现场总线复习

1、Ch1：现场总线2种定义：（1）现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。（2）IEC对其定义：现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。2、常用现场总线：CAN,FF,Profibus,LonWorks,HART。3、现场总线（1）本质：它是现场通信网络，能实现现场设备互联，有互操作性，分散功能模块，可用通信线供电，是开放互连式网络（2）结构特点：由于采用智能现场设备，能够把DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块置入现场设备中，在现场直接完成采集

2、和控制。由于不需要其他的模数转换器件，且一对电线能传输多个信号，因而简化了系统结构，节约了设备及安装维护费用。（3）技术特点：系统的开放性，互可操作性与互用性，现场设备的智能化与功能自治性，系统结构的高度分散性，对现场环境的适应性（4）优势：节省硬件数量与投资，节省安装费用，节约维护开销，用户具有高度的系统集成主动权，提高了系统的准确性与可靠性。4、现场总线标准及现状：（1）标准：1999年有8种，2003年新增FF FMS和PROFINET（2）现状：多种总线共存、每种总线各有其应用领域、每种总线各有其国际组织、每种总线均有其支持背景、设备制造商参加多个总线组织、多种总线均作为国家和地区的标

3、准、协调共存、工业以太网引入工业领域5、OSI7层协议标准：（1）应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层（2）数据链路层分为两个子层：介质访问控制层(MAC)和逻辑链路控制层(LLC)。MAC对传输介质传送的信号进行发送和接收控制；LLC对数据链进行控制，保证数据传送到指定的设备上。现场总线上的设备可以是主站，也可以是从站。6、链路层三种总线控制协议：集中式轮询协议、令牌总线协议和总线仲裁协议7、现场总线的两种编码方式：Manchester和NRZ，前者同步性好，但频带利用率低，后者刚好相反。前者采用基带传输，后者采用频带传输。传输介质主要有：有线电缆、光纤和无线介质。8、

4、企业网络信息集成系统（1）层次结构（从底到上依次是）：a.过程控制层(PCS)：依照现场总线的协议标准，智能设备采用功能块的结构，通过组态设计，完成数据采集、A/D转换、数字滤波、温度压力补偿、PID控制等功能。智能转换模块对传统检测仪表的电流电压进行数字转换和补偿。拓扑结构：环形网，总线网，树形网，令牌总线网b.制造执行层(MES)：从现场设备中获取数据，完成各种控制、运行参数的监测、报警和趋势分析等功能，还包括控制组态的设计和下装。c.企业资源规划层(ERP)：在分布式网络环境下构建一个安全的远程监控系统（2）现场总线与数据局域网的区别：用途不同，技术要求不同（3）互连方法：a.采用专用网

5、关完成不同通信协议的转换，把现场总线网段或DCS网段连接到以太网上。b.将现场总线网卡和以太网卡都置入工业PC机插槽上，在PC机内实现数据交换c.将Web服务器直接置入PLC或现场总线设备内，借助Web服务器和通用浏览工具实现数据信息的动态交互。（4）现场总线VS管理信息网络：监控能力：强/弱；可靠性和故障容限：高/高；实时响应：快/中；信息报文长度：短/长；OSI相容性：低/中高；体系结构和协议复杂性：低/中高；通信功能级别：中级/大范围；通信速率：低中/高；抗干扰能力：强/中Ch2：1、总线基本概念：（1）总线和总线段：总线是传输信号或信息的公共路径，是遵循同一技术规范的连接与操作方式；一

6、组设备通过总线连接在一起称为总线段（2）总线主设备：可在总线上发起信息传输的设备（3）总线从设备：不能在总线上主动发起通信，只能挂在总线上，对总线信息进行接收查询（4）总线协议：管理主、从设备使用总线的规则（5）总线操作：总线上命令者与响应者之间的“连接-数据传送-脱开”这一操作序列称为一次总线操作。（6）寻址：物理寻址：用于选择某一总线段上某一特定位置的从设备作为响应者；逻辑寻址：选择从设备与位置无关；广播寻址：用于选择多个响应者（7）总线仲裁：用于裁决哪一个主设备是下一个占有总线的设备。某一时刻只允许某一主设备占有总线，等到它完成总线操作，释放总线占有权后才允许其他总线主设备使用总线。（8

