工业数据通信和控制网络(现场总线)
工业数据通信和控制网络（现场总线）
现场总线技术现场总线控制系统（简称FCS）其结构模式为“工作站――现场总线智能仪表”二层结构，成本低、可靠性高，可实现真正的开放式互连系统结构。操作站
LAN
H2H1服务器H1
现场总线
现场设备124H1网桥H1H132现场设备H1现场总
线现场总线
FCS控制层32现场设备
原理图
控制系统应用图示例
使用控制系统分布确定现场总线的接线
H1现场总线#3网段控制室PCGreenLiquorStorageLT
111LT112
H1现场总线#2网段LT101
Re-BurnedPurchasedLimeLimeDT109FT110
19
SC11124IP102IP104AIP104BCooler
SC11225
SC11023
20FT102AT103
21TT104
HeaterCV-101A/O
AT106
AT107A
AT107BLT108SC10822
H1现场总线#1网段
TT105
现场总线定义现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通讯。
网络节点网络体系
包括IPC、PLC以及各种智能化的现场控制设备基于统一、规范的通信协议通过同一总线实现相互间的数据传输与信息共享位于生产控制的底层网络结构
通信总线在现场设备中的延伸
现场总线的发展1996年到1998年，国际性组织FF（现场总线基金会）和PNO（Profibus国际组织）先后发布了适于过程自动化的现场总线标准H1、H2（HSE）和Profibus-PA,H1和PA都在实际工程中开始应用。1999年底，包含8种现场总线标准在内的国际标准IEC-61158开始生效，除H1、HSE和PA外，还有WorldFIP、Interbus、ControlNet、P-NET、SwiftNet等五种。Profibus较适合于工厂自动化，CAN适用于汽车工业，FF总线(FoundationFieldbus)主要适用于过程控制
现场总线的网络结构
现场总线的星形网络结构
现场总线的网络结构特点Ethernet/HighwayFiledbus
IPC、PLC。
Controller/Getway
I/O子系统Filedbus
。
。
DCS实际上是“半分散”、“半数字”的系统
FCS采用的是一个完全分散的控制方式现场总线的技术特征(1)全数字化通信(2)开放型的互联网络
(3)互可操作性与互用性(4)现场设备的智能化(5)系统结构的高
度分散性(6)对现场环境的适应性
现场总线的特点现场控制设备具有通信功能，便于构成工厂底层控制网络。通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互可操作性。功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度的分散性。
IEC__现场总线标准IEC__Type1:IEC__技术报告★Type2:ControlNet
^IEC—国际标准只是一种模式，8种类型都是平等的※各组织按照IEC技术报告Typel
的框架组织各自的行规，但不改变各组织专有的行规(Profile)。探IEC标准的其中Type2~Type8需要对Typel提供接口，而标准本身不要求Type2~Type8提供接口，用户在应用各类型时仍可使用各自的行规，其目的就是为了保护各自的利益。
Type3:Profibus★Type4:P-Net
Type5:FFHSE★Type6:SwiftNETType7:WorldFIPType8:Interbus
以上8种总线采用完全不同的通信协议！
控制网络要求控制网络要求确定性和可重复性。确定性是指有限制的延迟和有保证的传送，也就是说一个报文能在可预测的时间周期内成功的发送出去。可重复性是络的传输能力不受网络上节点的动态改变(增加节点或者删除节点)和网络负载的改变而影响。这正是普通局域网不适合作为控制网的原因。
现场总线通常采用以下二种技术来保证其实时性：一是简化技术。简化网络结构，现场总线一般将网络形式简化成线形；简化通信模型，一般只利用了OSI/RM中的2~3层；简化节点信息，通常简化到只有几字节。经过以上简化，可以极大地提高通信传递速度。二是采用网络管理技术来实现实时性，并保证其可预知性。例如:采用主-从访问方式，只要限制网络的规模就可以将响应时间控制在指定的时间内。总而言之，实时性要求是现场总线区别于一般计算机通信的主要因素。改善现场总线的实时性，减少响应时间的不确定性是现场总线的重要发展趋势。
网络结构计算机通信系统的结构是网络状的，节点间的通信路径是不固定的；大部分现场总线的结构是线状的，节点间的通信路径是比较固定的。
FB采用线状结构的原因在于：①容易实现对现场仪表的总线供
电。②容易实现本安防爆规范。如果线状结构的现场总线上某支路断开了以后，这条支路就可能完全瘫痪，而一般的网络系统则没有这种问题，信息还可以通过选择其它路由进行传递。
现场总线网络模型（普遍性）ISO/OSI模型现场总线模型用户层（程序）用户层
应用层
7
现场总线信息规范子层FMS现场总线访问子层FAS
表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层
654321数据链路层物理层物理层通信栈
基金会现场总线FF-FF由FIP(WorldFipNorthAmerican)和
ISP(InterOperableSystemProject)在,1994年合并而成。-FF总线由低速FF_H1和高速FF_HSE组成。高速H2总线发展计划已取消。
⑴FF_H1:以OSI参考模型为基础的四层结构模型，采用令牌总线介质访问技术，用于工业产生现场设备连接。(2)FF_HSE:则采用基于Ethernet(IEEE802.3)+TCP/IP的六层结构,主要用于制造业(离散控制)自动化以及
逻辑控制、批处理和高级控制等场合。
二、基金会现场总线的通信模型1.采用简化的ISO/OSI三层结构，即：物理层(PHL)、数据链路层(DLL)、应用层(APL);2.与参考模型的不同点：制定了通行标准、对用户应用进行了独有规范一一加用户应用层(用户层),用于实现各厂商设备的独有特性，提高各设备间的相互操作性；3.应用层设有两个子层――总线访问子层(FAS)、总线报文规范子层(FMS)
物理层的功能 1.实现现场设备与物理总线的连接；2.为现场设备与传输媒体的连接提供机械电气接口；3.为现场设备对总线的收、法提供和平规范的物理信号(曼彻斯特波形);4.应考虑电气隔离、信号滤波、设备供电等；5.一般使用双绞线、标明+、-表明接触上的极性；
