现场总线作业
现场总线技术作业
目录
引言
一 CAN总线技术
1 Can总线技术定义
2 CAN总线协议内容
3 CAN总线的报文传输和结构
4 CAN总线特点的分析
二Can总线技术在汽车行业的运用
1. 汽车为什么选择了CAN总线技术
2. 汽车CAN总线技术到底是怎么一回事
3. 采用汽车CAN总线技术有哪些优点
4. 汽车CAN总线的发展趋势
三文献引用
引言
现场总线（Fieldbus）是20世纪80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于
现场总线技术过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯
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，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系
统结构与设备的深刻变革。国际上许多实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行
了现场总线技术与产品的开发。现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为
工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特
点 :具有一定的时间确定性和较高的实时性要求,还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都
具有不同上层高速数据通信网的特色。一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS——现场总线控制系统。人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS
称作第一代，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统，一方面，突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显
著的特征。
一 Can总线技术
1 Can总线技术定义
Can网络即控制器局域网CAN——Controller Area Network） CAN总线技术在汽车车身控制中的应用属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通讯网络，其总线规范已被ISO国际标准化组织制定为国际标准，并被公认为是最有前途的现场总线之一。CAN总线的应用范围遍及从高速网络到低成本的多线路网络，广泛应用于控制系统中的各检测和执行机构之间的数据通信。由于其设计成本低，通讯可靠，在电力系统中得到了广泛应用，尤其是在早期的变电站综合自动化系统建设中起了很大作用。
依据国际标准化组织／开放系统互连(International Standardi-zation Organization／Open SystemInterconnection，ISO／OSI)参考模型，CAN的ISO／OSI参考模型的层结构如图7-6所示。下面对CAN协议的媒体访问控制子层的一些概念和特征做如下说明：
(1)报文(Message) 总线上的报文以不同报文格式发送，但长度受到限制。当总线空闲时，任何一个网络上的节点都可以发送报文。
(2)信息路由(Information Routing) 在CAN中，节点不使用任何关于系统配置的报文，比如站地址，由接收节点根据报文本身特征判断是否接收这帧信息。因此系统扩展时，不用对应用层以及任何节点的软件和硬件作改变，可以直接在CAN中增加节点。
(3)标识符(Identifier) 要传送的报文有特征标识符(是数据帧和远程帧的一个域)，它给出的不是目标节点地址，而是这个报文本身的特征。信息以广播方式在网络上发送，所有节点都可以接收到。节点通过标识符判定是否接收这帧信息。
(4)数据一致性应确保报文在CAN里同时被所有节点接收或同时不接收，这是配合错误处理和再同步功能实现的。
(5)位传输速率不同的CAN系统速度不同，但在一个给定的系统里，位传输速率是唯一的，并且是固定的。
(6)优先权由发送数据的报文中的标识符决定报文占用总线的优先权。标
识符越小，优先权越高。
(7)远程数据请求(Remote Data Request) 通过发送远程帧，需要数据的节点请求另一节点发送相应的数据。回应节点传送的数据帧与请求数据的远程帧由相同的标识符命名。
(8)仲裁(Arbitration) 只要总线空闲，任何节点都可以向总线发送报文。如果有两个或两个以上的节点同时发送报文，就会引起总线访问碰撞。通过使用标识符的逐位仲裁可以解决这个碰撞。仲裁的机制确保了报文和时间均不损失。当具有相同标识符的数据帧和远程帧同时发送时，数据帧优先于远程帧。在仲裁期间，每一个发送器都对发送位的电平与被监控的总线电平进行比较。如果电平相同，则这个单元可以继续发送，如果发送的是“隐性”电平而监视到的是“显性”电平，那么这个单元就失去了仲裁，必须退出发送状态。
(9)总线状态总线有“显性”和“隐性”两个状态，“显性”对应逻辑“0”，“隐性”对应逻辑“1”。“显性”状态和“隐性”状态与为“显性”状态，所以两个节点同时分别发送“0”和“1”时，总线上呈现“0”。CAN总线采用二进制不归零(NRZ)编码方式，所以总线上不是“0”，就是“1”。但是CAN协议并没有具体定义这两种状态的具体实现方式，如图7-7所示。
10)故障界定(Confinement) CAN节点能区分瞬时扰动引起的故障和永久性故障。故障节点会被关闭。
(11)应答接收节点对正确接收的报文给出应答，对不一致报文进行标记。
2 CAN总线协议内容
CAN总线的物理层是将ECU连接至总线的驱动电路。ECU的总数将受限于总线上的电气负荷。物理层定义了物理数据在总线上各节点间的传输过程，主要是连接介质、线路电气特性、数据的编码／解码、位定时和同步的实施标准。BOSCH CAN基本上没有对物理层进行定义，但基于CAN的ISO标准对物理层进行了定义。设计一个CAN系统时，物理层具有很大的选择余地，但必须保证CAN协议中媒体访问层非破坏性位仲裁的要求，即出现总线竞争时，具有较高优先权的报文获取总线竞争的原则，所以要求物理层必须支持CAN总线中隐性位和显性位的状态特征。在没有发送显性位时，总线处于隐性状态，空闲时，总线处于隐性状态；当有一个或多个节点发送显性位，显性位覆盖隐性位，使总线处于显性状态。在此基础上，物理层主要取决于传输速度的要求。从物理结构上看，CAN节点的构成如图7-8所示。在CAN中，物理层从结构上可分为三层：分别是物理层信令(Physical Layer Signaling，PLS)、物理介质附件(Physical MediaAttachment，PMA)层和介质从属接口(Media Dependent：Inter-face，MDI)层。其中PLS连同数据链路层功能由CAN控制器完成，PMA 层功能由CAN收发器完成，MDI层定义了电缆和连接器的特性。目前也有支持CAN的微处理器内部集成了CAN控制器和收发器电路，如MC68HC908GZl6。PMA 和MDI两层有很多不同的国际或国家或行业标准，也可自行定义，比较流行的是ISOll898定义的高速CAN发送／接收器标准。理论上，CAN总线上的节点数几乎不受限制，可达到2000个，实际上受电气特性的限制，最多只能接100多个节点。
CAN的数据链路层是其核心内容，其中逻辑链路控制(Logical Link control，LLC)完成过滤、过载通知和管理恢复等功能，媒体访问控制(Medium Aeeess control，MAC)子层完成数据打包／解包、帧编码、媒体访问管理、错误检测、错误信令、应答、串并转换等功能。这些功能都是围绕信息帧传送过程展开的。
3 CAN总线的报文传输和结构
1．报文类型
在CAN2．0B的版本协议中有两种不同的帧格式，不同之处为标识符域的长度不同，含有ll位标识符的帧称之为标准帧，而含有29位标识符的帧称为扩展帧。如CAN1．2版本协议所描述，两个版本的标准数据帧格式和远程帧格式分别是等效的，而扩展格式是CAN2．0B协议新增加的特性。为使控制器设计相对简单，并不要求执行完全的扩展格式，对于新型控制器而言，必须不加任何限制的支持标准格式。但无论是哪种帧格式，在报文
传输时都有以下四种不同类型的帧：
(1)数据帧(Data ) 数据帧将数据从发送器传输到接收器。
(2)远程帧(Remote ) 总线单元发出远程帧，请求发送具有同一标识符的数据帧。
(3)错误帧(Error ) 任何单元检测到总线错误就发出错误帧。
