現場總線總復習

1、總復習總復習現場總線與工業(yè)以太網現場總線與工業(yè)以太網 現場總線與工業(yè)以太網現場總線與工業(yè)以太網 試卷構成填空題 30分簡答題 50分綜合題 20分基本概念與知識，30個空 計算題（海明碼或者循環(huán)冗余編碼例題，有修改） 系統分析題：輥道窯控制系統基本概念與知識，9道題PPT給出的是復習要點和部分知識。有些考試內容在PPT中可以找到，有些需要結合課本進行復習。題量不小，大家不要題量不小，大家不要留白卷留白卷。祝大家考出好成績！祝大家考出好成績！1.1計算機控制系統的分類計算機控制系統的分類河南理工大學 交通信息工程與控制系3巡回檢測巡回檢測和操作指和操作指導系統導系統計算機監(jiān)計算機監(jiān)督控制系督控制

2、系統統直接數字直接數字控制系統控制系統集散控集散控制系統制系統 計算機根據監(jiān)測的信號給出控制建議，由人計算機根據監(jiān)測的信號給出控制建議，由人工完成控制。工完成控制。 計算機參與控制。計算機參與控制。 加入計算機監(jiān)督層對控制參數進行調整。加入計算機監(jiān)督層對控制參數進行調整。 集中管理、分散控制。集中管理、分散控制。1.2 DCS系統的體系結構系統的體系結構河南理工大學 交通信息工程與控制系4現場層：現場層：完成對生產裝置（過程）的完成對生產裝置（過程）的信號轉換、檢測和控制量的輸出等。信號轉換、檢測和控制量的輸出等?？刂茖涌刂茖樱和瓿蓪λB接的完成對所連接的各類裝置實施監(jiān)測和控制各類裝置實施監(jiān)測

3、和控制監(jiān)控層監(jiān)控層：對現場設備進行對現場設備進行檢測和故障診斷，對全系檢測和故障診斷，對全系統進行集中監(jiān)視和操作，統進行集中監(jiān)視和操作，完成控制回路的組態(tài)完成控制回路的組態(tài)/參參數修改和優(yōu)化過程處理等。數修改和優(yōu)化過程處理等。管理層管理層：實現全廠設備性能監(jiān)視、運行優(yōu)化、負荷分配和日常運行實現全廠設備性能監(jiān)視、運行優(yōu)化、負荷分配和日常運行管理等功能；承擔全廠的管理決策、計劃管理、行政管理等任務。管理等功能；承擔全廠的管理決策、計劃管理、行政管理等任務。1.3 DCS系統硬件構成系統硬件構成河南理工大學 交通信息工程與控制系控制站：控制站： DCS的核的核心。它接收現場設心。它接收現場設備的信號

4、，對生產備的信號，對生產過程進行閉環(huán)控制。過程進行閉環(huán)控制。8操作站：操作站：是操作人員與是操作人員與控制系統交換信息的人控制系統交換信息的人機接口。機接口。采集站：采集站：完成數據采集、預處理以及進完成數據采集、預處理以及進一步的加工處理，但不直接完成控制功一步的加工處理，但不直接完成控制功能。能。工程師站：工程師站：技術人員進行技術人員進行組態(tài)設計，包括對各種設組態(tài)設計，包括對各種設計文件進行歸類和管理。計文件進行歸類和管理。管理站：管理站：綜合監(jiān)視全系統的各單元，綜合監(jiān)視全系統的各單元，管理全系統的所有信息。管理全系統的所有信息。總線：總線：具有高速具有高速通信能力的信息通信能力的信息總

