现场总线作业

基于工业以太网的滤棒装盒机控制系统的设计

1 简介

滤棒装盒机是烟草企业生产线中非常重要，也是比较复杂的机器。滤棒是香烟生产必需的产品，所以提高自动化程度和生产效率能够更好的匹配香烟的生产速度，有效降低劳动成本。

滤棒装盒机与滤棒成型机相连，完成滤棒生产、装盒、输送，实现滤棒装盒的自动化。本课题依据现有的机械部分进行滤棒装盒机的控制系统设计。配合现有的机械部分完成滤棒装盒机的功能。首先应清楚滤棒装盒机实现的功能。滤棒装盒机从成型机接料，然后装进空盒，盒满后完成封箱动作并输送到下一个生产流程。这就需要装盒机能够自动抓取空盒输送到装盒位置进行装盒，在盒满后能自动进行封箱动作并输送到下一个生产流程，完成装盒机的工作。同时，滤棒装盒机还包括现场总线技术。

根据设计要求，设计电控系统配合机械部分完成滤棒装盒机的功能，即为本课题的主要内容。

2 总体设计方案

滤棒装盒机控制系统主要用于滤棒生产线，通过与滤棒成型机连接，完成滤棒生产、装盒、输送，实现滤棒装盒的自动化。本课题要求使用德国倍福电气公司的软PLC作为控制器，利用工业以太网中的EtherCAT总线、伦茨伺服驱动系统、施耐德变频器和相关的低压电气元器件等实现硬件设计。

2.1 滤棒装盒机的结构

根据滤棒装盒机的功能可将其分为几大部分：空盒机构、升降机构、装盒机构、封箱机构、满盒直推机构、满盒输送机构、整理机构、输送机构。对于空盒机构、升降机构、装盒机构、满盒直推机构、满盒机构来说，不仅需要调节速度，而且对位置精度有较高要求。使用伺服系统满足其要求。而对于整理机构和输送机构来说，只需调节电机速度即可，所以使用变频器系统即可满足要求。在滤棒装盒机中的信号传输和控制器，根据要求采用工业以太网中的EtherCAT总线和倍福公司的控制器。相应的模块和端子也必须采用倍福公司的产品。

从上位机输送的滤棒首先进入料斗，对喂料起缓冲作用，同时装有整理电机。料斗不同的料位对应不同的动作。在料位低于最低料位要求时，除上位机输送电机外所

有动作停止，等待料位重新上升到正常料位。如果料位高于正常料位则将产生的故障信息发送至各个相连的机器，并在触摸屏上显示。

空盒输送机构由一套伺服控制系统组成，空盒输送机构主要负责将最末端的可和输送至前端，以此将空盒送到升降机构设备上，准备装盒。

升降机构、直推机构、整理机构、拍打机构和封盒机构统归于装盒系统。有两套伺服控制系统、一套变频器系统和两套气缸组成。在升降、直推、整理、拍打和封盒等五个部分的协同作用下，共同完成设备的整个装盒过程。在料位达到一定高度后，直推机构每前进、后退往复循环一次，升降机构下降一定的高度。在升降机构检测到有空盒到第一次下降开始至第17次下降完成，升降机构每下降一次并料位达到一定高度满足装盒条件，直推机构开始前进、后退循环运行一次。当直推机构推第4、6、8、10、12、14、16次时，拍打机构与直推机构同时伸出拍打滤棒，将滤棒拍打整齐。拍打气缸最后一次动作后，同时升降机构下降至最低端时，封盒机构动作，通过控制封盒气缸的伸出与缩回来实现封盒动作。

满盒推出机构由一套伺服控制系统组成。主要负责将升降机构下降到位后的满盒推出至满盒输送传送带上。在升级机构携带满盒下降到最低位置后，在满盒推出伺服电机的驱动下，通过气缸传动由最前端的玻璃板将下降到最低位的升降机构上的满盒快速推出到满盒输送传送带上并迅速后退至后退位置，以确保升降机构上升过程中与满盒推出装置不发生碰撞。

