物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù) 課件 A計(jì)控7新分布式測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

第七章

分散型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換稱為通信。

基本通信方式：并行通信：

數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送，速度快傳輸線多，近距離。串行通信：數(shù)據(jù)逐位順序傳送，速度慢，節(jié)省傳輸線，長距離。第一節(jié)數(shù)據(jù)通信技術(shù)一、數(shù)據(jù)通信方式分為異步和同步傳送兩種形式。傳輸速率：波特率（bit每秒）。2二、通信線路的通信方式ABABBA通信線路三種通信方式1、單工通信方式信息只能單向傳輸。2、半雙工通信方式信息能雙向傳輸，但不能同時(shí)進(jìn)行。3、全雙工通信方式信息可以同時(shí)沿兩個(gè)方向傳輸。3編（譯）碼部分：將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)序列，或反之；信號(hào)變換部分：將編碼器輸出的編碼信號(hào)變換成適合于信道傳輸?shù)男盘?hào)，或反之，將信道傳輸信號(hào)變換成待譯碼信號(hào)，在頻帶傳輸中相當(dāng)于調(diào)制解調(diào)器（MODEM）。通信線路編碼（譯碼）信號(hào)變換信號(hào)變換編碼（譯碼）計(jì)算機(jī)（終端）計(jì)算機(jī)（終端）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)直接將二進(jìn)制信號(hào)以電脈沖信號(hào)形式傳輸，對(duì)信號(hào)不作任何調(diào)制。不適用于遠(yuǎn)距離傳輸。三、數(shù)據(jù)傳輸形式1、基帶傳輸4圖(a)不歸零碼NRZ：碼之間沒有間隔，難以判斷一位的起始和結(jié)束，需同步；圖(b)(c)歸零碼RZ：每一位的中間有一個(gè)跳變，既作同步，也作數(shù)據(jù)，（自同步編碼）下降沿→“1”，上升沿→“0”。

(c)稱為曼徹斯特(Manchester)編碼。

(d)差動(dòng)曼徹撕特編碼是(c)的改變形式，用每位開始有無跳變來表示0或1，有跳變→“0”，無跳變→“1”，無需判斷極性，使用方便。11110000基帶傳輸形式時(shí)鐘(a)V0-V(b)V0-V(c)V0(d)V05遠(yuǎn)距離傳輸→采用調(diào)制方式，用基帶脈沖信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制。

調(diào)制：在發(fā)送端用基帶脈沖對(duì)載波波形的某個(gè)參數(shù)（如振幅，頻率，相位）進(jìn)行控制，使其隨基帶脈沖的變化而變化。

解調(diào)：接收端恢復(fù)為原始的基帶脈沖。00011110原始信號(hào)調(diào)幅(a)調(diào)頻(b)調(diào)相(c)三種調(diào)制信號(hào)f1

f2常用的調(diào)制方法2、頻帶傳輸6用原始脈沖信號(hào)控制載波的振幅變化：“1”接通載波，“

0”斷開載波；00011110原始信號(hào)調(diào)幅(a)調(diào)頻(b)調(diào)相(c)f1

f2①振幅調(diào)制（振幅鍵控ASKAmplitudeShiftKeying）用原始脈沖信號(hào)控制載波的頻率變化：包括相位連續(xù)的調(diào)頻信號(hào)，一個(gè)震蕩器，改變震蕩參數(shù)；和相位不連續(xù)的調(diào)頻信號(hào)，二個(gè)振蕩器，控制f1或f2的輸出。②頻率調(diào)制（頻率鍵控FSKFrequencyShiftKeying）7用原始脈沖信號(hào)控制載波的相位變化。絕對(duì)相移：“1”→sinw0t，“0”→sin(w0t+p)；

相對(duì)相移：“1”→相位移動(dòng)p

，“0”→相位不變。③相位調(diào)制（相位鍵控PSKPhaseShiftKeying）在一條信道上傳輸多路信號(hào)，實(shí)現(xiàn)通信信道共享。1、頻分多路復(fù)用FDM把信道的頻譜分割成若干個(gè)互不重疊的小頻段，每條小頻段可看作一條子信道，在相鄰頻道之間留有一空閑頻段，保證數(shù)據(jù)在各自頻段上可靠傳輸。四、多路復(fù)用技術(shù)8把信道的傳輸時(shí)間分割成許多時(shí)間段。當(dāng)有多路信號(hào)準(zhǔn)備傳輸時(shí)，每路信號(hào)占用一個(gè)指定時(shí)間段，在此時(shí)間段內(nèi)，該路信號(hào)占用整個(gè)信道。接收端與發(fā)送端時(shí)序必須嚴(yán)格同步，否則造成信號(hào)混淆。2、時(shí)分多路復(fù)用TDMdcba4321UTSR計(jì)算機(jī)T1T2T3T4發(fā)送轉(zhuǎn)換器接收轉(zhuǎn)換器通信線路a1Rb2Sc3Td4U

時(shí)分多路復(fù)用子通道0t1t2t3t4t5t時(shí)間（1）（2）（3）（4）終端a1Rb2Sc3Td4U9同步：接收端要按照發(fā)送端所發(fā)送的每個(gè)碼元的起止時(shí)間來接收數(shù)據(jù)。五、同步技術(shù)同步方式：起停同步方式：與其相對(duì)應(yīng)的傳輸方式稱異步通信方式；自同步方式：與其相對(duì)應(yīng)的傳輸方式稱同步通信方式。10以字節(jié)為單位傳送數(shù)據(jù)。用一個(gè)起始位表示字符開始，一至兩個(gè)停止位表示字符結(jié)束，中間為一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，構(gòu)成一幀信息。011100/10/10/10/10/10/10/10/11234567891011第n幀起始位7位數(shù)據(jù)位奇偶位停止位異步通信格式1、異步傳送數(shù)據(jù)從低位到高位逐位傳送。幀與幀之間以“1”填充。11以數(shù)據(jù)塊為單位傳送。同步字符表示數(shù)據(jù)塊開始。收發(fā)雙方必須使用相同的同步字符。發(fā)送端：編碼(每位編碼中包含數(shù)據(jù)狀態(tài)和時(shí)鐘信息)。接收端：解碼得解碼數(shù)據(jù)和接收時(shí)鐘，無需獨(dú)立時(shí)鐘。2、同步傳送第n幀第(n+1)幀同步通信格式同步字符同步字符數(shù)據(jù)塊同步字符CRC校驗(yàn)：循環(huán)冗余碼(CRC)。12速率高，硬件復(fù)雜。編碼數(shù)據(jù)Tc10111000發(fā)送端接收端發(fā)送時(shí)鐘原始數(shù)據(jù)解碼時(shí)鐘解碼數(shù)據(jù)同步通信的編碼、解碼示意圖1011100013異步傳送是面向字符的。通常采用ASCII編碼。六、面向字符和面向位的傳送1、面向字符的傳送標(biāo)志異步傳送中“A”字符的ASCII碼(“A”=41H)標(biāo)志10000010起始奇偶停止14面向位的傳送協(xié)議使用位置上的定位控制字符，而不是組合編碼。目前普遍使用的面向位傳送的協(xié)議主要是：同步數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議(SDLC)