5、線?？偩€。1.4 DCS系統軟件構成系統軟件構成河南理工大學 交通信息工程與控制系6軟件系統系統軟件應用軟件控制層應用軟件監(jiān)控層應用軟件通信軟件報警檢測、輸入、報警檢測、輸入、輸出輸出實時數據庫實時數據庫連續(xù)過程控制連續(xù)過程控制順序控制順序控制過程畫面顯示、操過程畫面顯示、操作和管理作和管理日志管理、歷史數日志管理、歷史數據存儲據存儲報表打印報表打印人人機接口機接口組態(tài)軟件1.5 現場總線技術基本概念現場總線技術基本概念河南理工大學 交通信息工程與控制系7 節(jié)省硬件數量節(jié)省硬件數量 節(jié)省安裝費用節(jié)省安裝費用 節(jié)省維護開銷節(jié)省維護開銷 系統的準確性與可靠性更高系統的準確性與可靠性更高 更更高的系

6、統集成主動性高的系統集成主動性優(yōu)點：優(yōu)點： 系統的開放性系統的開放性 互可操作性與互用性互可操作性與互用性 現場設備的智能化與功能自治性現場設備的智能化與功能自治性 系統結構的高度分散性系統結構的高度分散性 對現場環(huán)境的適應性對現場環(huán)境的適應性技術特點：技術特點：IEC對現場總線的定義對現場總線的定義 現場總線是一種應用于生產現場，在現場設備之間、現場總線是一種應用于生產現場，在現場設備之間、現場設備與控制裝置之間實行雙向、串行、多節(jié)點數字通現場設備與控制裝置之間實行雙向、串行、多節(jié)點數字通信的技術。信的技術。International Electrotechnical Commission1

7、.6 現場總線技術本質和核心現場總線技術本質和核心河南理工大學 交通信息工程與控制系8（2）現場總線結構及本質）現場總線結構及本質現場通信網絡現場通信網絡現場設備互聯現場設備互聯互操作互操作分散功能塊分散功能塊通信線供電通信線供電開放式網絡開放式網絡1.7 工業(yè)以太網基本概念工業(yè)以太網基本概念河南理工大學 交通信息工程與控制系9 全開放、全數字化的網絡全開放、全數字化的網絡 工業(yè)控制網絡與企業(yè)信息網絡的無縫連接工業(yè)控制網絡與企業(yè)信息網絡的無縫連接 軟硬件成本低廉軟硬件成本低廉 通信速度高通信速度高 可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ罂沙掷m(xù)發(fā)展?jié)摿Υ髢?yōu)勢：優(yōu)勢： 實時性問題實時性問題 對工業(yè)環(huán)境的適應性與可靠性對

8、工業(yè)環(huán)境的適應性與可靠性 適用于工業(yè)自動化控制的應用層協議適用于工業(yè)自動化控制的應用層協議 本質安全和網絡安全本質安全和網絡安全 服務質量問題服務質量問題問題：問題： 工業(yè)以太網與現場總線相結合工業(yè)以太網與現場總線相結合 工業(yè)以太網直接應用于工業(yè)現場設備間通信，實現工業(yè)以太網直接應用于工業(yè)現場設備間通信，實現“一網到底一網到底”的愿景的愿景 實時通過無線技術進行網絡延伸實時通過無線技術進行網絡延伸趨勢：趨勢：1.8 現場總線與企業(yè)網絡現場總線與企業(yè)網絡河南理工大學 交通信息工程與控制系10 實時性：過程控制實時性：過程控制0.01-0.5s；制造自動化；制造自動化0.5-2.0s；信息網絡為；

9、信息網絡為2.0-6.0s。 工作環(huán)境：控制網絡在工業(yè)環(huán)境；能夠抗擊電網干擾；具備本質安全性。工作環(huán)境：控制網絡在工業(yè)環(huán)境；能夠抗擊電網干擾；具備本質安全性。 通信方式：控制網絡采用廣播或組播方式；信息網絡使用一對一方式。通信方式：控制網絡采用廣播或組播方式；信息網絡使用一對一方式。 互互操作要求：控制網絡必須解決多家公司產品在同一網絡中的互操作。操作要求：控制網絡必須解決多家公司產品在同一網絡中的互操作。兩兩網的區(qū)別網的區(qū)別 有利于管理層的決策有利于管理層的決策 信息交換的實時性信息交換的實時性 使數據保持一致和完整使數據保持一致和完整 故障遠程診斷和維護故障遠程診斷和維護 提供完善的信息資