2.2 滤棒装盒机控制系统

根据课题要求，滤棒装盒机电控系统的通信使用工业以太网中的EtherCAT总线技术。EtherCAT技术能使通信速度提高几十倍，同时布线比以前简单，成本也相对较低。倍福公司提供了大部分总线端子模块、I/O模块、数据采集模块、嵌入式PC 机以及驱动器等等。在本课题中使用倍福公司的嵌入式控制器CX1020和TwinCAT 软件配置主站，伺服控制系统配置为从站。总线通讯连接图如图2.1所示。

图2.1总线通讯连接图

3 系统硬件设计方案

3.1 伺服控制系统

本课题依据要求选择了Lenze公司的伺服驱动器和伺服电机。型号分别为

E94ASHE0044和MCS09F38-SRMP1。

伺服驱动器E94ASHE0044采用模块化设计，具有高过载能力和较大的功率范围，同时内置了滤波器和电抗器。可以实现高性能的电机控制。安装方式为背板安装。背板安装可将强电（400V）和弱电（24V）安装分离，方便安装和运输节省安装空间。调试软件为L-force Engineer。

伺服电机MCS09F38-SRMP1可以在最狭窄的空间实现最佳性能。转矩范围为0.5至190N·m。功率范围为0.25至15.8kW。非常适用于高动态性高精度及最小尺寸要求的应用情况。与其它伺服产品相比，MCS09F38-SRMP1具有以下优势：（1）高过载能力；（2）高旋转加速度；（3）插件技术，快速安装，简易适用；（4）易于调试；（5）旋转变压器作为交替反馈：增量编码器或绝对值编码器；（6）采用高品质磁性材料提升功率密度；（7）更高的精度和能源效率。

3.2 变频器系统

根据设计要求，本课题选用的变频器需能够进行EtherCAT总线通讯，同时综合容量、控制精度等其他各方面因素，选用施耐德公司的变频器型号为ATV32H037N4。该型号变频器中的RJ45通讯端口用于连接一台使用SoMove软件的PC或者是EtherCAT总线端口。

3.3 PLC控制系统

根据课题设计的要求，选用倍福公司的CPU模块，对应的电源模块和通讯模块也选择倍福公司的产品。根据工作要求、触点数量需要和通信要求，选择使用CX系列的CPU模块，具体型号为CX1020-0013，电源模块使用与之匹配的CX1100-0004，通讯模块使用CX1020-N000。CPU外观图如图3.1所示。

图3.1 CPU模块

3.4 总线系统

3.4.1 现场总线技术介绍

国际电工委员会在IEC61158中给现场总线的定义如下：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。在该定义中，首先说出了它的主要应用场合，即制造业自动化、批量流程控制、过程控制等领域；其次说出了系统中的主要角色是谁，即现场总线的自动装置和控制室内的自动控制装置；第三点说它是一种数据总线技术，即一种通信协议，而且该通信是数字式的（非模拟式的）、串行的（可以进行长距离的千米级通信，以适应工业现场的实际需求）、多点的（真正的分散控制）。

现场总线具有以下两个方面的特点：一是在体系结构上成功实现了串行连接，它一举克服了并行连接的许多不足；二是在技术上成功解决了开放竞争和设备兼容两大难题，实现了现场总线设备的高度智能化、互换性和控制功能的彻底分散化。由于现场总线在系统结构上的根本改变，以及技术上的特点，使得现场总线控制系统和传统的控制系统相比，在系统的设计、安装、投运到正常运行、系统维护等方面，都显示出了巨大的优越性。现场总线系统中的智能设备能直接执行传感、控制、报警和计算等功能，因此可减少变送器的数量，不再需要单独的调节器和计算单元等，也不再需要传统控制系统中的复杂接线，从而节约了硬件数量与投资及维护费用。同时，由于现场总线设备的智能化、数字化，和模拟信号相比，它从根本上减少了传输误差，提高了检测和控制精度，从而系统的可靠性大大提高。现场总线的开放性使用户可以任意选择不同设备厂商的产品来组成系统，而不必考虑系统或设备是否兼容等问题，用户完全掌握了系统集成的主动权。

随着现场总线技术在工业应用上的日益成熟，现在大部分新建项目中的控制系统都采用了现场总线的控制方案。所以，现场总线肯定会成为工业应用领域中控制系统的主流选择，这不仅因为节省投资、维护方便，更重要的是它能够提供作为控制领域的底层信息。另一方面，主流现场总线将会占领越来越多的市场份额，而处于劣势地位或后续研发力量跟不上的现场总线将会被淘汰。从总体发展方向来看，由于工业控制实时性、确定性的特点，计算机通信系统不可能替代现场总线，但工业以太网最终会成为一个特定的角色，虽然不一定能完全取代现场总线技术，但可能是一种廉价的、能用于工业控制现场的总线系统。