7、）总线定时：总线通过定时信号进行同步。定时信号用于指明总线上的数据和地址在什么时刻是有效的。（9）菊花链总线仲裁方式：（三线的情况）总线请求BR、总线允许BG、总线忙BB2、数据通信概念（1）码元：时间轴上的一个信号编码单元称为码元。（2）信源、信宿和信道：在数据通信中，通常将数据的发送方称为信源，数据的接收方称为信宿，在信源与信宿之间传输数据的通道称为信道。（3）通信方式：串行、并行；单工、半双工、全双工（4）传输速率：是衡量数据传输有效性的指标之一。指通信系统每秒传送的数据量。单位bps、Kbps、Mbps；（5）比特(bit)率S：单位时间内所传送的二进制序列的位数，单位：bps（6）波

8、特(Baud)率B：信号经过调制后的传输速率，即每秒钟传输的脉冲（波形）信号个数（通过信道传输的码元数）。1Baud表示每秒钟传送一个码元或一个波形。（7）指二进制比特在数据传输系统中被传错的概率，又称为出错率，计算机通信中一般要求平均误码率低于10-9（8）通信信道的频率特性：描述通信信道在不同频率的信号通过以后，其波形发生变化的特性。分为幅频特性和相频特性。（9）介质带宽。频谱：通信系统中所传输的数字信号可以分解为无穷多个频率、幅度、相位各不相同的正弦波。信号所含频率分量的集合称为频谱。带宽：频谱所占的频率宽度称为带宽。有效带宽：有效频谱的频带宽度。（10）信道容量：指在某种传输介质中单位

9、时间内可能传送的最大比特率，即该传输介质容许的最大数据传输速率(bps)（11）信噪比：信号功率S与噪声功率N的比值称为信噪比。单位为分贝dB，值为10lgS/N（12）延迟、抖动、吞吐量和丢包率：延迟指将一个比特从一端传输到另一端所花费的时间；抖动指在同一条路由上发送数据包之间的时间差异；吞吐量指网络中发送数据包的速率；丢包率指在发送数据包时丢弃数据包的最高比例。（13）基带传输：在基本不改变数据信号频率的情况下，在数字通信中直接传送数据的基带信号。即按数据波的原样进行传输，不包含任何调制。是目前广泛使用的最基本的传输方式。基带传输中，数字信号的编码方式有3种：不归零码、曼彻斯特编码、差分曼

10、彻斯特编码A.信号按数据位流的基本形式传输，整个系统不需调制解调器，使得系统价格低廉；B.可采用双绞线或同轴电缆、光缆作为传输介质，传输介质相对宽带较为便宜；C.可达到较高的传输速率(一般为1-10Mbps)，但传输距离一般不超过25公里。（14）频带传输：指先用数字信号对载波进行调制，然后进行传输的传输模式。最基本的调制方式有：幅值键控(ASK)，频移键控(FSK)和相移键控(PSK)（15）宽带传输：指在同一介质上可传输多个频带的信号。传输图像文字语音等大数据量信号。与基带传输的主要区别为：数据传输速率不同，基带网的传输速率范围为0-10Mbps，宽带可达0-400Mbps；宽带可划分为多

11、条基带信道，提供良好的通信路径（16）异步传输：又称起止(start-stop)同步方式。它在传送的字符之前设置一个起始位，在信息代码结束后设置1-2位的终止位；（17）同步传输：同步传输时，需在每个数据块的开始处和结束处各加一个帧头和一个帧尾，使得接收方能判定数据块的开始和结束。加有帧头和帧尾的数据称为一帧（18）同步式优点：效率高，一般在高速传输数据的系统中采用同步式；异步式优点：实现简单，频率漂移不会积累。但缺点是线路效率低，每个字符都占用2-3各位的开销（19）数据编码：是指通信系统中以何种物理信号的形式来表达数据。A.模拟数据编码：分别用模拟信号的不同幅度、不同频率、不同相位来表达数

