基于網(wǎng)絡的測控技術(shù)

第6章基于網(wǎng)絡的測控技術(shù)

主要內(nèi)容集散網(wǎng)絡測控技術(shù)（DCS）現(xiàn)場總線網(wǎng)絡測控技術(shù)（FCS）以太網(wǎng)絡測控技術(shù)典型應用

重點討論DCS的MAP/TOP通信協(xié)議、現(xiàn)場總線的CAN協(xié)議與FF協(xié)議、以及以太網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議，對上述三種測控系統(tǒng)組建涉及的開發(fā)組態(tài)軟件進行詳細介紹，并給出基于三種網(wǎng)絡測控系統(tǒng)的典型實例。

第6章基于網(wǎng)絡的測控技術(shù)

6.1.1開放系統(tǒng)互聯(lián)（ISO/OSI）標準模型

OSI參考模型劃分原則：網(wǎng)中各結(jié)點都有相同的層次，相同的層次具有同樣的功能；同一結(jié)點內(nèi)相鄰層之間通過接口通信；每一層使用下層提供的服務，并向其上層提供服務；不同結(jié)點的同等層按照協(xié)議實現(xiàn)對等層之間的通信。OSI參考模型的數(shù)據(jù)傳輸

6.1.1開放系統(tǒng)互聯(lián)（ISO/OSI）標準模型

6.1.2MAP/TOP通信協(xié)議

MAP規(guī)約的主要內(nèi)容

MAP規(guī)約是按照OSI七層模型的框架，從ISO及IEEE802，EIA等國際組織已有的文件和標準中選擇合適的內(nèi)容之后，組合成適合于控制領域中網(wǎng)絡互聯(lián)的分層協(xié)議。技術(shù)辦公系統(tǒng)協(xié)議（TOP）

一種為辦公室系統(tǒng)通信定義局域網(wǎng)的一些規(guī)范和協(xié)議的開放式系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）協(xié)議，與生產(chǎn)自動化協(xié)議（MAP）相連。6.1.3通信接口

RS-232C接口RS-422、RS-423接口RS-485接口4.1.4測控組態(tài)軟件

“組態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)的出現(xiàn)的。測控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（SupervisoryControlandDataAcquisition，SCADA）的軟件平臺工具，具有豐富的設置功能，使用方式靈活。6.2現(xiàn)場總線網(wǎng)絡測控技（FCS）

現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FieldbusControlSystem，F(xiàn)CS）借助設備、儀表的計算能力，來實現(xiàn)以往無法設想的各種復雜計算，形成真正意義上的分散在生產(chǎn)現(xiàn)場的完整控制系統(tǒng)，提高了控制系統(tǒng)運行的可靠性。

6.2.1現(xiàn)場總線技術(shù)簡介

幾種有影響的現(xiàn)場總線FF總線LonWorksPROFIBUSCANHARTControlNet

4.2.2CAN總線

CAN總線幀結(jié)構(gòu)

6.2.2CAN總線

CAN總線系統(tǒng)的設計

軟件設計的關(guān)鍵是通信程序的編寫。通信程序主要包括初始化子程序、發(fā)送子程序和接收子程序三個部分。

6.2.3FF總線

FF總線的通信參考模型

4.2.3FF總線

FF總線通信協(xié)議

6.2.3FF總線

FF總線通信控制器基金會現(xiàn)場總線通信圓卡

6.2.3FF總線

主CPU

主CPU負責實現(xiàn)基金會現(xiàn)場總線的高層協(xié)議，即第2，7，8層。FF通信控制器

主要功能是減輕主CPU通信工作的負擔，完成總線信號的發(fā)送和接收，串行數(shù)據(jù)的編碼和解碼，幀檢驗序列的生成和驗證，信息幀的打包和解包等功能。

6.2.3FF總線

媒體連接單元MAU

接收和發(fā)送符合FF規(guī)范的物理信號，包括對通信控制器傳來的信號限制頻帶，向總線上耦合信號波形，接收總線上耦合的信號波形，對接收波形的濾波和預處理等。MAU的功能是執(zhí)行通信控制器的TTL電平信號與現(xiàn)場總線物理介質(zhì)上傳輸?shù)男盘栔g的轉(zhuǎn)換，具體電路根據(jù)所采用的物理介質(zhì)的不同而不同。