高級(jí)同步數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議(HDLC)，ISO于1972年提出，被推薦為國際標(biāo)準(zhǔn)。

HDLC支持同步通信方式，具有循環(huán)冗余校驗(yàn)。SDLC實(shí)際上是HDLC的一個(gè)子集。2、面向位的傳送15起始標(biāo)志F站地址A控制C信息I校驗(yàn)CRC結(jié)束標(biāo)志F8位8位8位8位8位的倍數(shù)16位幀結(jié)構(gòu)01101SＳＮ（s)ＭＭP/FP/FP/FN(r)ＭＭＭN(r)１２３４５６７８信息幀無編號(hào)幀監(jiān)視幀控制段結(jié)構(gòu)SDLC格式1）SDLC幀的格式16

①標(biāo)志F：起始、結(jié)束標(biāo)志，兼作同步字符。01111110其余各段“零位插入”和“零位刪除”技術(shù)。

0111110110發(fā)送端接收端原始數(shù)據(jù)011111110發(fā)送數(shù)據(jù)0111110110011111110插入0刪除0通信線零位插入和刪除

③控制C：指明本幀的功能和目的，給對(duì)方站發(fā)命令或?qū)γ畹捻憫?yīng)等。如：幀類型，順序號(hào)，是否可發(fā)送和接收等。

⑤校驗(yàn)CRC：是地址段、控制段、信息段的函數(shù)，采用16位循環(huán)冗余校驗(yàn)，其生成多項(xiàng)式：17

①信息幀：用來傳送數(shù)據(jù)，信息段可以任意長；

N(s)：發(fā)送端發(fā)出幀序列編號(hào)；

N(r)：發(fā)送端下次希望接收的幀序列編號(hào);

P/F：傳送完畢標(biāo)志。2）SDLC幀的類型

②監(jiān)視幀：對(duì)傳送信息幀的確認(rèn)和響應(yīng)，無信息段；

SS兩位監(jiān)視位，表示四種命令：接收準(zhǔn)備好（RR）：通知對(duì)方站按N(r)幀序列編號(hào)發(fā)送；接收未準(zhǔn)備好（RNR）：通知對(duì)方站不要發(fā)送；拒絕（REJ）：N(r)幀有錯(cuò),請(qǐng)求重傳該幀及以后所有幀；選擇拒絕（SREJ）：請(qǐng)求重傳N(r)幀。

③無編號(hào)幀：用來傳送命令和響應(yīng)，如初始化一個(gè)站，拆除站，拒絕接收命令，置操作模式等。18數(shù)據(jù)傳輸?shù)木€路通常有：平衡方式、不平衡方式。不平衡方式：單線傳輸信號(hào)，以地線作為信號(hào)的回路，信號(hào)線上所感應(yīng)到的干擾和地線上的干擾將迭加后影響到接收信號(hào)；平衡方式：用雙絞線傳輸信號(hào)，信號(hào)在雙絞線中自成回路不通過地線，接收器用雙端差動(dòng)方式輸入信號(hào)。雙絞線上所感應(yīng)的干擾相互抵消，地線上的干擾又不影響接收端，在抗干擾方面有較良好的性能，適合較遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸。七、平衡與不平衡傳輸技術(shù)19

RS-232C的電氣接口是單端的、雙極性電源供電電路。不足之處：數(shù)據(jù)傳輸速率局限于20kbps；傳輸距離局限于15m；該標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定連接器，因而產(chǎn)生了25插針等設(shè)計(jì)方案，這些方案有時(shí)互不兼容；每個(gè)信號(hào)只有一根導(dǎo)線，兩個(gè)傳輸方向僅有一個(gè)信號(hào)地線；接口使用不平衡的發(fā)送器和接收器，可能在各信號(hào)成份間產(chǎn)生干擾。RS-232C中的單端驅(qū)動(dòng)非差分接收電路20

EIARS-422A標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了差分平衡的電氣接口，能在較長距離內(nèi)明顯提高數(shù)據(jù)速率，能在1200m距離內(nèi)把速率提高到l00k波特，或在較短距離內(nèi)提高到10M波特。RS-422A中的平衡驅(qū)動(dòng)差分接收電路差分平衡結(jié)構(gòu)能從地線的干擾中分離出有效信號(hào)。因此，可不受對(duì)地參考系統(tǒng)之地電位的波動(dòng)和共模電路電磁干擾的影響。圖7.9RS-232C、RS-422A、RS-423A以及RS-485的比較21采用RS-422A：實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)之間遠(yuǎn)程通信時(shí)，需要兩對(duì)平衡差分電路形成全雙工傳輸電路。RS-422A兩點(diǎn)傳輸電路八、RS-422/RS-485接口及應(yīng)用

RS-485：采用平衡差分電路，為半雙工工作方式，因而可以采用一對(duì)平衡差分信號(hào)線來連接。發(fā)送電路由使能信號(hào)加以控制。RS-485兩點(diǎn)傳輸電路22

RS-485多點(diǎn)互連系統(tǒng)

RS-232C/RS-485轉(zhuǎn)換傳輸示意圖RS-232C/422A轉(zhuǎn)換裝置原理圖23RS-232TORS-422/485轉(zhuǎn)換器隔離型RS-232與RS-422/485雙向轉(zhuǎn)換器特點(diǎn)：帶RTS/CTS信號(hào)的RS-232與RS-422轉(zhuǎn)換RS-232與2/4線RS-485轉(zhuǎn)換RS-422/485信號(hào)端和電源端均帶光電隔離保護(hù)DIN-Rail標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝和面板安裝方便RS-422/485接線的螺絲緊固接線端子PWR,LED監(jiān)控Tx

和Rx狀態(tài)浪涌保護(hù),16KVESD工作溫度從–20℃到60℃數(shù)據(jù)流向自動(dòng)控制(ADDC)