12、据的0,1状态的编码方式。B.数字数据编码：用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0,1状态的编码方式。（20）多路复用技术：当传输介质的带宽超过了传输单个信号所需的带宽时，就通过在一条介质上同时携带多个传输信号的方法来提高传输系统的利用率，即多路复用。多路复用提高了信道的利用率。通常有：频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用等。（21）数据交换技术：数据交换是指按照某种方式动态地分配传输线路的资源。在交换型通信网络中，从一个站进入网络的数据通过从节点到节点的交换，被选径送往目的地。实现交换的方法主要有：A.电路交换：两个用户建立通信时，首先建立一条临时的专用线路，用户通信时独占这条线路，不与

13、其它用户共享，直到通信一方释放这条专用线路。电路交换的步骤分为：建立电路、数据传送和切断电路。B.报文交换：中转节点先把收到的信息存储起来，等到信道空闲时再转发给下一个节点，数据经过多个中转节点的存储转发，最终到达目的节点C.分组交换：先把要传输的报文分成若干个小的数据块，成为分组，然后以分组为单位按报文交换方式进行传输。（22）差错产生的原因：噪声；传输失真：信号传输时的幅度衰减、波形畸变及收发端失步等；载波干扰：由于载波的振幅、相位和频率发生抖动；传输反射干扰；线间串扰：相邻信号线间电磁感应引入干扰；静电干扰。错误分类：单比特错误、多比特错误、突发错误。差错控制的目的：保证所有的帧按顺序、

14、正确发送到目的主机。解决两个问题：如何检测出错；发现错误后，如何纠正错误。（23）常用的差错控制方法是差错控制编码，包括A.检错码：码字只有检错功能，接收方只能判断数据块有错，但不能确切知道错误的位置，从而也不能纠正错误。B.纠错码：码字具有一定得纠错能力，接收方能够检错并判断出错误位置，这时只需将出错位取反即可获得正确数据。（24）海明距离：两个码字的对应比特取值不同的比特数。（25）编码集的海明距离：一个有效编码集中，任意两个码字的海明距离的最小值。如果要能检测出 d 个位差错，则编码集的海明距离至少应为d1；如果要能纠正 d 个位差错，则编码集的海明距离至少应为2d1。（26）校验和：A

15、.发送：如以16位字为单位进行累加，再将最后累加和取“1补码” (即反码)，得该字符串的校验和，将校验和与数据一起发送。B. 接收：当接收者收到该数据块后，同样以16位字为单位对各数据及校验和进行累加，若最后结果为全1，则正确，否则出错。C.可靠性：能够检测出绝大多数奇数个和偶数个数据位的变化。除非，一个16位字中的0变成1，而另一个16位字中的相同位置由1变成0。（27）CRC校验：将要发送的数据比特序列当作一个多项式f(x)的系数，在发送方用收发双方预先约定的生成多项式G(x)去除，求得一个余数多项式。将余数多项式加到数据多项式之后发送到接收端。接收端用同样的生成多项式G(x)去除接收数据

16、多项式f(x),得到余数多项式。若计算出的余数为0，则数据传输正确。（此处的除指的是异或运算，不涉及进位的问题）（28）流量控制：基本原则是发送端的发送帧速率应不超过接收端接收帧的速率；流量控制方法有停止等待流量控制和滑动窗口流量控制（29）网络传输介质：指网络中连接收发双方的物理通道，常用的传输介质有电话线、同轴电缆、双绞线、光导纤维电缆、无线和卫星通信等。3、串行通信（1）类别：RS232：1：-3-15V，0：315V，非平衡型接口，3线双工；RS485：1：26V，0：-2-6V，二线差分平衡传输，2线半双工，能驱动32个终端；RS422：二线差分平衡传输，4线双工，1：+0.2V+2