H1网络设备-典型的接线盒将分支连接至主干线1个接线盒支持2/4/8/10和12台设备短路保护带故障指示可选，内置/可拨码终端器可插拔的分支接线接口全球危险区域认证密封式结构可以抵御环
境影响内置T型连接结构
工业以太网与现场总线的优缺点 整理
工业以太网与现场总线的优缺点 1 引言 用于办公室和商业的以太网伴随着现场总线大战硝烟已悄悄地进入了控制领域，近年来以太网更是走向前台，发展迅速，颇引人注目。究其原因，主要由于工业自动化系统正向分布化、智能化的实时控制方面发展，其中通信已成为关键，用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。另一方面，Intranet/Internet等信息技术的飞速发展，要求企业从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成，并提供一个开放的基础构架，而目前的现场总线尚不能满足这些要求。 现场总线的出现确实给工业自动化带来一场深层次的革命，但多种现场总线互不兼容，不同公司的控制器之间不能实现高速的实时数据传输，信息网络存在协议上的鸿沟,导致“自动化孤岛”现象的出现，促使人们开始寻求新的出路并关注到以太网。同时现场总线的传输速率也远远不如工业以太网传输速率快。 2 以太网与工业以太网 2.1 什么是以太网与工业以太网 以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10～100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆型号为10 Base T。以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性好。 普通以太网应用到工业控制系统，这种网络叫工业以太网。 2.2 以太网具有的优点 （1）具有相当高的数据传输速率（目前已达到100Mbps），能提供足够的带宽； （2）由于具有相同的通信协议，Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT（信息技术）世界； （3）能在同一总线上运行不同的传输协议，从而能建立企业的公共网络平台或基础构架；
工业控制网络
1．工业自动控制系统的类型：模拟仪表控制系统、直接数字控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统 2.集散控制系统的特点：集中管理分散控制 3.现场总线的定义：现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间数字式、串行、多点通信的数据总线 4.现场总线的国际标准：1).ISO11898和ISO11519 【CAN 标准】 2).IEC61158 3).IEC62026 5.IEC61158第二版现场总线类型：1).IEC61158 TS ，即FF H1 2).Controlnet 3).PROFIBUS ※ 4).P-NET 5). FF HSE 6). SwiftNet 7). WorldFIP 8).Interbus 6.数据通信系统组成：信息源与信宿、发送设备、传输介质、接收设备 7.数据通信系统的性能指标：误码率、数据传输速率、协议效率 8.常用的工业控制网络的节点：可编程控制器、传感器与变送器、执行器与驱动器、人机界面、网络互连设备 9.网络传输介质的访问控制方式：载波监听多路访问/冲突检测、令牌访问控制方式、时分复用、轮询、集总帧方式 10.OSI 参考模型的功能划分：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层 11.通用Modbus 帧 功能：Modbus 协议定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据单元（PDA ），特定总线或网络上的Modbus 协议映射能够在应用数据单元（ADU ）上引入一些附加字段。 附加地址---用于告知站地址 功能码---告知将执行那种操作 数据---含有请求和响应参数的数据域 差错校验码—根据报文内容执行冗余校验计算的结果 12.通信传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输介质 13.网络拓扑结构：星型拓扑、总线型拓扑、环型拓扑、树型拓扑 14.RS-485接口特点：双线差分电气信号、半双工传输模式、最远1200米通信距离、最快10M bit/s 通信速率、最大支持32个节点 17.Modbus 的功能码：公共功能码、用户定义功能码、保留功能码 18.Modbus 差错校验：奇偶校验、帧校验 19.PROFIBUS 的三种兼容协议：PROFIBUS-PA 、PROFIBUS-FMS 、PROFIBUS-DP 20.PEOFIBUS-DP 的特点：1）。传输介质支持屏蔽双绞线和光纤2）。通信速率范围为9.6kbit/s~12Mbit/s 3).无中继器的一个总线段最多可以连接32个站点 4）。无中继器的一个总线段最长传输距离可达1200m 5）。支持总线型或树型拓扑，有终端电阻 6）。采用不归零的差分编码，支持半双工、异步传输 7）。短数据帧长度为1字节，普通数据帧长度为3~255字节 21.PROFIBUS-DP 的系统组成：1类主站、2类主站、从站 PROFIBUS-DP 支持的设备地址范围是 0~127 22.PROFIBUS-DP 介质访问控制方式：令牌传递、主-从通信 令牌传递：令牌介质存取中，令牌是一种特殊的数据帧，它在主站间传递控制权。 主-从通信：在主-从通信方式下，由一个主站控制着多个从站，构成主-从系统。 23.PROFIBUS-DP 帧按格式分为：无数据字段的固定长度的帧、有数据字段的固定长度的帧、有可变数据字段长度的帧、令牌帧 这些帧按功能分类可分为：请求帧、应答帧、回答帧 24.STEP7软件的组成与功能（STEP7针对300和400PLC ） 组成：1).SIMATIC 管理器 2).硬件配置软件3).网络组态软件4).编程软件5).符号编辑器6).运行调试 功能：项目管理、硬件配置、网络组态、软件编程、编程、运行调试 25.WinCC flexible 软件 连接设计：WinCC flexible 软件中的连接编辑器提供了对系统的网络配置功能，用户可在连接编辑器中配置设备间通信的类型及通信速率、设备地址等具体通信参数， 变量定义：触摸屏中的变量分为外部变量和内部变量，每个变量都有一个符号名和数据类型，外部变量是触摸屏与PLC 进行抒抉交换的桥梁，是PLC 中定义的存储单元的映像，其值随PLC 程序的执行而改变。触摸屏和PLC 都可访问外部变量。