)、校準(zhǔn)及診斷信息，而另外的測(cè)量、過(guò)程參數(shù)、設(shè)備組態(tài)、校準(zhǔn)及診斷信息在同一線(xiàn)對(duì)、同一時(shí)刻通過(guò)在同一線(xiàn)對(duì)、同一時(shí)刻通過(guò)hart 協(xié)議訪(fǎng)問(wèn)。協(xié)議訪(fǎng)問(wèn)。 hart 協(xié)議使用協(xié)議使用bell202 頻移鍵控頻移鍵控(fsk) 標(biāo)準(zhǔn)，在標(biāo)準(zhǔn)，在4-20ma基基礎(chǔ)上疊加低電平的數(shù)字信號(hào)。數(shù)字礎(chǔ)上疊加低電平的數(shù)字信號(hào)。數(shù)字fsk 信號(hào)相位連續(xù)，不會(huì)信號(hào)相位連續(xù)，不會(huì)影響影響4-20ma信號(hào)。邏輯信號(hào)。邏輯“1” 由由120

49、0 hz頻率代表，邏輯頻率代表，邏輯“0” 由由2200 hz 代表代表.三、hart 是怎樣工作的？ hart 基于主基于主/從（從（master/slave）協(xié)議原理，這意味著）協(xié)議原理，這意味著只有在主站呼叫時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（從站）才傳送信息。在一個(gè)只有在主站呼叫時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（從站）才傳送信息。在一個(gè)hart網(wǎng)絡(luò)中，兩個(gè)主站網(wǎng)絡(luò)中，兩個(gè)主站(主和副）可以與一個(gè)從設(shè)備通訊。主和副）可以與一個(gè)從設(shè)備通訊。副主站，如手持終端，幾乎可以連接在網(wǎng)絡(luò)任何地方，不影副主站，如手持終端，幾乎可以連接在網(wǎng)絡(luò)任何地方，不影響主站通訊的情況下與任何一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通訊。典型的主站響主站通訊的情況下與任何一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通

50、訊。典型的主站可以是可以是dcs、 plc，基于計(jì)算機(jī)的控制或監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。典型的基于計(jì)算機(jī)的控制或監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。典型的兩個(gè)主站的安裝見(jiàn)圖兩個(gè)主站的安裝見(jiàn)圖3。 hart 協(xié)議可以使用不同的模式進(jìn)行智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與中協(xié)議可以使用不同的模式進(jìn)行智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與中央控制或監(jiān)測(cè)設(shè)備的信息往返通訊。最常用的模式是在傳送央控制或監(jiān)測(cè)設(shè)備的信息往返通訊。最常用的模式是在傳送4-20ma模擬信號(hào)同時(shí)進(jìn)行主模擬信號(hào)同時(shí)進(jìn)行主/從式數(shù)字通訊，見(jiàn)圖從式數(shù)字通訊，見(jiàn)圖4。這種模。這種模式，允許來(lái)自從設(shè)備的數(shù)字信息在主設(shè)備上每秒更新兩次。式，允許來(lái)自從設(shè)備的數(shù)字信息在主設(shè)備上每秒更新兩次。4-20ma 模擬信號(hào)是連續(xù)的，仍然可以

51、載送控制的主要變量。模擬信號(hào)是連續(xù)的，仍然可以載送控制的主要變量。 “burst” 是可選的通訊模式，是可選的通訊模式，(圖圖5)允許單一的從站連續(xù)的廣播允許單一的從站連續(xù)的廣播一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的hart 響應(yīng)信息。這種模式將主站從為得到更新的過(guò)程變量信息響應(yīng)信息。這種模式將主站從為得到更新的過(guò)程變量信息而不斷對(duì)從站發(fā)送命令請(qǐng)求的重復(fù)中解放出來(lái)。而不斷對(duì)從站發(fā)送命令請(qǐng)求的重復(fù)中解放出來(lái)。 同樣的同樣的hart 響應(yīng)信息響應(yīng)信息(pv或其他或其他) 連續(xù)的由從站廣播，直到主站指示其連續(xù)的由從站廣播，直到主站指示其他命令。采用他命令。采用“burst” 通訊方式，依選擇的命令不同，數(shù)據(jù)更新為每秒