17、.5V（差分），0：-0.2V-2.5V，-0.2+0.2：高高阻（2）保证串行通信有效性的方法：使用轮询或中断来检测、接收信息；设置通信帧的起始、停止位；建立连接握手；实行对接收数据的确认、数据缓存以及错误检查等（3）RS232接口标准存在的问题：接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片；因与TTL电平不兼容，故需使用电平转换电路；最高传输速率为20kbps时，最远距离仅为15m；接口使用一根信号线和一根信号返回线构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱4、网络体系结构（1）概念：协议：为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。 接口：相邻两层

18、之间的边界，在接口处规定了低层向上层提供的服务，以及服务所使用的形式规范语句(服务原语)。 服务：某一层提供的功能，并能通过接口提供给其相邻上层。网络体系结构：计算机网络的各层及其协议的集合，是对网络及其组成部分所应完成的功能的精确定义。 协议栈： 网络各层协议按层次顺序排列而成的协议序列（2）OSI各层功能：物理层：同具体的物理媒体有关，定义了设备间的物理接口及比特传输规则，在物理媒体上传输原始的数据比特流；数据链路层：寻址和封装、同步、差错控制、流控制；在相邻节点间无差错地传输一帧数据。网络层：提供虚电路和数据报两种分组传输服务、分组转发和路由更新、拥塞控制。传输层：传输连接的建立和拆除、

19、流量控制、拥塞控制、差错控制、网络服务质量的选择等。会话层：在传输层服务的基础上增加控制会话的机制，建立、组织和协调应用进程之间的交互过程。表示层：定义用户或应用程序之间交换数据的格式，提供数据表示之间的转换服务，保证传输的信息到达目的端后意义不变。应用层：直接面向用户应用，为用户提供对各种网络资源方便的访问服务。（3）TCP/IP参考模型：主机至网络层（物、数）、互联网层（网）、传输层（传）、应用层（应）。（4）IEEE 802.3总线局域网网卡：功能：网卡完成物理层和数据链路层的大部分功能，包括物理连接、介质访问控制（CSMA/CD）、数据帧的封装与解封、帧的发送与接收、错误校验、数据信号

20、的编码与解码、数据的串、并行转换等功能。MAC地址：每块网卡上都有一个全球唯一的 MAC 地址，存放在网卡的站地址寄存器（PROM）中。MAC 地址是一个 48 位地址，前24位是IEEE统一分配的网卡制造厂家标识号，后24位是生产厂家分配的网卡序列号，如00-0F-B0-37-A4-E5；帧格式：。（5）介质访问方法：通过对介质访问的控制可以解决在同一时间上多个设备同时争用传输介质。在随机访问方式中常用的争用总线技术为CSMA/CD;在控制访问方式中常采用令牌总线、令牌环方式。（6）CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）：需要发送数据时，首先需监听总线，以判断总线上是否存在其他站发送的

21、信号。如果介质是空闲的，则可以发送；否则以某种算法等待一定时间间隔后重试。三种坚持退避算法：不坚持CSMA、1-坚持CSMA、p-坚持CSMA：若介质是空闲的，则发送；否则以概率p发送或以(1-p)概率延迟一段时间后重新检测。（p-坚持可以防止2个节点同时检测到总线空闲，导致发送数据的冲突）（7）令牌访问控制方式：按一定顺序在各站点之间传递令牌，谁得到令牌谁有权发送数据。（8）令牌总线：物理上是总线网，逻辑上是令牌网（9）比较：CSMA/CD优点：协议简单、安装容易、总线可靠性高，在局域网中获得了广泛应用。该协议给用户提供均等的访问权，在轻负载情况下，CSMA/CD有良好的延迟特性和吞吐能力。

22、缺点：必须进行冲突检测，而且对最小帧长度有一定限制，因而对短报文存在带宽浪费现象。CSMA/CD随负载的增加，冲突增加，性能迅速下降。由于随机竞争发送和延迟等待，无法预知数据传输的最大延迟，又没有优先级，因此不适用于实时系统。令牌环优点：可使用多种传输介质，可采用全数字技术，支持优先级，支持短帧；将令牌环网做成星形环可自动检测和隔离电缆故障；在高负载下可以获得很高的传输效率。缺点：在低负载下时延较大；由于采用集中式控制，对监控站的可靠性要求较高。令牌总线优点：具有极好的吞吐能力，而且其吞吐量随数据传输速率增加而增加，并随介质饱和而稳定下降。它不需冲突检测，可以调节对介质的访问权，既可以公平地访

