PLC的通信及网络功能

1、第7章 PLC的通信及网络功能 7.1 通信的基本概念 7.2 FP系列PLC的通信功能 7.3 FP系列PLC的通信协议 7.4 PLC网络结构与设计第7章 PLC的通信及网络功能通信是指计算机与计算机或外设之间的信息传送，这种信息是由数字“1”和“0”组成的具有一定规则并反映确定信息的一个数据或一批数据。基本的数据通信方式有并行通信和串行通信两种。并行通信比较简单，根据CPU的字长和总线特点以及外设数据口的宽度分为不同位数的并行通信，如8位、16位并行通信等。并行通信的特点是并行传送数据的每一位都同时传送，而串行通信的数据是逐位传送的，即数据是一位一位地顺序传送，在相同的条件下比并行通信传

2、送慢。尽管并行通信的传递速度快，但并行传送的数据有多少位，传送线就得有多少根，不适宜远距离通信。串行通信比并行通信慢，但采用串行通信，不管发送或接收的数据是多少，一般只需要两根传送线，一根用来发送，另一根用来接收。甚至根据串行通信方式的不同，还可以将发送和接收合二为一，成为发送/接收复用线。虽然实际应用中还要附加一些信号线，但在多字节数据通信中比并行通信节省传送线，降低系统的成本。 7.1 通信的基本概念7.1.1 串行通信模式7.1.2 异步通信和同步通信7.1.3 波特率7.1.4 异步串行通信接口7.1.5 串行通信的校验7.1.1 串行通信模式串行通信一般有单工模式（simplex）、

3、半双工模式（halfduplex）和全双工模式（full duplex）三种操作模式。A站发送端B站接收端单工模式是指通信双方A、B在通信过程中数据传送的方向是单方向的，系统组成后，发送方和接收方即固定。这种通信模式应用较少。单工模式如图7-1所示。 A站发送端B站接收端图 7-1 单工模式半双工模式半双工模式是指通信双方A、B都具有接收器和发送器，既可发送也可以接收，但不能同时接收和发送。半双工模式如图7-2所示。A站发送/接收端B站接收/发送端图7-2 半双工模式全双工模式 全双工模式是指指通信双方A、B都具有接收器和发送器，可以实现双方同时的数据接收和发送。全双工模式如图7-3所示。图7

4、-3 全双工模式A站发送/接收端B站接收/发送端7.1.2 异步通信和同步通信所谓异步是指发送和接收双方的数据帧与帧之间不要求同步，也不必同步。同步是指发送和接收双方的数据帧与帧之间严格同步，而不只是位与位之间严格同步。异步通信的双方采用独立的时钟，每个数据均以起始位开始，停止位结束，起始位触发双方的同步时钟。每个异步串行帧中的数据位彼此严格同步，位周期相同。异步通信比较灵活，适用于数据的随机发送/接收，而同步通信则是成批数据传送。异步传送速度较慢，而同步传送的速度较快。 在异步串行通信中，收发的每一个字符数据是由4个部分按顺序组成的，如图7-4所示。第二起始位异步串行帧传递方向起始位低位 高

5、位校验位停止位数据位空 闲1101/01/01/01/01/01/01/01/0111101/0图7-4 异步串行通信方式的信息格式 起始位：标志着一个新数据帧的开始。当发送设备要发送数据时，首先发送一个低电平信号，起始位通过通信线传向接收设备，接收设备检测到这个逻辑低电平后就开始准备接收数据信号。 数据位：起始位之后就是5、6、7或8位数据位，IBM PC机中经常采用7位或8位数据传送。当数据位为1时，收发线为高电平，反之为低电平。 奇偶校验位：用于检查在传送过程中是否发生错误。奇偶校验位可有可无，可奇可偶。若选择奇校验，则各位数据位加上校验位使数据中为“1”的位为奇数；若选择偶校验，其和将

6、是偶数。 停止位：停止位是高电平，表示一个数据帧传送的结束。停止位可以是一位、一位半或两位。 在异步数据传送中，通信双方必须规定数据格式，即数据的编码形式。例如，起始位占1位，数据位为7位，1个奇偶校验位，加上停止位，于是一个数据帧就由10位构成。也可以采用数据位为8位，无奇偶校验位等格式。7.1.3 波特率波特率是单位时间内传送的数据位数，即单位时间内传送二进制数的位数，单位是位/秒（bit per second，bps）。假如数据传送的格式是7位，加上校验位、1个起始位以及1个停止位，共10个数据位，而数据传送的速率是960字符/秒，则传送的波特率为 109609600bps 波特率的倒数

