现场总线复习整理

第一章1、自动控制系统的发展四个阶段及其体系结构1.模拟仪表控制系统(ACS)缺点：信号变化缓慢，计算速度精度比较低、信号传输的抗干扰能力较差。2.直接数字控制系统(DDC)优点：集中管理、控制、监视、报警和收集历史数据等。缺点：布线费用高、不便于扩展、危险集中、可靠性低等。3集散控制系统（DCS)系统主要缺点（1）信息集成能力不强（2）系统不开放、可集成性差、专业性不强（3）可靠性不易保证4）可维护性不高。4、现场总线控制系统（FCS)现场总线技术主要特征是采用数字式通信方式取代设备级的4-20mA(模拟量)/24VDC(开关量)信号，使用一根电缆连接所有现场设备。

2、DCS的结构由分散过程控制装置、操作管理装置和通信系统三部分组成

3、现场总线定义：数字通信协议，应用与生产现场，在一些智能化的控制设备之间所执行双向串行通信，多节点的数字通信系统，是开放的数字化多点通信的底层控制网络。

4、现场总线控制系统的技术特点（1）系统的开放性、可集成性2）互操作性与互用性3）现场设备的智能化与功能自治性4）系统的高度分散性5）对现场环境的适应性。

5、与DCS相比FCS在结构上有哪些优越性：1 实现全数字化通信；2实现彻底的全分散式控制；3实现不同厂商产品互连、互操作；4增强系统的可靠性、可维护性；5降低系统工程成本。

第二章 1、总线就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。一组设备通过总线连在一起称为“总线段”。

2、总线主设备：可在总线上发起信息传输的设备,又称命令者。总线从设备：能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、对总线信息进行接收查询的设备称为总线从设备，也称基本设备。

3、总线上的控制信号通常有三种类型：a、控制连在总线上的设备，让它进行所规定的操作；b、用于改变总线操作的方式； c、表明地址和数据的含义。总线协议：管理主、从设备使用总线的一套规则称为“总线协议”。这是一套事先规定的、必须共同遵守的规约。

4、总线操作：总线上命令者与响应者之间的连结→数据传送→脱开这一操作序列称为一次总线“交易”，或者叫做一次总线操作。数据传送：一旦某一命令者与一个或多个响应者连接上以后，就可以开始数据的读写操作。“读”数据操作是读来自响应者的数据；“写”数据操作是向响应者写数据。通信请求：由总线上某一设备向另一设备发出的请求信号，要求后者给予注意并进行某种服务。方法：1要求通信的设备起服务请求信号，相应的通信处理器监测到服务请求信号时，就查询各个从设备，识别出是哪一个从设备要求中断，并发出应答信号；2把请求通信的设备变成总线命令者，然后把请求信息发给想要联络的设备。

5、寻址过程是命令者与一个或多个从设备建立起联系的一种总线操作。三种寻址方式：物理寻址、逻辑寻址、广播寻址。逻辑寻址一般用于系统总线，现场总线则较多采用物理寻址和广播寻址。

6、通信系统是传递信息所需的一切技术设备的总和。它一般由信息源和信息接收者，发送、接收设备，传输媒介几部分组成。

7、信息源和信息接收者：信息的产生者和使用者。模拟信息源：输出幅度连续变化的信号。离散信息源：输出离散的符号序列或文字；发送设备的基本功能是将信息源和传输媒介匹配起来，即将信息源产生的消息信号经过编码，并变换为便于传送的信号形式，送往传输媒介。（变换方式：调制）；传输介质:：传输介质指设备到接收设备之间信号传递所经媒介。可以是无线的，也可以是有线的。接收设备: 基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解密等。它的任务是从带有干扰的信号中正确恢复出原始信息来，对多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。

8、信号传输方式：1）基带传输：在数字通信的信道上直接传送数据的基带信号，即按数据波的原样进行传输，不包含有任何调制，它是最基本的数据传输方式。2）载波传输：载波传输采用数字信号对载波进行调制后实行传输。最基本的调制方式幅度键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)三种。3）宽带网：用于传输数据、文字、语音、图像等多种信号的任务。4）异步传输模式ATM：ATM 支持多媒体通信，包括数据、语音和视频信号，按需分配频带，具有低延迟特性，速率可达155Mbps 到2．4Gbps，也有25Mbps和 50Mbps的ATM技术，可适用于局域网和广域网。