隔離保護(hù)

速率自動(dòng)偵測

RTS/CTSRS-422握手信息24工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是為分散型控制系統(tǒng)提供通信介質(zhì)、傳輸控制和通信功能的手段。互連和通信是工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的核心。網(wǎng)絡(luò)中互連的點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)或站，結(jié)點(diǎn)間的物理連接結(jié)構(gòu)稱為拓?fù)?。局部網(wǎng)絡(luò)通常有4種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星形、環(huán)形、總線形和樹形。第二節(jié)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)概述1、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)25NS1S5S2S4S3站主結(jié)點(diǎn)N：主結(jié)點(diǎn)S1－S5：站星形結(jié)構(gòu)任何兩個(gè)站之間的通信都要通過主結(jié)點(diǎn)。主結(jié)點(diǎn)要求：功能強(qiáng)，容量大，速度快。屬于集中形網(wǎng)絡(luò)，適用于各站之間信息流量較大的場合，但可靠性低。1）星形結(jié)構(gòu)星形結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)：

①網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，便于控制和管理，建網(wǎng)容易；

②網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間短，傳輸錯(cuò)誤率較低；

③網(wǎng)絡(luò)可靠性較低，一旦中央結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障將導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓；

④網(wǎng)絡(luò)資源大部分在外圍點(diǎn)上，相互之間必須經(jīng)過中央結(jié)點(diǎn)中轉(zhuǎn)才能傳送信息；

⑤通信電路都是專用線路，利用率不高，故網(wǎng)絡(luò)成本較高。26屬于分散型網(wǎng)絡(luò)。結(jié)點(diǎn)是信息接收和發(fā)送中繼器。信息傳送距離遠(yuǎn)，能保證信號(hào)質(zhì)量。共用通信線路，不適合于信息流量大的場合。N1N5N4N2N3S1S5S2S4S3站結(jié)點(diǎn)S1-S2：站N1-N2：結(jié)點(diǎn)環(huán)形結(jié)構(gòu)環(huán)形結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：

①信息流在網(wǎng)絡(luò)中是沿固定的方向流動(dòng)，故兩結(jié)點(diǎn)之間僅有唯一的通路，簡化了路徑選擇控制；

②環(huán)路中每個(gè)結(jié)點(diǎn)的收發(fā)信息均由環(huán)接口控制，因此控制軟件較簡單；

③環(huán)路中，當(dāng)某結(jié)點(diǎn)故障時(shí)，可采用旁路環(huán)的方法，提高了可靠性；

④環(huán)結(jié)構(gòu)其結(jié)點(diǎn)數(shù)的增加將影響信息的傳輸效率，故擴(kuò)展受到一定的限制。2）環(huán)形結(jié)構(gòu)27S1-S6：站S1S2S3S4S5S6通信總線站總線形結(jié)構(gòu)一條開環(huán)無源的同軸電纜作為公共通信線路，各站通過Ｔ型接插器連到電纜上，屬于分散型網(wǎng)絡(luò)。3）總線形結(jié)構(gòu)總線型網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：

①結(jié)構(gòu)簡單靈活，擴(kuò)展方便；

②可靠性高，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度快；

③共享資源能力強(qiáng)，便于廣播式工作；

④設(shè)備少、價(jià)格低、安裝和使用方便；

⑤由于所有結(jié)點(diǎn)共用一條總線，因此總線上傳送的信息容易發(fā)生沖突和碰撞，故不易用在實(shí)時(shí)性要求高的場合。28結(jié)構(gòu)復(fù)雜，信息傳輸有多條可能途徑→最佳路徑選擇。優(yōu)點(diǎn)：可靠性高，信息流量大。缺點(diǎn)：硬、軟件開銷大，成本高。S1-S7：站N1-N7：結(jié)點(diǎn)樹形結(jié)構(gòu)N1N2N3N4N5N6N7S1S2S3S4S5S7站結(jié)點(diǎn)S6N1N5N4N3N2S1S5S4S3S2站結(jié)點(diǎn)S1-S5：站N1-N5：結(jié)點(diǎn)網(wǎng)形結(jié)構(gòu)4）其他結(jié)構(gòu)29合理解決信道分配問題。常用存取控制技術(shù)：沖突檢測的載波偵聽多路訪問(CSMA/CD)、令牌環(huán)(TokenRing)、令牌總線(TokenBus)。三種方式都得到IEEE802委員會(huì)的認(rèn)可，成為國際標(biāo)準(zhǔn)。2、介質(zhì)訪問控制技術(shù)CarrierSenseMultipleAccessWithCollisionDetection載波偵聽多路存取/碰撞檢測法總線形網(wǎng)絡(luò)，掛在總線上的各站平等，爭用總線—沖突。1）沖突檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）“先聽后講”，“邊講邊聽”——CSMA/CD技術(shù)。競爭發(fā)送，廣播式傳輸，載體監(jiān)聽，沖突檢測，沖突后退和再試發(fā)送。30只實(shí)行“先聽后講”，多聽幾次——CSMA/CA技術(shù)。

CollisionAvoidance碰撞避免法。

CSMA技術(shù)中，需解決信道被占用時(shí)等待時(shí)間的確定和信息沖突兩個(gè)問題。環(huán)形網(wǎng)。令牌：信息段，有忙、空兩個(gè)狀態(tài)，沿環(huán)網(wǎng)傳送，獲得令牌的結(jié)點(diǎn)可發(fā)送信息。信息發(fā)送過程。

優(yōu)點(diǎn)：能提供可調(diào)整的訪問控制方式，能提供優(yōu)先權(quán)服務(wù)，有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。

缺點(diǎn)：需要對(duì)令牌進(jìn)行維護(hù)，且空閑令牌的丟失將會(huì)降低環(huán)路的利用率；控制電路復(fù)雜。

2）令牌環(huán)（TokenRing）31總線形或樹形網(wǎng)絡(luò)。把總線或樹形傳輸介質(zhì)上的各個(gè)結(jié)點(diǎn)形成一個(gè)邏輯環(huán)。邏輯環(huán)中的控制方式類同于令牌環(huán)，不同的是令牌總線中，信息可以雙向傳送、任何結(jié)點(diǎn)都能“聽到”其它結(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息。信息中要指出下一個(gè)要控制的結(jié)點(diǎn)地址。優(yōu)點(diǎn)：