10、源提供完善的信息資源互連的意義互連的意義 采用網關和路由器采用網關和路由器 動態(tài)數據交換技術動態(tài)數據交換技術 數據庫訪問技術數據庫訪問技術互連的方式互連的方式2.1 總線的基本總線的基本術語（術語（結合課本掌握結合課本掌握）河南理工大學 交通信息工程與控制系11主設備主設備從從設設備備1從從設設備備2從從設設備備3從從設設備備40010001011111010001110100010010010010總線協議總線協議主設備主設備總線段總線段從設備從設備規(guī)定操作；規(guī)定操作；改變總線操作方式；改變總線操作方式；地址、數據的含義。地址、數據的含義。2.2 總線的基本總線的基本操作（操作（結合結合課本

11、掌握課本掌握）河南理工大學 交通信息工程與控制系12主設備主設備從從設設備備1從從設設備備2從從設設備備3從從設設備備4廣播尋址廣播尋址0010101對比對比對比對比對比對比對比對比總線定時總線定時異步異步同步同步出錯檢測出錯檢測從從設設備備4容錯與隔離容錯與隔離2.3 通信系統的結構通信系統的結構河南理工大學 交通信息工程與控制系13模擬信息源模擬信息源數字信息源數字信息源信源編碼信源編碼信道編碼信道編碼常用的信號變常用的信號變換方法換方法從帶有干擾的信號從帶有干擾的信號中恢復出原始信息中恢復出原始信息多路復用多路復用的情況的情況2.4 模擬數據編碼模擬數據編碼技術（技術（結合結合課本掌握課

12、本掌握）河南理工大學 交通信息工程與控制系14幅度鍵控（幅度鍵控（Amplitude-Shift Keying,，ASK）頻移鍵控（頻移鍵控（Frequency-Shift Keying，FSK）相移鍵控（相移鍵控（Phase-Shift Keying，PSK）sin()0taxwj創(chuàng)+=12sin()sin()attaxwjwj創(chuàng)+=創(chuàng)+sin()s) 0in(txtaawpw創(chuàng)+=創(chuàng)+2.5 數字數據編碼數字數據編碼技術（技術（結合結合課本掌握課本掌握）河南理工大學 交通信息工程與控制系15單極性非歸零碼單極性非歸零碼單極性歸零碼單極性歸零碼雙極性非歸零碼雙極性非歸零碼雙雙極性歸零碼極性歸

13、零碼差分差分碼碼曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼2.6 數據傳輸的奈奎斯特準則數據傳輸的奈奎斯特準則河南理工大學 交通信息工程與控制系16（1）基帶傳輸）基帶傳輸,2( )0,2E tf tttt= sin()2( )( )2j tFf t edtE2b奈奎斯特奈奎斯特準則準則：信道的帶寬為：信道的帶寬為B，則它可傳輸的最高信號波形，則它可傳輸的最高信號波形傳輸速率為傳輸速率為2B.2.7 數據的通信數據的通信方式（方式（結合課本熟悉概念結合課本熟悉概念）河南理工大學 交通信息工程與控制系17（1）并行通信和串行通信）并行通信和串行通信（2）異步傳輸和同步傳輸）異步傳輸和同步傳輸（3）單工、半雙工和全