9、通信方式根据CPU与外设之间连线结构、数据传送方式不同，分为并行通信和串行通信。根据数据传输方式不同分为同步通信和异步通信。

10、串行通信的数据传输方向：（1）单工通信：传送的信息始终是一个方向,单工通信线路一般采用二线制。

（2）半双工通信：信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输。（3）全双工通信：能同时作双向通信，全双工通信一般采用四线制结构，通信效率高，控制简单，但结构较复杂，成本较高。

11、常用的数据表示方法：1平衡、归零、双极性2平衡、归零、单极性3平衡、不归零、单极性4非平衡、归零、双极性5非平衡、归零、单极性6非平衡、归零、单极性

12、数据交换方式：1）线路交换方式、2）报文交换方式、3）报文分组交换方式（数据报方式与虚电路方式）。

13、基带传输数据的表示方法：1平衡与非平衡传输2归零与不归零传输3单极性与双极性传输

14、载带传输的三种调制方法：1调幅方式2调频方式3调相方式

15、通信系统结构：局部子网；长级子网；高端子网

16、网络的拓扑结构：是指网络中节点的互连形式。星形拓扑每个站通过点－－点连接到中央节点，任何两站之间通信都通过中央节点进行。一个站要传送数据，首先向中央节点发出请求，要求与目的站建立连接。连接建立后，该站才向目的站发送数据；环形拓扑：网络中有许多中继器进行点—点链路连接，构成一个封闭的环路；总线拓扑：传输介质是一条总线，工作站通过相应硬件接口接至总线上；树形拓扑：树形拓扑是总线拓扑的扩展形式。

17、传输介质：双绞线、同轴电缆和光缆

18、OSI协议参考模型：从邻接物理媒体的层次开始，分别赋予l，2，…，7层的顺序编号，相应地称之为1）物理层提供用于建立、保持和断开物理连接的机械的、电气的、功能的和过程的条件。2）数据链路层数据以帧为单位传送，每一帧包含一定数量的数据和必要的控制信息，该层负责在两个相邻接点间的链路上，实现差错控制、数据成帧、同步控制。3）网络层规定了网络连接的建立、维持和拆除的协议。主要功能是利用数据链路层所提供的相邻节点间的无差错数据传输功能，通过路由选择和中继功能，实现两个系统之间的连接。4传输层完成开放系统之间的数据传送控制。主要功能是开放系统之间数据的收发确认。5会话层按照在应用进程之间的约定，按照正确的顺序收、发数据，进行各种形式的对话。6表示层是把应用层提供的信息变换为能够共同理解的形式，提供字符代码、数据格式、控制信息格式、加密等的统一表示。7应用层是OSI参考模型的最高层。功能是实现应用进程(如用户程序、终端操作员等)之间的信息交换。

第三章1、PROFIBUS通信模型是根据ISO7498国际准，以开放式系统互联网络（Open System Interconnection-OSI）作为参考模型的。

2、PROFIBUS协议类型：1）PROFIBUS-DP：定义了第一、二层和用户接口。第三到七层未加描述。2) PROFIBUS-FMS：定义了第一、二、七层，应用层包括现场总线信息规范和低层接口。3) PROFIBUS-PA：PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS-DP协议。另外，PA还描述了现场设备行为的PA行规。

3、PROFIBUS提供了三种数据传输类型：1、用于DP和FMS的RS485传输；2、用于PA的IEC1158-2传输；3、光纤（FO）传输

4、PROFIBUS采用混合的总线存取控制机制，即在主站之间的令牌传递方式和主站与从站之间的主从方式。这种总线存取控制方式允许有如下的系统配置：纯主—主系统、纯主—从系统、混合系统

5、PROFIBUS控制系统组成：1、一类主站:完成总线通信控制与管理，PLC、PC；2、二类主站:完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊断等。3、从站：1）PLC 2）分散式I／O，通常由电源部分、通信适配器部分、接线端子部分组成 3）驱动器．传感器．执行机构等现场设备。

第四章1、SIMATIC S7系统组成：硬件部分：控制器模块、电源模块、输入/输出模块、编程设备和通信电缆；软件：采用STEP7组态软件，安装在编程设备中。

2、S7系统中的从站设备：紧凑型DP从站：具有不可更改的固定结构的输入和输出区；模块化的DP 从站：输入和输出区域是可变的；智能DP从站(Ⅰ从站)：输入／输出区域不是实际存在的I／O区域，而是由预处理CPU映象的输入／输出区域。

