现场总线技术文献综述

《现场总线技术》论文论文题目:现场总线技术文献综述论文类型：文献综述姓名:学号:班级:2016年6月6日摘要现场总线(Fieldbus)是指开放式、国际标准化、数字化、相互交换操作的双向传送、连接智能仪表和控制系统的通信网络。它作为工厂数字通信网络的基础沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这是一项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术是信息化带动工业化和工业化推动信息化的适用技术是能应用于各种计算机控制领域的工业总线因现场总线潜在着巨大的商机世界范围内的各大公司投入相当大的人力、物力、财力来进行开发研究[1]。当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域由于现场总线技术的不断创新过程控制系统由第四代的DCS发展至今的FCS(FieldbusControlSystem)系统已被称为第五代过程控制系统[2]。而FCS和DCS的真别在于其现场总线技术。现总线技术以数字信号取代模拟信号在3C(Computer计算机、Control控、Commcenication通信)技术的基础上大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用许多控制功能从控制室移至现场设备。由于国际上各大公司在现场总线技术这一领域的竞争仍未形成一个统一的标准目前现场总线网络互联都是遵守OSI参考模型[3]。由于现场总线以计算机、微电子、网络通讯技术为基础这一技术正在从根本上改变控制系统的理念和方法将极大地推动整个工业领域的技术进步对工业自动化系统的影响将是积极和深远的。关键字CAN总线、LonWorks总线、FF总线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].业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。控制器局部网将在我国迅速普及推广。随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的迅速发展工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支并取得了巨大进步。由于对系统可靠性和灵活性的高要求工业控制系统的发展主要表现为控制面向多元化系统面向分散化即负载分散、功能分散、危险分散和地域分散。分散式工业控制系统就是为适应这种需要而发展起来的。这类系统是以微型机为核心将5C技术--COMPUTER计算机技术、CONTROL自动控制技术、COMMUNICATION通信技术、CRT显示技术和CHANG转换技术紧密结合的产物。它在适应范围、可扩展性、可维护性以及抗故障能力等方面较之分散型仪表系统和集中型计算机控制系统具有明显的优越性。典型的分散式控制系统由现场设备、接口与计算设备以及通信设备组成。现场总线FIELDBUS能同时满足过程控制和制造业自动化的需要因而现场总线已成为工业数据总线领域中最为活跃的一个领域。现场总线的研究与应用已成为工业数据总线领域的热点。尽管目前对现场总线的研究尚未能提出一个完善的标但现场总线的高性能价格必将吸引众多工业控制系统采用。同时正由于现场总线的标准尚未统一也使得现场总线的应用得以不拘一格地发挥并将为现场总线的完善提供更加丰富的依据。控制器局部网CANCONTROLLERAERANETWORK正是在这种背景下应运而生的。由于CAN为愈来愈多不同领域采用和推广导致要求各种应用域通信报文的标准化。1991年9月PHILIPSSEMICONDUCTORS制并发布了CAN技术规范VERSION2.0。该技术规范包括A和B两部分。2.0A给出了曾在CAN技术规范版本1.2中定义的CAN报文格式能提供11位地址而2.0B给出了标准的和扩展的两种报文格式提供29位地址。此后1993年11月ISO正式颁布了道路交通运载工具--数字信息交换--高速通信控制器局部网CAN国际标准ISO11898为控制器局部网标准化、规范化推广铺平了道路。CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议它是一种多主总线通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1MBPS。完成对通信数据的成帧处理简单介绍总体框图基于FF现场总线协议的无线PC接口卡的基本功能是能够自主地与符合FF协议的无线通信设备进行通信。无线PC接口卡的总体结构框图如图一所示。其硬件电路包括CPU与PC主机CPU的通信接口、CPU与通信控制器的硬件接口、通信控制器数据缓冲存储器的接口、通信控制器与无线收发单元的接口等4个部分。其中双口RAM采用CY7C09449PV-AV芯片CPU选用嵌入式控制中最常用的Intel80188CPU;通信控制器选用SMAR公司的FB3050无线收发单元由单片无线收发芯片nRF401及其外围电路构成。接口卡CPU与PC的接口随着计算机技术的发展,PC总线日新月异。