3.4.2 EtherCAT总线技术

工业以太网在技术上和计算机网络中的以太网兼容，能达到工业上所要求的数据实时性的通讯及现场环境的程度，且能直接延伸到工厂设备层，是当前工业控制网络的主流发展方向。工业以太网也称以太网现场总线，与传统现场总线比较，它具有性价比高、通讯速率高、兼容性和开放性好、能与商用以太网无缝连接等诸多优点。具有代表性的实时以太网技术有PROFINET、EtherNET、Powerlink、EPA等。其中，EtherCAT技术在拓扑结构、时钟同步、数据传输速度和构建成本方面有很大优势。EtherCAT不仅有高速、高数据有效率等特点，且在布线上有最大的灵活性，可以自由选择拓扑结构。它采用主从式结构，对主站PC机而言，不必专门接口设施，一个标准的以太网控制器即可；从站要有专用的芯片即EtherCAT从站控制器ESC （EtherCAT Slave Controller）。

EtherCAT总线是开放的实时以太网络通讯协议，最初由德国倍福自动化有限公司研发，它符合甚至降低了现场总线的使用成本。同时具有高精度设备同步，可选线缆冗余和功能性安全协议。EtherCAT主张“以太网控制自动化技术”。它是一个开放源代码，高性能的系统，目的是利用以太网协议，在一个工业环境，特别是对工厂和其他制造业的关注，利用机器人和其他装备线上的技术。通过采用EtherCAT技术，Beckhoff突破了其它以太网解决方案的这些系统限制：不必再像从前那样在每个连接点接收以太网数据包，然后进行解码并复制为过程数据。当帧通过每一个设备（包括底层端子设备）时，EtherCAT从站控制器读取对于该设备十分重要的数据。同样，输入数据可以在报文通过时插入至报文中。在帧被传递（仅被延迟几位）过去的时候，从站会识别出相关命令，并进行处理。此过程是在从站控制器中通过硬件实现的，因

此与协议堆栈软件的实时运行系统或处理器性能无关。网段中的最后一个EtherCAT 从站将经过充分处理的报文返回，这样该报文就作为一个响应报文由第一个从站返回到主站。

3.4.3 EtherCAT运行原理

EtherCAT 使用主从模式介质访问控制，主站发送以太网帧给各个从站，但其突破了其它以太网解决方案的系统限制：不必再像从前那样在每个连接点接收以太网数据包，然后进行解码并复制为过程数据。当报文在设备的持续传送过程中，每个I/O 端子中的FMMU(Field bus Memory Management Unit)就可以读出该报文中指定到此I/O 的数据。同样，输入数据可以在报文通过时插入报文中，报文仅有几纳秒的延迟，这是使用其他以太网解决方案无法达到的速率。从以太网角度来看，一个EtherCAT 网段就是一个以太网设备，它接收和发送标准的ISO/IEC8802-3以太网数据帧，但是，这种以太网设备并不局限于一个以太网控制器及相应的微处理器，它可以由多个EtherCAT从站组成。这些从站可以直接处理接收报文，并从文中提取或插入相关的用户数据，然后将该报文传输到下一个EtherCAT从站。最后一个EtherCAT从站发回经过完全处理的报文，并由第一个从站作为响应报文将其送给控制单元。EtherCA T 是一种实时以太网现场总线系统，该协议可以用于过程数据的优化传输。EtherCA T 协议可以包括几个子EtherCAT报文，每个子报文都服务于一块逻辑过程映像区的特定内存区域，该区域最大可达4GB字节。要发送和接收的数据顺序不依赖于网络中以太网端子的物理顺序，可以任意编址。