3、STEP7编程软件是一个用于SIMATIC可编程逻辑控制器的组态和编程的标准软件包，其标准的软件包提供一系列的应用工具：SIMATIC管理器，符号编辑器，NETPRO通讯组态，硬件组态，编程语言，硬件诊断等。

4、STEP7编程软件编程语言：梯形逻辑(LAD)、语句表(STL)和功能块图(FBD)。

5、SIMATIC S7 系统的应用程序结构：1）组织块(OB)是操作系统和用户程序的接口；2）功能(FB)属于用户自己编程的块。功能块是具有“存储功能”的块。用数据块作为功能块的存储器(背景数据块)。传递给FB的参数和静态变量存在背景数据块中。3）背景数据块(背景DB)在每次功能块调用时都要分配一块给这次调用，用于传递参数。FB的实际参数和静态数据存在背景DB中。功能块可以对应多个数据块。

调用顺序：OB1——FB1——DB1、DB2。

6、PROFIBUS-DP的诊断功能四种实用诊断程序：1、LED诊断：利用在CPU、DP主站和各个DP从站上的LED进行诊断；2、STEP7在线功能诊断： STEP7提供若干在线诊断功能；3、用户程序诊断：SFC13和SFC51 ；4、PROFIBUS监视器诊断。

7、功能(FC)属于用户自己编程的块。功能是“无存储区”的逻辑块。FC的临时变量存储在局域数据堆栈中，当FC执行结束后，这些数据就丢失。功能块(FB)属于用户自己编程的块。功能块是具有“存储功能”的块。用数据块作为功能块的存储器(背景数据块)。传递给FB的参数和静态变量存在背景数据块中。背景数据块(背景DB)在每次功能块调用时都要分配一块给这次调用，用于传递参数。FB的实际参数和静态数据存在背景DB中。共享数据块(DB)与逻辑块不同，在数据块中没有S7的指令。它们用于存放用户程序工作时所需的变量数据。系统功能块(SFB)和系统功能(SFC)是S7 CPU 为用户提供的己编程好程序的块。SFB作为操作系统的一部分并不占用程序空间，是具有存储能力的块。SFC属于操作系统的一部分，是不具有存储能力的块。

8、应用STEP7构造DP系统：1、创建—个项目——1)使用向导创建项目：选择CPU、添加OB块、输入项目名称；2)直接创建 2、网络设置 3、硬件组态——1）配置主机架（S7-300主机架配置原则：1号槽只能放置电源模块、2号槽只能放置CPU 模块，不能为空、3号槽只能放置接口模块，没有必须为空。4~11号槽最多可放置8个信号模块、功能模块或通讯处理器，必须连续） 2）组态项目从站：ET200B站、ET200M、智能从站。

第五章1组态：使用软件工具对计算机硬、软件资源进行配置，使其达到设计要求，满足用户需要。组态软件：数据采集监控系统软件开发平台：分为在线和离线。

2、组态软件特点：实时多任务、接口开放、使用灵活、功能多样、运行可靠。主要解决的问题1）如何与采集、控制设备间进行数据交换2）使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来3）处理数据报警及系统报警4）存储历史数据并支持历史数据查询5）各类报表的生成和打印输出6）为用户提供灵活、多变的组态工具，适应不同应用领域需求7）最终生成的应用系统运行稳定可靠8）具有与第三方程序的接口，方便数据共享。

3、组态软件的系统构成：1、以使用软件的系统环境划分：系统开发环境；系统运行环境2、按照软件组成划分1）应用程序管理器2）图形界面开发程序3）图形界面运行系统4）实时数据库系统组态程序5）实时数据库系统运行程序6）I/O驱动程序

4、WINCC系统性能特点：①创新软件技术的使用

②包括所有SCADA功能在内的客户机／服务器系统

③可灵活裁剪，由简单任务扩展到复杂任务④众多的选件和附加件扩展了基本功能。⑤使用Microsoft SQL Server 2000作为其组态数据和归档数据的存储数据库，可以使用ODBC，DAO，OLE-DB，WinCC OLE-DB和ADO方便地访问归档数据。⑥强大的标准接口(如OLE，ActiveX和OPC)。⑦使用方便的脚本语言。⑧开放API编程接口可以访问WinCC 的模块。⑨具有向导的简易(在线)组态。⑩可选择语言的组态软件和在线语言切换。⑾提供所有主要PLC系统的通讯通道。⑿与基于PC的控制器SIMATIC WinAC紧密接口⒀全集成自动化TIA(Totally Integrated Automation)的部件。⒁SIMATIC PCS7过程控制系统中的SCADA部件⒂集成到MES和ERP中

