现场总线总复习.

1、总复习总复习现场总线与工业以太网现场总线与工业以太网 现场总线与工业以太网现场总线与工业以太网 试卷构成填空题 30分简答题 50分综合题 20分基本概念与知识，30个空 计算题（海明码或者循环冗余编码例题，有修改） 系统分析题：辊道窑控制系统基本概念与知识，9道题PPT给出的是复习要点和部分知识。有些考试内容在PPT中可以找到，有些需要结合课本进行复习。题量不小，大家不要题量不小，大家不要留白卷留白卷。祝大家考出好成绩！祝大家考出好成绩！1.1计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类河南理工大学 交通信息工程与控制系3巡回检测巡回检测和操作指和操作指导系统导系统计算机监计算机监督控制系督控制

2、系统统直接数字直接数字控制系统控制系统集散控集散控制系统制系统 计算机根据监测的信号给出控制建议，由人计算机根据监测的信号给出控制建议，由人工完成控制。工完成控制。 计算机参与控制。计算机参与控制。 加入计算机监督层对控制参数进行调整。加入计算机监督层对控制参数进行调整。 集中管理、分散控制。集中管理、分散控制。1.2 DCS系统的体系结构系统的体系结构河南理工大学 交通信息工程与控制系4现场层：现场层：完成对生产装置（过程）的完成对生产装置（过程）的信号转换、检测和控制量的输出等。信号转换、检测和控制量的输出等。控制层控制层：完成对所连接的完成对所连接的各类装置实施监测和控制各类装置实施监测

3、和控制监控层监控层：对现场设备进行对现场设备进行检测和故障诊断，对全系检测和故障诊断，对全系统进行集中监视和操作，统进行集中监视和操作，完成控制回路的组态完成控制回路的组态/参参数修改和优化过程处理等。数修改和优化过程处理等。管理层管理层：实现全厂设备性能监视、运行优化、负荷分配和日常运行实现全厂设备性能监视、运行优化、负荷分配和日常运行管理等功能；承担全厂的管理决策、计划管理、行政管理等任务。管理等功能；承担全厂的管理决策、计划管理、行政管理等任务。1.3 DCS系统硬件构成系统硬件构成河南理工大学 交通信息工程与控制系控制站：控制站： DCS的核的核心。它接收现场设心。它接收现场设备的信号

4、，对生产备的信号，对生产过程进行闭环控制。过程进行闭环控制。8操作站：操作站：是操作人员与是操作人员与控制系统交换信息的人控制系统交换信息的人机接口。机接口。采集站：采集站：完成数据采集、预处理以及进完成数据采集、预处理以及进一步的加工处理，但不直接完成控制功一步的加工处理，但不直接完成控制功能。能。工程师站：工程师站：技术人员进行技术人员进行组态设计，包括对各种设组态设计，包括对各种设计文件进行归类和管理。计文件进行归类和管理。管理站：管理站：综合监视全系统的各单元，综合监视全系统的各单元，管理全系统的所有信息。管理全系统的所有信息。总线：总线：具有高速具有高速通信能力的信息通信能力的信息总

5、线。总线。1.4 DCS系统软件构成系统软件构成河南理工大学 交通信息工程与控制系6软件系统系统软件应用软件控制层应用软件监控层应用软件通信软件报警检测、输入、报警检测、输入、输出输出实时数据库实时数据库连续过程控制连续过程控制顺序控制顺序控制过程画面显示、操过程画面显示、操作和管理作和管理日志管理、历史数日志管理、历史数据存储据存储报表打印报表打印人人机接口机接口组态软件1.5 现场总线技术基本概念现场总线技术基本概念河南理工大学 交通信息工程与控制系7 节省硬件数量节省硬件数量 节省安装费用节省安装费用 节省维护开销节省维护开销 系统的准确性与可靠性更高系统的准确性与可靠性更高 更更高的系

6、统集成主动性高的系统集成主动性优点：优点： 系统的开放性系统的开放性 互可操作性与互用性互可操作性与互用性 现场设备的智能化与功能自治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系统结构的高度分散性 对现场环境的适应性对现场环境的适应性技术特点：技术特点：IEC对现场总线的定义对现场总线的定义 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。信的技术。International Electrotechnical Commission1