(4)过载帧(Overload ) 过载帧用在相邻数据帧或远程帧之间提供附加的延时。
数据帧或远程帧与前一个帧之间都会有一个隔离域，即帧间间隔。数据帧和远程帧可以使用标准帧及扩展帧两种格式。
2．报文帧结构形式
在报文传输时，不同的帧具有不同的传输结构，下面将分别介绍四种传输帧的结构，只有严格按照该结构进行帧的传输，才能被节点正确接收和发送。
(1)数据帧数据帧格式如图7-9所示。数据帧由七种不同的位域(Bit Field)组成：帧起始(Start of )、仲裁域(Arbitration Field)、控制域(Control Field)、数据域(DataField)、CRC域(CRC Field)、应答域(ACK Field)和帧结尾(End of )。数据域的长度可以为0～8个字节。
1)帧起始(SOF)：帧起始(SOF)标志着数据帧和远程帧的起始，仅由一个“显性”位组成。在CAN的同步规则中，当总线空闲时(处于隐性状态)，才允许站点开始发送(信号)。所有的站点必须同步于首先开始发送报文的站点的帧起始前沿(该方式称为“硬同步”)。
2)仲裁域：仲裁域如图7-10所示，仲裁域由标识符和RTR位组成，标准帧格式与扩展帧格式的仲裁域格式不同。标准格式里，仲裁域由1l位标识符和RTR位组成。标识符位有ID28～IDl8。扩展帧格式里，仲裁域包括29位标识符、SRR位、IDE(Identifier Extension，标志符扩展)位、RTR位。其标识符有ID28～IDO。为了区别标准帧格式和扩展帧格式，CANl．0～1．2版本协议的保留位r1现表示为IDE位。IDE位为显性，表示数据帧为标准格式；IDE位为隐性，表示数据帧为扩展帧格式。在扩展帧中，替代远程请求(Substitute Remote Request，SRR)位为隐性。仲裁域传输顺序为从最高位到最低位，其中最高7位不能全为零。RTR的全称为“远程发送请求(Remote TransmissionRequest)”。RTR位在数据帧里必须为“显性”，而在远程帧里必须为“隐性”。它是区别数据帧和远程帧的标志。
3)控制域：控制域由6位组成，包括2个保留位(r0、r1同于CAN协议扩展)及4位数据长度码，允许的数据长度值为0～8字节。
4)数据域：发送缓冲区中的数据按照长度代码指示长度发送。对于接收的
数据，同样如此。它可为0～8字节，每个字节包含8位，首先发送的是
MSB(最高位)。
5)CRC校验码域：它由CRC域(15位)及CRC边界符(一个隐性位)组成。CRC 计算中，被除的多项式包括帧的起始域、仲裁域、控制域、数据域及15位为0的解除填充的位流给定。此多项式被下列多项式X15+X14+X10+X8+X7+X4+X3+1除(系数按模2计算)，相除的余数即为发至总线的CRC序列。发送时，CRC序列的最高有效位被首先发送／接收。之所以选用这种帧校验方式，是由于这种CRC校验码对于少于127位的帧是最佳的。
6)应答域：应答域由发送方发出的两个(应答间隙及应答界定)隐性位组成，所有接收到正确的CRC序列的节点将在发送节点的应答间隙上将发送的这一隐性位改写为显性位。因此，发送节点将一直监视总线信号已确认网络中至少一个节点正确地接收到所发信息。应答界定符是应答域中第二个隐性位，由此可见，应答间隙两边有两个隐性位：CRC域和应答界定位，如图7-1l所示
7)帧结束域：每一个数据帧或远程帧均由一串七个隐性位的帧结束域结尾。这样，接收节点可以正确检测到一个帧的传输结束。
(2)错误帧错误帧由两个不同的域组成：第一个域是来自控制器的错误标志；第二个域为错误分界符。其结构如图7-12所示。
1)错误标志：有两种形式的错误标志。
①激活(Active)错误标志。它由6个连续显性位组成。
②认可(Passive)错误标志。它由6个连续隐性位组成。
它可由其他CAN控制器的显性位改写。
2)错误界定：错误界定符由8个隐性位组成。传送了错误标志以后，每一站就发送一个隐性位，并一直监视总线直到检测出1个隐性位为止，然后就开始发送其余7个隐性位。
(3)远程帧远程帧也有标准格式和扩展格式，而且都由6个不同的位域组成：帧起始、仲裁域、控制域、CRC域、应答域、帧结尾。与数据帧相比，远程帧的RTR位为隐性，没有数据域，数据长度编码域可以是0～8个字节的任何值，这个值是远程帧请求发送的数据帧的数据域长度。当具有相同仲裁域的数据帧和远程帧同时发送时，由于数据帧的RTR位为显性，所以数据帧获得优先。发送远程帧的节点可以直接接收数据。远程帧结构如图7-13所示。
(4)过载帧过载帧由两个区域组成：过载标识域及过载界定符域。下述三种状态将导致过载帧发送：
1)接收方在接收一帧之前需要过多的时间处理当前的数据(接收尚未准备好)；
2)在帧空隙域检测到显性位信号；
3)如果CAN节点在错误界定符或过载界定符的第8位采样到一个显性位节点会发送一个过载帧。
过载帧的具体结构如图7-14所示。
3．位定时要求
标称位速率是指理想发送器在没有重新同步的情况下每秒发送的位数量。标称位速率的倒数即为标称位时间。不同的CAN系统中，CAN的位速率不同。但在一个给定的CAN系统中，位速率是一定的，其最大值受所选用的CAN控制器类型、收发器和物理介质等因素的影响，可在一定范围内自由设定。CAN总
线的数据传输速率最高可达1Mbit／s，通常用石英晶体振荡器作为时钟发生器，可以独立地进行位定时的参数设置，这样即使网络中节点之间的时钟周期不一样，仍可获得相同的位速率。
可以把标称位时间划分成为几个不重叠的时间片段，它们是同步段、传播段、相位缓冲段1和相位缓冲段2，如图7-15所示。
4 CAN总线特点的分析
CAN总线通信接口集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理。CAN总线的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。数据帧的标识码可由11位或29位组成，CAN2．0B规定在标识符的前7位不能同时为逻辑零，这种按数据帧编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据。数据段长度最多为8字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8字节不会占用过长的总线时间，从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC，并可提供相应的错误处理功能，保证数据通信的可靠性。CAN具有以下特性：
1)CAN为多主方式工作，不分主从，通信方式灵活，通过报文标识符通信，无需站地址等节点信息；
2)CAN上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求；
3)CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。尤其是在网络负荷很重的情况下，也不会出现网络瘫痪情况；
4)CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式的数据传送与接收，无需专门的“调度”；
5)CAN的直接通信距离最远可达10km；
6)CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达110个。报文标识符可达204．8种(CAN2．0A)，而CAN2．0B的报文标识符几乎不受限制；
7)采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。CAN 的每帧信息都有CRC及其他检错措施，降低了数据出错概率。CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响；
8)cAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。
CAN总线在汽车电子系统中已得到广泛应用，成为欧洲汽车制造业的主体行业标准，代表着汽车电子控制网络的主流发展趋势。现代汽车越来越多地采用电子装置控制，例如发动机的定时注油控制，加速、制动控制及防抱死制动系统(ABS)等。世界上很多著名的汽车制造厂商，如Volkswagen(大众)、
Benz(奔驰)、BMW(宝马)、Porsche(保时捷)、Rolls．Royce(劳斯莱斯)、Jaguar(美洲豹)等公司都已经采用CAN总线来实现汽车内部控制系统的数据通信。
二Can总线技术在汽车行业的运用
1. 汽车为什么选择了CAN总线技术
现在总线技术有很多种。从成本上讲，RS-232/485的成本都比CAN低；速度上讲，工业以太网等也都不错。为什么唯独CAN在汽车电子中得到亲睐？