7、为每一位的传送时间，即 T1/96000.104ms 由上述的异步通信原理可知，相互通信的A、B站点双方必须具有相同的波特率，否则就无法实现通信。7.1.4 异步串行通信接口 1.RS-232C接口 RS-232C接口是电子工业协会（Electronic Industries Association，EIA）1962年公布的一种标准化接口，传递的波特率一般19200bps.9600bps、4800bps、2400bps、1200bps、 600bps、300bps。IBM PC及其兼容机通常均配有RS-232C接口。在通信距离较近且波特率要求不高的场合可以直接采用，既简单又方便。但由于RS-2

8、32C接口采用单端发送、单端接收，在使用中有通信速率低、通信距离近（15m）、抗共模干扰能力差等缺点。 RS-422接口采用差动发送、差动接收的工作方式，发送器和接收器仅使用5V电源，在通信速率、通信距离、抗共模干扰能力等方面较RS-232C接口都有很大的提高。RS-422接口的最大数据通信速率可达10Mbps（对应通信距离12m），最远通信距离1200m（对应通信速率为10Kbps）。2.RS-422接口3.RS-485接口RS-485接口的信号传送是用两根导线之间的电位差来表示逻辑1和逻辑0的，仅需两根传送线就可完成信号的接收和发送任务。由于数据传送也采用差动接收、差动发送的工作方式，而且

9、输出阻抗低，无接地回路问题，所以抗干扰能力强，传送距离可达1200m，传送速率可达10Mbps。7.1.5 串行通信的校验1.奇偶校验 在发送数据时，数据位尾随的1位数据为奇偶校验位（1或0）。当设置为奇校验时，数据中1的个数与校验位1的个数之和应为奇数；设置为偶校验时，数据中1的个数与校验位1的个数之和应为偶数。接收时，接收方应具有与发送 方一致的差错检验设置，当接收1个字符时，对1的个数进行校验，若二者不一致，则说明数据传送出现了差错。 奇偶校验是按字符校验的，数据传送速度会受到影响，一般只用于异步串行通信中。2.和校验 和校验是指发送方将所发送的数据块求和（字节数求和），并产生一个字节的

10、校验字符（校验和）附加到数据块末尾。接收方接收数据时也是先对数据块求和，将所得结果与发送方的校验和进行比较，相符则无差错，否则即出现了差错。 这种和校验的特点是无法检验出字节位序（或1、0位序不同）的错误。3.循环冗余校验 这种校验是对一个数据块校验一次。例如，对磁盘的访问、ROM或RAM存储区的完整性检验等。这种方法广泛应用于同步串行通信方式，相对比较复杂，这里就不具体讨 7.2 FP系列PLC的通信功能FP系列的各种机型，无论是小型机还是大、中机型，都具有通信功能，可以很方便地实现PLC与PLC或PLC与PC之间的通信。FP0的通信方式主要有三类：FP0与计算机之间、FP0与外围设备之间、

11、FP0与上位PLC之间。有了这些通信功能就可以方便地实现各设备之间的连接和互锁，实现如数据采集、监视运行状态等功能。 7.2.1 PLC与计算机之间的通信7.2.2 PLC与外围设备的通信7.2.3 FP系列PLC与上位机PLC的通信7.2.1 PLC与计算机之间的通信1. 1：1方式（1）PLC的RS-232C口与计算机的连接计算机可以直接同PLC的RS-232C口连接，如图7-5所示。图7-5计算机与PLC RS-232C口的连接（2）PLC的RS-422口与计算机的连接计算机通过RS-422口连接PLC时，需使用RS-422 /RS-232C适配器，如图7-6所示。图7-6计算机与PLC