5、WinCC系统构成：(1)变量管理器管理WinCC中所使用的外部变量、内部变量和通讯驱动程序。

(2)图形编辑器：用于设计各种图形画面(3)报警记录负责采集和归档报警消息(4)变量归档(tag logging)：负责处理测量值，并长期存储所记录的过程值5)报表编辑器：提供许多标准的报表，也可设计各种格式的报表，并可按照预定的时间进行打印6)全局脚本是系统设计人员用ANSI-C及Visual Basic编写的代码，以满足项目的需要。（7）文本库编辑不同语言版本下的文本消息。(8)用户管理器来分配、管理和监控用户对组态和运行系统的访问权限。(9)交叉引用表负责搜索在画面、函数、归档和消息中所使用的变量、函数、OLE对象和ActiveX控件。

6、使WINCC开发和组态一个项目的步骤：（一）创建WINCC项目——1）启动WINCC；2）建立一个项目；3）选择及安装通讯驱动程序4）创建内部变量5）建立和编辑过程画面6）指定WINCC运行系统的属性7）激活WINCC画面8）使用变量模拟器测试过程画面（二）过程值归档——1、打开变量记录编辑器；2、定时器组态3、创建归档4、归档设置5、创建趋势窗口6、创建表格窗口

7、设置运行系统属性

8、激活项目并模拟（三）组态报警记录——1、打开报警记录编辑器（在WinCC项目管理器左边的浏览窗口中，右击“报警记录”组件。从快捷菜单中选择“打开”菜单项。）2、启动报警记录系统向导（单击报警记录编辑器的主菜单“文件”>“选择向导”，启动报警的系统向导。打开“选择向导”对话框中双击“系统向导”。打开“系统向导”对话框，单击“下一步”。）3、组态报警消息和报警消息文本（更改用户文本块中“消息文本”和“错误点”的文本长度、2）组态第一个报警消息、3）组态第二个报警消息、4)组态第三个报警消息） 4、组态报警消息的颜色（在浏览窗口中单击“消息类别”前的图标。单击消息类别“错误”，在数据窗口右击“报警”。在快捷菜单中选择“属性”菜单项，在打开的“类型”对话框中将组态不同报警状态的文本颜色和背景颜色。在“类型”对话框的预览区单击“到达”）。5、组态模拟量报警（组态变量的模拟量报警、2）设定限制值。）6、创建报警画面 7、运行

第六章1、基于PC的PLC与传统PLC比较优势: 1）将自动化的传统工艺与IT新技术有机结合，用户可以不断提高控制水平、提高生产率、降低成本。2）集成统一的数据库、统一的编程工具、统一的编程工具、通讯网络。3）简化了系统的网络体系结构和设备设计，提高了系统的通讯效率，降低了硬件和备件投资，易于调试和维护。4）提高了控制器、人机界面和网络部件的数据交换速度。5）有高度的兼容性6）易学易用。7）有明显的性能价格比优势。

2、WINAC的功能：WinAC 控制功能、WinAC 计算功能、WinAC 可视化功能、WinAC 网络功能、WinAC 工艺技术功能。

3、WINAC的特点1、提高处理性能2、满足实时性能3、简化通讯接口，降低网络负担

4、易于集成用户控制要求

5、编程调试简单方便

6、节约投资成本

7、节省安装空间

4、WINAC基本型组成：1、视窗逻辑控制器；2、SIMATIC Computing软件；3、变量标签文件组态器；WINAC实时型组成：1、实时型视窗逻辑控制器2、SIMATIC Computing软件3、变量标签文件组态器；WINAC插槽型组成：1、Slot PLC”CPU 412-2PCI”或“CPU 416-2PCI”2、可选的PS扩展电路板提供独立于PC的电源3、控制面板在屏幕上显示CPU41X-2PCI控件4、路由器

5、时间同步

6、SIMATIC Computing软件

7、WINAC工具管理器：用户可以将准备用于处理过程数据的应用加入其中。