内部变量存储在触摸屏的存储器中，与PLC 没有连接关系，只有触摸屏能访问内部变量，用于触摸屏内部的计算或执行其他任务。内部变量用名称来区分，没有地址。创建和编辑变量可以省用WinCC flexible 软件中的变量编辑器来操作。 26.CAN 总线的4种报文格式：数据帧、远程帧、出错帧、超载帧 27.CAN 总线特点：①CAN 总线是到目前为止唯一有国际标准的现场总线②CAN 总线为多主方式工作，本质上是一种载波监听多路访问（CSMA ）方式，总线上任意一个节点均可以主动地向网上其他节点发送报文，而不分主从。③CAN 总线废除了传统的站地址编码，采用报文标识符对通信数据进行编码。④CAN 总线通过对报文标识符过滤即可实现点对点、一点对多点传送和全局广播等几种数据传送方式⑤CAN 总线采用非破坏性总线仲裁技术，按优先级发送，可以大大减少总线冲突仲裁时间，在重通信负载时表现良好的性能。⑥CAN 总线直接通信距离最远可达10KM ，通信速率最高可达1Mbit/s ⑦CAN 总线上节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个⑧CAN 总线采用短帧结构，传述时间短，受干扰的概率低，保证率通信的低出错率。⑨CAN 总线每帧都有CRC 校验及其他检错措施，保证了通信的高可靠性。⑩CAN 节点在错误严重的情况下具有自动关闭的功能，以使总线上其他节点的操作不受影响（11）CAN 总线通信介质可灵活采用双绞线、同轴电缆或光纤（12）CAN 总线具有较高的性价比。CAN 节点结构简单，器件容易购置，每个节点的价格较低，而且开发技术容易掌握 ①数据帧：用于携带数据从发送节点至接受节点 ②远程帧：用于接收节点向发送单元请求发送具有相同标识符的数据。 ③出错帧：由检测出总线错误的节点出发，用于向总线通知出现了错误。 ④超载帧：用于在当前和后续的数据或远程帧之间增加附加的延时。 30.SJA1000有①Basic CAN 模式②PeliCAN 模式 31.SJA1000的控制寄存器：控制寄存器用于改变CAN 控制器的行为，其CAN 地址为0，微控制器可以对控制寄存器进行读/写操作。 CAN 总线技术。 ②最多可支持64个节点，每个节点支持的I/O 数量没有限制。 ③不必切断网络即可移除节点 ④支持总线供电，总线电缆中包括电源线和信号线，供电装置具有互换性。 ⑤可使用密封式或开放式的连接器 ⑥具有误接线保护功能 ⑦可选的通信速率为125Kbit/s 、250Kbit/s 、500Kbit/s ⑧采用基于连接的通信模式有利于节点之间的可靠通信 ⑨提供典型的请求/响应通信方式 ⑩具有重复MAC ID 检测机制，满足节点主动上网要求 34.DeviceNet 的通信模式： ①点对点模式：点对点模式信息报文中含有特定的源/目的地址信息，源节点必须多次发送数据给不同的目的节点，增加了通信负担，浪费了带宽。对于多个接收信息节点来说，数据在不同的时刻到达，实现不同节点之间的同步是非常困难。基于RS-485物理层标准的现场总线大多采用点对点通信模式。 ②生产者/消费者模式：生产者/消费者模式信息报文不再专属于特定的源节点或目的节点，一个报文可以被多个节点接收。生产者节点仅仅需要发出一个报文，消费者节点通过报文标识符过滤方式对总线上的报文进行监听、识别，当识别到所需的标识符时便开始接收。多个消费者节点从单个生产者节点那里同时获得相同的数据，这样用很窄的带宽经可以实现多个设备的同时动作。 ①组2报文ID6用于预定义主/从连接 ②组2报文ID7用于重复MAC ID 检测 ③组3信息ID5用于未连接显示响应 ④组3信息ID6用于未连接显示请求 37.DeviceNet 定义的两种报文： ①I/O 报文：I/O 报文适用于实时性要求较高和面向控制的数据，它提供了在报文发送过程和多个报文接收过程之间的专用通信路径。I/O 报文对传送的可靠性、送达时间的确定性及可重复性有很高的要求。 ②显示报文：显示报文适用于设备间多用途的点对点报文传送，是典型的请求/响应通信方式，常用于上传/下载程序、修改设备参数、记载数据日志和设备诊断等。显示报文结构十分灵活，数据域中带有通信网络所需的协议信息和要求操作服务的指令。 器0的值为00011100，计算该节点的通信速率为多少？若该节点持续接收包含2字节数据的数据帧，由SJA1000产生接收中断的最短时间是多少？ 解： SJA1000的时钟周期t CLK =1/f OSC =1/16MHZ=0.0625 us CAN 系统时钟周期t SCL =2t CLK ×(32×0+16×0+8×0+4×0+2×0+0+0+1)=0.125us 同步段t SYNCSEG =t SCL =0.125us 时间段1t TESG 1=t SCL × 8×1+4×1+2×0+0+1 =1.625us 时间段2t TSEG 2=t SCL × 4×0+2×0+1+1 =0.25us 标称位时间t bit =t SYNCSEG +t TESG 1+t TSEG 2=2us 通信速率 1/t bit =500Kbit/s 不考虑填充位的2字节数据的数据帧位数n=1+12+6+8乘2+16+2+7=60 SJA1000接收两个数据帧之间只有3位间歇时接收中断时间最短，故最短接收中断时间为t int =t bit × n +3 =2× 60+3 =126us 40.【例5-4】若CAN 总线控制器SJA1000使用的振荡器时钟频率为16MHZ ，需要设计通信速率为1Mbit/s,如何设置SJA1000的总线定时寄存器BTR0和BTR1？ 解： 标称时间t bit =1/1Mbit/s=1us SJA1000的时钟周期t CLK =1/fosc=1/16MHZ=0.0625us 由于通信速率为1Mbit/s ，速度快，设波特率预设值BRP=0 CAN 系统时钟周期t scl =2t CLK ×(0+1)=0.125us 标称位时间包含时间份额总数n=t bit /t SCL =1/0.125=8,满足8≤n ≤25的要求，所以波特率预设值BRP=0是合理的 标称位时间内8份时间份额分为同步段、时间段1、时间段2三部分，其中同步段固定为1份，假设时间段1分5份，时间段2分2份 同步段t SYNCSEG =t SCL =0.125us 时间段1t TESG 1=t SCL ×（TSEG1+1）=0.625us 时间段2t TSEG 2=t SCL × TSEG2+1 =0.25us 设重同步跳转宽度t SJW =t SCL ×(SJW +1)=0.125us 可解得TSEG1=4，TSEG2=1,SJW=0 由于通信速率为1Mbit/s ，速度快，故选择采样点的采样数目为1，则SAM 位为0 综上所述，总线定时寄存器BTR0为00000000B ，即00H ；BTR1为01000100B ，即14H 关于总线定时寄存器与通信速率的对应关系，现在有很多计算软件，只要将振荡器时钟频率和所需通信速率输入，即可由软件自动计算出总线定时寄存器的配置参数。