12、 RS-422口的连接2. 1：N方式这种方式要求配备专用的通信模块C-NET适配器。一台计算机最多可以同32台PLC连接。每个C-NET都使用RS-485方式，C-NET同计算机的连接使用RS-232C方式，C-NET同PLC连接使用RS-422方式。连接图如图7-7所示。图7-7 计算机与C-NET单元的连接7.2.2 PLC与外围设备的通信PLC与具有RS232C口或RS-422口的外围设备连接时，可以实现与这些设备的通信，如智能终端、条形码判读器、打印机、EPROM写入器等，如图7-8所示。图7-8 PLC与外围设备通信的连接7.2.3 FP系列PLC与上位机PLC的通信在大部分的控制

13、系统中，要用一台中型或大型PLC作上位机（主机），该上位机可控制多台小型PLC，这些小型PLC用来直接控制现场设备，称为下位机。这种PLC与PLC之间的通信也被称为I/O通信。 7.3 FP系列PLC的通信协议通信协议是通信双方就如何交换信息所建立的一些规定。FP系列PLC通信系统的基本协议是松下电工的专用通信协议MEWTOCOL，分为两个部分：一是关于PLC与计算机的通信协议的MEWTOCOL-COM，另一个是关于数据传送协议的MEWTOCOL-DATA。7.3.1 MEWTOCOL-COM7.3.2 MEWTOCOL-DATA7.3.1 MEWTOCOL-COM1.基本帧格式 （1）发送命

14、令帧格式通信开始先由计算机发出呼叫，呼叫信息包括一些特殊标志码、PLC站号和呼号字符等，具体格式如下：（2）响应帧格式PLC接收到计算机的呼叫后，首先判断是不是一个完整的信息，然后检查呼叫站号是不是自己的站号，若是呼叫自己，则发送响应信息，否则不予理睬。正常响应如果正常，PLC发送下面信息 错误响应在数据传送期间如有错误，将由PLC发送下面信息 （3）通信命令代码如表7-1所示。说 明代 码ASCII码数 起始码%25H命令特征码#23H正确响应特征码$24H错误响应特征码!21H结束码CR0DH表7-1通信标志代码表 计算机通过MEWTOCOL-COM协议中的专用命令可对PLC进行读、写和监

15、控等操作，表7-2列出了这些命令代码。除读、写命令代码外，其余命令代码基本上由两个特定的大写字母组成，响应代码均由命令代码中的前两个字母组成。命令代码说 明命令代码说 明RCS读单个接点RK读定时计数经过值区WCS写单个接点WK写定时计数经过值区RCP读多个接点MC监视器接点记录和复位WCP写多个接点MD监视器数据记录和复位RCC以字为单位读接点信息MG监视器执行WCC以字为单位写接点信息RR读系统监视器SC在接点区以字为单位预置数WR写系统监视器RD读数据区RT读PLC状态WD写数据区RP读程序SD数据区预置WP写程序RS读定时计数预置值区RM遥控（RUNPROG方式切换）WS写定时计数预置

16、值区AB发送无效表7-2 MEWTOCOL-COM命令代码表（4）通信错误代码表7-3列出了MEWTOCOL-COM通信错误代码的含义。错误类型代码说明链接系统错误21NACK错：遥控单元识别错误或数据错22WACK错：遥控单元的接收缓冲器满23串行口重复错：遥控单元号设置重复24传送格式错：发送数据格式不匹配，或帧溢出，或数据错25硬件错26单元号错：遥控单元号不在0163范围内27不支持错：接收方帧溢出28未响应错：遥控单元不存在29缓冲器关闭错30超时错基本步骤错误40BCC错41格式错42不支持错：发送了不支持错误43步骤错：在发送请求等待期间，发送了另一条命令处理系统错误50LINK

17、单元设定错51同时操作错：当缓冲区已满时，另一单元又发命令52传送不使能53忙PLC应用错误60参数错：使用了不正确参数61数据错：使用了不正确数据62寄存器错63PLC工作方式错65保护错：在保护状态下写存储器66地址错67丢失数据错：要读的数据不存在2.命令传送举例（1）单接点读命令（RCS）读发送帧格式如下：发送目的站号高位在前，低位在后接点号（占4位）接点名（占1位）%HL#RCSBCCCR读响应帧格式如下：接点号（占4位）接点名（占1位）发送目的站号%HL$RC接点数据BCCCR（2）单接点写命令（WCS）写发送帧格式如下 接点号输出接点名接点数据%HL#WCSBCCCR正确响应源站