①吞吐能力大，吞吐量隨數(shù)據(jù)傳輸速率的提高而增加；

②控制功能不隨電纜線長度的增加而減弱；

③不需沖突檢測，信號(hào)電壓可以有較大的動(dòng)態(tài)范圍；

④具有一定的實(shí)時(shí)性。缺點(diǎn)：結(jié)點(diǎn)獲得令牌的時(shí)間開銷大。3）令牌總線(TokenPassingBus)P217表7.1三種訪問控制方式比較32通過網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)在兩站之間建立一條專用的物理線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，傳送結(jié)束再“拆除”線路。3、信息交換技術(shù)1）線路交換（CircuitSwitching）復(fù)雜網(wǎng)的信息交換站N1N6N2N5N3N7N4S1S6S5S4S3S2結(jié)點(diǎn)S1-S6：站N1-N7：結(jié)點(diǎn)建立線路（路徑短，等待時(shí)間短），傳送數(shù)據(jù)，拆除數(shù)路。報(bào)文實(shí)時(shí)性好，各結(jié)點(diǎn)延時(shí)小，線路利用率低。例：提高通信設(shè)備和線路的利用率。33把目的站名附加在報(bào)文上，交給結(jié)點(diǎn)傳送。結(jié)點(diǎn)：接收，暫存，轉(zhuǎn)發(fā)，直至目的站。線路利用率高,一個(gè)報(bào)文可發(fā)給多個(gè)站,報(bào)文到達(dá)時(shí)間長。報(bào)文段——報(bào)文分組，信息傳送的基本單位，到目的站后拼裝成報(bào)文。綜合了線路交換和報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)。報(bào)文分組示例目的站T校驗(yàn)正文報(bào)文號(hào)M1源站S總控制信息M1P1PTS正文1分控制信息校驗(yàn)報(bào)文報(bào)文分組P1-Pn：報(bào)文分組號(hào)，PΣ

：報(bào)文分組總組數(shù)。M1PnPTS正文n分控制信息校驗(yàn)2）報(bào)文交換（MessageSwitch)3）分組交換（PacketSwitching)34

如何管理報(bào)文分組流：

①數(shù)據(jù)報(bào)（Datagram)方法；

②虛電路（VirtualCircuit)方法。一個(gè)字符校驗(yàn)一次，一個(gè)字節(jié)的最高位為校驗(yàn)位，狀態(tài)“1”或“0”；

提高傳輸質(zhì)量方法：

①改造信道的電性能，使誤碼率降低；

②差錯(cuò)控制技術(shù)：檢驗(yàn)錯(cuò)誤，糾正錯(cuò)誤。奇校驗(yàn)：保證整個(gè)字節(jié)為“1”的位數(shù)是奇數(shù)。偶校驗(yàn)：保證整個(gè)字節(jié)為“1”的位數(shù)是偶數(shù)。通常用于異步通信方式。4、差錯(cuò)控制技術(shù)1）奇偶校驗(yàn)（ParityCheck)35信息K(x)傳輸信道發(fā)送端接收端

CRC

原理圖移位xrK(x)附加CRCxrK(x)+R(x)CRC校驗(yàn)判定余數(shù)余數(shù)

0=0輸出K(x)CRC形成接收有錯(cuò)接收無錯(cuò)發(fā)送：傳輸信息T(x)由基本信息位K(x)和CRC校驗(yàn)位R(x)兩部分組成，T(x)=xrK(x)+R(x)。R(x)由基本信息位左移r

位后除以多項(xiàng)式G(x)生成。接收：T(x)除以G(x)，余數(shù)為0，傳輸正確。2）循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC(CyclicRedundancyCheck)36

CRC生成和校驗(yàn)：多項(xiàng)式模２運(yùn)算。例：設(shè)要發(fā)送的基本信息位為110，附加4位CRC校驗(yàn)信息位，生成多項(xiàng)式G(x)=x4+x3+x2+1，求T(x)。37

①重發(fā)糾錯(cuò)方式；

②自動(dòng)糾錯(cuò)方式：發(fā)送端發(fā)送的信息中包括能夠糾錯(cuò)的信息碼。

③混合糾錯(cuò)方式：上述兩種方式綜合。SDLC生成多項(xiàng)式：CRC-16生成多項(xiàng)式：3）糾錯(cuò)方式38網(wǎng)絡(luò)中的各站或結(jié)點(diǎn)共享網(wǎng)絡(luò)資源，必須有一套全網(wǎng)“成員”共同遵守的“約定”——網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO公布了開放系統(tǒng)互連OSI協(xié)議層次模型。

ISO：InternationalStandardsOrganizationOSI：OpenSystemInterconnection“開放”—任何兩個(gè)遵守OSI協(xié)議的系統(tǒng)可以進(jìn)行連接。協(xié)議共有七層，每一層完成一塊通信子功能，并且下層為上層提供服務(wù)。二、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其層次結(jié)構(gòu)39

OSI層次模型H2H2H2H2數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)7應(yīng)用6表示5會(huì)話4傳送3網(wǎng)絡(luò)2鏈路1物理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)7應(yīng)用6表示5會(huì)話4傳送3網(wǎng)絡(luò)2鏈路1物理H7H6H5H4H3T2T2T2T2H7H7H7H7H7H7H6H6H6H6H6H5H5H5H5H4H3H4H4H3H7H7H7H7H7H7H7H6H6H6H6H6H6H5H5H5H5H5H4H4H4H4H3H3H3通信線路S1協(xié)議層S240實(shí)際的信息流通過物理層傳輸，2-7層邏輯層，組織數(shù)據(jù)傳送的軟件層。

OSI模型各層的基本含義：1、物理層（PhysicalLayer）提供通信設(shè)備的機(jī)械特性，電氣特性，功能特性和過程特性，并在物理線路上傳輸數(shù)據(jù)流。2、數(shù)據(jù)鏈路層將被傳送數(shù)據(jù)按幀結(jié)構(gòu)格式化，差錯(cuò)控制，介質(zhì)訪問控制，物理層管理。（面向字符，面向位）3、網(wǎng)絡(luò)層通過網(wǎng)絡(luò)傳送報(bào)文分組（數(shù)據(jù)報(bào)，虛電路），負(fù)責(zé)路徑和擁擠控制。414、傳送層為會(huì)話層提供可靠的傳送服務(wù)，進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)的錯(cuò)誤恢復(fù)和流控制。5、會(huì)話層建立和管理進(jìn)程之間的連接。6、表示層為應(yīng)用程序和終端管理程序提供數(shù)據(jù)變換服務(wù)。7、應(yīng)用層為用戶提供各種服務(wù)。