52、通訊方式，依選擇的命令不同，數(shù)據(jù)更新為每秒3-4 次。次。burst 模式只能使用在單個(gè)從設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)中。模式只能使用在單個(gè)從設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)中。 連續(xù)傳輸挑選的標(biāo)準(zhǔn)回答信息，如連續(xù)傳輸挑選的標(biāo)準(zhǔn)回答信息，如pv信息之間的縫隙里，允許信息之間的縫隙里，允許“master” 改變命令或模式。改變命令或模式。圖5- 一些設(shè)備支持hart burst 通訊模式(可選) hart 協(xié)議也支持在一個(gè)配置為多掛接的網(wǎng)絡(luò)中在一條線(xiàn)協(xié)議也支持在一個(gè)配置為多掛接的網(wǎng)絡(luò)中在一條線(xiàn)對(duì)上連接多個(gè)設(shè)備，如圖對(duì)上連接多個(gè)設(shè)備，如圖6。在多掛接應(yīng)用中，通訊限定于數(shù)字。在多掛接應(yīng)用中，通訊限定于數(shù)字主主/從方式。流經(jīng)每一個(gè)從設(shè)備的電

53、流固定在一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)該設(shè)備從方式。流經(jīng)每一個(gè)從設(shè)備的電流固定在一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)該設(shè)備的最小值的最小值(通常為通常為4ma)，而與過(guò)程毫無(wú)關(guān)系。，而與過(guò)程毫無(wú)關(guān)系。 觀(guān)察安裝可知，與連接傳統(tǒng)觀(guān)察安裝可知，與連接傳統(tǒng)4-20ma 模擬儀表一樣的電纜用模擬儀表一樣的電纜用來(lái)載送來(lái)載送hart 通訊信號(hào)。所允許的電纜長(zhǎng)度依電纜類(lèi)型和連接的通訊信號(hào)。所允許的電纜長(zhǎng)度依電纜類(lèi)型和連接的設(shè)備數(shù)目而不同，通常單芯帶屏蔽雙絞電纜長(zhǎng)度可達(dá)設(shè)備數(shù)目而不同，通常單芯帶屏蔽雙絞電纜長(zhǎng)度可達(dá)3,000 米，米，多芯帶屏蔽雙絞電纜可達(dá)多芯帶屏蔽雙絞電纜可達(dá)1 1,500 米。更短的距離可使用非屏蔽電米。更短的距離可使用非屏蔽電

54、纜?？赏ㄟ^(guò)纜?？赏ㄟ^(guò)hart 信號(hào)的本質(zhì)安全柵信號(hào)的本質(zhì)安全柵/隔離器可以應(yīng)用在危險(xiǎn)場(chǎng)隔離器可以應(yīng)用在危險(xiǎn)場(chǎng)合合。四、hart 有哪些技術(shù)特點(diǎn)？數(shù)字能力 訪(fǎng)問(wèn)所有設(shè)備參數(shù)和診斷 支持多變量設(shè)備 在線(xiàn)設(shè)備狀態(tài)兼容模擬信號(hào) 數(shù)字和模擬通訊同時(shí)進(jìn)行 兼容現(xiàn)有420ma設(shè)備及電纜互可操作性 事實(shí)上完全開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn) 通用命令和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 增加設(shè)備描述語(yǔ)言已存在產(chǎn)品 經(jīng)超過(guò)1,400,000例安裝檢驗(yàn)的技術(shù) 大量并仍在增長(zhǎng)的可選產(chǎn)品種類(lèi) 在工業(yè)界，比其他智能設(shè)備更多使 工業(yè)以態(tài)網(wǎng)技術(shù) 8.10 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)8.10.1 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 由于ethernet技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，使其從辦公自動(dòng)化走向工業(yè)

55、自動(dòng)化。 所謂工業(yè)以太網(wǎng)，一般來(lái)講是指技術(shù)上與商用以太網(wǎng)（即ieee802.3標(biāo)準(zhǔn)）兼容，但在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，在材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強(qiáng)度、適用性以及實(shí)時(shí)性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質(zhì)安全等方面能滿(mǎn)足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要。以太網(wǎng)基礎(chǔ) ethernet :當(dāng)前廣泛使用，采用共享總線(xiàn)型傳輸媒體方式的局域網(wǎng)。 由xerox公司創(chuàng)建 以太網(wǎng)是當(dāng)前應(yīng)用最普遍的局域網(wǎng)技術(shù)。使用的是帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)（csmacd）的訪(fǎng)問(wèn)控制方法，早期的10mbps以太網(wǎng)稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)。以太網(wǎng)可以使用粗同軸電纜、細(xì)同軸電纜、非屏蔽雙絞線(xiàn)、屏蔽雙絞線(xiàn)和光纖等多種傳輸介質(zhì)進(jìn)行連接，. 在osi模型中,以太網(wǎng)本身只定義了物