18、号写响应帧格式如下：（3）多接点读命令（RCP）读发送帧格式如下 读响应帧格式如下：（4）多接点写命令（WCP） （5）读数据命令（RD）读发送帧格式如下：读响应帧格式如下 （6）写数据命令（WD）写发送帧格式如下：写响应帧格式与单节点写命令的响应格式相同 （7）读PLC的状态（RT）读发送帧格式如下：读响应帧格式如下：PLC状态信息中代码的含义及规定如下 （8）读PLC程序（RP）读发送帧格式如下：读响应帧格式如下 （9）写PLC程序（WP）写发送帧格式如下：写响应帧格式如下：7.3.2 MEWTOCOL-DATA1.基本帧格式（1）发送命令帧格式（2）响应帧格式正确响应错误响应2.数据传送

19、举例7.4 PLC网络结构与设计在FP系列PLC中集成了ET-LAN以太网、P-Link光纤网、H-Link网络、W-Link网络、F-Link网络（远程I/O网络）和C-NET网络等6种通信子网。无论构成哪一种子网，都必须配备该子网的专用通信模块。虽然不同子网的低层协议各不相同，但在它们的应用层都遵守同一通信协议，即松下电工的专用协议MEWTOCOL。除了C-NET网络以外，其余5种子网都可以组合在一起构成复合网络。 FP各级PLC网络主要技术性能如表7-5所示。7.4 PLC网络结构与设计7.4.1 C-NET网络7.4.2 MEWNET-Link网络7.4.3 F-Link网络7.4.4

20、 ET-LAN网络C-NET网络一般是单独构成一个子网，网络的构成可以有多种方式。当多台PLC与PC机构成1：N的通信网络时，PC机作为主站，各PLC作为从站，采用周期轮询方式建立主站与各从站之间的通信。主站发起通信，从站做出响应，为“命令-响应”的通信方式。主站与各从站都必须配备一个C-NET适配器，用来进行总线标准的转换及终端阻抗的匹配。7.4.1 C-NET网络7.4.2 MEWNET-Link网络MEWNET-Link实际包括P-Link、H-Link和W-Link三种网络。这三种网络的体系结构基本相似，都是由物理层、数据链路层和应用层组成。这三种网络的通信机理基本相同，使用方法也基本

21、相同，只要了解一种即可推知其他。在这里只重点介绍P-Link网络。1. P-Link工业局域网的结构和技术性能（1）P-Link的结构P-Link网是一种环形局域网，其结构如图7-9所示。FP系列PLC通过P-Link单元连入此环网的通信节点，而计算机通过RS-232C-Link单元连入此环网的通信节点，节点和节点之间通过光缆连接起来。P-Link网的共享存储器称为Link区，Link区共享通信方式只适用于PLC与PLC之间的通信。一台FP系列PLC最多安装两个P-Link单元。这种方式虽然通信速度快，使用方便，但在一个环中的站数最多为16个，能够交换的数据量受Link区的限制，所以也很有限。

22、图7-6a为单环结构，b为多环结构。2.Link区的划分（1）单环Link区的划分（2）多环Link区的划分3.与Link区设定有关的系统寄存器及特殊寄存器（1）相关的系统寄存器设定Link 0区用到系统寄存器4045，设定Link 1区用到系统寄存器5055。表7-6说明了这些系统寄存器的设定情况。（2）相关的特殊寄存器要将某站设定为Link区共享通信方式，就将该站对应的特殊寄存器设置为ON。站号与特殊寄存器的对应关系为：使用Link 0区作共享区时，116站与特殊寄存器R9060R906F按顺序一一对应。使用Link 1区作共享区时，116站与特殊寄存器R9080R908F按顺序一一对应。

23、存放工作方式状态信息的特殊寄存器。某站若处于RUN的工作方式，则表示其状态的ON信息将存放在指定的特殊寄存器中。站号与存放工作方式状态信息的特殊寄存器的对应关系为：使用Link 0区作共享区时，116站与存放工作方式状态信息的特殊寄存器R9070R907F按顺序一一对应。使用Link 1作共享区时，116站与存放工作方式状态信息的特殊寄存器R9090R909F按顺序一一对应。存放环路出错信息的特殊寄存器。DT9170存放环路1各站的出错信息，DT9200存放环路2各站的出错信息，DT9230存放环路3各站的出错信息。DT9170、DT9200、DT9230均为16位，每位对应环中一个站，位0对