从成本上来说，CAN比UART、RS-232/485高，但比以太网低；从实时性来说：CAN的实时性比UART和以太网高，为了保证安全，车用通信协议都是按周期性主动发送，不论是CAN还是LIN，对实时性要求高的消息其发送周期都小于10ms（每辆车都有好几条这样的消息），发动机、ABS和变速器都有几条这样的消息；从可靠性来说，CAN有一系列事故安全措施，这是UART和以太网都不具备的，多点冗余也是UART（点对点传输）和工业以太网（数据传输距离短）难于实现的，所以CAN出现后，由于价格的原因，最初应用得最多的地方并不是汽车，而是对成本不敏感的工业控制和医疗设备，如：工业上的DEVICENET、SDS、CANOPEN，医疗上MRI等。至于工业以太网的产生，其背景与个人PC的普及是分不开的，现在工业控制中的PCBASED就是一个例子，但汽车
控制是不能用一台ＰＣ的，要达到汽车控制的要求，成本上也不容许。而LIN 的传输过程只有20Kbps,显然不能作为独立的汽车总线控制要求，一般它只配合CAN在汽车上做辅助之用。
其次总线是一个系统，总线上的速度仅仅是系统中的一个因素，ElexRay 虽然只有２０ＭＢＰＳ但它在一个１６ＢＩＴ的ＭＣＵ上都能跑起来，１００ＭＨＺ以太网虽快，但一个３２ＢＩＴ的ＭＣＵ很难达到２０ＭＢＰＳ．况且还要涉及到系统的安全性，类似冗余，ＢＵＳ安全等。所以综合考虑，汽车选择了CAN总线技术。
2. 汽车CAN总线技术到底是怎么一回事
Can-Bus总线技术是“控制器局域网总线技术（Controller Area Network-BUS）”的简称，它具有极强的抗干扰和纠错能力，最早被用于飞机、坦克等武器电子系统的通讯联络上。
通过遍布车身的传感器，汽车的各种行驶数据会被发送到“总线”上，这些数据不会指定唯一的接收者，凡是需要这些数据的接收端都可以从“总线”上读取需要的信息。Can总线的传输数据非常快，可以达到每秒传输32bytes 有效数据，这样可以有效保证数据的实效性和准确性。传统的轿车在机舱和车身内需要埋设大量线束以传递传感器采集的信号，而Can-Bus总线技术的应用可以大量减少车体内线束的数量，线束的减少则降低了故障发生的可能性。
Can-Bus技术在汽车的应用，可以减少了汽车车体内线束和控制器的接口数量，避免了过多线束存在的互相干涉、磨损等隐患，降低了汽车电气系统的故障发生率。各种传感器的信息可以实现共享。另外，在Can-Bus技术的帮助下，汽车的防盗性、安全性都得到了较大幅度提升。例如：在启动车辆时，确认钥匙合法性的信息会通过Can-Bus总线进行传递，其校验的信息比以往的防盗系统更为丰富。车钥匙、发动机控制器和防盗控制器互相存储对方信息，校验码中还掺杂了随即码，从而大幅提高防盗能力。校验信息通过Can-Bus传递大幅提高了信息传递的可靠性，使防盗系统的工作稳定可靠。就目前而言，Can-Bus总线技术一般使用在科技含量较高的中、高档轿车上。
3. 采用汽车CAN总线技术有哪些优点
现代汽车中所使用的电子控制系统和通讯系统越来越多，如发动机电控系统、自动变速器控制系统、防抱死制动系统（ABS）、自动巡航系统（ACC）和
车载多媒体系统等；这些系统之间、系统和汽车的显示仪表之间、系统和汽车故障诊断系统之间均需要进行数据交换，如此巨大的数据交换量，如仍然采用传统数据交换的方法，即用导线进行点对点的连接的传输方式将是难以想象的，据粗略估计，如采用普通线索，一个中级轿车就需要线索插头300个左右，插针总数将达到2000个左右，线索总长超过1. 6Km，不但装配复杂而且故障率会很高。因此，用串行数据传输系统取而代之就成为必然的选择。
数据在串联总线上可以一个接一个的传送，所有参加CAN总线的分系统都可以通过其控制单元上的CAN总线接口进行数据的发送和接收，CAN总线是一个多路传输系统，当某一单元出现故障时不会影响其他单元的工作，CAN总线对不同数据的传输速率不一样，对发动机电控系统和ABS等实时控制用数据实施高速传输，对车身调节系统（如空调）的数据实施低速传输，其他如多媒体系统和诊断系统则为中速传输，速率在两者之间，这样的区分提高了总线的传输效率。
数据总线如何能实现多路传输的呢？原来数据总线有三部分组成：1）数据传输线，2）地址传输线，3）发送单元和接收单元之间的传送控制线。数据按CPU的指令以一定的模式传输到指定的地址，而传输模式则由软件控制的。这样，汽车总线与计算机中的“BUS”就很类似了，不难理解。
4. 汽车CAN总线的发展趋势
传统的CAN是基于事件触发的，信息传输时间的不确定性和优先级反转是它固有的缺点。为了满足汽车控制对实时性和传输消息密度不断增长的需要，改善CAN总线的实时性能非常必要。于是，传统CAN与时间触发机制相结合产生了TTCAN(Time-Triggered CAN)。
TTCAN总线和传统CAN总线系统的区别是：总线上不同的信息定义了不同的时间槽(Timer Slot)。在同一时间槽内，总线上只能有一条信息传输，这样避免了总线仲裁，也保证了信息的实时性。TTCAN系统需要全局时间同步，但采用传统CAN控制器很难实现TTCAN，因此新推出的CAN控制器如Microchip 的MCP2515就增加了与TTCAN相关的硬件资源，它们在软件配合下就能实现TT CAN。
文献：1《CAN总线综述》 - 作者：刘滏,罗惠琼
2《汽车CAN总线系统原理、设计与应用》罗峰,孙泽昌著/电子工业出版社3 《国产汽车CAN总线发展》作者：杨兵,耿仁义
现场总线大作业2016
南京工程学院 现场总线大作业 课程名称基于CANopen总线的温度测的设计院（系、部、中心）自动化学院 专业自动化 班级、姓名数控133 吴雅雯 起止日期 2016/11/4 - 2016/12/14
目录 1 设计任务............................... 错误！未定义书签。 2 总体方案 (3) 3 硬件设计 (3) 4 软件设计 (17) 5 设计总结 (19) 6 参考文献 (22)
一、设计任务
1．系统整体方案设计，包括 （1）课题分析，方案选择； （2）主控制器和通信控制器的选择； （3）温度传感器的选择 （4）系统总体结构框图及各模块功能。 2．系统硬件设计，包括： 2.1测量对象的数据采集 （1）测量电路的设计； （2）数据采集电路的设计； 2.2 CAN通信最小系统的设计 （1）主控制器最小系统电路 （2）根据主控制器的类型（是否集成CAN控制器功能）设计CAN通信接口与驱动电路； 3．CANopen通信节点的软件设计； （1）数据采集模块程序流程； （2）主程序流程设计； （3）底层CAN通信程序流程设计，及各功能模块子程序设计，包括：初始化程序设计、接收报文程序设计、发送报文程序设计； （4）应用层的CANopen协议程序设计； （5）CANopen对象字典部分的程序设计，依据DS301和DS401对CANopen 对象字典进行配置； 二、总体方案 CAN是Contro l erAreaNetwork的缩写, 即控制器局部网,通常称为CANbus(CAN总线),是一种支持分布式控制 的串行通信协议。CAN最初出现在汽车工业中,是20世纪80年代德国Bosch公司为汽车的监控、控制系统而设计的,主要是解决汽车中的电子控制装置之间的通信,减少不断增加的信号线。CAN总线的直接通信距离最
现场总线知识点总结(打印版)
1.集散控制系统是以微型计算机为基础的分散性综合控制系统。集散控制系统 的实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的 一种新型控制技术。它是计算机技术、通信技术、控制技术和CRT显示技术（简称4c技术）相互渗透发展的产物。采用危险分散、控制分散，而操作和管理集中的基本设计思想，以分层、分级和合作自治的结构形式，适应现代工业的生产和管理要求。 2.集散控制系统由集中管理部分、分散啊控制检测部分和通信部分组成。集 中管理部分可分为运行员操作站、工程师工作站和管理计算机；分散控制监测部分按功能可分为控制站、监测站；通信部分用于完成控制指令及各种信息的传递和数据资源的共享。集散控制系统按照自下而上的功能可分为四层：现场控制级、过程装置控制级、车间操作管理级和调度管理级。 3.集散控制系统组态功能包括硬件组态和软件组态。 4.CRT操作方式的特点：信息量大、显示方式多样化、操作方便容易、透明度 提高。 5.组态操作包括系统组态、控制组态、画面组态和操作组态。 6.过程画面组态主要由静态画面、动态画面及画面合成等内容组成。 7.集散控制系统的显示画面可分为四层：区域显示、单元显示、组显示、细目 显示。 8.集散控制系统的显示画面分为：概貌显示画面、过程显示画面、仪表面板显 示画面、趋势显示画面、报警显示画面、系统显示画面。 