OSI只提出網(wǎng)絡(luò)互連通信的層次結(jié)構(gòu)，供各種標(biāo)準(zhǔn)選擇。微機(jī)系統(tǒng)大多屬于局域網(wǎng)，局域網(wǎng)中只包含物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，其余統(tǒng)稱為高層。42通信網(wǎng)上各設(shè)備之間的物理接口，用以描述傳輸介質(zhì)的機(jī)械，電氣性能和有關(guān)的規(guī)程。

機(jī)械特性：連接器、插頭；

電氣特性：信號(hào)電平、距離、速率；

功能特性：連接器插腳功能；

過程特性：信號(hào)時(shí)序。保證物理鏈路可靠，提供建立和釋放鏈路的方法。把數(shù)據(jù)組成幀，進(jìn)行差錯(cuò)控制和介質(zhì)訪問控制。高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議HDLC（High-LevelDatalinkControl）。物理層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議43局部網(wǎng)的主要特點(diǎn)：

①有一定地理范圍的限制，一般在數(shù)十米至數(shù)十公里范圍內(nèi)；

②有一個(gè)單位經(jīng)營和使用，不必利用公共傳輸媒體；

③有較高的數(shù)據(jù)速率（0.1~100Mb/s）和較低的誤傳率(10-8～10-11)和較快的響應(yīng)時(shí)間（微秒級(jí)）。三、IEEE802標(biāo)準(zhǔn)局部網(wǎng)常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式：總線形：以太網(wǎng)；環(huán)形：劍橋網(wǎng)（CambridgeRing），

令牌傳遞環(huán)（TokenPassingRing）。局部網(wǎng)的主要應(yīng)用：①辦公自動(dòng)化；②工廠和實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化； ③企業(yè)的數(shù)據(jù)處理。447應(yīng)用層6表示層5會(huì)話層4傳送層3網(wǎng)絡(luò)層2數(shù)據(jù)鏈路層1物理層高層邏輯鏈路控制層（LLC）802.2介質(zhì)訪問控制層（MAC）802.3802.4802.5CSMA/CDTOKENBUSTOKENRING物理層OSI模型LAN協(xié)議IEEE802

LAN協(xié)議層次與OSI模型層次的比較物理信號(hào)層(PS)：類似于一般網(wǎng)絡(luò)的物理層協(xié)議。完成數(shù)據(jù)的封裝/拆裝、數(shù)據(jù)的發(fā)送/接收管理等功能，并通過介質(zhì)存取部件(也稱收發(fā)器)收發(fā)數(shù)據(jù)信號(hào)。發(fā)送與接收時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)位流進(jìn)行編碼與解碼。基帶傳輸采用曼徹斯特編碼或差動(dòng)曼徹斯特編碼，傳輸介質(zhì)為150Ω雙絞線，50Ω或75Ω同軸電纜。對(duì)于采用CSMA/CD技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行載體監(jiān)聽和沖突檢測。45介質(zhì)存取控制層(MAC)：支持介質(zhì)存取，并為邏輯鏈路控制層提供服務(wù)。

①CSMA/CD：

IEEE802.3，標(biāo)準(zhǔn)適用于總線形網(wǎng)絡(luò)?？刂撇呗裕焊偁幇l(fā)送，廣播式傳送，載體監(jiān)聽，沖突檢測，沖突后退再試發(fā)送。

②TOKENBUS：IEEE802.4，適用于總線形網(wǎng)絡(luò)。邏輯環(huán)：站的邏輯次序與物理位置無關(guān)。

令牌總線示意圖AP=BS=CCP=AS=DBP=DS=ADP=CS=B通信總線站新站的插入和舊站的刪除技術(shù)：修改相應(yīng)的前導(dǎo)站和后繼站。

③TOKENRING：IEEE802.5，令牌環(huán)控制技術(shù)適用于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。46邏輯鏈路控制層(LLC)：采用IEEE802.2標(biāo)準(zhǔn)，支持?jǐn)?shù)據(jù)鏈路功能、數(shù)據(jù)流控制、命令解釋及產(chǎn)生響應(yīng)等，并規(guī)定局部網(wǎng)絡(luò)邏輯鏈路控制協(xié)議(LNLLC)。向上提供高層接口。發(fā)送：裝配幀：站地址段，控制段，信息段，CRC段;接收：拆卸幀：站地址識(shí)別，CRC校驗(yàn)。47從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和介質(zhì)訪問控制方式的角度，對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)準(zhǔn)則可歸納為吞吐能力、穩(wěn)定性、確定性、可靠性和靈活性五個(gè)方面。總線形和環(huán)形結(jié)構(gòu)成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的主流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，總線和環(huán)形結(jié)構(gòu)最容易實(shí)現(xiàn)令牌控制方式。四、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的性能評(píng)價(jià)和選型1、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的性能評(píng)價(jià)48大型系統(tǒng)常采用分散型控制的模式，系統(tǒng)主要分為三級(jí)：①分散過程控制級(jí)②集中操作監(jiān)控級(jí)2、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的選型1）大型系統(tǒng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)選型③綜合信息管理級(jí)集中操作監(jiān)控級(jí)和分散過程控制級(jí)。2）中小型系統(tǒng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)選型49控制系統(tǒng)：控制性能優(yōu)越、性能價(jià)格比較高、可維護(hù)性好、可靠性高、構(gòu)成方式靈活、操作簡單。

DCS又稱分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，簡稱分散型控制系統(tǒng)(DistributedControlSystem)。

DCS綜合了計(jì)算機(jī)(Computer)、控制(Control)、通信(Commmunication)、CRT顯示技術(shù)即4C技術(shù)，集中了連續(xù)、批量、邏輯順序控制、數(shù)據(jù)采集等功能。

DCS采用分散控制、集中操作、綜合管理和分而自治的設(shè)計(jì)原則。系統(tǒng)安全可靠、通用靈活性、具有最優(yōu)控制性能和綜合管理能力。是一種新型的過程控制系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)大系統(tǒng)控制的理想方案。第三節(jié)分散型控制系統(tǒng)(DCS)50