3.4.4 EtherCAT主站

EtherCAT通讯由主站发起，从站之间的通讯是通过主站这个中间路由器来实现的。EtherCAT的两个主站相互不存在互通的关系，但若是某主站兼具从站功能，也是能互通的。主站功能基本都是靠软件实现，故而其在硬件上没什么特殊要求，仅需一块标准以太网卡。和其他的工业以太网类似，EtherCAT除了主站和从站的通信应用外，主站还兼有网络管理和介质读取控制的组织任务。EtherCAT有基于PC和基于嵌入式的两种主站硬件设施。前者只需一块标准的网络接口卡NIC(Network Interface Card)，该网卡芯片集成有以太网的通信控制器、物理数据的收发器，用于实现数据链路层、物理层的功能。后者要实现数据链路层的功能要把控制通信的器件嵌入在微处理器中。通信控制器用来实现MAC子层功能。可以看出，主站功能主要通过软件

来实现。

3.4.5 EtherCAT从站

65535是EtherCAT网络从站设备的个数极限，对从站按应用层的角度来进行分类，可分为简单的从站、复杂的从站。简单从站要完成相关功能只需使用从站控制器的本身的I/O，复杂的从站要读取来自于EtherCAT网络的数据，且将数据进行交换等等功能，故而其必须有实现控制的应用控制器。

3.4.6 EtherCAT状态机

任意一个EtherCAT的通信网络都是由大于等于一个的主站和一个乃至任意个从站构成，该网络内的全部设备均支持ESM（EtherCAT State Machine，EtherCAT状态机），且能传送过程数据。在应用层中最重要的部分就是ESM，它主要负责协调主站和从站应用程序在初始化和运行时的状态关系。从逻辑上来说，ESM处在ESC和应用程序之间。EtherCAT设备必须支持四种状态：初始化(Init)，预操作(Pre-Operational)，安全操作(Safe-Operational)，操作(Operational)，除此之外，还有一个可选的状态。从初始化状态向运行状态转化时，必须按照“初始化→准备状态→安全运行→运行状态”的顺序转化，不可越级转化。所有的状态改变都由主站发起，主站向从站发送状态控制命令请求新的状态，从站响应此命令，执行所请求的状态转换，并将结果写入从站状态指示变量。若请求的状态的转换没有成功，从站将显示错误的标识且依旧是原来的状态。

3.4.7 EtherCAT总线设备选型

同Beckhoff的总线端子模块类似，EtherCAT端子模块系统是由电子端子模块组成的模块化I/O系统。与总线端子模块不同的是，现场总线信号在总线耦合器内的内部、独立于现场总线的端子模块上执行，EtherCAT在传输至独立的端子模块时仍保留完整的协议。除带有E-bus 接口的EtherCAT端子模块之外，也可通过EtherCAT 总线耦合器BK1120来连接带有K-bus接口的成熟的标准总线端子模块。这样可确保Beckhoff新老产品与广泛使用的系统之间的兼容性和连续性。

EtherCAT端子盒集成了EtherCAT接口，因此，它可直接与EtherCAT系统连接，无需使用附加的耦合器端子盒。因此，每个IP67端子盒都能够保持EtherCAT的高性能。该端子盒外形非常小巧，因此，特别适合用于空间狭小的应用场合。与EtherCAT 之间的连接通过屏蔽式M8连接器建立。EtherCAT端子盒能够满足IP67I/O信号的所

有系统需求：具有不同滤波的数字量输入，输出电流为0.5和2A的数字量输出，分辨率16位的模拟量输入/输出，热电偶和RTD输入以及步进电机模块。此外，还可提供XFC（极速控制技术）模块，包括带时间戳的输入端子模块。

本课题需选用的EtherCAT模块有端子模块和端子盒，即数字量输入/输出模块、EtherCAT通信模块EK1110和远程I/O模块。根据设计所需的触点数量进行选型。数字量输入模块选用EL1008，数字量输出模块选用EL2008，远程I/O选用EP2339-0021。数字量输入模块EL1008的产品外观图如图3.2所示。

图3.2 数字量输入模块图3.3数字量输出模块数字量输入模块EL1008使用DC24V电源供电，是一个8通道的数字量输入模块，同时配有一个3ms的滤波。EtherCAT端子模块可通过一个LED来显示其状态。

数字量输出模块EL2008如图3.3所示。EL2008数字量输出模块以电隔离形式将自动化单元传输过来的二进制控制信号传到处理层执行器上。EtherCAT扩展端子模块EK1110与EtherCAT端子块的末端相连。具有一个RJ45端口，因此该端子可以将以太网电缆与RJ45接头相连，因此可以将EtherCAT电缆束的电气隔离长度增加最多100米。无需执行参数化或组态任务。