14、雙工通信）單工、半雙工和全雙工通信2.8網絡拓撲網絡拓撲結構（結構（結合結合課本掌握課本掌握）河南理工大學 交通信息工程與控制系18中央節(jié)點負擔大，中央節(jié)點負擔大，其它節(jié)點連接簡單其它節(jié)點連接簡單節(jié)點需要提高復雜節(jié)點需要提高復雜的控制邏輯的控制邏輯廣播式傳輸廣播式傳輸適合層次型管適合層次型管理系統理系統2.9 介質訪問控制介質訪問控制方式（方式（結合課本掌握結合課本掌握）河南理工大學 交通信息工程與控制系19主設備主設備1主主設設備備1主主設設備備3載波監(jiān)聽載波監(jiān)聽/沖突檢測沖突檢測令牌環(huán)網令牌環(huán)網2.10 差錯控制編碼差錯控制編碼技術（技術（掌握課本掌握課本上的例題上的例題）河南理工大學 交

15、通信息工程與控制系20（1）海）海明碼明碼（2）循環(huán)冗余）循環(huán)冗余編碼編碼2.11 OSI參考參考模型（模型（結合結合課件掌握課件掌握）河南理工大學 交通信息工程與控制系212.13 網絡互連網絡互連設備（設備（結合課本掌握結合課本掌握）河南理工大學 交通信息工程與控制系22河南理工大學 交通信息工程與控制系23D0D1D2D3D4D5D6D70/1D0D110/1100第 n 1字 符 幀第 n字 符 幀8位 數 據起始位停止位奇 偶校 驗(a)D0D1D2D3D4D5D6D70/1D0D111100第 n 1字 符 幀第 n字 符 幀8位 數 據起始位停止位奇 偶校 驗111空 閑 位3.

16、1異步數據通信格式異步數據通信格式 無論是無論是RS-232接口，還是接口，還是RS-485接口，接口，均可采用串行異步收發(fā)數據格式。均可采用串行異步收發(fā)數據格式。起始位，通知接起始位，通知接收方有數據到達收方有數據到達5，6，7，8結束結束位，位，1、1.5、2位中選擇位中選擇河南理工大學 交通信息工程與控制系243.2串行通信基本概念串行通信基本概念連接握手連接握手確認確認使收發(fā)雙方確認已經建立了連接關系，接收方已經做好準備，使收發(fā)雙方確認已經建立了連接關系，接收方已經做好準備，可以進入數據收發(fā)狀態(tài)。可以進入數據收發(fā)狀態(tài)。l 接收者表明接收者表明數據數據已經收到回復信息的過程；已經收到回復

17、信息的過程；l 相應的措施；相應的措施；l 重發(fā)。重發(fā)。中斷中斷一個通知一個通知CPU有需要立即響應的任務的信號。有需要立即響應的任務的信號。輪詢輪詢 周期性地獲取特征或信號來讀取數據或發(fā)現是否有事件周期性地獲取特征或信號來讀取數據或發(fā)現是否有事件發(fā)生的工作過程。發(fā)生的工作過程。差錯檢驗差錯檢驗 數據通信中的接受者可以通過差錯檢驗來判斷所接收的數據通信中的接受者可以通過差錯檢驗來判斷所接收的數據是否正確。數據是否正確。3.3 RS-232C串行通信接口技術串行通信接口技術河南理工大學 交通信息工程與控制系25 信號速率限于信號速率限于20kbit/s以內以內 線間干擾大，限于線間干擾大，限于1

18、5m之內之內 負邏輯負邏輯3.4 RS-485串行通信接口技術串行通信接口技術河南理工大學 交通信息工程與控制系26-2500-200mV: +200+2500mV: -20001+200mV: ABVV-= 邏輯邏輯高阻態(tài) 抑制噪聲抑制噪聲 不受底線電壓漂移的影響不受底線電壓漂移的影響 價格便宜價格便宜接收端接收端使能使能端端發(fā)送使能發(fā)送使能發(fā)送端發(fā)送端正輸入正輸入負負輸入輸入4.1 PROFIBUS基本概念基本概念河南理工大學 交通信息工程與控制系27用于傳感器和執(zhí)行器用于傳感器和執(zhí)行器的高速數據傳輸。的高速數據傳輸。12Mbit/s單主站系統單主站系統對于安全性要求較高對于安全性要求較高