工业数据通信与控制网络
Ch1 绪论 1．什么是工业数据通信，现场总线，控制网络？ 数据通信是指在两点或多点之间以二进制形式进行信息交换的过程。 在工业生产过程中，除了计算机及其外围设备，还存在大量检测工艺参数数值与状态的变送器和控制生产过程的控制设备。这些设备的个功能单元之间、设备与设备之间以及这些设备与计算机之间遵照通信协议，利用数据传输技术传递数据信息的过程，称之为工业数据通信。按照IEC对现场总线（fieldbus）一词的定义，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。这是由IEC/TC65负责和控制系统数据通信部分国际标准化工作的SC65C/WG6定义的。因此“现场总线”一词被定位于生产现场的数据通信技术。 工业数据通信是控制网络的基础和支撑条件，是控制网络技术的重要组成部分。在这个意义上也可以把工业数据通信与控制网络一并简称为控制网络。 2．企业网络系统的层次结构是什么？ 如图1.4。按网络连接结构。一般将企业的网络系统划分为3层：他以底层控制网（infranet）为基础，中间为企业的内部网（intranet），并通过他伸向外部世界的互联网（internet），形成internet-intranet-infranet的网络结构 按网络的功能结构分：企业资源规划层EPR（enterprise resource planning）、制造执行层MES(manufacturing excurtion system)以及现场控制层FCS(field control system)。 3．控制网络企业管理的网络层相连方案是什么？ P12 Ch2 数据通信基础 工业数据通信系统的组成是什么？ 数据通信系统由数据信息的发送设备、接收设备、传输介质、传输报文、通信协议等几部分组成。
工业现场总线的应用
1.1现场总线的定义： 目前，公认的现场总线技术概念描述如下：现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。其中，"生产过程"包括断续生产过程和连续生产过程两类。或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。 1.2 现场总线技术产生的意义 （1）现场总线（Fieldbus）技术是实现现场级控制设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术；是一次工业现场级设备通信的数字化革命。现场总线技术可使用一条通信电缆将现场设备（智能化、带有通信接口）连接，用数字化通信代替4-20mA/24VDC信号，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。（2）传统的现场级自动化监控系统采用一对一连线的、4-20mA/24VDC信号，信息量有限，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换，使自控系统成为工厂中的"信息孤岛"，严重制约了企业信息集成及企业综合自动化的实现。（3）基于现场总线的自动化监控系统采用计算机数字化通信技术，使自控系统与设备加入工厂信息网络，构成企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。 1.3 现场总线技术的应用展望 现场总线技术的产生促进了现场设备的数字化和网络化，使现场控制的功能更加强大。由于采用了现场总线技术而带来了过程控制系统的开放性，使得系统成为具有测量、控制、执行和过程诊断等综合能力的控制网络。为更好适应工业过程控制的需要，今后现场总线技术会从以下几个方面发展： (1)基于现场总线的一次仪表和二次仪表的研制 现在，生产自动化仪表的厂家必须向现场总线靠拢，开发出具有现场总线结构的一次及二次仪表。检测、变换、补偿、控制、告警、趋势分析等功能可以分散在现场解决，简化上层系统，彻底实现分散控制、集中管理以提高系统的可靠性和稳定性。 (2)基于现场总线网络设备的软、硬件开发 系统的开放性和通信问题是分散控制系统的突出问题，它需要解决不同厂家软、硬件产品能否集中到一个系统的问题。如Lon Works总线技术的产品，只要遵循Lon Talk标准，几百家不同产品均可连接在一个系统中，所以要进行网络设备的研制必须遵循现场总线的统一标准。 (3)开放的组态技术研究现场总线产业化前景 目前现场总线系统的组态是比较复杂的，需要组态的参数多，各参数之间的
数据通信与工业控制网络知识点总结
网络的功能：数据通信；资源共享（硬件，数据，软件）；提供计算机的可靠性和可用性；分布式处理。总线型特点:1可以在网中广播信息，每个站点几乎可以同时“收到”每一信息。2价格低廉，用户站点入网灵活。3总线型局域网中一个节点的失效不会影响其他节点的正常工作，而且节点的增删也可以不影响全网的运行。4缺点也是明显的，由于共用一条传输信道，任一时刻只能有一个站点发送数据，而且介质访问控制也比较复杂。5由于总线型局域网结构简单、接入灵活、扩展容易、可靠性高等特点使它风靡一时，成为使用最广泛的一种网络拓扑结构。环型结构特点：1每个节点都与两个相邻的节点相连，节点之间采用点到点的链路。2网络中的所有节点构成一个闭合的环，信息沿着一个方向绕环逐站单向传输。3在环型拓扑结构中，所有节点共享同一个环型信道，环上传输的任何数据都必须经过所有结点。4缺点：断开环中的一个节点，意味着整个网络的通信终止。星型结构特点：1方便了对大型网络的维护和调试，对电缆的安装和检验也相对容易。2所有工作站都与中心节点相连，星型拓扑结构中移动某个工作站十分简单。3缺点：就是由于所有都连接到中心节点，依靠中心节点向目的节点传送信息，所以中心节点一旦失效将会导致全网无法工作。而且星型拓扑结构需要更加可靠的电缆。4交换局域网是一种典型的星型拓扑结构局域网。计算机网络的标准化：国际电工委员会IEC，国际电信联盟ITU，国际标准化组织ISO （主要是考虑信息处理与网络体系结构），电气电子工程协会IEEE，Internet工程任务组IETF，Internet研究任务组IRTF，美国国家标准协会ANSI，国家标准和技术协会NIST，因特网活动委员会IAB，国际传输与覆盖研讨会ICTC，国际电报与电话咨询委员会（CCITT）（主要是考虑通信标准的制定）。消息:对客观世界发生变化的描述或报道；信息:表达消息中的内容；信息量:一条消息中信息量的大小,用该消息中所包含内容发生的可能性的倒数的对数表达；数据:承载信息的实体,描述事物的符号,分模拟数据,数字数据.