23、问，又可以提供优先级，而且可以预知数据在网中的最大延迟，适用于实时系统。缺点：要进行逻辑环的维护，而且物理层规范复杂，在轻负载情况下可能要等待许多无用的令牌帧传递，从而减少了对信道的利用率。结论：在很重的负载下IEEE 802.3局域网彻底不能用，而基于令牌的局域网则可达到接近于100的效率。若负载范围是从轻到中等，则三种局域网都能胜任。从市场情况看，以太网拥有最大的市场，而令牌总线网则很少使用。5、网络互连设备（1）中继器（物）：对信号进行整形放大、重新复制，并将新生成的信号转发至下一网段或其他介质段。中继器使得网络可以跨越一个较大的距离，中继器两端的数据速率、协议(数据链路层)和地址空间相

24、同（比如Hub集线器）（2）网桥（数）：是一种存储转发设备，用来连接同一类型的局域网；具有寻址与路径选择的功能，在接收到帧之后，要决定正确的路径将帧送到相应的目的站点；网桥可以连接两个采用不同数据链路层协议、不同传输速率、不同传输介质的网络。它要求两个互联网络在数据链路层以上采用相同或兼容的协议。（比如交换机）（3）路由器（网）：根据IP地址决定转发；路由器连接的所有网段的协议是一致的（4）网关（传）：实现不同通信协议的网络之间、包括使用不同网络操作系统的网络之间的互联，协议转换。Ch3：1、CAN总线性能特点：（1）性能特点：采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的验错效果；每帧信

25、息都有CRC校验及其他检错措施，保证了数据出错率极低；直接通信距离最远可达10km/5kbps,通信速率最高可达1Mbps/40m；报文标识符可达2032种(CAN2.0A)，而扩展标准(CAN2.0B)的报文标识符几乎不受限制；CAN 的通信介质：双绞线、同轴电缆、光纤。CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。（2）多主工作方式：当总线开放时，任何单元均可开始发送报文，而发送具有最高优先权报文的单元，赢得总线访问。（3）报文：当总线开放时，任何连接的单元均可开始发送一个新报文。（4）线与操作情况下，显位：逻辑0，隐位：逻辑1。2、CAN技术规范：（

26、1）包括A（给出CAN报文标准格式）和B（标准和扩展两种格式），只采用OSI的物理层和数据链路层。（2）报文中的位流按照非归零码(NRZ)方法编码，即一个完整的位电平要么是显性，要么是隐性。（3）报文传送由4种不同类型的帧表示和控制：数据帧、远程帧、出错帧和超载帧。（4）数据帧：帧起始：由一个显性位构成，只有在总线处于空闲状态时，才允许站开始发送。所有站都必须同步于首先开始发送的那个站的帧起始前沿。仲裁场:仲裁场由标识符和远程发送请求位组成（高7为不能全为隐性，防止和帧结束冲突）。标准帧中仲裁场为12位，扩展帧中为32位。控制场:6位，由4位长度码和2个保留位（必须为显性）组成，表示数据码长度

27、。数据场：由控制场确定字节数，可以为0-8个字节，每个字节8位，先发送最高有效位。CRC场：16位，包括CRC校验位和1个CRC界定符（隐性位）。应答场：2位，包括应答间隙和应答界定符，2个隐性位。帧结束：7个连续隐性位。（5）如何区别4种帧和标准/扩展帧：若存在连续6个显位，则说明是出错帧或超载帧，对于出错帧或超载帧的处理可以相同；否则，为数据帧或远程帧。若在仲裁场的RTR(SRR)位为显位，则为标准格式数据帧；若RTR(SRR)位为隐性，则可能是扩展格式或远程帧。再检查随后的IDE(r1)位，若为显性则为标准格式远程帧；若IDE(r1)位为隐性则为扩展格式帧，此时检查扩展格式的RTR位(即