7、.6 现场总线技术本质和核心现场总线技术本质和核心河南理工大学 交通信息工程与控制系8（2）现场总线结构及本质）现场总线结构及本质现场通信网络现场通信网络现场设备互联现场设备互联互操作互操作分散功能块分散功能块通信线供电通信线供电开放式网络开放式网络1.7 工业以太网基本概念工业以太网基本概念河南理工大学 交通信息工程与控制系9 全开放、全数字化的网络全开放、全数字化的网络 工业控制网络与企业信息网络的无缝连接工业控制网络与企业信息网络的无缝连接 软硬件成本低廉软硬件成本低廉 通信速度高通信速度高 可持续发展潜力大可持续发展潜力大优势：优势： 实时性问题实时性问题 对工业环境的适应性与可靠性对

8、工业环境的适应性与可靠性 适用于工业自动化控制的应用层协议适用于工业自动化控制的应用层协议 本质安全和网络安全本质安全和网络安全 服务质量问题服务质量问题问题：问题： 工业以太网与现场总线相结合工业以太网与现场总线相结合 工业以太网直接应用于工业现场设备间通信，实现工业以太网直接应用于工业现场设备间通信，实现“一网到底一网到底”的愿景的愿景 实时通过无线技术进行网络延伸实时通过无线技术进行网络延伸趋势：趋势：1.8 现场总线与企业网络现场总线与企业网络河南理工大学 交通信息工程与控制系10 实时性：过程控制实时性：过程控制0.01-0.5s；制造自动化；制造自动化0.5-2.0s；信息网络为；

9、信息网络为2.0-6.0s。 工作环境：控制网络在工业环境；能够抗击电网干扰；具备本质安全性。工作环境：控制网络在工业环境；能够抗击电网干扰；具备本质安全性。 通信方式：控制网络采用广播或组播方式；信息网络使用一对一方式。通信方式：控制网络采用广播或组播方式；信息网络使用一对一方式。 互互操作要求：控制网络必须解决多家公司产品在同一网络中的互操作。操作要求：控制网络必须解决多家公司产品在同一网络中的互操作。两两网的区别网的区别 有利于管理层的决策有利于管理层的决策 信息交换的实时性信息交换的实时性 使数据保持一致和完整使数据保持一致和完整 故障远程诊断和维护故障远程诊断和维护 提供完善的信息资

10、源提供完善的信息资源互连的意义互连的意义 采用网关和路由器采用网关和路由器 动态数据交换技术动态数据交换技术 数据库访问技术数据库访问技术互连的方式互连的方式2.1 总线的基本总线的基本术语（术语（结合课本掌握结合课本掌握）河南理工大学 交通信息工程与控制系11主设备主设备从从设设备备1从从设设备备2从从设设备备3从从设设备备40010001011111010001110100010010010010总线协议总线协议主设备主设备总线段总线段从设备从设备规定操作；规定操作；改变总线操作方式；改变总线操作方式；地址、数据的含义。地址、数据的含义。2.2 总线的基本总线的基本操作（操作（结合结合课本

11、掌握课本掌握）河南理工大学 交通信息工程与控制系12主设备主设备从从设设备备1从从设设备备2从从设设备备3从从设设备备4广播寻址广播寻址0010101对比对比对比对比对比对比对比对比总线定时总线定时异步异步同步同步出错检测出错检测从从设设备备4容错与隔离容错与隔离2.3 通信系统的结构通信系统的结构河南理工大学 交通信息工程与控制系13模拟信息源模拟信息源数字信息源数字信息源信源编码信源编码信道编码信道编码常用的信号变常用的信号变换方法换方法从带有干扰的信号从带有干扰的信号中恢复出原始信息中恢复出原始信息多路复用多路复用的情况的情况2.4 模拟数据编码模拟数据编码技术（技术（结合结合课本掌握课