远程I/O模块EP2339-0021为DC24V电源供电的16通道混合型远程I/O。可自由配置，最大电流为0.5A。

3.5 HMI人机界面

3.5.1 HMI技术介绍

在工业自动化控制系统中，作为主控制器，PLC扮演着不可替代的作用。在大多

数情况下，参数设定和信息显示是最普遍的功能要求。这就是说，在PLC控制系统的运行过程中，操作人员需要实时改变某些参数，也需要了解、掌握控制系统中的实时信息。为实现这样的功能，就需要在“人”和“机器”之间架起一座桥梁，即需要一些设备来完成这些功能。这些能在“人”和“机器”之间实现数据交换的设备就是HMI（Human Machine Interface），即人机界面或人机接口。具体定义如下：连接可编程序控制器（PLC）、变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备，利用显示屏显示，通过输入单元（如触摸屏、键盘、鼠标等）写入工作参数或输入操作命令，实现人与机器信息交互的数字设备，由硬件和软件两部分组成。

3.5.2 本设计HMI的选型

综合产品参数以及和倍福控制器的匹配，本课题选用施耐德公司的XBTGT6330触摸屏。

该触摸屏采用DC24V电源供电，具有包括以太网接口在内的多种接口，无需编程，通过PC上IE浏览器远程监控触摸屏终端。该型号触摸屏尺寸为12.1英寸，为65336颜色、背光彩色TFT LCD显示。分辨率为800×600SVGA，配备的处理器为CPU RISC，处理器频率为266Hz。XBTGT6330触摸屏的瞬间峰值电流达30A，功耗仅为30W。

课题设计的整个电控系统除了以上硬件外，还有若干断路器、限位开关、光电开关以及所用电缆等。本课题的重点为EtherCAT总线系统，故其它电气元件不一一叙述。

4 EtherCAT系统软件部分设计

本课题选用的倍福公司的伺服系统使用倍福公司提供的L-force Engineer软件进行调试和参数配置，变频器系统使用施耐德公司提供的SoMove软件进行参数配置，HMI的配置使用Vijeo Designer软件进行组态和通信配置。控制器系统和EtherCAT 总线系统使用倍福公司提供的TwinCAT软件进行配置和程序编写。因为本课题的重点是EtherCAT总线系统，所以伺服系统、变频器系统以及HMI等的软件部分不再做重点叙述。基于课题的设计重点，对TwinCAT软件的使用将重点介绍。

4.1 EtherCAT系统的配置

TwinCAT软件主要由TwinCAT System Manager、TwinCAT PLC Control等组成。

本课题主要用到的即为这两部分。TwinCAT PLC Control主要用于PLC程序的开发与调试。TwinCAT System Manager主要硬件组态和I/O映射。具体操作步骤如下：（1）选择目标系统；（2）扫描I/O设备；（3）在编写完程序后加入PLC项目；（4）建立I/O映射；（5）激活配置。

需要注意的是，TwinCAT软件在具体使用时，会自动进行硬件设备扫描，而无需手动组态。由于条件限制，作者在组态时为手动添加。

使用控制器的以太网网口作为EtherCAT软主站的网络接口时，要对TwinCAT进行网卡的配置。

（1）运行TwinCAT System Manager，点击“Option”下的Show Real Time Ethernet Copatible Devices。

（2）选中“Compatible Devices”下的对应的本地连接，点击“Install”，即完成了对TwinCAT的网络配置，可进行通讯了。

（3）点击“choose target”，会出现如图4.1所示的对话框。然后点击对话框中的“search（EtherNet）”，出现如图4.2所示的对话框。

图4.1 目标系的统选择

图4.2目标系统的选择

（4）点击对话框中的“Broadcast Search”，出现扫描到的CX目标系统（即本课题选用的控制器），选中该项时，单击“Add Route”，然后点击“OK”。

（5）添加相应的设备。用鼠标右键点击下图中“I/O Configuration”下的“I/O Devices”，选择“Append Devices”，添加EtherCAT设备。完成后如图4.3所示。