28、18位标识符后的RTR位)，若为显性则为扩展格式的数据帧，否则为扩展格式的远程帧。（6）5种错误类型：位错误、填充错误、CRC错误、形式错误、应答错误。（7）位定时和同步：硬同步的位时间从同步段重新开始；重同步发生在位流传送期间。2、CAN总线节点（1）节点组成：微处理器、CAN控制器、CAN收发器。3、SJA1000（1）操作模式：BasicCAN、PeliCAN模式（通过时钟分频计时器的CAN模式位来选择）（2）组成：接口管理逻辑、发送缓冲器、接收缓冲器、验收滤波器、位流处理器、位时序逻辑、错误管理逻辑（3）滤波器设置：ACR和AMR确定可以接收信息的节点ID的高8位（AMR为1时，不管，

29、为0时，要求ID对应位和ACR相同）（4）波特率设置：BTR0：SJW10/BRP.5BRP.0，CAN系统时钟tSCL=2*晶振振荡周期tCLK * (32 * BRP.5 + 16 * BRP.4 + 8 * BRP.3 + 4 * BRP.2 + 2 * BRP.1 + BRP.0 + 1)。BRT1：SAM/TSEG2.20/TSEG1.30，CAN位时钟周期数=同步时间段+时间段1+时间段2 = 1 + (8*TSEG1.3 + 4*TSEG1.2 + 2*TSEG1.1 + TSEG1.0+1) +(4*TSEG2.2+2*TSEG2.1+TSEG2.0+1)。所以通信位速率=1/

30、(tSCL*CAN位时钟周期数)=*Kbps。4、CAN收发器-PCA82C250：完成CAN协议电平转换；完成数据收发；起到保护和抗干扰作用。5、CAN高层协议：TTCAN、CANopen、DeviceNetCh4：1、FF简介（1）速度：低速总线H1：31.25kbps，高速HSE（2）通信模型：用户层：用于组成用户所需要的应用程序，如规定标准的功能块、设备描述、实现网络管理和系统管理。应用层：规定了在设备之间交换数据、命令、事件信息以及请求应答中的信息格式；数据链路层：规定如何在设备间共享网络和调度通信；物理层：规定信号如何发送。（3）技术特点：灵活的拓朴结构、实现与地点无关的控制、对等

31、实体间高速通信、真正的可互操作性、完善的售后服务与技术支持。（4）两种供电方式：总线供电：总线上既要传送数字信号，又要由总线为现场设备供电；非总线式单独供电（5）LAS：每个总线段上有一个媒体访问控制中心，称为链路活动调度器LAS。LAS拥有总线上所有设备的清单，由它来掌管总线段上各设备对总线的操作。任何时候每个总线段上都只有一个LAS处于工作状态，总线上的设备只有得到LAS的许可，才能向总线上发送数据。因此，LAS是总线上的信息中心。LAS主要功能：维护调度，发送令牌给网络设备；探查未使用地址，将其分配给新设备，并加到活动表上；在链路上周期分配数据链路时间和链路调度时间；发送授权令牌给设备，

32、进行无调度数据传输控制；监视设备相应授权令牌，从活动表上删掉不能使用或不能返回令牌的设备。（6）总线通信活动分类：受调度通信：由LAS按照预定的调度时间表周期性发起的通信活动；非调度通信：LAS在调度时间表之外，通过得到令牌的机会发送信息的通信方式。适于现场设备之间非周期通信，是令牌总线方式。（7）FF应用层：FAS：利用数据链路层的调度和非调度服务来为报文规范层服务；FMS：主要作用是允许用户程序使用一套标准的报文规范通过现场总线相互发送信息。（8）FF功能块（FF的系统结构特色）组成：资源块、功能块、转换块。Ch5：1、技术概要（1）简介：开放式通信协议LonTalk支持OSIRM的所有七