9.数据信息：具有一定编码、格式和字长的数字信息。 10.传输速率：指信道在单位时间内传输的信息量。 11.传输方式：①单工方式：信息只能沿单方向传输的通信方式②半双工方 式：信息可沿着两个方向上传输，但在某一时刻只能沿一个方向传输的通信方式③全双工方式：信息可以同时沿着两个方向传输的通信方式。有基带传输、载带传输和宽带传输。 12.异步传输：信息以字符为单位进行传输，每个信息字符都具有自己的起始位 和停止位，一个字符中的各个位是同步的，但字符与字符之间的时间间隔是不确定的；同步传输：信息不是以字符而是以数据块为单位进行传输的。 13.串行传输：把构成数据的各个二进制位依次在信道上传输；并行传输：把构 成数据的各个二进制位同时在信道上传输。 14.载带传输有三种调制方式：调幅方式、调频方式和调相方式。 15.数据交换方式：线路交换方式、报文交换方式、报文分组交换方式（又分 为虚电路和数据报两种交换方式）。 16.OSI模型的层次：物理、数据链路、网络、传送、会话、表示、应用。 17.开放系统互联的参考模型各层共有的功能：封装过程、分段存储、连接建 立、流量控制、差错控制和多路复用。 18.IEE802委员会分别对带有冲突检测的载波侦听多路存取、令牌总线、令牌 环三种媒体存取方式规定了相关协议，即IEE802.3、IEE802.4、IEE802.5。19．现场总线广义上是指控制系统与现场检测仪表、执行装置进行双向数字通信的串行总线系统。 20.一般认为现场总线时用于现场仪表与控制室主机系统之间的一种开放的、 全数字化、双向、多站的通信系统。 21.现场总线的特点：封闭的物理过程、更大的覆盖范围、设备的数量、价 格、实时性操作、传输的完整性、有效性、用户选择的服务、集成开放结构、严酷的环境条件。 22.通用现场通信系统和各领域的特殊要求：发电和输变电、化工系统特殊要 求、制造应用、电子机构应用、现场总线需求的综合考虑。 23.现场总线控制系统在制造在领域、物业领域和过程领域得到全面的发展。 24.Profibus产品系列：Profibus-DP、Profibus-PA、Profibus-FMS。 25.Profibus的主要特性：总线存取协议、灵活的配置、本征安全、功能强大 的FMS。 26.集散控制系统的设计分为4个阶段：方案论证、方案设计、工程设计和系 统文件设计。 27.CAN总线：控制器局域网。主要特性如下：通信介质可以是双绞线、同轴电 缆或光纤，直接通信最远可达10km，最高速率可达1Mbit/s；用数据块编码方式的代替传统的站地址编码方式；网络上任意一个节点可以主动向其他节点发送数据；网络上的节点可以定义成不同的优先级；数据帧中的数据字段长度最多为8个字节；CAN中的每一个帧中都有CRC校验及其他检错措施，降低数据的错误率；网络上的节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能。 28.集散控制系统的安全性：功能安全、人身安全、信息安全。 29.现场总线与IT计算机网络技术的的区别：现场总线数据传输的“及时性” 和系统响应的“实时性”，响应时间要求为001~0.5s或者0.5~2s，而在IT中实时性可以忽略；在工厂自动化系统中通信方式使用广播和多组方式；在IT 中某个自主系统与另一个自主系统只建立暂时的一对一方式；现场总线强调在恶劣环境下数据传送的完整性；现场总线需要面向连接的服务和无连接服务两种LLC服务形式；现场总线需要解决多家公司产品和系统在一个网络上相互兼容的问题；IT计算机网络通信与现场总线的现场装置之间的网络通信，要求有所不同，前者通信量大，而后者量不大；现场总线控制系统的数据通信要求严格，采用的网络技术不仅是先进的，更重要的是成熟的、实用的。 30.离散PID控制算法：位置算法、增量算法、速度算法。 31.前馈控制：实质是一种扰动进行调节的开环控制系统。 32.通信就是信息从一处传输到另一处的进程。任何通信系统都是由发送装置、接收装置、信道和信息组成。 33.集中式控制的优点：可实现高质量控制；控制功能集中在中心控制站；避 免通信站之间互相协调的麻烦；缺点：中心控制站结构复杂；中心控制站成为整个网络系统的潜在瓶颈。 34.多功能智能化现场装置产品的功能：与自动控制装置之间的双向数字通 信功能；多变量输出；信息差错检测功能；提供诊断信息；控制器功能。35.Lonworks的特点：开放性和互操作性；通信介质；网络结构、应用高级语 言进行开发、开发周期短、易于商品化、支持完全分布式网络系统；提供与上层决策系统的互联接口。 36.可靠度：系统在规定的条件下(指设备所处的温度、湿度、气压、振动等环境条件和使用方法及维护措施等),在规定的时间内(指明确规定的工作期限)，无故障地发挥规定功能(应具备的技术指标)的概率。名词解释： 1、数据采集系统：计算机只承担数据的采集和处理，而不直接参与控制。 2、直接数字控制系统：计算机既采集数据，又对数据进行处理，并按照一定的控制 规律进行运算，其结果经输出通道作用到控制对象，使被控变量符合要求。 3、现场总线控制系统：利用现场总线将分布在工业现场的各种智能设备和I/O单元 方便的连接在一起构成的系统。 4、实时控制：计算机在规定的时间内完成数据的采集、、计算和输出。 5、传输速率：单位时间内通信系统所传输的信息量，一般以每秒种能够传输的比特 数来表示，其单位是bps。 6、计算机控制系统：利用计算机来实现工艺过程自动控制的系统。 7、集散控制系统：是一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层结构形式、 局部网络通信的计算机综合控制系统。 8、现场总线：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。 9、组态：利用软件工具将计算机的软硬件及各种资源进行配置，使其按预定的功能 实现特定的目的。 10、串行传输：把数据逐位依次在信道上进行传输的方式。 11、通信协议：通信双方共同遵守的规则，包括语法、语义、时序。 12、监督计算机控制系统：简称SCC系统，是一种两级微型计算机控制系统，其中 DDC级计算机完成生产过程的直接数字控制；SCC级计算机则根据生产过程的工况和已定的数学模型，进行优化分析计算，产生最优化设定值，送给DDC级计算机执行。 13、分级控制系统：由多台计算机完成不同的控制功能和对多个设备的控制，其特点 是控制分散、危险分散。 14、模拟通信：通信系统中所传输的是模拟信号，通常采用0-10m A DC或4-20m A DC电流信号传输信息。 15、数字通信：通信系统中所传输的是数字信号。 16、并行传输：把数据多位同时在信道上进行传输的方式。 17、开放系统互连参考模型：信息处理领域内最重要的标准之一，是一种框架模型， 它将开发系统的通信功能分为七层，描述了各层的意义及各层的命名和功能。18、解释名词：SCC，DDC，DCS，FCS，CIPS，CIMS 答：①SCC：计算机监督控制②DDC：直接数字控制③DCS：集散控制系统④FCS：现场总线控制系统⑤CIPS：计算机集成过程系统⑥CIMS：计算机集成制造系统 问答题： 1、简述DCS的操作员站、工程师站、监控计算机站的主要功能？ 答：①操作站的主要功能：为过程显示和控制、系统生成与诊断、现场数据的采集和恢复显示等。 ②工程师站的主要功能：控制系统组态的修改、控制参数的调试 ③监控计算机的主要功能：在车间管理级与过程优化级之间起到信息传递的作 用，同时可对信息进行优化计算，为系统决策提供参考。 2、组态设计的一般步骤如下： 答：①组态软件的安装按照要求正确安装组态软件，并将外围设备的驱动程序、通信协议等安装就绪。 ②工程项目系统分析首先要了解控制系统的构成和工艺流程，弄清被控对象的 特征，明确技术要求，然后再进行工程的整体规划，包括系统应实现哪些功 能、需要怎样的用户界面窗口和哪些动态数据显示、数据库中如何定义及定义哪些数据变量等。 ③设计用户操作菜单为便于控制和监视系统的运行，通常应根据实际需要建立 用户自己的菜单以方便操作，例如设立一按钮来控制电动机的起/停。 ④画面设计与编辑画面设计分为画面建立、画面编辑和动画编辑与链接几个步 骤。画面由用户根据实际工艺流程编辑制作，然后需要将画面与已定义的变量关联起来，以便使画面上的内容随生产过程的运行而实时变化。 ⑤编写程序进行调试程序由用户编写好之后需进行调试，调试前一般要借助于 一些模拟手段进行初调，检查工艺流程、动态数据、动画效果等是否正确。 ⑥综合调试对系统进行全面的调试后，经验收方可投入试运行，在运行过程中 及时完善系统的设计。 3、什么是PROFIBUS总线？PROFIBUS总线有什么特点？ 