；信号:数据的表现形式,一种变化的物理现象. 如光信号,电信号等.数据终端设备DTE ：指能生成并向数据通信网络发送和接收数据信息的设备，是人机接口。常见DTE有终端机、pos机、pc机。数据电路终端设备 DCE 或数据通信设备：将原始信号转换成特殊的电信号使其适合在信道上进行传输的设备，提供信号的变换和编码，建立、保持和释放线路连接等功能。常见DCE设备有调制解调器。数据速率S：单位时间内传送二进制代码的位数,公式如下,单位:b/s, 调制速率:单位时间内通过信道传输的码元数。单位：波特Baud。又称波特率，转码率，码元速率等。Nyquist无噪声下的码元速率极限B（Baud）与信道带宽H的关系为：B=2H，无噪声信道容量公式为：C=Blog2N＝2Hlog2N。例子：普通电话线路带宽约3kHz，则码元速率极限值B=2H=2*3*1000=6K(Baud)，若码元的离散个数N=16,则最大数据传输速率C=2*3*1000*log216＝24K(b/s)。Shanon带噪声信道容量公式为：C=H.log2（ 1＋S/N ）。多路复用：频分复用（对各路信号采用不同的载波频率进行调制，各个载波频率相互独立，可以实现FDM），时分复用（时分多路复用是将信道用于传输的时间划分为若干个时间片；每个用户分得一个时间片；在每个用户占有的时间片内，用户使用通信信道的全部带宽。同步时分多路复用和统计时分多路复用），波分复用。数据传输介质：双绞线（可以传递模拟信号也可以传递数字信号，衰减大，线对容易失真适合点对点的连接，高频下不宜分支，一般在集线器、转发器之间建立连接，价格较低，适合短距离通信）；同轴电缆（粗，细。同轴电缆比屏蔽双绞线或非屏蔽双绞线传输的距离远。在没有中继器对传输信号放大的情况下，同轴电缆可以连接的局域网地域范围比双绞线大。）；光纤（单模光纤轴芯较细，约5~10μm，适合长距离传输，价格昂贵，散射率小，传输效率极佳；多模光纤轴芯较粗，约50~100μm，适合短距离传输，价格较低，传输效率略差于单模光纤。）；无线与卫星通信技术；微波通信。通信介质的选择：双绞线：价格便宜，带宽受限，适合通信容量要求低的局域网。同轴电缆：当连接设备较多且通信容量较大时比较合适，用于大多数局域网。目前有被光钎取代的趋势。光纤：频带宽，速度快，体积小，重量轻，衰减小，误码率低，抗干扰强。用于大型，高速网络，许多环境恶劣而对通信质量要求高的场合有应用。无线的传输距离，安全性能，功耗等是选择时要特殊考虑的因素。数据通信方式：串行通信、并行通信，单工通信、半双工或全双工通信。同步方式：同步通信、异步通信。编码与调制。码制；NRZ-L:非归零码：用负电压表示二进制1，用正电压表示0，在比特区间内电平恒定，其间不发生跳变。NRZI:非平衡非归零码：非归零，逢1跳变传输，通过比较邻接信号的极性而不是判定信号元素的绝对值来对信号进行编码，抗扰性更强。双相AMI码：使用的电平数超过两个，例如双相AMI中，0用无线路信号表示，1用由正脉冲或负脉冲表示（极性交替进行）出现先1长串，也不会失去同步。不含直流分量，信号带宽比NRZ要小，提供了简单的差错检测手段。双相技术（由基带同轴电缆、双绞线CSMA/CD组成的局域网IEEE802.3标准采用了曼彻斯特码；由STP的IEEE802.5令牌环网标准采用了差分曼彻斯特码）：在每一比特时间内至少发生一个跳变，并且可能有两个跳变，利用同步，无直流分量，利于差错检测，需要更多的带宽。基带传输技术：在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号;矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带,简称为基带,矩形脉冲信号就叫做基带信号;在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法称为基带传输;在发送端，基带传输的数据经过编码器变换变为直接传输的基带信号，例如曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码信号;在接收端由解码器恢复成与发送端相同的矩形脉冲信号;一种最基本的数据传输方式。数据交换技术：线路交换（面向连接的服务；两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首先要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接；在数据传输过程中要经过建立连接、数据传输与释放连接的三个阶段；优点：通信实时性强，适用于交互式会话类通信；缺点：对突发性通信不适应，系统效率低，系统没有存储数据的能力，不能平滑交通量。）；报文交换（发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网；通信子网中的结点是通信控制处理机，它负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。不管发送数据的长度是多少，都把它当作一个逻辑单元发送；特点：由于通信子网中的通信控制处理机可以存储分组，分组可以共享通信信道，线路利用率高；通信子网中通信控制处理机具有路选功能，可以动态选择报文分组通过通信子网的最佳路径；可以平滑通信量，提高系统效率；分组在通过通信子网中的每个通信控制处理机时，均要进行差错检查与纠错处理，因此可以减少传输错误，提高系统可靠性；通过通信控制处理机可以对不同通信速率的线路进行转换，也可以对不同的数据代码格式进行变换。）；分组交换（限制一次传输数据的最大长度，如果传输数据超过规定的最大长度，发送结点就将它分成多个报文分组发送。特点：由于分组长度较短，在传输出错时，检错容易并且重发花费的时间较少；限定分组最大数据长度，有利于提高存储转发结点的存储空间利用率与传输效率；公用数据网采用的是分组交换技术。分为：数据报（特点：同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网；同一报文的不同分组到达目的结点时可能出现乱序、重复与丢失现象；每个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址；数据报方式报文传输延迟较大，适用于突发性通信，不适用于长报文、会话式通信。），虚电路（特点：在每次分组发送之前，必须在发送
工业现场总线技术
