現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)文獻(xiàn)綜述

《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)》論文論文題目:現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)文獻(xiàn)綜述論文類型：文獻(xiàn)綜述姓名:學(xué)號(hào):班級(jí):2016年6月6日摘要現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)是指開放式、國際標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、相互交換操作的雙向傳送、連接智能儀表和控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這是一項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)是信息化帶動(dòng)工業(yè)化和工業(yè)化推動(dòng)信息化的適用技術(shù)是能應(yīng)用于各種計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域的工業(yè)總線因現(xiàn)場(chǎng)總線潛在著巨大的商機(jī)世界范圍內(nèi)的各大公司投入相當(dāng)大的人力、物力、財(cái)力來進(jìn)行開發(fā)研究[1]。當(dāng)今現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)一直是國際上各大公司激烈競(jìng)爭(zhēng)的領(lǐng)域由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的不斷創(chuàng)新過程控制系統(tǒng)由第四代的DCS發(fā)展至今的FCS(FieldbusControlSystem)系統(tǒng)已被稱為第五代過程控制系統(tǒng)[2]。而FCS和DCS的真別在于其現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。現(xiàn)總線技術(shù)以數(shù)字信號(hào)取代模擬信號(hào)在3C(Computer計(jì)算機(jī)、Control控、Commcenication通信)技術(shù)的基礎(chǔ)上大量現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與控制信息就地采集、就地處理、就地使用許多控制功能從控制室移至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。由于國際上各大公司在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)這一領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)仍未形成一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)目前現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)都是遵守OSI參考模型[3]。由于現(xiàn)場(chǎng)總線以計(jì)算機(jī)、微電子、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)為基礎(chǔ)這一技術(shù)正在從根本上改變控制系統(tǒng)的理念和方法將極大地推動(dòng)整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步對(duì)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的影響將是積極和深遠(yuǎn)的。關(guān)鍵字CAN總線、LonWorks總線、FF總線AbstractFieldbus(Fieldbus)referstoopen,internationalstandardization,digitalandmutualexchangeoperationstwo-waytransmission,connectingintelligentinstrumentandcontrolsystemofcommunicationnetwork.Itasplantdigitalcommunicationnetwork,thebasisoftheproductionprocesscommunicationbetweenfieldandthecontrolequipmentwithhighercontrolmanagementlevelandthecontactbetween.Itsnotonlyagrass-rootsnetwork,butalsoakindofopen,newwholedistributioncontrolsystem.Thisisanintelligentsensing,control,computer,digitalcommunicationtechnologyasthemaincontentsofthecomprehensivetechnology,isbecominganinformationbasedsocietyimpetusindustrializationandtheindustrializationpushtheapplicabletechnology,informationcanbeappliedtovariouscomputercontrolareasofindustrialbus,becauseoffieldbuspotentialgreatopportunities,theworldwideeachbigcompaniesinvestconsiderablehuman,materialndfinancialresourcestodevelopresearch[1].Today'sFieldbustechnologyhasbeeninternationalcompaniescompetitivefield,becauseofFieldbustechnologyunceasinginnovation,processControlSystemconsistsofthefourthgenerationsincetheDCSdevelopmentofFieldbusControlSystem(FCS)System,hasbeencalledthefifthgenerationprocessControlSystem[2].ButtherealdifferenceofDCSandFCSinthefieldbustechnology.Nowbustechnologyreplacedwithdigitalsignalanalogsignalsin3C(ComputerControlControl,Computer,Commcenicationcommunication)technology,andonthebasisoffieldtestandControlinformationofinsituSet,insitutreatmentandon-the-spotuse,manycontrolfunctionsfromthecontrolroommovedtositeequipment.Thebigcompanybecauseinternationalinthefieldbustechnologythisfieldofcompetition,stillnotformanunifiedstandards,currentlyfieldbusnetworkinterconnectionabidebytheOSIreferencemodel[3].