答：①PROFIBUS是一种国际性的开放式现场总线标准，是唯一的全集成H1（过程）和H2（工厂自动化）现场总线解决方案[12]，它不依赖于产品制造商，不同厂商生产的设备无须对其接口进行特别调整就可通信，因此它广泛应用于制造加 工、楼宇和过程自动化等自动控制领域。 ②PROFIBUS现场总线系统的技术特点：⑴容易安装，节省成本。⑵集中组态，建 立系统简单。⑶提高可靠性，工厂生产更安全、有效。⑷减少维护，节省成 本。⑸符合国际标准，工厂投资安全。 4、DCS的层次结构一般分为几层，并说明每层的功能？ 答：集散控制系统分为四个层次，每个层次由多个计算机组成，分别行使不同的功能，自下而上分别是：现场控制级、过程控制级、过程管理级和经营管理级。与这四层结构相对应的四层局部网络分别是现场网络、控制网络、监控网络和管理网络。 ①现场控制级的功能：一是完成过程数据采集与处理。二是直接输出操作命令、 实现分散控制。三是完成与上级设备的数据通信，实现网络数据库共享。四是完成对现场控制级智能设备的监测、诊断和组态等。 ②过程控制级功能：一是采集过程数据，进行数据转换与处理；二是对生产过程 进行监测和控制，输出控制信号，实现反馈控制、逻辑控制、顺序控制和批量控制功能；三是现场设备及 I/O卡件的自诊断；四是与过程操作管理级进行数据通信。 ③过程管理级功能：一是监视和控制生产过程；二是控制方式的无扰动切换，修 改设定值，调整控制信号，操控现场设备，以实现对生产过程的干预；三是打印各种报表，复制屏幕上的画面和曲线等。
几种常见的现场总线简介
几种常见的现场总线简介从1984年IEC开始制订现场总线国际标准至今，经过16年的努力和有关各方的协商妥协，最终，采用包括8种类型现场总线的IEC6lI58标准，并于1999年底的投票中得以通过。 2.1 Type l IEC技术报告（即FF H1）FF H1现场总线的网络协议是按照ISOOSI参考模型建立的，它由物理层、数据链路层、应用层，以及考虑到现场装置的控制功能和具体应用而增加的用户层组成。基金会现场总线（FF）是Type1现场总线的一个子集（Subset）。 2.2 Type 2 ControlNet ControlNet现场总线得到美国Rockwell公司支持。它采用了一种新的通信模式：生产者/客户（Producer/Consumermodel）模式。这种模式允许网络上的所有节点，同时从单个数据源存取相同的数据。这种模式最主要的特点是增强了系统的功能，提高了效率和实现精确的同步。 2.3 Type 3 Profibus Profibus得到德国Siemens公司支持。Profibus数据链路层总线存取有两种方式，即令牌环（Token-Ring）方式和主站/从站（Master/Slave）方式。Profibus系列由3个兼容部分组成，即Profibus-DP、Profibus-FMS和Profibus-PA。Profibus-DP适用于设备级控制系统与分散I/O之间高速通信，它使用物理层、数据链路层以及用户接口。Profibus-FMS适用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。Profibus-PA专为过程自动化设计，它能够将变送器和执行器连接到一根公共总线，符合IEC61158.2物理层规范，
计算机网络考试知识点超强总结
计算机网络考试重点总结（完整必看） 1.计算机网络：利用通信手段，把地理上分散的、能够以相互共享资源（硬件、软件和数据等）的方式有机地连接起来的、而各自又具备独立功能的自主计算机系统的集合 外部特征：自主计算机系统、互连和共享资源。内部：协议 2.网络分类：1）根据网络中的交换技术分类：电路交换网；报文交换网；分组交换网；帧中继网；ATM网等。2）网络拓朴结构进行：星型网；树形网；总线型网；环形网；网状网；混合网等。4）网络的作用地理范围：广域网。局域网。城域网（范围在广域网和局域网之间）个域网 网络协议三要素：语义、语法、时序或同步。语义：协议元素的定义。语法：协议元素的结构与格式。规则(时序)：协议事件执行顺序。 计算机网络体系结构：计算机网络层次结构模型和各层协议的集合。 3.TCP/IP的四层功能：1）应用层：应用层协议提供远程访问和资源共享及各种应用服务。2）传输层：提供端到端的数据传送服务；为应用层隐藏底层网络的细节。3）网络层：处理来自传输层的报文发送请求；处理入境数据报；处理ICMP报文。4）网络接口层：包括用于物理连接、传输的所有功能。 为何分层:目的是把各种特定的功能分离开来，使其实现对其他层次来说是可见的。分层结构使各个层次的设计和测试相对独立。各层分别实现不同的功能，下层为上层提供服务，各层不必理会其他的服务是如何实现的，因此，层1实现方式的改变将不会影响层2。 协议分层的原则：保证通信双方收到的内容和发出的内容完全一致。每层都建立在它的下层之上，下层向上层提供透明服务，上层调用下层服务，并屏蔽下层工作过程。 OSI七层，TCP/IP五层，四层： ISO七层结构的OSI/RM：物理层——链路层——网络层——传输层——会话层——表示层——应用层 Tcp四层：网络接口层，网络层，传输层，应用层Tcp五层：物理层，链路层，网络层，传输层，应用层 4.服务，功能，协议：“服务”是对相邻上层而言的，属于本层的外观表现，下层给上层提供服务。“功能”则是本层内部的活动，是为了实现对外服务而从事的内部活动。协议是对等实体之间。 5.两大子网：通信子网和资源子网 2222221.通信子网任务：1）连通结点2）逐点数据传输3）确定传输路径4）监测通信过程 组成：通信子网物理上由若干个结点和连接结点的传输介质组成。 通信子网的协议，包括两大类，一类是TCP/IP协议族中网络层、网络接口层的若干协议；另一类则是各种局域网包括工业控制局域网以及现场总线中的数据链路层协议和物理层协议。
现场总线技术的现状及其发展前景
现场总线综述 设计题目：现场总线技术的现状及其发展前景学院名称：电子与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化 姓名： +++ 班级：电气112 班 学号： 11401170236 指导教师：邱雪娜 2014 年 11 月 17 日
现场总线技术的现状及其发展前景 +++ （宁波工程学院，电子与信息工程学院，浙江宁波 315000） 摘要：现场总线技术是自动化领域里的一项新技术。本文阐述了现场总线技术的产生与发展及各类现场总线技术的历史、现状及特点 ,最后展望了该技术的未来发展趋势。 关键词：现场总线；产生与发展；特点；发展趋势 Present situation and development prospect of Fieldbus Technology LI Gensheng （School of Electron and Information Engineering, Ningbo University of Technology, Ningbo 315000 , China） Abstract: The fieldbus technology is a new technology in automatization. This paper expounds the origin and development of fieldbus technology and all kinds of history, present situation and characteristics of field bus technology, the future development trend of this technology are discussed. Key words：f ieldbus; generation and development; characteristic; the development trend 引言 现场总线控制系统技术自70年代诞生至今，由于它在减少系统线缆，简化系统安装、维护和管理，降低系统的投资和运行成本，增强系统性能等方面的优越性引起人们的广泛注意，得到大范围的推广，导致了自动控制领域的一场革命。随着计算机技术的发展，现场总线技术不断向数字化、微型化、个性化，专用化发展。现场总线技术的市场不断扩大，前景广阔。 1 现场总线的定义与特点 1.1现场总线技术的定义 从名词定义来讲，现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制主机系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。而现场总线标准规定某个控制系统中一定数量的现场设备之间如何交换数据。数据的传输介质可以是电线电缆、光缆、电话线、无线电等等。通俗地讲，现场总线是用在现场的总线技术。传统控制系统的接线方式是一种并联接线方式，从PLC控制各个电器元件，对应每一个元件有一个I/O口，两者之间需用两根线进行连接，作为控制和/或电源。当PLC所控制的电器元件数量达到数十个甚至数百个时，整个系统的接线就显得十分复杂，容易搞错，施工和维护都十分不便。为此，人们考虑怎样把那么多的导线合并到一起，用一根导线来连接所有设备，所有的数据和信号都在这根线上流通，同时设备之间的控制和通信可任意设置。因而这根线自然而然地称为了总线，就如计算机内部的总线概念一样。由于控制对象都在工矿现场，不同于计算机通常用于室内，所以