通常為三級(jí)：第一級(jí)：分散過程控制級(jí)；第二級(jí)：集中操作監(jiān)控級(jí)；第三級(jí)：綜合信息管理級(jí)。各級(jí)之間由通信網(wǎng)絡(luò)連接，級(jí)內(nèi)各裝置之間由本級(jí)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信聯(lián)系。P226圖7.23DCS的體系結(jié)構(gòu)一、DCS概述1、DCS的體系結(jié)構(gòu)51直接面向生產(chǎn)過程，完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集、調(diào)節(jié)控制、順序控制等功能，其過程輸入信息是面向傳感器的信號(hào)，如熱電偶、熱電阻、變送器(溫度、壓力、液位)及開關(guān)量等信號(hào)，其輸出是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。構(gòu)成這一級(jí)的主要裝置有：

①現(xiàn)場控制站(工業(yè)控制機(jī))；

②可編程序控制器(PLC)；

③智能調(diào)節(jié)器；

④其它測控裝置。1）分散過程控制級(jí)52以操作監(jiān)視為主要任務(wù)，兼有部分管理功能。面向操作員和控制系統(tǒng)工程師，配備有技術(shù)手段齊備、功能強(qiáng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及各類外部裝置，工程師和操作員可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)、監(jiān)視和操作，對(duì)生產(chǎn)過程實(shí)行高級(jí)控制策略、故障診斷、質(zhì)量評(píng)估。具體組成包括：

①監(jiān)控計(jì)算機(jī)；

②工程師顯示操作站；

③操作員顯示操作站。由管理計(jì)算機(jī)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、工廠自動(dòng)化服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)成，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)的綜合信息管理。綜合信息管理主要包括生產(chǎn)管理和經(jīng)營管理。2）集中操作監(jiān)控級(jí)3）綜合信息管理級(jí)53根據(jù)各級(jí)的不同要求，通信網(wǎng)分成低速、中速、高速通信網(wǎng)絡(luò)。低速網(wǎng)絡(luò)面向分散過程控制級(jí)；中速網(wǎng)絡(luò)面向集中操作監(jiān)控級(jí)，高速網(wǎng)絡(luò)面向管理級(jí)。4）通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)2、DCS的特點(diǎn)1）硬件積木化4）通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用5）可靠性高

DCS的可靠性高體現(xiàn)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、冗余技術(shù)、自診斷功能、抗干擾措施和高性能的元件。2）軟件模塊化3）控制系統(tǒng)組態(tài)54P229圖7.24CENTUM—XL系統(tǒng)構(gòu)成

CENTUM-XL是日本橫河電機(jī)推出的DCS。采用HF通信總線，基本長度為2km，使用中繼器可延長到10km，通信速度為1Mbps?，F(xiàn)場控制站(CFCS2)和雙重化現(xiàn)場控制站(CFCD2)內(nèi)部有255個(gè)軟功能模塊(亦稱內(nèi)部儀表)和40張命令表，使用填表語言構(gòu)成40個(gè)回路的控制系統(tǒng)。高分散現(xiàn)場控制站(CFBS2)內(nèi)安裝6個(gè)獨(dú)立的現(xiàn)場控制單元(CFCU2)，每個(gè)CFCU2具有63個(gè)軟功能模塊和4張順序命令表，可以組成各個(gè)控制回路?，F(xiàn)場監(jiān)視站(CFMS2)可以輸入255點(diǎn)模擬信號(hào)，如熱電偶、熱電阻和mVDC等。3、典型的DCS55為了提高系統(tǒng)的可靠性，控制站采用兩種冗余方式：一種是1對(duì)1備用(如CFCD2)，另一種是N對(duì)1(N最大為12)備用(如CFBS2)。

CFCD2內(nèi)有兩套完全相同的CPU、輸入/輸出、電源和內(nèi)部總線，其中一套處于工作狀態(tài)，另一套處于熱備狀態(tài)。一旦發(fā)生故障，進(jìn)入無擾動(dòng)切換。

CFBS2是高分散型現(xiàn)場控制站，其內(nèi)部有6個(gè)獨(dú)立的現(xiàn)場控制單元CFCU2，當(dāng)某一個(gè)單元發(fā)生故障時(shí)，備用單元BCU便立即投入運(yùn)行。該系統(tǒng)將控制、操作、管理、專家系統(tǒng)、開發(fā)和維護(hù)等功能融為一體，并且有計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)功能。56直接與生產(chǎn)過程現(xiàn)場的傳感器(熱電偶、熱電阻)、變送器(溫度、壓力、液位、流量變送器等)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(調(diào)節(jié)閥、電磁閥等)、電氣開關(guān)(觸點(diǎn)輸入輸出)相連接，完成生產(chǎn)過程控制，并能與集中操作監(jiān)控級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，接收顯示操作站下傳加載的參數(shù)和作業(yè)命令，以及將現(xiàn)場工作情況信息整理后向顯示操作站報(bào)告。分散過程控制級(jí)最常用的類型有三種：現(xiàn)場控制站可編程序控制器(PLC)

智能調(diào)節(jié)器二、DCS的分散過程控制級(jí)57①機(jī)箱(柜)②電源③PC總線工業(yè)控制機(jī)④通信控制單元⑤手動(dòng)/自動(dòng)顯示操作單元數(shù)據(jù)采集功能DDC控制功能順序控制功能信號(hào)報(bào)警功能打印報(bào)表功能數(shù)據(jù)通信功能。1、現(xiàn)場控制站1）現(xiàn)場控制站的構(gòu)成2）現(xiàn)場控制站的功能58①控制模式自動(dòng)、軟手動(dòng)、串級(jí)、硬手動(dòng)、上位機(jī)?？刂颇Ｊ降膬?yōu)先級(jí)是：硬手動(dòng)>軟手動(dòng)>自動(dòng)>串級(jí)>上位機(jī)②無擾動(dòng)切換操作在控制系統(tǒng)中，由于工作模式的切換，可能會(huì)引起輸出閥值的突然變化，產(chǎn)生擾動(dòng)，因此需采取以下措施實(shí)現(xiàn)無擾切換：PV跟蹤(PV是測量值)、閥值跟蹤、工作模式判定。3）現(xiàn)場控制站的工作方式59是一種數(shù)字化的過程控制儀表具有數(shù)據(jù)通信功能。一般有單回路、2回路、4回路或8回路的調(diào)節(jié)器，控制方式除一般PID之外，還可組成串級(jí)控制、前饋控制等。智能調(diào)節(jié)器不僅可接受4～20mA電流信號(hào)輸入的設(shè)定值，還具有異步通信接RS-422/485、RS-232等，可與上位機(jī)連成主從式通信網(wǎng)絡(luò)，接受上位機(jī)下傳的控制參數(shù)，并上報(bào)各種過程參數(shù)。2、智能調(diào)節(jié)器60主要配制的是開關(guān)量輸入、輸出通道，用于執(zhí)行順序控制功能。PLC主要用于生產(chǎn)過程中按時(shí)間順序控制或邏輯控制的場合，以取代復(fù)雜的繼電器控制裝置。PLC也提供了模擬量控制模塊，其輸入輸出的模擬量標(biāo)準(zhǔn)與智能調(diào)節(jié)器相同，同時(shí)也提供了PID等控制算法。