工业现场总线技术 现场总线技术是实现现场级设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术。这是一次工业现场级设备通信的数字化革命。现场总线技术可用一条电缆将现场设备（智能化、带有通信接口）连接，使用数字化通信代替4-20mA/24VDC信号，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。传统的现场级自动化监控系统采用一对一连线的4-20mA/24VDC信号，信息量有限，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交接，使自控系统成为工厂中的“信息孤岛”，严重制约了企业信息集成及企业综合自动化的实现。基于现场总线的自动监控系统采用计算机数字化通信技术，使自控系统与设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。 现场总线技术可概括如下： 1．制定出国际现场总线通信及技术标准。 2．自动化厂商按照标准生产各种自动化类产品，包括控制器、传感器、执行机构、驱动装置及控制软件。 3．实际应用中，使用一根通信电缆，将所有现场设备连接到控制器，形成设备及车间级的数字化通信网络。 在现场级（Field Level），即金字塔形的自动化层次模型的最底层所进行的串行数据传输通讯系统称为现场总线系统（Fieldbus Systems）。基于现场总线的自动化监控及信息集成系统主要优点： 1．增强了现场级信息集成能力 现场总线可从现场设备获取大量丰富信息，能够更好的满足工厂自动化及CIMS系统的信息集成要求。现场总线是数字化通信网络，它不单纯取代4-20mA信号，还可实现设备状态、故障、参数信息传送。系统除完成远程控制，还可完成远程参数化工作。 2．开放式、互操作性、互换性、可集成性 不同厂家产品只要使用同一总线标准，就具有互操作性、互换性，因此设备具有很好的可集成性。系统为开放式，允许其它厂商将自已专长的控制技术，如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中去，因此，市场上将有许多面向行业特点的监控系统。 3．系统可靠性高、可维护性好 基于现场总线的自动化监控系统采用总线连接方式替代一对一的I/O连线，对于大规模I/O系统来说，减少了由接线点造成的不可靠因素。同时，系统具有现场级设备的在线故障诊断、报警、记录功能，可完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化工作，也增强了系统的可维护性。 4．降低了系统及工程成本 对大范围、大规模I/O的分布系统来说，省去了大量的电缆、I/O模块及电缆敷设工程费用，降低了系统及工程成本。 目前国际上具有一定影响和已占有一定市场份额的总线有如下几种： 1．PROFIBUS现场总线 1996年3月5日批准为欧洲标准，即DIN 50170 V2。PROFIBUS产品在世界市场上已被普遍接受，市场份额占欧洲首位，增长率25%。目前支持PROFIBUS设备已超过200万台，到1998年5月，适用于过程自动化的PROFIBUS-PA仪表设备在19个国家的40个用户厂家投入现场运行。1985年组建了PROFIBUS国际支持中心；1989年12月建立了PROFIBUS用户组织（PNO）。目前在世界各地相继组建了20个地区性的用户组织，企业会员近650家。1997年7月组建了中国现场总线（PROFIBUS）专业委员会，并筹建现场总线
数据通信与工业控制网络知识点总结
数据通信与工业控制网络知识点总结 一、引言 数据通信与工业控制网络是现代工业中至关重要的组成部分，它们 在实现设备之间的信息传递和控制过程中起着至关重要的作用。本文 将对数据通信与工业控制网络的关键知识点进行总结，包括通信协议、网络拓扑结构和安全性等方面。 二、通信协议 1. RS485通信协议 RS485是一种串行通信协议，常用于在工业环境中连接远距离设备。它具有多点通信的能力，可以连接多个设备，通信速率高，抗干扰能 力强等特点。 2. Modbus通信协议 Modbus是一种通信协议，常用于工业自动化领域。它支持在不同 的物理介质上传输数据，并且能够连接到各种不同类型的设备。Modbus协议简单易懂，操作方便快捷，广泛应用于工业控制系统中。 3. Ethernet通信协议 Ethernet是一种局域网通信协议，常用于工业控制网络中。它具有 高速传输、灵活性强、连接设备数量多等特点，适用于复杂的工控系 统环境。 三、网络拓扑结构
1. 总线型拓扑结构 总线型拓扑结构是指所有设备都通过一根共享的传输介质连接在一起。它具有简单、易于安装和扩展的优点，但是在故障发生时可能会 导致整个网络瘫痪。 2. 星型拓扑结构 星型拓扑结构是指所有设备都直接连接到一个集线器或交换机上。 它具有良好的可靠性和扩展性，但是需要更多的网络设备和布线成本。 3. 环型拓扑结构 环型拓扑结构是指所有设备通过一条环形的传输介质连接在一起。 它具有较好的抗干扰能力和可靠性，但是在故障发生时可能导致整个 网络中断。 四、安全性 1. 隔离与细分 在数据通信与工业控制网络中，对不同的设备和数据流进行隔离与 细分是保证网络安全性的重要手段。通过合理的网络端口管理和访问 控制策略，可以防止未经授权的访问和信息泄露。 2. 数据加密 在敏感数据的传输过程中，采用数据加密技术可以保证数据的机密 性和完整性。加密算法和密钥管理是有效保护数据安全的关键要素。 3. 安全认证
工业以太网与现场总线技术及应用
工业以太网与现场总线技术及应用 摘要：工业控制需要高速、廉价、易于集成的通信网络。以太网就是这样的一种网络。本文分析了工业以太网在现场总线控制系统中的应用前景,指出工业以太网的介入使现场总线能更好的满足实时控制的要求,并给出了工业以太网应用实例。 关键词：现场总线控制系统以太网 FCS 一引言 随着计算机和网络技术的发展，以智能化仪表和分散控制为特色的现场总线技术，把控制领域带入了一个新的时代。它所倡导的全开放、全分散、互操作的思想，成了未来控制领域崭新的特点。 但是,目前的现场总线技术仍具有很大的局限性,在全开放、全分散控制等方面,仍存在许多需要解决的问题。首先,在目前现场总线控制系统中,主要是低速现场总线,现场仪表和设备的计算能力和信息处理能力较低,主要用于数据采集和控制信号的输出,并实现PDI控制等一些简单的控制算法。复杂的控制功能,如预测控制、神经网络控制、系统优化等,仍需要在PC机或工作站上实现。其次,由于现场总线位于整个系统的最底层,只是系统的一个组成部分,仅仅现场总线仍不足以实现系统的全开放结构。同时,目前已经出现了Profibus 、Foundation Fieldbus等几十种现场总线。由于每种现场总线代表着不同厂商的利益,各大厂商进行了激烈的市场竞争,这些现场总线很难实现统一。因为不同现场总线产品不能实现互操作,一旦用户选择某种现场总线,今后就会被局限于这种现场总线,再选择另一种现场总线,必须付出高昂的代价。因此,在现场总线的迅速发展过程中，形成一个统一的协议却始终是一个争论的焦点。为了解决以上全分散、全开放、不同协议的现场总线系统集成问题,人们开始逐步达成一个共识，即向以太网靠拢将成为今后现场总线发展的一个趋势。 二以太网进入现场总线