24、应1站，位15对应16站，按顺序对应。4. P-Link单元Link区的设定（1）起动FPWIN GR，在菜单栏中选择【选项】，在其下拉菜单中单击【PLC系统寄存器设置】选项，即可弹出【PLC系统寄存器设置】窗口。该窗口含有9个参数设置页面，选择其中的【PC-Link 0设置】和【PC-Link 1设置】页面为Link 0和Link1设置参数。（2）通过FPWIN GR进入网络中各站点。对于已建立起的PLC网络，只需将计算机接至其中某一台PLC，通过FPWIN GR软件对站点的选择，就可使计算机与网络中任意一个指定站号的PLC进行通信，在计算机屏幕上直接对该PLC进行程序设置和状态监控。具体方

25、法是起动FPWIN GR，在菜单栏中选择【在线】，在其下拉菜单中单击【通信站指定】，即可弹出【通信站指定】窗口。5.P-Link单元的使用（1）站号设定将P-Link单元安装在带CPU单元的底板上，然后用单元前面板上的站号设定开关设定该环路内的站号。当P-Link单元设为P-Link通信方式，即Link区共享方式时，一个环路内的站号最多设16个。设为非Link区共享通信方式时，则其站号最多可设64个（063）。（2）工作方式设定在同一个CPU底板上最多可安装3个Link单元，但其中最多只能有两个Link单元设为P-Link方式，即共享Link区方式，其他方式则无此限制。（3）主、副环路及备份电

26、源的使用为了实现高可靠性，保证通信万无一失，在P-Link单元中采用了主、副环路热备份方式及备份电源的设计。 P-Link单元连接图 7.4.3 F-Link网络F-Link网络是一种主从总线式局域网，又称远程I/O系统，位于FP系列PLC网络的最底层，专门用于工业控制现场的通信。它所采用的通信方式除了一般PLC中常用的周期I/O方式外，还配置有存储器访问方式。 1.F-Link的构成（1）网络的构成网络的基本构成如图7-11所示。整个系统只有一个主站，主站由远程控制主单元FP3、FP5、FP10或FP10S担任，主站最多带4个主单元，每个主单元最多连4条通信路径，其他均为从站。从站有两种类型

27、，一类是远程控制从单元带上I/O单元组成从站，另一类是I/O Link单元带上FP控制器、终端单元、终端板和智能操作板等高级单元作为从站。图7-11 F-Link构成（2）F-Link的主要技术性能表7-8给出了F-Link的主要技术性能。2.F-Link的I/O分配（1）只包含主单元的远程I/O系统I/O地址的分配（2）含有主单元又有从单元的远程I/O系统的I/O地址 3.F-Link网络通信原理及其功能 （1）通信原理和方式FP系列PLC远程I/O系统采用的通信方式主要是周期I/O方式和存储器访问方式。在该系统的主站中，除了CPU单元外，还配置了远程控制主单元，其内部的通信处理器负责对用户

28、程序进行循环扫描，在扫描周期中安排一段时间进行I/O处理。而远程控制主单元中的处理器则负责远程I/O通信。在主单元中开辟了一个远程I/O缓冲区，用来进行CPU单元和远程I/O从站中各单元之间的数据交换。而远程I/O从站的各I/O点与远程I/O缓冲区中位地址有一一对应的关系，所以对远程I/O缓冲区的读/写就相当于访问了远程I/O从站的各I/O单元。由于主单元采用周期扫描方式与各从站I/O单元进行数据交换，故称这种通信方式为周期I/O方式。在周期I/O方式的基础上还集成了存储器访问方式，当主站需访问从站上的高级单元时，可以用存储器读写指令与高级单元直接通信。（2）功能由于采用周期I/O方式和存储器

29、访问方式这两种通信方式，远程I/O系统可实现以下三种通信功能：远程I/O控制功能。通过主站上编写的程序控制远程从站上的I/O点动作。遥控编程功能。通过连接在从站上的编程工具对主站CPU进行编程，并监视CPU的工作情况。存储器访问功能。主站中的CPU通过存储器读写指令对从站上的高级单元进行访问以实现通信。7.4.4 ET-LAN网络FP系列PLC中的以太网称为ET-LAN，其协议除采用了标准以太网协议中的内核外，还在传输层和网络层中配置了TCP/IP协议，当底层的硬件或软件改变时，应用层基本不受影响，因而在异种网络互联时具有更好的适应能力。下面介绍ET-LAN的构成及通信实现。 1.ET-LAN