業(yè)自動(dòng)化、多種控制設(shè)備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門?？刂破骶植烤W(wǎng)將在我國迅速普及推廣。隨著計(jì)算機(jī)硬件、軟件技術(shù)及集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展工業(yè)控制系統(tǒng)已成為計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中最具活力的一個(gè)分支并取得了巨大進(jìn)步。由于對(duì)系統(tǒng)可靠性和靈活性的高要求工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展主要表現(xiàn)為控制面向多元化系統(tǒng)面向分散化即負(fù)載分散、功能分散、危險(xiǎn)分散和地域分散。分散式工業(yè)控制系統(tǒng)就是為適應(yīng)這種需要而發(fā)展起來的。這類系統(tǒng)是以微型機(jī)為核心將5C技術(shù)--COMPUTER計(jì)算機(jī)技術(shù)、CONTROL自動(dòng)控制技術(shù)、COMMUNICATION通信技術(shù)、CRT顯示技術(shù)和CHANG轉(zhuǎn)換技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。它在適應(yīng)范圍、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性以及抗故障能力等方面較之分散型儀表系統(tǒng)和集中型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)越性。典型的分散式控制系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、接口與計(jì)算設(shè)備以及通信設(shè)備組成。現(xiàn)場(chǎng)總線FIELDBUS能同時(shí)滿足過程控制和制造業(yè)自動(dòng)化的需要因而現(xiàn)場(chǎng)總線已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域中最為活躍的一個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)場(chǎng)總線的研究與應(yīng)用已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域的熱點(diǎn)。盡管目前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的研究尚未能提出一個(gè)完善的標(biāo)但現(xiàn)場(chǎng)總線的高性能價(jià)格必將吸引眾多工業(yè)控制系統(tǒng)采用。同時(shí)正由于現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一也使得現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用得以不拘一格地發(fā)揮并將為現(xiàn)場(chǎng)總線的完善提供更加豐富的依據(jù)。控制器局部網(wǎng)CANCONTROLLERAERANETWORK正是在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生的。由于CAN為愈來愈多不同領(lǐng)域采用和推廣導(dǎo)致要求各種應(yīng)用域通信報(bào)文的標(biāo)準(zhǔn)化。1991年9月PHILIPSSEMICONDUCTORS制并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范VERSION2.0。該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩部分。2.0A給出了曾在CAN技術(shù)規(guī)范版本1.2中定義的CAN報(bào)文格式能提供11位地址而2.0B給出了標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的兩種報(bào)文格式提供29位地址。此后1993年11月ISO正式頒布了道路交通運(yùn)載工具--數(shù)字信息交換--高速通信控制器局部網(wǎng)CAN國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898為控制器局部網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化推廣鋪平了道路。CAN總線是德國BOSCH公司從80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議它是一種多主總線通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。通信速率可達(dá)1MBPS。完成對(duì)通信數(shù)據(jù)的成幀處理簡(jiǎn)單介紹總體框圖基于FF現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的無線PC接口卡的基本功能是能夠自主地與符合FF協(xié)議的無線通信設(shè)備進(jìn)行通信。無線PC接口卡的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖一所示。其硬件電路包括CPU與PC主機(jī)CPU的通信接口、CPU與通信控制器的硬件接口、通信控制器數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器的接口、通信控制器與無線收發(fā)單元的接口等4個(gè)部分。其中雙口RAM采用CY7C09449PV-AV芯片CPU選用嵌入式控制中最常用的Intel80188CPU;通信控制器選用SMAR公司的FB3050無線收發(fā)單元由單片無線收發(fā)芯片nRF401及其外圍電路構(gòu)成。接口卡CPU與PC的接口隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,PC總線日新月異。PCISIG(PeripheralComponentInterconnectSpecialInter2estGroup)因其具有32/64位寬度、最高傳輸率在64位時(shí)達(dá)264MB/s、獨(dú)立總線時(shí)鐘、總線操作與CPU的無關(guān)性、極小的存取延誤、強(qiáng)兼容性、自動(dòng)配置、低成本等特點(diǎn),使其在高性能PC領(lǐng)域有替代ISA(工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu))總線的趨勢(shì),考慮到當(dāng)前需求及今后發(fā)展,在宿主總線的選擇上采用PCI總線。硬件接口芯片為CypressSemiconductor公司的PCI總線雙口RAM。