现场总线
南京工程学院 课程设计说明书（论 文） 题目Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信 课程名称现场总线技术及应用 院（系、部、中心）自动化学院 专业自动化 班级 学生姓名 学号 指导教师
目录 一课程设计的目的----------------------------------------------3二课程设计题目及要求----------------------------------------3 1题目----------------------------------------------3 2设计要求------------------------------------------3 三环境搭建-------------------------------------------------------3 四powerlink的原理--------------------------------------------4 五操作过程--------------------------------------------------------9 1 主从站之间的通信------------------------------------9 2openCONFIGURATOR应用------------------------------------------19六实习体会--------------------------------------------------------26
Powerlink课程设计报告 一、课程设计的目的 课程设计的目的是使学生能够将《现场总线技术及应用》课程的学习内容有机的联系起来，形成系统的概念，培养学生综合应用知识的能力，掌握现场总线系统设计的基本思想和方法。 二、课程设计题目及要求 1、题目 Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信 2、设计要求 使用开源的openConfigurator对主站和从站进行配置，对开源的openPOWERLINK代码在Linux系统下进行编译实现主站和从站的通信功能，利用网络诊断工具wireshark检查和验证通信功能。 三、环境搭建 （1）硬件环境：一台PC机，安装两台虚拟机，一台作为主站，另一台作为从站 （2）软件环境： a)安装虚拟机VMware player； b)安装Linux操作系统Ubuntu； c)安装程序文件产生器Doxygen； d)安装编译安装工具CMake e)安装网路数据包捕获函数库libpcap作为网卡驱动
计算机控制系统(大作业) (2)
一问答题 (共6题，总分值60) 1. 根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？（10 分） 答：根据采样过程的特点，可以将采样分为以下几种类型。 (1) 周期采样指相邻 两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。 (2) 同步采样如果一个系统中有多个 采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样，则称为同步采样。 (3) 非同步采样 如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭，则称为非同步 采样。 (4) 多速采样如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样 的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。 (5) 随机采样若相邻两次采样的时 间间隔不相等，则称为随机采样。 2. 简述线性定常离散系统的能控性定义。（10 分） 答：若对某个初始状态X（0），存在控制作用序列{u（0），u（1），…，u（n-1）}，使系统在第n步上达到到原点，即X（n）=0，则称状态X（0）能控。 3. 简述积分调节的作用（10 分） 4. 简述现场总线控制系统的基本组成。（10 分） 答：现场总线控制系统的基本组成主要表现在6个方面： 1、现场通信网络 2、现场设备互联 3、互操作性 4、分散功能快 5、通信线供电 6、开放式互联网络 5. 等效离散化设计方法存在哪些缺陷？（10 分） 答：等效离散化设计方法存在以下缺陷： (1) 必须以采样周期足够小为前提。在许多实际系统中难以满足这一要求。 (2) 没有反映采样点之间的性能。特别是当采样周期过大，除有可能造成控制系统不稳定外，还使系统长时间处于“开环”、失控状态。因此，系统的调节品质变坏。 (3) 等效离散化设计所构造的计算机控制系统，其性能指标只能接近于原连续系统(只有当采样周期T=0时，计算机控制系统才能完全等同于连续系统)，而不可能超过它。因此，这种方法也被称为近似设计。 6. 列举三种以上电源抗扰措施。（10 分） 答：(1)采用交流稳压器。当电网电压波动范围较大时，应使用交流稳压器。若采用磁饱和式交流稳压器，对来自电源的噪声干扰也有很好的抑制作用。 （2）电源滤波器。交流电源引线上的滤波器可以抑制输入端的瞬态干扰。直流电源的输出也接入电容滤波器，以使输出电压的纹波限制在一定范围内，并能抑制数字信号产生的脉冲干扰。
现场总线综述及应用实例.
现场总线技术综述 一.概述 现场总线控制系统技术是20 世纪80 年代中期在国际上发展起来的一种崭新的工业控制技术。现场总线控制系统（FCS）的出现引起了传统的PLC 和DCS控制系统基本结构的革命性变化。现场总线系统技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。更重要的是从原来的面向设备选择控制和通信设备转变成为基于网络选择设备。尤其是20世纪90 年代现场总线控制系统技术逐渐进入中国以来，结合Internet 和Intranet 的迅猛发展，现场总线控制系统技术越来越显示出其传统控制系统无可替代的优越性。现场总线控制系统技术已成为工业控制领域中的一个热点。 1.现场总线的特点 现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的数据传输，同时在保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。一般的现场总线具有以下几个特点：（1）布线简单（2）开放性（3）实时性（4）可靠性2.现场总线的优点 由于现场总线以上的特点，特别是现场总线系统结构的简化，使控制系统的设计，安装，投运到正常生产运行以及检修维护，都体现出优越性。 1.节省硬件数量与投资， 2.节省安装费用 3.节省维护开销 4.用户具有高度的系统集成主动权 5.提高了系统的准确性与可靠性 3.现场总线的应用领域 目前现场总线技术的应用主要集中在冶金、电力、水处理、乳品饮料、烟草、水泥、石化、矿山以及OEM用户等各个行业，同时还有道路无人监控、楼宇自动化、智能家居等新技术领域。