现场总线与工业控制网络课程标准
《现场总线与工业控制网络》课程标准 课程代码：31331Z18 学时数：30学时（其中：理论18学时实践12学时） 课程类型：理论+实践开课学期：（第4学期） 适用专业：高速铁道技术专业（通号方向）开课单位：电子信息系 编写时间：2013年12月] 一、课程定位和目标 课程定位：《现场总线与工业控制网络》课程是高速铁道技术专业的一门专业基础课，该课程为专业必修课程。通过本课程的学习使学生掌握现场总线网络拓扑结构，掌握现场总线主要技术指标，掌握掌握主要连接件和接口设备使用和维护，了解硬件和软件组态操作，了解现场总线工程与设计，为日后在高速铁路现场工作打下坚实的基础。。先修课是《工业控制计算机原理及应用》，后续课程是《高铁信号集中监测系统》、《高速列车调度指挥系统》。该课程为必修课。安排在高速铁道技术专业的第四学期学习。 教学目标：是使学生建立现场总线的概念、基本特点，建立DNS和FCS概念，了解DCS和FCS 系统设备和系统结构，了解计算机网络及工业网络体系结构、网络模式、工业网络通信概念、开放式系统互连参考模型、TCP/IP参考模型，了解PP的主要连接件和接口设备以及硬件连接、组态技术，PRDPIBUS的主要技术、CAN总线技术协议、工业以太网的通信方案。理解现场总线控制技术的基本概念和原理，理解PP通信模型及其主要技术、PP功能块及PP工业组态，理解PRDPIBUS通信技术，理解CAN物理层以及总线器件工作原理，理解工业以太网的实时通信技术，控制器工作原理。要求学生具备现场总线控制系统正常运行的维护和故障检修能力，具有一定的团队精神和解决问题能力。具体目标包括知识目标、技能目标、素质目标，如表1所示。 知识目标1．熟悉工业控制系统体系结构； 2．熟悉计算机局域网及其拓扑结构； 3．了解信号的传输和编码技术； 4．了解现场总线网络结构与互联网的网络结构的不同；5．熟悉现场总线常用的主要连接件、仪表和接口设备；6．熟悉现场总线技术指标； 7．熟悉现场总线工程与设计； 8．掌握现场总线使用和维护原则；
现场总线技术特点及应用原则
现场总线技术特点及应用原则 现场总线是一种用于控制系统的通信网络技术，通过这种技术，设备、传感器、执行器和控制器可以彼此互连，并且可以相互交流数据和控制信息。现场总线技术的特点和应用原则在这篇文章中将会被详细阐述。 一、现场总线技术的特点 1.高效性：现场总线技术可以使用单根通信线路来连接众多设备，可以很好地减少线路数量和长度，从而提高了系统的效率和功能。 2.可靠性：现场总线技术是一种高度可靠的技术，通过数据的监测和校验，可以检测和纠正传输过程中出现的错误。 3.实时性：现场总线技术可以实现实时控制和数据交换，控制和监测可以及时响应输出信号并得到及时反馈，实现了高效的控制体系。 4.通用性：现场总线技术不受制于具体的控制设备的数量和种类，适用于各类工业自控领域。 5.扩展性：现场总线技术的通信速度和容量都可以进一步扩展，可以满足各种规模的系统的通信需求。 二、现场总线技术的应用原则
1.选择适当的通信协议：现场总线技术有多种通信协议， 如Profibus、Modbus、CAN等，选择适当的通信协议可以更好地适应不同的控制和通信需求。 2.采用适当的通信格式：通信的格式有B2B、从站-主站、CAN总线等多种形式，通信所采用的格式应该符合系统的特点，必须充分考虑通信方式的可读性、可靠性和有效性。 3.选择合适的通信技术软件：通信技术软件是现场总线技 术的重要组成部分，软件质量直接关系到现场总线技术是否正常运行。在选择通信技术软件时，要考虑软件的可靠性、易用性、扩展性等因素。 4.选择合适的硬件平台：现场总线技术的硬件平台是硬件 设备的基础，选择适当的硬件平台对现场总线技术的实现和使用至关重要。硬件平台应该具备足够的通信带宽和传输速度，以确保数据的高效传输。 5.正确配置设备参数：设备的配置参数包括通信速度、地址、信号格式等，必须正确配置设备参数，否则通信将会失败。设备的配置应该考虑系统的通信和控制需求，确保设备配置正确并灵活。 总之，现场总线技术的特点和应用原则对系统的运行和效率有很大的影响，必须认真考虑和贯彻。通过合理的设计和实现，现场总线技术可以很好地满足各类工业自控领域的需求，并且促进了工业自控技术的发展。
浅论三种工业通信技术
浅论三种工业通信技术 摘要三种工业通信技术在当今的工业控制领域皆有较多的应用,如何将这三种工业通信技术在工业控制领域中加以很好的利用,并且取长补短,并且将他们融为一体,是当前需要很好解决的问题。 关键词工业现场总线;工业以太网;无线传感器网络 1工业现场总线 工业现场总线技术开始于80年代中期,它历经了20多年的发展。主要解决工业现场智能化的传感器、仪表、控制器、执行机构等现场设备之间的数据通信,并解决这些现场控制设备和上一级控制系统之间的信息传递,它是目前应用在工业现场中最广泛、技术相对比较成熟的工业通信技术。 在工业现场总线技术出现以前,DCS以其具有的操作监视方便、危险分散、功能分散等诸多特点成为工业自动控制系统的主流,在广大工业企业得到了广泛的应用。但随着时间的推移,DCS 的缺点也日益突出,主要表现在: 1)现场仪表仍为传统模拟仪表,可靠性差,安装维护成本高; 2)互换性差,各厂商之间没有统一的协议标准,应用与维护困难; 3)价格昂贵。 近些年来,随着自动控制、计算机、通信、网络等技术的快速发展,信息交换沟通的领域迅速扩大,引起了自动化系统结构的变革,并逐步形成了以网络集成自动化系统为基础的信息系统,于是,工业现场总线技术应运而生。它的出现,标志着控制技术领域又一个新时代的开始,并将对该领域的发展产生重要的影响。 工业现场总线发展初期,现场总线标准繁多,一直没有一个统一的总线标准,致使工业现场总线的发展应用受到了不小的影响。每一个工业现场总线标准背后都代表着这一个大公司或政府的利益,各方互不相让,致使总线标准化工作进展缓慢。直到1998 年,各方经过妥协,终于达成工业现场总线IEC 61158 标准,包含了市场上最主要的几种现场总线,并于1999 年12 月获得通过。相同或兼容的产品可以相互替换。 工业现场总线技术改变了传统的模拟信号采集和控制方式,以数字化、智能化、网络化技术,提升了工业控制设备及控制软件功能,彻底改变了控制系统的体系结构。工业现场总线以网络技术将现场的采集、显示、控制、执行等设备和装置以网络化形式连接起来,减少了现场的连接电缆,方便了设备的诊断和维护工作;以数字化通信技术建立了设备间的信息沟通渠道,增加了信息容量,提高了通信的实时性、可靠性和准确性;以智能化技术赋予现场设备更加完善的计算、控制和