CY7C09449PV-AC是一款適于PCI2.2總線規(guī)范的功能完善、價(jià)格低廉的雙端口RAM接口芯片,其中一個(gè)端口是PCI接口,適合與PC機(jī)通信,另一個(gè)端口是本地接口,適合與各類本地CPU通信,其總線通信時(shí)鐘速率可達(dá)50MHz,兩個(gè)端口均可以獨(dú)立讀/寫靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM。其主要特點(diǎn)如下:①完全兼容PCI規(guī)范2.2版本②128k雙向靜態(tài)SRAM;③可作為主/從設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸,支持PCI突發(fā)方式工作及DMA操作④具有I2O(IntelligentInput/Output)功能,當(dāng)I2O單元工作時(shí)包含4組32位FIFO(FirstInFirstOut)、中斷寄存器及部分SRAM其余SRAM用于一般儲(chǔ)目的⑤支持3V、5V電壓工作⑥可通過I2O總線對(duì)芯片進(jìn)行初始化設(shè)置,并把設(shè)置參數(shù)存于非易失性NVRAM中⑦160腳扁平方形塑封。Y7C09449PV-AC可以采用總線仲裁加等待的方式,允許兩邊CPU在指令級(jí)共享SRAM,允許兩邊的CPU相互通過中斷交換信息,還允許通過狀態(tài)信號(hào)相互同步。在此采用狀態(tài)寄存器及中斷的方式進(jìn)行通信握手并快速傳遞數(shù)據(jù)。接口卡CPU與通信控制器FB3050的接口FB3050是SMAR公司推出的第三代基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線通信控制器芯片,該芯片符合ISASP50-2-1992,PART2中所規(guī)定的現(xiàn)場(chǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)。FB3050芯片功能框圖如圖二所示。從圖二中可以看出FB3050通過3總線與CPU相連接,右邊部分FB3050輸出的存儲(chǔ)器總線,CPU和FB3050二者都能夠通過存儲(chǔ)器總線訪問掛接在該總線上的存儲(chǔ)器。下邊部分是FB3050通過介質(zhì)存取單元和現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)相連接,中間部分是FB3050的內(nèi)部功能塊。FB3050的主要功能是實(shí)現(xiàn)總線上的信號(hào)驅(qū)動(dòng)與接收、傳輸數(shù)據(jù)的串并行轉(zhuǎn)換、串行數(shù)據(jù)的編碼與解碼、信息幀的打包和解包、幀校驗(yàn)序列的產(chǎn)生和驗(yàn)證等。由于FB3050的接口設(shè)計(jì)上已經(jīng)充分考慮了和Intel系列CPU接口的問題,因此FB3050和Intel80188的接口是非常簡(jiǎn)單的。Intel80188的地址總線數(shù)據(jù)總線可以直接和FB3050的地址數(shù)據(jù)總線相連接,4條片選線MCS0MCS3中的任一條都可以作FB3050的存儲(chǔ)器片選線。7條I/O片選線PCS0PCS6中的任一條都可以作為FB3050的內(nèi)部存儲(chǔ)器片選線;FB3050內(nèi)部共需要38個(gè)I/O址,Intel80188每條I/O片選線可以提供128個(gè)I/O口地址,因此完全可以滿足要求。FB3050的中斷輸出為低電平有效,而Intel80188CPU的中斷輸入線需要高電平或上升沿信號(hào),因此需要加一反向器。FB3050的READY輸出線可以直接接到Intel80188的AREADY引腳上,使得FB3050的DMA和CPU能夠共享FB3050的局部存儲(chǔ)器總線。Intel80188的時(shí)鐘輸出信號(hào)可以直接作為FB3050的系統(tǒng)時(shí)鐘輸入。FB3050與無線收發(fā)單元的接口nRF401。nRF401是NORDIC公司最新推出的工作于ISM頻段(433MHz)的單片無線收發(fā)一體芯片。它是目前集成度最高的無線數(shù)傳產(chǎn)品,20腳雙列直插封裝。nRF401內(nèi)部包含高頻接收/發(fā)射、PLL合成FSK調(diào)制/解調(diào)和雙頻切換等單元。該芯片有如下特點(diǎn):FSK調(diào)制方式,直接數(shù)據(jù)輸入輸出,抗干擾能力強(qiáng),特別適合工業(yè)場(chǎng)合采用DSS+PLL頻率合成技術(shù),頻率穩(wěn)定性極好;靈敏度高,達(dá)到-105dBm無需曼徹斯特編碼工作速率最高可達(dá)20kb/s最大發(fā)射功率達(dá)+10dBm開闊地的使用距離最遠(yuǎn)可達(dá)1000m工作在ISM頻段433MHz和雙信道頻率433192MHz/433134MHz,使用不需要申請(qǐng)?jiān)S可證。利用nRF401實(shí)現(xiàn)的無線收發(fā)單元與FB3050接口電路原理圖如圖三所示。其中,無線收發(fā)單元的天線設(shè)計(jì)采用環(huán)形差分天線。nRF401的時(shí)鐘輸入要與CPU和B3050同步因此nRF401必須與CPU和FB3050共用一個(gè)時(shí)鐘源。nRF401芯片的數(shù)據(jù)輸出(DOUT)/輸入(DIN)與FB3050的接收輸入(PIPHPDU)、發(fā)送輸出(PO-PHPDU)信號(hào)線相連接接FB3050的數(shù)據(jù)發(fā)送允許信號(hào)引腳PO-TACT,當(dāng)PO-TACT輸出為高電平時(shí)為發(fā)送模式,反之為接收模式CS為頻率選擇引腳,接PCB跳線,由高低電平選擇所使用的頻率PWR-UP為節(jié)電模式選擇信號(hào)引腳,也接PCB跳線,高電平時(shí)為工作模式,低電平時(shí)為待機(jī)模式?？偨Y(jié)在經(jīng)過幾周的不懈努力中終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。通過本設(shè)計(jì)鍛煉了我們的實(shí)踐能力也是對(duì)以后我們實(shí)際工作能力的訓(xùn)練和考察過程。現(xiàn)在是一個(gè)高科技的時(shí)代單片機(jī)的應(yīng)用無處不在這更堅(jiān)定了我要學(xué)好單片機(jī)的決心。本設(shè)計(jì)本身就比較簡(jiǎn)單整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中每一步都是自己親自做過的在經(jīng)過遇到問題思索問題到解決問題的過程中收獲是最多的。以往沒有注意到的問題都在這一次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)這培養(yǎng)了我的細(xì)心耐心和專心。我覺得能夠在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)到很多的東西以往不注意的細(xì)節(jié)這一次中是必須讓自己去注意的。也是我這三年來所學(xué)到知識(shí)的一個(gè)體現(xiàn)。我深深知道每一次的學(xué)習(xí)實(shí)踐環(huán)節(jié)都是那么的來之不易都是通過老師的深思熟慮后才給我們定下目標(biāo)。然后讓我們?cè)谥R(shí)的海洋里翱翔讓我們隨著年齡的增