PLC一般均帶有RS-422標(biāo)準(zhǔn)的異步通信接口，可與上位機(jī)連成主從式總線型網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成DCS。3、可編程序控制器(PLC)611、顯示操作站的構(gòu)成

主要是顯示操作站，完成顯示、操作、記錄、報(bào)警等功能。它把各個(gè)現(xiàn)場配置的控制站的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并通過簡單的操作，進(jìn)行過程量的顯示、各種工藝流程圖的顯示、趨勢曲線的顯示以及改變過程參數(shù)，如設(shè)定值、控制參數(shù)、報(bào)警狀態(tài)等信息。顯示操作站的另一功能是系統(tǒng)組態(tài)。主要由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、鍵盤、CRT顯示器、打印機(jī)等幾部分構(gòu)成。三、DCS的集中操作監(jiān)控級(jí)622、顯示操作站的功能具有控制系統(tǒng)的生成、組態(tài)、集中監(jiān)視操作、報(bào)警、顯示、報(bào)表、通信等功能；顯示操作站主要是和操作員以及工程師有關(guān)的系統(tǒng)的功能；操作員在運(yùn)轉(zhuǎn)整個(gè)系統(tǒng)時(shí)必要的操作功能，工程師為了進(jìn)行系統(tǒng)的生成和維護(hù)時(shí)必要的工程師功能。63在DCS中實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)(或工廠)的綜合信息管理，主要執(zhí)行生產(chǎn)管理和經(jīng)營管理功能。實(shí)際上是一個(gè)管理信息系統(tǒng)(ManagementlnformationSystem，簡稱MIS)，MIS是借助于自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理手段進(jìn)行管理的系統(tǒng)。

MIS由計(jì)算機(jī)硬件、軟件、數(shù)據(jù)庫、各種規(guī)程和人共同組成。①市場經(jīng)營管理子系統(tǒng)②生產(chǎn)管理子系統(tǒng)③財(cái)務(wù)管理子系統(tǒng)④人事管理子系統(tǒng)四、DCS的綜合信息管理級(jí)1、MIS的組成1）MIS的硬件組成(2)MIS的軟件組成642、DCS中MIS的功能

DCS的綜合信息管理級(jí)主要由MIS來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理和經(jīng)營管理。這一級(jí)進(jìn)行市場預(yù)測，經(jīng)濟(jì)信息分析，原材料庫存情況，生產(chǎn)進(jìn)度，工藝流程及工藝參數(shù)，生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表，進(jìn)行長期性的趨勢分析，作出生產(chǎn)和經(jīng)營決策，確保最佳化的經(jīng)濟(jì)效益。

DCS的綜合信息管理級(jí)實(shí)際上是由MIS的市場經(jīng)營管理和生產(chǎn)管理子系統(tǒng)來完成的。65

Bitbus是主從式、總線型高速串行網(wǎng)，電氣接口采用平衡傳送的RS-485標(biāo)準(zhǔn)，傳輸介質(zhì)是雙絞線或同軸電纜，鏈路協(xié)議符合同步數(shù)據(jù)鏈路控制(SDLC)標(biāo)準(zhǔn)。第四節(jié)位總線(Bitbus)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

Bitbus的核心是高性能的VLSI芯片族8044BEM(8744，8344)。其中，不帶片內(nèi)ROM的是8344；帶有片內(nèi)4KROM的是8044；帶有片內(nèi)4KEPROM的是8744。

8044內(nèi)部有一個(gè)可獨(dú)立工作的串行通信接口單元SIU；192字節(jié)的片內(nèi)RAM；35個(gè)內(nèi)部特殊功能寄存器(SFR)；對(duì)于低128個(gè)字節(jié)RAM，是直接地址訪問的SFR；128～192字節(jié)的內(nèi)部RAM，必須間接尋址訪問，從而與有相同地址的SFR相區(qū)分。一、8044BEM硬件結(jié)構(gòu)簡介661、8044系列單片機(jī)的引腳圖（表7.2圖7.25）雙微機(jī)控制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)控制與通信任務(wù)的分離。8044內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖

SIU執(zhí)行同步數(shù)據(jù)鏈路控制(SDLC）協(xié)議，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。兩個(gè)處理器通過分時(shí)多路轉(zhuǎn)換雙口RAM和一些特殊功能寄存器進(jìn)行通信。建立一個(gè)位總線的結(jié)點(diǎn)，只需用8044再加一個(gè)電源、一片晶體振蕩器和一個(gè)收發(fā)器。2、8044內(nèi)部結(jié)構(gòu)671、物理層(電氣接口)四層結(jié)構(gòu)：物理層、鏈路層、消息層和應(yīng)用層。

Bitbus通信的電氣接口符合RS-485標(biāo)準(zhǔn)，采用平衡差分長線驅(qū)動(dòng)器/接收器、半雙工傳送，通信介質(zhì)為雙絞線或同軸電纜。根據(jù)傳輸距離和速率的不同，可設(shè)定為外同步模式、自同步模式。表7.3Bitbus通信網(wǎng)絡(luò)性能二、Bitbus通信規(guī)程68

Bitbus通信的數(shù)據(jù)鏈路層符合SDLC規(guī)約。是基于在公共通信鏈路上，主站和一個(gè)或多個(gè)從站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的規(guī)程。主站負(fù)責(zé)控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，向從站發(fā)送各種控制命令，從站按照來自主站的命令動(dòng)作，并對(duì)主站的命令作出應(yīng)答。主站可以選擇任意一個(gè)從站交換數(shù)據(jù)信息，任一從站一旦被選中，既可以接收來自主站的信息，也可依據(jù)主站的命令向主站發(fā)送信息。