工业数据通信和控制网络(现场总线)
工业数据通信和控制网络(现场总线) 现场总线技术现场总线控制系统(简称FCS)其结构模式为“工作站――现场总线智能仪表”二层结构，成本低、可靠性高，可实现真正的开放式互连系统结构。操作站 LA N H2 H1 服务器H1 现场总线 现场设备124 H1 网桥H1 H1 32 现场设备H1 现场总线现场总线 FCS控制层32 现场设备 原理图 控制系统应用图示例 使用控制系统分布确定现场总线的接线 H1 现场总线# 3 网段控制室PCGreen Liquor StorageLT 111 LT 112 H1 现场总线# 2网段LT 101 Re-Burned Purchased Lime LimeDT 109 FT 110 19 SC 111 24 IP 102IP 104A IP 104B Cooler SC 112 25
SC 110 23 20 FT 102 AT 103 21TT 104 Heater CV-101 A/O AT 106 AT 107A AT 107BLT 108 SC 108 22 H1 现场总线# 1网段 TT 105 现场总线定义现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通讯。 网络节点网络体系 包括IPC、PLC以及各种智能化的现场控制设备基于统一、规范的通信协议通过同一总线实现相互间的数据传输与信息共享位于生产控制的底层网络结构 通信总线在现场设备中的延伸 现场总线的发展1996年到1998年，国际性组织FF(现场总线基金会)和PNO(Profibus国际组织)先后发布了适于过程自动化的现场总线标准H1、H2(HSE)和Profibus-PA,H1和PA都在实际工程中开始应用。1999年底，包含8种现场总线标准在
现场总线及通讯协议
现场总线及通讯协议 现场总线的现状和未来发展 一、引言 计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统（DCS）后，今后将朝着现场总线控制系统的方向发展。现场总线(field bus)是指现场仪表和数字控制系统输入输出之间的全数字化、双向、多站的通讯系统。 二、现场总线的产生 纵观控制系统的发展史，不难发现，每一代新的控制系统推出都是针对老一代控制系统存在的缺陷而给出的解决方案，最终在用户需求和市场竞争两大外因的推动下占领市场的主导地位，现场总线和现场总线控制系统的产生也不例外。 1、模拟仪表控制系统 模拟仪表控制系统于六七十年代占主导地位。其显著缺点是：模拟信号精度低，易受干扰。 2、集中式数字控制系统 集中式数字控制系统于七八十年代占主导地位。采用单片机、PLC、SLC 或微机作为控制器，控制器内部传输的是数字信号，因此克服了模拟仪表控制系统中模拟信号精度低的缺陷，提高了系统的抗干扰能力。集中式数字控制系统的优点是易于根据全局情况进行控制计算和判断，在控制方式、控制机时的选择上可以统一调度和安排；不足的是，对控制器本身要求很高，必须具有足够的处理能力和极高的可靠性，当系统任务增加时，控制器的效率和可靠性将急剧下降。 3、集散控制系统（DCS） 集散控制系统（DCS）于八、九十年代占主导地位。其核心思想是集中管理、分散控制，即管理与控制相分离，上位机用于集中监视管理功能，若干台下位机下放分散到现场实现分布式控制，各上下位机之间用控制网络互连以实现相互之间的信息传递。因此，这种分布式的控制系统体系结构有力地克服了集中式数字控制系统中对控制器处理能力和可靠性要求高的缺陷。在集散控制系统中，分布式控制思想的实现正是得益于网络技
现场总线控制网络技术课后答案
第一章 1、简要说明现场总线、控制网络的定义 答：现场总线是指将现场设备（如数字传感器、变送器、仪表与执行机构等）与工业操作单元、现场操作站等互联而成的通信网络，它的关键标志是能支持双向、分散、多节点、总线式的全数字通信，是工业控制网络向现场及发展的产物。 2、简要说明现场总线技术的特点 答：现场总线是3C（计算机、通信、控制）技术的融合。其技术特点是:信号输出全数字、控制能力全分散、标准统一全开放。具体是（1）系统的开放性（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）系统结构的高度分散性（5）对现场环境的适应性。3、简要说明网络化控制系统的结构组成 答：由被控对象、执行器、传感器、网络时延、控制器组成 4、网络化控制系统的主要技术特点有哪些 答：主要有：1、结构网络化2、节点智能化3、控制现场化和功能分散化4、系统开放化和产品集成化5、对现场环境的适应性 5、HART通信模型有那几层组成 答：HART通信模型由3层组成：物理层、数据链路层和应用层 6、与传统布线相比，P-NET现场总线技术在工业控制应用中具有哪些优势 答：与传统布线相比，P-NET现长总线技术在工业控制应用中有很大的优势，它可以简化设计和安装，减少布线的数量和费用，避免各种设备故障的发生，实现更直接也更广泛的使用功能。 7.WorldFIP可用的运输速率有哪些，标准传输速率是多少？ 答：传输速率用于铜线的有31.25Kbit/s、1Mbit/s和2.5Mbit/s，其中1Mbit/s是标准速率。 第二章 1、什么是差错控制 答：在计算机通信中，为了提高通信系统的传输质量而提出的有效的检测错误并进行纠正的方法叫做差错检测和校正，简称为差错控制 2、数据通信系统由哪几部分组成 答：数据通信系统由数据信息的发送设备、接收设备、传输介质、传输报文、通信协议等几部分组成 3、简要介绍通信系统的通信指标 答：通信指标有1、有效性指标2、可靠性指标3、通信信道的频率特性4、介质宽带，信息传输的有效性指标和可靠性是通信系统最主要的指标 4、数据传输方式有哪些？选取其中两种进行简要介绍 答：数据传输方式是指数据代码的传输顺序和数据信号传输的同步方式，有串行传输与并行传输，同步传输与异步传输，位同步、字符同步与帧同步等几种 在串行传输中，数据流以串行方式逐位地在一条信道上传输，每次只能发送一个数据位，发送方必须确定是先发送数据字节的高位还是低位。同样，接收方也必须知道所受到的字节的第一个数据位应处于什么位置。并行传输是将数据以成组的方式在两条以上的并行通道上同时传输。它可以同时传输一组数据位，每个数据位使用单独的一条导线 5、网络传输的介质访问控制方式有哪些？请说明其工作原理 答：有载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）控制方式、令牌控制方式、时分复用方式6、OSI参考模型将开放系统的通信功能划分为哪几个层次