PCISIG(PeripheralComponentInterconnectSpecialInter2estGroup)因其具有32/64位宽度、最高传输率在64位时达264MB/s、独立总线时钟、总线操作与CPU的无关性、极小的存取延误、强兼容性、自动配置、低成本等特点,使其在高性能PC领域有替代ISA(工业标准结构)总线的趋势,考虑到当前需求及今后发展,在宿主总线的选择上采用PCI总线。硬件接口芯片为CypressSemiconductor公司的PCI总线双口RAM。CY7C09449PV-AC是一款适于PCI2.2总线规范的功能完善、价格低廉的双端口RAM接口芯片,其中一个端口是PCI接口,适合与PC机通信,另一个端口是本地接口,适合与各类本地CPU通信,其总线通信时钟速率可达50MHz,两个端口均可以独立读/写静态存储器SRAM。其主要特点如下:①完全兼容PCI规范2.2版本②128k双向静态SRAM;③可作为主/从设备进行数据的传输,支持PCI突发方式工作及DMA操作④具有I2O(IntelligentInput/Output)功能,当I2O单元工作时包含4组32位FIFO(FirstInFirstOut)、中断寄存器及部分SRAM其余SRAM用于一般储目的⑤支持3V、5V电压工作⑥可通过I2O总线对芯片进行初始化设置,并把设置参数存于非易失性NVRAM中⑦160脚扁平方形塑封。Y7C09449PV-AC可以采用总线仲裁加等待的方式,允许两边CPU在指令级共享SRAM,允许两边的CPU相互通过中断交换信息,还允许通过状态信号相互同步。在此采用状态寄存器及中断的方式进行通信握手并快速传递数据。接口卡CPU与通信控制器FB3050的接口FB3050是SMAR公司推出的第三代基金会现场总线通信控制器芯片,该芯片符合ISASP50-2-1992,PART2中所规定的现场物理层标准。FB3050芯片功能框图如图二所示。从图二中可以看出FB3050通过3总线与CPU相连接,右边部分FB3050输出的存储器总线,CPU和FB3050二者都能够通过存储器总线访问挂接在该总线上的存储器。下边部分是FB3050通过介质存取单元和现场总线网络相连接,中间部分是FB3050的内部功能块。FB3050的主要功能是实现总线上的信号驱动与接收、传输数据的串并行转换、串行数据的编码与解码、信息帧的打包和解包、帧校验序列的产生和验证等。由于FB3050的接口设计上已经充分考虑了和Intel系列CPU接口的问题,因此FB3050和Intel80188的接口是非常简单的。Intel80188的地址总线数据总线可以直接和FB3050的地址数据总线相连接,4条片选线MCS0MCS3中的任一条都可以作FB3050的存储器片选线。7条I/O片选线PCS0PCS6中的任一条都可以作为FB3050的内部存储器片选线;FB3050内部共需要38个I/O址,Intel80188每条I/O片选线可以提供128个I/O口地址,因此完全可以满足要求。FB3050的中断输出为低电平有效,而Intel80188CPU的中断输入线需要高电平或上升沿信号,因此需要加一反向器。FB3050的READY输出线可以直接接到Intel80188的AREADY引脚上,使得FB3050的DMA和CPU能够共享FB3050的局部存储器总线。Intel80188的时钟输出信号可以直接作为FB3050的系统时钟输入。FB3050与无线收发单元的接口nRF401。nRF401是NORDIC公司最新推出的工作于ISM频段(433MHz)的单片无线收发一体芯片。它是目前集成度最高的无线数传产品,20脚双列直插封装。nRF401内部包含高频接收/发射、PLL合成FSK调制/解调和双频切换等单元。该芯片有如下特点:FSK调制方式,直接数据输入输出,抗干扰能力强,特别适合工业场合采用DSS+PLL频率合成技术,频率稳定性极好;灵敏度高,达到-105dBm无需曼彻斯特编码工作速率最高可达20kb/s最大发射功率达+10dBm开阔地的使用距离最远可达1000m工作在ISM频段433MHz和双信道频率433192MHz/433134MHz,使用不需要申请许可证。利用nRF401实现的无线收发单元与FB3050接口电路原理图如图三所示。其中,无线收发单元的天线设计采用环形差分天线。nRF401的时钟输入要与CPU和B3050同步因此nRF401必须与CPU和FB3050共用一个时钟源。nRF401芯片的数据输出(DOUT)/输入(DIN)与FB3050的接收输入(PIPHPDU)、发送输出(PO-PHPDU)信号线相连接接FB3050的数据发送允许信号引脚PO-TACT,当PO-TACT输出为高电平时为发送模式,反之为接收模式CS为频率选择引脚,接PCB跳线,由高低电平选择所使用的频率PWR-UP为节电模式选择信号引脚,也接PCB跳线,高电平时为工作模式,低电平时为待机模式。总结在经过几周的不懈努力中终于完成了毕业设计任务。通过本设计锻炼了我们的实践能力也是对以后我们实际工作能力的训练和考察过程。现在是一个高科技的时代单片机的应用无处不在这更坚定了我要学好单片机的决心。本设计本身就比较简单整个毕业设计的过程中每一步都是自己亲自做过的在经过遇到问题思索问题到解决问题的过程中收获是最多的。以往没有注意到的问题都在这一次的毕业设计中得以体现这培养了我的细心耐心和专心。我觉得能够在这次的毕业设计中学到很多的东西以往不注意的细节这一次中是必须让自己去注意的。也是我这三年来所学到知识的一个体现。我深深知道每一次的学习实践环节都是那么的来之不易都是通过老师的深思熟虑后才给我们定下目标。然后让我们在知识的海洋里翱翔让我们随着年龄的增