56、理層和鏈路層,作為一套完整網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議,必須具有高層控制協(xié)議,以太網(wǎng)使用tcp/ip協(xié)議,ip確定信息傳遞路線(xiàn),tcp用來(lái)保證傳輸?shù)目煽啃? 隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與普及推廣，ethernet技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展，ethernet傳輸速率的提高和ethernet交換技術(shù)的發(fā)展，給解決ethernet通信的非確定性問(wèn)題帶來(lái)了希望，并使ethernet全面應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域成為可能。目前工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 1通信確定性與實(shí)時(shí)性 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)不同于普通數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的最大特點(diǎn)在于它必須滿(mǎn)足控制作用對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，即信號(hào)傳輸要足夠的快和滿(mǎn)足信號(hào)的確定性。實(shí)時(shí)控制往往要求對(duì)某些變量的數(shù)據(jù)

57、準(zhǔn)確定時(shí)刷新。 由于ethernet采用csma/cd碰撞檢測(cè)方式，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較大時(shí)，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟淮_定性不能滿(mǎn)足工業(yè)控制的實(shí)時(shí)要求，因此傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)難以滿(mǎn)足控制系統(tǒng)要求準(zhǔn)確定時(shí)通信的實(shí)時(shí)性要求，一直被視為非確定性的網(wǎng)絡(luò)。 然而，快速以太網(wǎng)與交換式以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，給解決以太網(wǎng)的非確定性問(wèn)題帶來(lái)了新的契機(jī)，使這一應(yīng)用成為可能。 首先，ethernet的通信速率從10m、100m增大到如今的1g、10g，在數(shù)據(jù)吞吐量相同的情況下，通信速率的提高意味著網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的減輕和網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)的減小，即網(wǎng)絡(luò)碰撞機(jī)率大大下降。 其次，采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，交換機(jī)將網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個(gè)網(wǎng)段。ethernet交換機(jī)由于具有

58、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)的功能，使各端口之間輸入和輸出的數(shù)據(jù)幀能夠得到緩沖，不再發(fā)生碰撞；同時(shí)交換機(jī)還可對(duì)網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，使每個(gè)網(wǎng)段內(nèi)節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)的傳輸只限在本地網(wǎng)段內(nèi)進(jìn)行，而不需經(jīng)過(guò)主干網(wǎng)，也不占用其它網(wǎng)段的帶寬，從而降低了所有網(wǎng)段和主干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。 再次，全雙工通信又使得端口間兩對(duì)雙絞線(xiàn)（或兩根光纖）上分別同時(shí)接收和發(fā)送報(bào)文幀，也不會(huì)發(fā)生沖突。因此，采用交換式集線(xiàn)器和全雙工通信，可使網(wǎng)絡(luò)上的沖突域不復(fù)存在（全雙工通信），或碰撞機(jī)率大大降低（半雙工），因此使ethernet通信確定性和實(shí)時(shí)性大大提高。 2穩(wěn)定性與可靠性 ethernet進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域的另一個(gè)主要問(wèn)題是，它所用的接插件、集線(xiàn)

59、器、交換機(jī)和電纜等均是為商用領(lǐng)域設(shè)計(jì)的，而未針對(duì)較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境來(lái)設(shè)計(jì)（如冗余直流電源輸入、高溫、低溫、防塵等），故商用網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品不能應(yīng)用在有較高可靠性要求的惡劣工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中。 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，上述問(wèn)題正在迅速得到解決。 為了解決在不間斷的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，在極端條件下網(wǎng)絡(luò)也能穩(wěn)定工作的問(wèn)題。 美國(guó)synergetic微系統(tǒng)公司和德國(guó)hirschmann、jetter ag等公司專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)了導(dǎo)軌式集線(xiàn)器、交換機(jī)產(chǎn)品，安裝在標(biāo)準(zhǔn)din導(dǎo)軌上，并有冗余電源供電，接插件采用牢固的db-9結(jié)構(gòu)。 臺(tái)灣四零四科技（moxa technologies）在2002年6月推出工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品-moxa

60、etherdevice server（工業(yè)以太網(wǎng)設(shè)備服務(wù)器），特別設(shè)計(jì)用于連接工業(yè)應(yīng)用中具有以太網(wǎng)絡(luò)接口的工業(yè)設(shè)備（如plc、hmi、dcs系統(tǒng)等）。 最近剛剛發(fā)布的ieee802.3af標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)ethernet的總線(xiàn)供電規(guī)范也進(jìn)行了定義。 此外，在實(shí)際應(yīng)用中，主干網(wǎng)可采用光纖傳輸，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接則可采用屏蔽雙絞線(xiàn)，對(duì)于重要的網(wǎng)段還可采用冗余網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以此提高網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力和可靠性。 3工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議 由于工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)不單單是一個(gè)完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)，而且還是一個(gè)借助網(wǎng)絡(luò)完成控制功能的自控系統(tǒng)。它除了完成數(shù)據(jù)傳輸之外，往往還需要依靠所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和指令，執(zhí)行某些控制計(jì)算與操作功能