33、层模型（LON总线最突出的特点）（2）特点：开放性：网络协议开放,对任何用户平等；通信介质：包括双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、无线、红外等，而且在同一网络中可以有多种通信介质；互操作性：符合ISO/OSI模型，可以实现产品间的互操作；网络结构：可以是主从式，对等式或客户/服务器式结构；网络拓扑：有星形、总线形、环形和自由形；网络通信采用面向对象的设计方法。LonWorks网络技术称之为“网络变量”，它使网络通信的设计简化为参数设置，增加了通信的可靠性；通信速率可达1.25Mbps，此时有效距离为130m；LonWorks网络控制技术在一个测控网络上的节点数可达32000个；提供强有力的开发工

34、具平台：LonBuilder和NodeBuilder；核心元件为Neuron芯片。（3）控制网络结构组成：网络协议（LonTalk）；网络传输介质；网络设备，包括智能测控单元、路由器、网关等；执行机构，如传感器，变送器等；管理软件。2、神经元芯片：（1）3个CPU：MAC处理器（物、数）、网络处理器（36）、应用处理器（78层）和用户交互。3、电力线通信（1）简介：要实现可靠的通信，必须使用可靠的调制解调器。（2）PLT-22电力收发器：抑制噪声和干扰的方法：带有数字信号处理技术的BPSK技术；双载波频率；前向纠错；强大的输出放大器；更宽的动态范围。4、Lonworks智能控制网络结构（1）网

35、络结构组成：网络协议（LonTalk）；网络传输介质，包括电力线、双绞线、光纤等；网络设备，如智能测控节点、路由器和网关等；执行机构包括传感器、变送器等；管理软件包括LonTalk开放式通信协议，并为设备之间交换控制状态信息建立了一个通用的标准。5、MAC层协议：（1）可预测P-坚持CSMA实现.原理：每个节点发送前随机插入0-W个很小的时间片；W根据网络积压参数变化进行调整：W=BL*Wbase，Wbase16；BL为网络积压估计值，是对当前发送周期有多少个节点需要发送报文的估计。工作过程：节点欲占用通道发送信息时，先在Beta1周期检测通道有无信息发送，以确定网络空闲；若空闲，节点产生一个

36、随机等待T，T为0-W时间片中的一个。延时结束时节点发送报文；否则节点检测有否信息发送和接收信息，然后再重复MAC算法。（2）可预测P-坚持CSMA：允许用户为每个需要优先级的节点分配一个特定的优先级时间片，在数据发送过程中，优先级数据报文将在该时间片里将报文发送出去；优先级时间片从0-127，0表示不需要等待立即发送，1表示等待一个时间片 ，低优先级的节点需要等待较多的时间片，高优先级的节点需等待较少的时间片；时间片加在P-概率时间片之前（即节点的随机等待时间T之前）；非优先级的节点必须等待优先级时间片都完成后，再等待P-概率时间片后发送，高优先级的节点需等待较少的时间片。Ch6：1、简介（

37、1）三个兼容部分：DP、PA、FMS（2）三个不同的物理层选择：RS485：用于DP和FMS；IEC1158-2：用于PA；光纤：用于DP和FMS（3）DP的特点：代替 PLC/PC 与 I/O 之间昂贵的电线；快速，传输 1 千字节的输入数据和 1千字节的输出数据所需时间2 ms；强有力的工具，减少组态和维护费用 ；被所有主要的 PLC 制造商支持；有广泛的产品: PLC, PC, I/O, 驱动器, 阀, 编码器等；允许周期性和非周期性的数据传输；单主和多主网络；每个站的输入和输出数据最多可达244字节。（4）PA的特点：基于扩展的 PROFIBUS-DP 协议和 IEC 1158-2 传

38、输技术；适用于代替现今的 4.20 mA 技术；仅用一根双绞线进行数据通信和供电；通过串行总线联接仪器仪表与控制系统；适用于本质安全的 EEx 应用区域；可靠的串行数字传输；通过一根双绞电缆进行控制、调节和监视；对所有设备只需一个工程工具；由于 PROFIBUS-PA 行规，保证了互操作性和互换性；仪器仪表的维护和诊断信息（5）FMS特点：FMS 最佳适用于车间级智能主站间通用的、面向对象的通信；FMS 提供一个 MMS-功能子集2、PROFIBUS特点：依据 RS 485，异步 NRZ 传输；波特率从 9.6 kBit/s 到 12 MBit/s，可选；双绞屏蔽电缆；每段 32 个站，最多允