图4.3 设备的添加

（6）由于保持性数据在CX1020中通过NOV/DP-RAM存取，所以还需添加一个NOV/DP-RAM。并根据需要添加26个变量，分配地址。

（7）添加所需的数字量输入、输出模块EL1008和EL2008。完成后如图4.4所示。

图4.4 数字量I/O模块的添加

（8）添加4个伦茨伺服驱动器E94ASHE0044和5个施耐德变频器

ATV32H037N4。完成后如图4.5所示。

图4.5 添加伺服驱动器和变频器

（9）由于伺服控制系统需根据电机轴的数据和预设值对比进行控制，所以还需在NC Configuration中配置4个伺服电机的电机轴。

（10）添加PLC项目。用鼠标右键单击“PLC-Configuration”，选择“Append PLC

Project”，选择PLC项目的tpy文件。

（11）添加完PLC项目后需将变量与I/O连接。

图4.6 变量与I/O的连接

到此TwinCAT System Manager部分的配置基本完成，接下来要使用TwinCAT PLC Control来进行程序的编写和调试。

4.2TwinCAT PLC Control的设置

打开TwinCAT PLC Control后，新建项目，选择“PC or CX（X86）”系统，单击

“OK”完成系统的选择。完成之后即可编写程序。如图4.7所示。

图4.7 PLC系统的选择

5 总结

在国内，随着信息技术的发展以及网络在各个行业的迅速普及，工业以太网必将成为工业通信领域的重头戏。本课题根据要求，采用EtherCAT总线搭建控制系统。

在设计中利用EtherCAT总线来完成相关网络的通信，由于EtherCAT总线自身的通信优势，使整个系统的通信速率大大提高。滤棒装盒机控制系统的设计使用了四套伺服控制系统、五个变频器和若干检测开关，使用EtherCAT总线大大减少了布线工作量，降低了硬件成本。EtherCAT总线的通信速率优势使滤棒装盒机控制系统更加精确和灵敏。再加上EtherCAT总线可直接与上层通信，不需额外的硬件，使EtherCAT 总线得到广泛应用。

芯片商在芯片中集成EtherCAT通讯协议，使客户可以非常方便的开发属于自己的EtherCAT设备。这进一步推动了EtherCAT总线的广泛使用，如汽车行业、楼宇自动化、机床、包装行业、风力发电、水处理、印刷和造纸机械、机器人技术等。EtherCAT 总线在国内许多项目中也得以应用。EtherCAT总线推动了工业控制技术的发展，具有非常良好的应用前景。

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

现场总线郭琼习题答案

《现场总线及其应用第2版主编郭琼课后习题答案》 机电职业技术学院电气工程系 作者：卡尔二毛第一章： 1.过程控制系统的发展经历了那几代控制系统？ 答：共5代。1.基地式仪表控制系统2.模拟式仪表控制系统3.直接式数字控制系统（DDC）4.集散控制系统（DCS）5.现场总线控制系统（FCS） 2.阐述DDC控制系统的结构及工作过程？ 答：结构由：计算机控制系统和生产过程的输入、输出设备组成。 工作过程：计算机通过过程输入通道对生产现场的变量进行巡回检测，然后根据变量，按照一定的控制规律进行运算，最后将运算结果通过输出通道输出，并作用于执行器，使被控变量符合系统要求性能指标。 3.计算机在DDC控制系统中起什么作用？ 答：完成对生产过程的自动控制、运行参数监视等。 4.DDC控制系统的输入、输出通道各起什么作用？ 答：输入通道作用：用于向计算机输入生产过程的模拟信号、开关量信号或数字信号。 输出通道作用：用于将计算机的运算结果输出并作用于控制对象。 5.计算机的软件包括哪两大类？各起什么作用？ 答：用户软件和系统软件。用户软件供用户使用处理一些相关工作；系统软件是用户软件的操作平台，具有开发性。 6.什么是集散控制系统？其基本设计思想是什么？ 答：集散控制系统：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控制系统。核心思想：集中管理、分散控制。 7.简述集散控制系统的层次结构及各层次所起的作用？ 答：层次结构：分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级； 分散过程控制级作用：完成生产过程的数据采集、闭环调节控制和顺序控制等功能。 集中操作监控级作用：了解系统操作、组态、工艺流程图显示、监控过程对象和控制装置的运行情况，并可通过通信网络向过程级设备发出控制和干预指令。 综合信息管理级作用：监视企业各部门的运行情况，实现生产管理和经营管理等功能。 8.生产过程包括哪些装置？ 答：PLC、智能调节器、现场控制站和其他测控装置。