30、的网络体系结构、技术性能指标和通信方式（1）ET-LAN的结构与组成ET-LAN的结构如图7-14所示，主要由以下几部分组成：站点。ET-LAN网上的站可以是FP系列的大中型PLC，也可以是计算机。ET-LAN通信单元。它是FP系列PLC及计算机连入ET-LAN网的通信单元。收发器。它是由驱动电路组成的接收、发送电路。中继器。物理层中的中间放大器，用于延长传送距离。终端。在总线两端加上的电阻，防止信号反射。以太网电缆与收发电缆。（2）通信方式ET-LAN在物理层与数据链路层采用随机方式由总线上所有站点共同管理通信，即“先听后讲、边讲边听”，网络层与传输层配置了TCP/IP协议。应用层提供两种通

31、信方式。一种是基于MEWTOCOL专用协议的通信，这时MEWTOCOL协议作为应用层协议，在ET-LAN网上各站采用此协议就可以相互通信；另一种方式为透明方式通信，这时不必使用任何协议，只要利用握手信号，实现发送和接收应答，就可以实现通信。需要的握手信号可以由ET-LAN单元（以太网单元）占用的I/O端子提供，也可由ET-LAN单元内部的共享存储器提供。2.ET-LAN通信单元I/O分配与共享存储器分配（1）ET-I.AN通信单元I/O端子分配（2）ET-LAN通信单元共享存储器的分配ET-LAN通信单元的共享存储器由用户系统区与透明通信方式缓冲区构成，其分配如表7-11所示。初始化信息设置区

32、。路由信息设置区。连接信息设置区。初始化信息报告区。连接信息报告区。存储器握手区。错误记录区。 3.ET-LAN通信的实现（1）ET-LAN通信单元的使用ET-LAN通信单元在使用之前，必须进行方式设定，在ET-LAN通信单元的前面板上有4个开关，可以按表7-12设定。进行两种方式切换时，必须先关掉电源，再改变开关，然后再接通电源。I/O端子握手方式与存储器握手方式都是用于透明方式通信，前者将占用PLC的I/O点，后者不占用I/O点，而是利用共享区中的握手区提供握手信号。此信号用F150和F151指令读写。若ET- LAN通信单元设为在线方式和正常方式，则此单元参加ET-LAN网通信；若处于离

33、线方式，则ET-LAN通信单元与ET-LAN网脱开。若ET-LAN通信单元设为测试方式，并设为在线方式，则对全网进行测试；若设为离线方式，则只对此ET-LAN通信单元测试。（2）ET-LAN网通信建立过程及步骤ET-LAN网通信建立的过程按下列步骤进行：用F151/P151指令设定初始化区的参数。用F151/P151指令设置路由区的参数。起动初始化操作，使上面设定的初始化参数及路由参数变为有效。首先使初始化请求信号接通并保持（I/O握手用Y20，存储器握手用H0368的第12位），然后进行初始化操作，最后判别初始化操作是否完成和出错。若XC1（I/O握手）或H0360第12位为1（存储器握手）

34、表示初始化完成。若X D1（I/O握手）或H0360第13位为1（存储器握手），则表示初始化出错。初始化出错则要求重新初始化，应先断开初始化请求信号，等到初始化出错信号变为OFF时，再接通初始化请求信号，才能开始新的初始化操作。设置连接区参数，ET-LAN允许建立8个连接，在透明方式与MEWTOCOL方式中选一种。对每个连接设定通信方式，如果设定的是MEWTOCOL方式，打开连接时就意味着对于PLC与PLC之间的通信应当遵守MEWTOCOL-DATA协议格式。对于计算机与PLC或计算机之间的通信，按MEWTOCOL-COM协议编写程序。若用户打开的连接设定为透明方式，则不受MEWTOCOL协议