二．现场总线的标准 1.IEC61158的制定 1984年IEC提出现场总线国际标准的草案。1993年才通过了物理层的标准IEC1158-2,并且在数据链路层的投票过程中几经反复。 发展61158现场总线的本意是“排他的和联合的”，各自独立的“现场总线”将给用户带来许多头疼的技术问题，牺牲的是用户的利益。在现场总线领域里，德国派（ISP，Interoperable System Project,可互操作系统规划,是一个以Profibus 为基础制定的现场总线国际组织)和法国派（WORLD FIP）的对持十分激烈，互不相让，以至于IEC无法通过国际标准。1994年6月在国际上要求联合强烈的呼声和用户的压力下，ISP 和World FIP成立了FF(Fieldbus Foundation,现场总线基金会), 推出了FF现场总线。IEC投票的文本就是以FF为蓝本的方案。这是现场总线发展的主流方向。 由于FF的目标是致力于建立统一的国际标准，它的成立实质上意味着工业界将摒弃ISP（含PROFIBUS）和WORLD FIP。它的成立导致了德国派ISP 立即解散；法国派（WORLD FIP）已经明确表示不反对IEC的方案，并且可以友好地与IEC方案互联，甚至提出了与FF“无缝连接”方案；而剩下的德国派PROFIBUS因为与FF的方案和技术途径不同，过渡将是非常困难，因此强烈反对IEC方案以保住市场份额。但是PROFIBUS提出的技术理由仅仅是一些支节问题，于是一些评论认为它是出于商业利益的驱动去反对FF，国际上的现场总线之争已经演变成为PROFIBUS的德国派与以FF为代表的“联合派”竞争。有趣的是工业国家的大公司往往“脚踏几条船”加入各种现场总线以获得更多的商业 利益，如最能说明问题的是最主要的反对者西门子公司（PROFIBUS主要成员）也参加了FF。这种具有特殊意义事实已经说明了PROFIBUS要与FF对抗在技术上处于明显的劣势。 在现场总线国际标准IEC61158中，采用了一带七的类型，即： 类型1 原IEC61158技术报告（即FF －H1） 类型2 Control Net（美国Rockwell）公司支持 类型3 Profibus（德国SIEMENS公司支持） 类型4 P-Net（丹麦Process Data公司支持）
ERP知识点汇总
毛需求量GR：是在任意给定的计划周期内，项目的总需求量。预测时区：= 预测量计划时区：毛需求= Max（预测量，订单量） 净需求量＝本时段毛需求量＋安全库存量－（前一时段末的可用库存量＋本时段计划接收量）＞0 计划产出量＝N×批量≥净需求＞（N-1）×批量PORC(t)=NR(t)+GR(t+1)+GR(t+2)+…+GR(t+n-1)固周预计可用库存量＝(前一时段末的可用库存量＋本时段计划接收量＋本时段计划产出量)－本时段毛需求量 可用承诺量=某期间的计划产出量（包括计划接收量）-该期间的订单总和。时段1的ATP=当前库存量+ MPS在时段1的计划接收量- 时段1的订单量以及在下一个计划产出量出现之前的实际需求量 其它时段的ATP = 计划接收量- 本时段发生的订单量和随后几个时段的订单量进行合计，直到出现新的计划接收量的时段为止。如果计算出的ATP值为负时(时段1除外)，把扣前面最近期的ATP（即将该时段的ATP值减去本期的负值的绝对值，同时把本期的ATP置为0）。如果不够，继续向前扣。
粗能力需求计划RCCP的编制 粗能力计划的计划对象只是针对设置为“关键工作中心”的工作中心能力 单件总时间= 0.09＋0.0200 = 0.1100= 单件加工时间+单件准备时间 单件准备时间= 0.40÷20 = 0.0200在此例中，将生产准备时间作为变动的提前期(困为和生产批量有关) 图3工艺路线及工时定额信息表
将生产单件产品A对所有工作中心的需求分别计算 （+合计）出来便得到如下表所示的产品A的能力清单。 产品A的粗能力需求计划（+总工时） 已知产品A的MPS数据见表1。产品结构如图1，相应BOM
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
工业控制网络作业题
工业控制网络作业题
————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:
工业控制网络作业题 一、现场总线技术 1.现场总线的定义。 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的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。 2.现场总线网络的特点。 1)适应工业应用环境。 2)要求实时性强，可靠性高,安全性好。 3)多为短帧传送。 4)通信的传输速率相对较低。 3.现场总线系统的组成。 4.在现场总线控制系统中,总线设备主要分为6类。 1)输入设备（变送器/传感器)； 2)输出设备（执行器等); 3)控制器； 4)监控／监视计算机; 5)网络互联设备（网桥/网关／中继器/集线器/交换机／路由器）； 6)其他现场总线设备(ＨMI)。 5.现场总线上的数据输入设备有哪些?输出数据用于什么? ●总线上的数据输入设备：包括按钮、传感器、接触器、变送器、阀门等，传 输其位置状态、参数值等数据； ●总线上的输出数据用于:驱动信号灯、接触器、开关、阀门等。
6.几种有影响的现场总线 基金会现场总线(FＦ总线)、ＣＡN、PRＯＦIBUS、LｏnＷｏｒks、 ContrｏｌＮeｔ、DevｉceNet、Hart 7.请给出现场总线的技术特点。 1)现场通信网络 2)数字通信网络 3)系统的开放性 4)现场设备互连网络 5)系统结构和功能的高度分散性 6)互操作性与互换性网络 8.请给出５个现场总线的优点。 1)导线和连接附件大量减少 2)仪表和输入／输出转换器（卡件）大量减少 3)设计、安装和调试费用大大降低 4)维护开销大幅度下降 5)提高了系统的可靠性 6)提高了系统的测量与控制精度 7)系统具有优异的远程监控功能 8)系统具有强大的(远程）故障诊断功能 9)用户具有高度的系统集成主动权 10)现场设备更换和系统扩展更为方便 11)为企业信息系统的构建创造了重要条件 9.请列举现场总线的一些应用领域。 ●连续、离散制造业，如电力、石化、冶金、纺织、造纸,过程自动化仪表;火 车、汽车、轮船、机器人、数控机床;智能传感器 ●楼宇自控、仓储； ●智能交通、环境监测（大气、水污染监测网络) ●农、林、水利、养殖等 二、数据通信基础 10.工业数据通信系统的基本组成:发送设备、接收设备、传输介质、传输报文、 通信协议 有效性指标:数据传输速率；比特率；波特率;频带利用率;协议效率；通信效率 可靠性指标: 误码率 11.数据传输方式: 根据代码的传输顺序可分为串行传输、并行传输 根据数据信号传输时的同步方式可分为同步传输、异步传输 12.请说明数据通信方式（通信线路的工作方式）都有哪几种,并简单说明其不 同之处。 数据通信方式有单工、半双工、全双工3种。 1)单工通信：指所传送的信息始终朝着一个方向，而不进行与此相反方向的传 送
计算机控制系统大作业 - 副本
计算机控制系统大作业 农电2013级 （答题纸作答，附图粘在答题纸上，答案要求全部手写）1、简述开环控制系统、闭环控制系统的定义。（6分） 如果系统的输出端与输入端之间不存在反馈，也就是控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这样的系统称开环控制系统。 由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统，称为闭环控制系统。 二者相比，开环控制系统的结构要简单的多，同时也比较经济。闭环系统也具有一系列优点，由于闭环控制系统拥有反馈通路，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。 2、简述计算机控制系统的组成与基本工作原理。（10分） 计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部分包括硬件部分和软件部分，这不同于模拟控制器构成的系统只由硬件组成。计算机控制系统软件包括系统软件和应用软件。系统软件一般包括操作系统、语言处理程序和服务性程序等，它们通常由计算机制造厂为用户配套，有一定的通用性。应用软件是为实现特定控制目的而编制的专用程序，如数据采集程序、控制决策程序、输出处理程序和报警处理程序等。它们涉及被控对象的自身特征和控制策略等，由实施控制系统的专业人员自行编制。 计算机控制系统的工作原理： 实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入 实施控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理并按已定的控制规律决定将要采取的控制行为。 实时控制输入：根据控制决策，实时的对执行机构发出控制信号，完成控制任务 3、列举计算机控制系统的典型型式。（6分） （1）操作指导控制系统优点：结构简单，控制灵活，安全。缺点：由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。 （2）直接数字控制系统（DDS）优点：实时性好，可靠性高，适应性强。 （3）监督控制系统（SCC）优点：生产过程始终处于最优工况。 （4）分散控制系统（DCS）优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。 （5）现场总线控制系统（FCS）优点：与DCS相比，降低了成本，提高了可靠性。 国际标准统一后，可实现真正的开放式互联系统结构。 4、什么是串模干扰，有哪些抑制方法（12分） 所谓串模干扰就是干扰源Vc串联于信号源Vs之中。或者简单地认为它是与被测信号迭加在一起的干扰。在输入回路中它与被测信号所处的地位完全相同。串模干扰也称横向干扰或差模干扰。