12、本掌握）河南理工大学 交通信息工程与控制系14幅度键控（幅度键控（Amplitude-Shift Keying,，ASK）频移键控（频移键控（Frequency-Shift Keying，FSK）相移键控（相移键控（Phase-Shift Keying，PSK）sin()0taxwj创+=12sin()sin()attaxwjwj创+=创+sin()s) 0in(txtaawpw创+=创+2.5 数字数据编码数字数据编码技术（技术（结合结合课本掌握课本掌握）河南理工大学 交通信息工程与控制系15单极性非归零码单极性非归零码单极性归零码单极性归零码双极性非归零码双极性非归零码双双极性归零码极性归

13、零码差分差分码码曼彻斯特编码曼彻斯特编码2.6 数据传输的奈奎斯特准则数据传输的奈奎斯特准则河南理工大学 交通信息工程与控制系16（1）基带传输）基带传输,2( )0,2E tf tttt= sin()2( )( )2j tFf t edtE2b奈奎斯特奈奎斯特准则准则：信道的带宽为：信道的带宽为B，则它可传输的最高信号波形，则它可传输的最高信号波形传输速率为传输速率为2B.2.7 数据的通信数据的通信方式（方式（结合课本熟悉概念结合课本熟悉概念）河南理工大学 交通信息工程与控制系17（1）并行通信和串行通信）并行通信和串行通信（2）异步传输和同步传输）异步传输和同步传输（3）单工、半双工和全

14、双工通信）单工、半双工和全双工通信2.8网络拓扑网络拓扑结构（结构（结合结合课本掌握课本掌握）河南理工大学 交通信息工程与控制系18中央节点负担大，中央节点负担大，其它节点连接简单其它节点连接简单节点需要提高复杂节点需要提高复杂的控制逻辑的控制逻辑广播式传输广播式传输适合层次型管适合层次型管理系统理系统2.9 介质访问控制介质访问控制方式（方式（结合课本掌握结合课本掌握）河南理工大学 交通信息工程与控制系19主设备主设备1主主设设备备1主主设设备备3载波监听载波监听/冲突检测冲突检测令牌环网令牌环网2.10 差错控制编码差错控制编码技术（技术（掌握课本掌握课本上的例题上的例题）河南理工大学 交

15、通信息工程与控制系20（1）海）海明码明码（2）循环冗余）循环冗余编码编码2.11 OSI参考参考模型（模型（结合结合课件掌握课件掌握）河南理工大学 交通信息工程与控制系212.13 网络互连网络互连设备（设备（结合课本掌握结合课本掌握）河南理工大学 交通信息工程与控制系22河南理工大学 交通信息工程与控制系23D0D1D2D3D4D5D6D70/1D0D110/1100第 n 1字 符 帧第 n字 符 帧8位 数 据起始位停止位奇 偶校 验(a)D0D1D2D3D4D5D6D70/1D0D111100第 n 1字 符 帧第 n字 符 帧8位 数 据起始位停止位奇 偶校 验111空 闲 位3.

16、1异步数据通信格式异步数据通信格式 无论是无论是RS-232接口，还是接口，还是RS-485接口，接口，均可采用串行异步收发数据格式。均可采用串行异步收发数据格式。起始位，通知接起始位，通知接收方有数据到达收方有数据到达5，6，7，8结束结束位，位，1、1.5、2位中选择位中选择河南理工大学 交通信息工程与控制系243.2串行通信基本概念串行通信基本概念连接握手连接握手确认确认使收发双方确认已经建立了连接关系，接收方已经做好准备，使收发双方确认已经建立了连接关系，接收方已经做好准备，可以进入数据收发状态。可以进入数据收发状态。l 接收者表明接收者表明数据数据已经收到回复信息的过程；已经收到回复

17、信息的过程；l 相应的措施；相应的措施；l 重发。重发。中断中断一个通知一个通知CPU有需要立即响应的任务的信号。有需要立即响应的任务的信号。轮询轮询 周期性地获取特征或信号来读取数据或发现是否有事件周期性地获取特征或信号来读取数据或发现是否有事件发生的工作过程。发生的工作过程。差错检验差错检验 数据通信中的接受者可以通过差错检验来判断所接收的数据通信中的接受者可以通过差错检验来判断所接收的数据是否正确。数据是否正确。3.3 RS-232C串行通信接口技术串行通信接口技术河南理工大学 交通信息工程与控制系25 信号速率限于信号速率限于20kbit/s以内以内 线间干扰大，限于线间干扰大，限于1