39、许 127 个站；距离: 12 MBit/s = 100 m; 1.5 MBit/s = 400m; 187.5 kBit/s = 1000 m；有中继器距离可延长到 10 公里；9 针, D 型插头；同步 Manchester 编码, 31.25 kBit/s；本质安全 (可选) 和通过总线对站供电 (可选)；屏蔽或非屏蔽的双绞电缆；每段距离达 1900 米，用中继器可延长到 10 公里；最多 127 个站, 每段 10-32 个设备(依赖于 EX-类型和供电消耗)3、RS485的数据位顺序：开始位、数据位、奇偶校验位、停止位，数据位中最小的有效位最先被发送，即从低到高的顺序。4、主站间的逻

40、辑令牌环、主从站间的主从协议：主动站在一个限定时间内对总线有控制权，从站只是响应一个主站的请求，它们对总线没有控制权；在多主网络中，令牌调度必须确保每个主站有足够的时间完成它的通信任务。5、DP定义三种设备类型：DP-1类主设备、DP-2 类主设备、DP-从设备。6、DP循环时间的计算：PROFIBUS-DP 系统的组成，包括1 个主站和 20 个从站，每个从站有 2 个字节的输入和 2 个字节的输出。TMC = ( 33 + 75 + 11 + 198 + 22 + 22 ) x 20 = 7220 TBit。7220 TBit (1.5 MBaud) = (TBit = 0.66 ns)

41、= 4.8 msCh7：1、现场总线设备（1）分类：变送器类：用于检测生产过程的变量，并具有将过程变量信号转换为现场总线信号的功能。如：温度变送器；执行器类：用于对生产过程进行操作和控制，用于改变控制系统的操纵变量。如气动执行器、电动执行器等；转换器类：现场总线/电流转换器、现场总线/气压转换器等；接口类：计算机和控制器与现场总线之间的接口设备；电源类：现场总线仪表供电电源设备、电源调整器设备等；附件类：如终端器、中继器、安全栅等。（2）特点：全数字性；精度高；抗干扰能力强；内嵌控制功能；高速通信；多变量测量和传输；系统综合成本低；真正的可互操作性；真正的分散控制。（3）本质安全型仪表：它的特

42、点是仪表在正常状态下和故障状态下，电路、系统产生的火花和达到的温度都不会引燃爆炸性混合物。它的防爆主要由以下措施来实现：采用新型集成电路元件等组成仪表电路，在较低的工作电压和较小的工作电流下工作；用安全栅把危险场所和非危险场所的电路分隔开，限制由非危险场所传递到危险场所去的能量；仪表的连接导线不得形成过大的分布电感和分布电容，以减少电路中的储能。（4）现场总线电源类设备功能：具有提供现场总线设备的直流电源功能；具有防止现场总线信号流过电源造成电源短路的功能；现场总线供电系统包括现场总线终端器、电源调整器和直流供电电源等。（5）现场总线终端器工作原理：传输线路存在反射，通常在传输线路末端反射尤为

43、明显；线路的反射与传输线路的特征阻抗有关，当传输介质在某点特征阻抗发生变化时，信号的一部分能量就会在此被反射，另一部分能量会透过此点；因此在线路末端接入一个电阻并使之与电缆的特征阻抗相等也称为阻抗匹配，这个线路末端电阻称为终端器。（6）电压反射系数=(Z2-Z1) / (Z2+Z1)；电压透过系数=1-(Z2-Z1) / (Z2+Z1)=2*Z1 / (Z2+Z1)（7）电源调整器工作原理：在同时供电和传送信号的总线上，直流电源为了保持其输出电压的恒定，将吸收现场总线信号；电源调整器用于防止现场总线信号进入直流电源；简单的方法是在电源和现场总线之间串接一个电感。同时，为防止与终端器中电容产生振荡，需串连电阻；实际电路中并不采用电感，而是用等效电路，其优