6.2.3FF總線

基金會現(xiàn)場總線通信控制器的功能總線信號的接收和發(fā)送

通信控制器需根據(jù)基金會現(xiàn)場總線的物理層標準，正確地實現(xiàn)總線信號的接收和發(fā)送。串行數(shù)據(jù)的編碼和解碼

發(fā)送方必須采用數(shù)據(jù)編碼的方式，將時鐘信息隱藏在數(shù)據(jù)中發(fā)送出去；接收方對接收到的信號解碼，從中還原出時鐘信號，以達到接送雙方同步。

6.2.3FF總線

信息幀的打包和解包通信控制器在接收到來自數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)包后，需加上前導碼、幀前定界碼和幀尾定界碼才能用于傳輸；幀校驗序列的生成和驗證

在數(shù)據(jù)發(fā)送過程中，通信控制器一邊發(fā)送數(shù)據(jù)，一邊對發(fā)送的數(shù)據(jù)進行相應的CRC計算處理，直到本幀的最后一位數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。

6.2.3FF總線

自動地址識別

接收數(shù)據(jù)時，通信控制器能對接收信息中的地址進行識別，驗證本站點是否需要使用這些信息。如果需要使用，則將數(shù)據(jù)接收完，然后交給主CPU；否則放棄本幀數(shù)據(jù)，接著偵聽下一幀數(shù)據(jù)。

6.2.4測控系統(tǒng)組態(tài)

1.控制策略圖形組態(tài)的功能

提供多種控制器件庫、圖形控制和功能軟件，可組態(tài)各種顯示與控制功能，創(chuàng)建畫面和信息并將其與輸入點連接，以圖形形式顯示系統(tǒng)操作狀態(tài)。

6.2.4測控系統(tǒng)組態(tài)

2.控制算法組態(tài)的實現(xiàn)用功能塊法組態(tài)的一個典型的PID控制回路如圖

CEST為常數(shù)設定，AI為模擬量輸入，SUB為減法運算器，PID為控制算法，AO為模擬量輸出。

6.2.4測控系統(tǒng)組態(tài)

2.控制算法組態(tài)的實現(xiàn)

4.2.4測控系統(tǒng)組態(tài)

3.測控組態(tài)系統(tǒng)

測控組態(tài)系統(tǒng)是用于工業(yè)自動化和過程監(jiān)視與控制的應用測控軟件，它為自動化工程提供人機接口或SCADA系統(tǒng)。通過測控組態(tài)軟件的使用，可使操作方便，并能直觀地獲取現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)，達到實時監(jiān)視的目的，從而能夠快速地查找到遠程現(xiàn)場測控設備的故障，提高勞動生產(chǎn)率。

6.3.1TCP/IP協(xié)議

TCP/IP協(xié)議棧除了TCP/IP協(xié)議外，還包括UDP、Telnet、FTP、HTTP、ICMP、ARP等多個協(xié)議，在不同的層次上完成各自的功能。

6.3.1TCP/IP協(xié)議

1.TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡分層

4.3.1TCP/IP協(xié)議

2.IP協(xié)議

IP提供的服務有兩個特征：無連接的服務這是IP最重要的特征。IP協(xié)議采用無連接的數(shù)據(jù)報機制，IP只負責將報文段發(fā)往相應的目的地，而不管它是否真的能正確到達.而可靠性則是由TCP來負責的。點對點的傳送點對點通信的一個最大問題是路由選擇。

6.3.1TCP/IP協(xié)議

IP數(shù)據(jù)報格式

6.3.1TCP/IP協(xié)議

3.傳輸控制協(xié)議TCP

6.3.1TCP/IP協(xié)議

4.用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP頭結(jié)構(gòu)

6.3.1TCP/IP協(xié)議

TCP的主要機制包括

編號與確認適應性重發(fā)用窗口進行流量控制擁塞控制“三次握手”

6.3.2Int