SDLC規(guī)定：一個(gè)基本信息單元叫一幀，一幀包括六個(gè)部分。圖7.27SDLC幀結(jié)構(gòu)2、鏈路層(數(shù)據(jù)鏈路控制)69信息幀格式。在BITBUS位總線各節(jié)點(diǎn)之間通信時(shí)，定義采用Order/Reply(命令/應(yīng)答)結(jié)構(gòu)。Bitbus消息格式3、消息層(報(bào)文協(xié)議)70在消息層的基礎(chǔ)上，定義了遠(yuǎn)程存取控制(RAC)的一系列命令，即在傳送的數(shù)據(jù)當(dāng)中，規(guī)定了具體的數(shù)據(jù)格式，在命令中定義了一系列相應(yīng)的代碼。從結(jié)點(diǎn)收到一幀信息后，由命令中取出的代碼確定屬于遠(yuǎn)程存取控制的何種命令，然后由數(shù)據(jù)中確定地址和數(shù)據(jù)內(nèi)容。4、應(yīng)用層(遠(yuǎn)程存取控制)71可實(shí)現(xiàn)三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：點(diǎn)到點(diǎn)半雙工、多點(diǎn)半雙工、環(huán)形網(wǎng)結(jié)構(gòu)。三、Bitbus通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用Bitbus網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)72主從分布式控制系統(tǒng)框圖73現(xiàn)場總線：連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。第五節(jié)現(xiàn)場總線(Fieldbus)技術(shù)一、現(xiàn)場總線概述1、現(xiàn)場總線及其體系結(jié)構(gòu)1）現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)2）現(xiàn)場設(shè)備互連P242圖7.31新一代FCS控制層（FF現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）①變送器；②執(zhí)行器；③服務(wù)器和網(wǎng)橋；④輔助設(shè)備；⑤監(jiān)控設(shè)備。743）互操作性FCS中的分散功能塊4）分散功能塊5）通信線供電6）開放式互連網(wǎng)絡(luò)75

①用一對(duì)通信線連接多臺(tái)數(shù)字儀表代替一對(duì)信號(hào)線只能連接一臺(tái)儀表；

②用多變量、雙向、數(shù)字通信方式代替單變量、單向、模擬傳輸方式；

③用多功能的現(xiàn)場數(shù)字儀表代替單功能的現(xiàn)場模擬儀表；

④用分散式的虛擬控制站代替集中式的控制站；

⑤用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分散控制系統(tǒng)DCS；

⑥變革傳統(tǒng)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；

⑦變革傳統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)方法和安裝調(diào)試方法。2、現(xiàn)場總線和FCS的變革1）現(xiàn)場總線對(duì)自動(dòng)化領(lǐng)域的變革76

①信號(hào)傳輸實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化，從最底層的傳感器和執(zhí)行器就采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，逐層向上直至最高層均為通信網(wǎng)絡(luò)互連。

②系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是全分散式，把DCS控制站的功能化整為零，分散地分配給現(xiàn)場儀表，從而構(gòu)成虛擬控制站，實(shí)現(xiàn)徹底的分散控制。

③現(xiàn)場設(shè)備具有互操作性，不同廠商的現(xiàn)場設(shè)備既可互連也可互換，并可以統(tǒng)一組態(tài)，徹底改變傳統(tǒng)DCS控制層的封閉性和專用性。

④通信網(wǎng)絡(luò)為開放式互連網(wǎng)絡(luò)，既可同層網(wǎng)絡(luò)互連，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互連，可方便共享網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。

⑤技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了全開放，無專利許可要求，可供任何人使用。2）FCS對(duì)DCS的變革77

①一對(duì)一結(jié)構(gòu)。

②可靠性差。

③失控狀態(tài)。

④互換性差。3、現(xiàn)場總線產(chǎn)生的原因1）模擬儀表的缺點(diǎn)78

①一對(duì)N結(jié)構(gòu)。

②可靠性高。

③可控狀態(tài)。

④互換性。2）現(xiàn)場總線的優(yōu)點(diǎn)

⑧統(tǒng)一組態(tài)。

⑤互操作性。

⑥綜合功能。

⑦分散控制。

⑨開放式系統(tǒng)。

FF現(xiàn)場總線示范工程與傳統(tǒng)DCS相比，各項(xiàng)費(fèi)用節(jié)省率為：導(dǎo)線82％，螺釘63％，接口板50％，安全柵50％，另外還節(jié)省材料費(fèi)、工時(shí)費(fèi)等。79

1984年，美國儀表協(xié)會(huì)（ISA）現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)

1985年，國際電工委員會(huì)現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)的研究制定工作

1986年，德國開始制定過程現(xiàn)場總線PROFIBUS；

Rocemount提出HART協(xié)議

1992年，由Siemens、Rocemount等80家公司聯(lián)合，成立了ISP－PROFIBUS

1993年，以Honeywell等120多個(gè)公司，成立了WorldFIP；由Siemens、Rocemount等70多家公司聯(lián)合成立了HART通信信息基金會(huì)HCF

1994年，ISP和WorldFIB北美部分合并，成立了現(xiàn)場總線基金會(huì)FF

4、現(xiàn)場總線的發(fā)展過程80國際電工委員會(huì)：1999年12月通過IEC61158國際標(biāo)準(zhǔn)：八種類型現(xiàn)場總線

ControlNet

ProfibusP_NetFFH1FFHSE(HighSpeedEthernet)

SwiftNet

WorldFIP

Interbus

1993年11月ISO正式頒布了道路交通運(yùn)輸工具－數(shù)據(jù)信息交換－高速通信控制器局域網(wǎng)(CAN)國際標(biāo)準(zhǔn)

ISO11898。二、五種典型的現(xiàn)場總線81

ControlAreaNetwork由德國BOSCH公司推出，用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。1、CAN(控制器局域網(wǎng)絡(luò))

在CAN中應(yīng)用的元器件包括MCU（集成CAN的微處理器）、CANController（CAN控制器）、CANTranceivers（CAN收發(fā)器）、LINTranceivers（LIN收發(fā)器）四類。PHILIPS現(xiàn)已提供：集成CAN的微處理器P87C591、

獨(dú)立的CAN控制器SJA1000、

CAN收發(fā)器PCA82C250、

高速容錯(cuò)CAN收發(fā)器TJA1050、

TJA1040等。82由美國Echelon公司推出并由它與摩托羅拉、東芝公司共同倡導(dǎo)。稱為通用控制網(wǎng)絡(luò)。通信速率：300bps～1.5Mps通信距離：2700m（78kbps，雙絞線）

2600多家公司在不同程度上卷入了LonWorks技術(shù)，1000多家公司已經(jīng)推出了LonWorks產(chǎn)品。廣泛應(yīng)用在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、交通運(yùn)輸、工業(yè)過程控制等行業(yè)。2、LONWORKS(局部操作網(wǎng)絡(luò))8319