35、约束，可按任意格式通信，但必须用握手信号实现收发应答。用握手信号打开连接，然后运行通信程序进行通信。通信完成后，用握手信号关闭连接，整个通信过程结束。7.5 现场总线技术介绍在计算机控制系统出现以后，工程实践中广泛使用模拟仪表系统中的传感器、变送器和执行机构，其信号传送一般采用420mA的电流信号形式，一个变送器或执行机构需要一对传送线来单向传送一个模拟信号。这种传送方法使用的导线多，现场安装及调试的工作量大，投资高，传送精度和抗干扰能力较低，不便于维护。主控室的工作人员无法了解现场仪表的实际情况，不能对其进行参数调整和故障诊断，所以处于最底层的模拟变送器和执行机构构成了计算机控制系统中最薄弱

36、的环节，即所谓DCS系统的发展瓶颈。现场总线正是在这种情况下应运而生。7.5 现场总线技术介绍7.5.1现场总线技术的产生与特点7.5.2现场总线控制系统的基本概念7.5.3主要现场总线简介7.5.4 FCS对计算机控制系统的影响7.5.1现场总线技术的产生与特点1.开放性现场总线控制系统（FCS）采用公开化的通信协议，遵守同一通信标准的不同厂商的设备之间可以实现互连及信息交换。用户可以灵活选用不同厂商的现场总线产品来组成实际的控制系统，达到最佳的系统集成。2.互操作性互操作性是指不同厂商的控制设备不仅可以互相通信，而且可以统一组态，实现同一的控制策略和“即插即用”，不同厂商的性能相同的设备可

37、以互换。3.灵活的网络拓扑结构现场总线控制系统可以根据复杂的现场情况组成不同的网络拓扑结构，如树型、星型、总线型和层次化网络结构等。7.5.1现场总线技术的产生与特点4.系统结构的高度分散性现场设备本身属于智能化设备，具有独立自动控制的基本功能，从根本上改变了DCS的集中与分散相结合的体系结构，形成了一种全新的分布式控制系统，实现了控制功能的彻底分散，提高了控制系统的可靠性，简化了控制系统的结构。现场总线与上一级网络断开后仍可维持底层设备的独立正常运行，其智能程度大大加强。5.现场设备的高度智能化传统的DCS使用相对集中的控制站，其控制站由CPU单元和输入/输出单元等组成。现场总线控制系统则将

38、DCS的控制站功能彻底分散到现场控制设备，仅靠现场总线设备就可以实现自动控制的基本功能，如数据采集与补偿、PID运算和控制、设备自校验和自诊断等功能。系统的操作员可以在控制室中实现远程监控，设定或调整现场设备的运行参数，还能借助现场设备的自诊断功能对故障进行定位和诊断。6.对环境的高度适应性现场总线是专为工业现场设计的，可以使用双绞线、同轴电缆、光缆、电力线和无线的方式来传送数据，具有很强的抗干扰能力。常用的数据传送线是廉价的双绞线，并允许现场设备利用数据通信线进行供电，还能满足本质安全防爆要求。7.5.2现场总线控制系统的基本概念1.访问方法（Media Access）访问方法指在总线上通信

39、的权利，有三种主要的类型：（1）主控（Master Control）。一个高级别的节点控制所有的信号传送顺序和时间。除非主节点要求，其他节点不能通信。Profibus-DP在主站和主站之间采用这种访问方法。（2）令牌方式（Token Passing）。这是一种信息转移的方法，每次循环每个节点有一次机会通信。Profibus-DP在主站和主站之间采用这种访问方法。（3）CSMA。一种访问方法，允许每个节点通信，只要该节点有信息要发布并没有其他节点占用通信线。当以CSMA方式操作时，有可能两个节点同时通信。有两种主要的方法处理可能存在的冲突。冲突监测（Collision Detection，CD）。所有的发送器必须同时是接收器。如果两个节点同时开始通信，它们将听到发生了冲突，都停止通信，等待一个任意长的时间，再重新通信。以太网采用这种访问方法。逐位仲裁（Bitwise Arbitration，BA）。地址最低的节点优先级最高，享有继续通信的权力，而另一个节点则停止通信，DeviceNet采用这种访问方法。2.总线拓扑结构拓扑结构是描述总线的专用术语，指通信线连接各节点的方法。（1）线状结构（Bus）。简单的直线式拓扑结构称作线