现场总线知识点打印
FCS应用在生产现场，在测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的技术。 CAN: 控制局域网的简称，是一种串行数据通信总线。 LIN：面向汽车低端分布式应用的低成本、串行通信总线。 FF：基金会现场总线适合在流程工业的生产现场工作，能适应本质安全防爆的要求，还可以通过通信总线为现场设备提供工作电源。DCS：集散控制系统，它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机（Computer）、通讯（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。ISO/OS I：该模型是国际标准化组织(ISO)为网络通信制定的协议，根据网络通信的功能要求，它把通信过程分为七层，分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，每层都规定了完成的功能及相应的协议。 PROFIBUS：面向工厂自动化和流程自动化的一种国际性现场总线标准。DP:专为自动控制系统与设备级分散I/O之间的通信而设计的，用于分布式控制系统设备间的高速数据传输。 PA:是专为过程自动化而设计的，采用IEC1158-2中规定的通信规程，适用于安全性要求较高的本质安全应用，及需要总线供电的场合。FMS：适用于承担车间级通用性数据通信，可提供通信量大的相关服务，完成中等传输速度的周期性和非周期性通信任务。 CAN总线：CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准(ISO118?8)。是国际上应用最广泛的现场总线之一。 广播式网络：在网络中只有一个单一的通信信道，由这个网络中所有的主机所共享。即多个计算机连接到一条通信线路上的不同分支点上，任意一个节点所发出的报文分组被其他所有节点接受。发送的分组中有一个地址域，指明了该分组的目标接受者和源地址。 CSMA/CD：载波监听多路访问/冲突检测。当遇到多个节点同时发起通信时，信号毁在传输线上相互混淆而遭破坏，称为产生”冲突“为避免由于竞争引起的冲突，每个节点在发送信息前，都要侦听传输线上是否有信息在发送，这就是“载波监听”先听再讲。 通信栈：在相应软硬件开发的过程中，往往把除去最下端的物理层和最上端的用户层之后的中间部分作为一个整体，统称通信栈。 令牌：按一定顺序在各站点间传递令牌，得到令牌的节点才有发起通信的权利，从而避免了几个节点同时发起通信而产生的冲突。 基带传输：指在基本不改变数据信号频率的情况下，直接按基带信号进行的传输。 载带传输：按幅值键控、频移键控、相移键控等不同方式，依照要承载的数据改变载波信号的幅值、频率、相位，形成调制信号，载波信号承载数据后的信号传输过程称为载波传输。 宽带传输：指在同一介质上可传输多个频带的信号。 总线仲裁：指对总线冲突的处理过程，根据某种裁决规则来确定下一个时刻具有总线占有权的设备。 时分多路复用：各个节点按分配的时间段及其先后顺序占用总线，这种介质访问控制方式称为时分多路复用。 时分复用：是指为共享介质的每个节点预先分配好一段特定的占用总线的时间。 报文：一般把需要传送的信息，包括文本、命令、参数值、图片、声音等称为报文。 通信协议：通信设备之间用于控制数据通信与理解通信数据意义的一组规则。 语法：是指通信中数据的结构、格式及数据表达的顺序。 语义：是指通信数据位流中每个部分的含义，收发双方正是根据语义来理解通信数据的意义。 时序：一是数据发送时间的先后次序，二是数据的发送速率。 收发器：数据通信系统中，具有通信信号发送电路的设备称为发送器或发送设备。具有通信信号接收电路的设备称为接收器或接收设备。吞吐量：表示数据通信系统有效性的一个指标。以单位时间内通信系统接收发送的比特数、字节数或帧数表示。描述了通信系统的数据交互能力。 波特率：每秒传输的信号波的个数。单位Baud或B 比特率：通信系统每秒传输数据的位数。Bit或b 误码率：Ne（传输出错的码元数）与N（传输的二进制码元总数）的比值之比 信道带宽：指信道容许通过的物理信号的频率范围，即容许通过的信号的最高与最低频率之差。信道带宽取决于传输介质的物理特性和信道中通信设备的电气特性。受保护的标识符：报文头中还包含一个字节受保护的标识符，由标识符和标识符的奇偶校验位两部分组成，其中Bit0到Bit5为标识符，BIt6和Bit7位奇偶校验位。 H1总线：通信速率为31.25Kb/s低速总线H1 显性：逻辑0 为显性，显性碰到隐性，当让就表现为显性隐性：逻辑 1 为隐性 数字数据编码：用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0、1状态的称为数字数据编码。 模拟数据编码：采用模拟信号的不同幅度、不同频率、不同相位来表达数据的0、1状态的，称为模拟数据编码。 曼彻斯特编码：基带信号编码，具有使网络上每个节点保持时钟同步的同步信息。时间按时间周期被划分为等间隔的小段，其中每小段代表一比特即一位。每个比特时间又分为两半，前半时间段所传信号是该时间段传送比特在的反码，后半个时间段传送的是比特值本身。ASK:幅值键控，载波信号的频率、相位不变，幅度随调制信号变化。FSK:频移键控，载波信号的频率随着调制信号而变化，而载波信号的幅度、相位不变。 PSK:相移键控，载波信号的相位随着调制信号而变化，而载波信号的幅度、频率不变。 同步传输：通信处理时所有的设备使用一个共同的时钟。 异步传输：通信处理时，每个通信节点都有自己的时钟信号，每个节点的必须在时钟频率上保持一致，并且所有的时钟必须在一定误差范围内相吻合。 单工通信：是指通信线路传送的信息流始终朝着一个方向，而不进行与此反方向的传送。 半双工通信：是指信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向。 全双工通信：是指通信系统能同时进行双向通信，相当于把两个相反方向的单工通信方式组合在一起。 差错控制：检错加纠错称为差错控制。 实时系统：控制作用必须在一定时限内完成，或者相关的控制动作一定要按事先规定的先后顺序完成。这种对动作时间有严格要求的系统称为实时系统。 传输介质的访问控制方式(或总线竞用或总线仲裁技术)：在控制网络中，这种用于解决介质争用冲突的办法称为传输介质的访问控制方式。网关：又被称为网间协议变换器，用以实现不同通信协议的网络之间的互连。 采样点：在监测区域内采集环境样品的准确位置。 事件触发：CAN采用的这种非破坏性总线仲裁技术，本质上属于以事件触发的通信方式，其通信具有某种程度的非确定性，无法从根本上保证数据的实时传输。 单比特错误：在单位数据域内只有1个数据位出错的情况。 多比特错误：在单个数据域内有1个以上不连续的数据位出错的情况。突发错误：在单位数据域内有2个或2个以上连续的数据位出错的情况。 无条件帧：总是携带数据信息。 诊断帧：携带8个字节的诊断或组态信息，主节点诊断请求帧的标识符为60，从节点诊断应答帧的标识符为61（0x3d） 第四章 1、CAN通信特点：1）CAN总线上任一节点均可在任一时刻主动地向其他节点发起通信，节点不分主从，通信方式灵活；2）CAN采用载波监听多路访问、逐位总裁的非破坏性总线总裁技术；3）CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据，无需专门的调度；4）CAN的直接通信距离最远可达10km，通信速率最高可达1Mb/s；5）采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具有极好的检错效果。 2、CAN只有物理层和数据链路层。能接地，信嗓比低。 4、CAN报文帧的类型和结构： 数据帧：帧起始、仲裁场、数据场、控制场、CRC场、ACK场、帧尾RTR在数据帧为显，在远程帧为隐； 数据帧优先于远程帧；标准格式优先于扩展格式；RTR优先于SRR 远程帧：帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、ACK场、帧结束 出错帧：出错叠加标志和出错界定符 超载帧：超载标志叠加和超载界定符 数据帧和远程帧需要帧间空间隔开 5、出错类型与出错界定 出错类型：位错误、填充错误、CRC错误（不会立即发送，出错标志在应答界定符后面的哪一位开始发送，除非在此前有发送）、格式错误、应答错误