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。

现场总线 复习题 西华大学

1.计算机控制系统的发展经历了哪几个阶段？各有何特点？ 一、数据采集与处理：计算机并不直接参与控制，对生产过程不会产生直接影响，能对整 个生产过程进行集中监视，可进行越限报警，可以得到大量统计数据。 二、直接数字控制系统（DDC）：由计算机参与闭环控制过程，无需模拟控制器，控制系统 有一个功能较齐全的运行操作台，设定、显示、报警等集中在这个控制台上，操作方便，由于计算机与过程装置之前的双向信号流动的是通过硬性物连接装置来实现的，其中流动的信号都是电气信号，因此计算机不可能与现场装置离得太远，所以每台计算机所控制和管理的过程装置数量很少，多数情况下应用为单回路控制。 三、监督计算机控制系统（SCC）：一般由两级计算机组成，第一级计算机与生产过程连接， 并承担测量和控制任务，即完成DDC控制，第一级计算机和第二级计算机之间的数据通信，通常采用串行数据链路规程，传送效率一般较低。 四、集散控制系统（DCS）：采用网络技术实现数据的高速远距离传送；采用分布的、相对 独立的控制站在一定程度上避免了多回路集中控制的风险；通过控制站得冗余设计提高了控制系统的可靠性。 五、现场总线控制系统（FCS）：采用一定的媒体作为通信线路，按照公开、规范的通信协 议，在位于现场的多个设备之间，以及现场设备与远程监控计算机之间，实现全数字传输和信息交换，是各种适应实际需要的控制系统。 2.什么是现场总线？简述现场总线出现的背景？ 1.在生产现场的测量控制设备之间实现双向、串行、多点数字通信的系统称为现场总线； 2.出现的背景是：一是技术基础：现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟 信号及普通开关量信号的传输；二是技术开发和标准制定的战争：不同的国际标准化组织对现场总线的优缺点存在激烈争论。 3.什么是现场总线控制系统？简述现场总线系统技术特点？ 1.现场总线控制系统采用一定的媒体作为通信线路，按照公开、规范的通信协议，在位 于现场的多个设备之间，以及现场设备与远程监控计算机之间，实现全数字传输和信息交换，各种适应实际需要的控制系统； 2.现场总线系统技术特点：（1）开放性（2）互可操作性与互换性（3）设备智能化（4） 彻底分散（5）现场环境适应性（6）系统可靠性（7）信息一致性（8）经济性（9）易于安装和维护。 4.简述FCS与DCS的区别？FCS有何优点？ 区别是FCS是放弃常规的4~20mA模拟信号传输标准，采用一定的媒体作为通信线路，按照公开、规范的通信协议，在位于现场的多个设备之间，以及现场设备与远程监控计算机之间，实现全数字传输和信息交换，是各种适应实际需要的控制系统； 5.主流现场总线有哪些？其特点如何？ 1.主流现场总线有DDC，DCS，FCS； 2.DDC：由计算机参与闭环控制过程，无需模拟控制器，控制系统有一个功能较齐全的运行 操作台，设定、显示、报警等集中在这个控制台上，操作方便，由于计算机与过程装置之前的双向信号流动的是通过硬性物连接装置来实现的，其中流动的信号都是电气信号，因此计算机不可能与现场装置离得太远，所以每台计算机所控制和管理的过程装置数量很少，多数情况下应用为单回路控制。 DCS：采用网络技术实现数据的高速远距离传送；采用分布的、相对独立的控制站在一定程度上避免了多回路集中控制的风险；通过控制站得冗余设计提高了控制系统的可靠性。 FCS：采用一定的媒体作为通信线路，按照公开、规范的通信协议，在位于现场的多个设备之间，以及现场设备与远程监控计算机之间，实现全数字传输和信息交换，是各种适应实

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

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

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。

常用现场总线种类介绍

常用现场总线种类介绍公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]