18、5m之内之内 负逻辑负逻辑3.4 RS-485串行通信接口技术串行通信接口技术河南理工大学 交通信息工程与控制系26-2500-200mV: +200+2500mV: -20001+200mV: ABVV-= 逻辑逻辑高阻态 抑制噪声抑制噪声 不受底线电压漂移的影响不受底线电压漂移的影响 价格便宜价格便宜接收端接收端使能使能端端发送使能发送使能发送端发送端正输入正输入负负输入输入4.1 PROFIBUS基本概念基本概念河南理工大学 交通信息工程与控制系27用于传感器和执行器用于传感器和执行器的高速数据传输。的高速数据传输。12Mbit/s单主站系统单主站系统对于安全性要求较高对于安全性要求较高

19、的场合的场合主要用于车间级控制主要用于车间级控制网络，解决车间级通网络，解决车间级通用性能通信任务用性能通信任务4.2 PROFIBUS协议结构协议结构河南理工大学 交通信息工程与控制系284.3 PROFIBUS-DP总线设备类型总线设备类型河南理工大学 交通信息工程与控制系29（2）系统组成）系统组成4.4 PROFIBUS-DP总线系统结构总线系统结构河南理工大学 交通信息工程与控制系304.5 PROFIBUS-DP总线访问控制总线访问控制河南理工大学 交通信息工程与控制系31主站和从站初始化主站和从站初始化总线上令牌环的建立总线上令牌环的建立主站与从站通信初始化主站与从站通信初始化交

20、换数据通信交换数据通信4.6 PROFIBUS-DP总线协议总线协议河南理工大学 交通信息工程与控制系32电气特性；数据格式；连接端口；总线终端器；总线电气特性；数据格式；连接端口；总线终端器；总线拓扑（含中继器）；接口冗余；拓扑（含中继器）；接口冗余；OLM和和OLP帧格式；控制字符（帧格式；控制字符（FC）；）；FDL的四种服务；的四种服务；GAPL和和LAS；令牌传递；令牌接收；令牌持有；令牌传递；令牌接收；令牌持有四种行规（执行机构、传动、检测、四种行规（执行机构、传动、检测、HMI）；数据接口）；数据接口和服务接口和服务接口4.7设备数据库文件设备数据库文件河南理工大学 交通信息工程

21、与控制系335.1 实现方案实现方案河南理工大学 交通信息工程与控制系34单片机单片机专用芯片专用芯片接口模板接口模板设计灵活、特定硬件平台设计灵活、特定硬件平台通信速率通信速率切换切换-下载下载使用程序状态调试程序；使用程序状态调试程序；使用变量表调试程序。使用变量表调试程序。7.1 CAN总线通信模型总线通信模型河南理工大学 交通信息工程与控制系447.2 物理层物理层河南理工大学 交通信息工程与控制系45接口电位接口电位传输速率传输速率7.3 同步同步河南理工大学 交通信息工程与控制系46硬同步：硬同步：只在总线空闲时通过一个从只在总线空闲时通过一个从“隐性位隐性位”到到“显性位显性位”

22、的跳变（帧的跳变（帧起始）来完成，此时不管有没有相位误差，所有节点的位时间重新开始。起始）来完成，此时不管有没有相位误差，所有节点的位时间重新开始。重同步：重同步：在报文的随后位中，每当有从在报文的随后位中，每当有从“隐性位隐性位”到到“显性位显性位”的跳变，的跳变，并且该跳变落在了同步段之外，就会引起一次重同步。重同步机制可以根并且该跳变落在了同步段之外，就会引起一次重同步。重同步机制可以根据跳变沿加长或者缩短位时间以调整采样点的位置，保证正确采样。据跳变沿加长或者缩短位时间以调整采样点的位置，保证正确采样。7.4 数据链路层帧格式数据链路层帧格式河南理工大学 交通信息工程与控制系47仲裁段 数据段 ACK段 数据帧 帧起始 控制段 CRC段 帧结束 帧起始 仲裁段 控制段 CRC段 ACK段 帧结束 远程帧 主动错误被动错误总线关闭复位或检测到128次11位连续隐性位设备正常参与总线通信，检测到错误时发送主动错误标识数据帧的收发都被