19、的場合的場合主要用于車間級控制主要用于車間級控制網絡，解決車間級通網絡，解決車間級通用性能通信任務用性能通信任務4.2 PROFIBUS協議結構協議結構河南理工大學 交通信息工程與控制系284.3 PROFIBUS-DP總線設備類型總線設備類型河南理工大學 交通信息工程與控制系29（2）系統組成）系統組成4.4 PROFIBUS-DP總線系統結構總線系統結構河南理工大學 交通信息工程與控制系304.5 PROFIBUS-DP總線訪問控制總線訪問控制河南理工大學 交通信息工程與控制系31主站和從站初始化主站和從站初始化總線上令牌環(huán)的建立總線上令牌環(huán)的建立主站與從站通信初始化主站與從站通信初始化交

20、換數據通信交換數據通信4.6 PROFIBUS-DP總線協議總線協議河南理工大學 交通信息工程與控制系32電氣特性；數據格式；連接端口；總線終端器；總線電氣特性；數據格式；連接端口；總線終端器；總線拓撲（含中繼器）；接口冗余；拓撲（含中繼器）；接口冗余；OLM和和OLP幀格式；控制字符（幀格式；控制字符（FC）；）；FDL的四種服務；的四種服務；GAPL和和LAS；令牌傳遞；令牌接收；令牌持有；令牌傳遞；令牌接收；令牌持有四種行規(guī)（執(zhí)行機構、傳動、檢測、四種行規(guī)（執(zhí)行機構、傳動、檢測、HMI）；數據接口）；數據接口和服務接口和服務接口4.7設備數據庫文件設備數據庫文件河南理工大學 交通信息工程

21、與控制系335.1 實現方案實現方案河南理工大學 交通信息工程與控制系34單片機單片機專用芯片專用芯片接口模板接口模板設計靈活、特定硬件平臺設計靈活、特定硬件平臺通信速率通信速率切換切換-下載下載使用程序狀態(tài)調試程序；使用程序狀態(tài)調試程序；使用變量表調試程序。使用變量表調試程序。7.1 CAN總線通信模型總線通信模型河南理工大學 交通信息工程與控制系447.2 物理層物理層河南理工大學 交通信息工程與控制系45接口電位接口電位傳輸速率傳輸速率7.3 同步同步河南理工大學 交通信息工程與控制系46硬同步：硬同步：只在總線空閑時通過一個從只在總線空閑時通過一個從“隱性位隱性位”到到“顯性位顯性位”

22、的跳變（幀的跳變（幀起始）來完成，此時不管有沒有相位誤差，所有節(jié)點的位時間重新開始。起始）來完成，此時不管有沒有相位誤差，所有節(jié)點的位時間重新開始。重同步：重同步：在報文的隨后位中，每當有從在報文的隨后位中，每當有從“隱性位隱性位”到到“顯性位顯性位”的跳變，的跳變，并且該跳變落在了同步段之外，就會引起一次重同步。重同步機制可以根并且該跳變落在了同步段之外，就會引起一次重同步。重同步機制可以根據跳變沿加長或者縮短位時間以調整采樣點的位置，保證正確采樣。據跳變沿加長或者縮短位時間以調整采樣點的位置，保證正確采樣。7.4 數據鏈路層幀格式數據鏈路層幀格式河南理工大學 交通信息工程與控制系47仲裁段 數據段 ACK段 數據幀 幀起始 控制段 CRC段 幀結束 幀起始 仲裁段 控制段 CRC段 ACK段 幀結束 遠程幀 主動錯誤被動錯誤總線關閉復位或檢測到128次11位連續(xù)隱性位設備正常參與總線通信，檢測到錯誤時發(fā)送主動錯誤標識數據幀的收發(fā)都被