常用现场总线种类介绍 1、PROFIBUS Profibus 作为一种快速总线，被广泛应用于分布式外围组件(PROFIBUS-DP)。除了 PROFIBUS-DP 和 FMS 以外，Beckhoff 还支持驱动器通讯标准 PROFIBUS MC。过程现场总线 2、EtherCAT EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology，用于控制和自动化技术的以太网)是一种用于工业自动化的实时以太网解决方案，性能优越，使用简便。 3、Lightbus 这种经过验证的 Beckhoff 光纤总线系统具有极为优秀的抗 EMI 性能，易于安装，数据流快速、循环且具有确定性。 4、Interbus Interbus 易于配置，通讯快速而可靠。主/从系统的移位寄存器协议可提供高效循环通讯。 5、CANopen 通过有效利用总线带宽，CANopen 可在即使相对较低的数据传输速率时也能实现较短的系统响应时间。秉承了 CAN 的传统优点，例如数据安全性高且具备多主站能力。 6、ControlNet ControlNet 是一种开放式标准现场总线系统。该总线协议允许循环数据和非循环数据通过总线同时进行交换，而两者之间互不影响。 7、SERCOS interface SERCOS 最初作为用于驱动器的快速光纤总线系统研发。采用 Beckhoff SERCOS 总线耦合器，I/O 设备可以实现高速率数据传输和较短的循环时间。 8、Ethernet

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

工业控制网络作业题

工业控制网络作业题

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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

各类总线的介绍

总线 一．总线的概念 总线是一组用于计算机之间各部件之间进行数据和命令的传送的公用信号线。二．总线的分类 （一）总线（微机通用总线）按功能和规范可分为三大类型: (1)片总线(Chip Bus, C-Bus) 又称元件级总线，是把各种不同的芯片连接在一起构成特定功能模块(如CPU模块)的信息传输通路。 (2)内总线(Internal Bus, I-Bus) 又称系统总线或板级总线，是微机系统中各插件(模块)之间的信息传输通路。例如CPU模块和存储器模块或I/O接口模块之间的传输通路。 (3) 外总线(External Bus, E-Bus) 又称通信总线，是微机系统之间或微机系统与其他系统(仪器、仪表、控制装置等)之间信息传输的通路，如EIA RS-232C、IEEE-488等。（现场总线CAN属于外总线） 三类总线在微机系统中的地位和关系 其中的系统总线，即通常意义上所说的总线，一般又含有三种不同功能的总线，即数据总线DB（Data Bus）、地址总线AB（Address Bus）和控制总线CB

（Control Bus）。 （二）总线按照传输数据的方式划分：可以分为串行总线和并行总线。串行总线中，二进制数据逐位通过一根数据线发送到目的器件；并行总线的数据线通常超过2根。常见的串行总线有SPI、I2C、USB及RS232等。 （三）总线按照时钟信号是否独立划分：可以分为同步总线和异步总线。同步总线的时钟信号独立于数据，而异步总线的时钟信号是从数据中提取出来的。SPI、I2C是同步串行总线，RS232采用异步串行总线。 按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。 三．各类总线介绍 内部总线 1．I2C总线是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。 2．SPI总线串行外围设备接口SPI是一种同步串行接口，SPI总线是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，所以与SPI有关的软件就相当简单，使CPU 有更多的时间处理其他事务。 3．SCI总线串行通信接口SCI是一种通用异步通信接口UART，与MCS-51的异步通信功能基本相同。 系统总线 1．ISA总线总线标准是IBM 公司推出的系统总线标准。它是对XT总线的扩展，以适应8/16位数据总线要求。它在80286至80486时代应用非常广泛，以至于现在奔腾机中还保留有ISA总线插槽，ISA总线有98只引脚。 2．EISA总线是在ISA总线的基础上使用双层插座，在原来ISA总线的98条信号线上又增加了98条信号线，也就是在两条ISA信号线之间添加一条EISA信号线。在实用中，EISA总线完全兼容ISA总线信号。 3．VESA总线是一种局部总线，简称为VL(VESA local bus)总线。该总线系统考虑到CPU与主存和Cache 的直接相连，通常把这部分总线称为CPU总线或主总线，其他设备通过VL总线与CPU总线相连，所以VL总线被称为局部总线。它定义了32位数据线，且可通过扩展槽扩展到64 位，使用33MHz时

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