《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用》(第3版）2第1章概述一、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義二、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生三、現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)四、現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)五、現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制定六、現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀七、以太網(wǎng)與控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合3一、現(xiàn)場(chǎng)總線的定義現(xiàn)場(chǎng)總線

現(xiàn)場(chǎng)總線是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多點(diǎn)、多站的通信網(wǎng)絡(luò)。IEC對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的定義

現(xiàn)場(chǎng)總線是一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制裝置之間實(shí)行雙向、串行、多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的技術(shù)。涉及智能儀表、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)4二、

現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生

---控制系統(tǒng)的發(fā)展第一代：氣動(dòng)信號(hào)控制系統(tǒng)(50年代之前)

信號(hào)采用0.02～0.1MPa的氣動(dòng)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。各測(cè)控儀表自成體系，既不能與其他儀表或系統(tǒng)連接，也不能與外界進(jìn)行信息溝通，操作人員只能通過現(xiàn)場(chǎng)巡視來了解生產(chǎn)情況。5二、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生

---控制系統(tǒng)的發(fā)展第二代：電動(dòng)模擬信號(hào)控制系統(tǒng)(50年代至今)，4－20mA的模擬量標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。

通過模擬量信號(hào)將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行參數(shù)與信息傳送到集中控制室，操作人員可在控制室內(nèi)了解現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況，并實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的操作和控制。上個(gè)世紀(jì)六七十年代占據(jù)主導(dǎo)地位，但存在著模擬信號(hào)精度低、易受干擾等缺點(diǎn)。6二、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生

---控制系統(tǒng)的發(fā)展第三代：計(jì)算機(jī)集中控制系統(tǒng)（DDC)(70年代)

采用單片機(jī)、微機(jī)或PLC作為控制器，控制器采用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行交換和傳輸，克服了模擬儀表控制系統(tǒng)中模擬信號(hào)精度低的缺陷，顯著提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。7DDC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8第四代：集散式分布控制系統(tǒng)(80年代)

集散控制系統(tǒng)(DCS)于上個(gè)世紀(jì)八、九十年代占據(jù)主導(dǎo)地位，是一個(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其核心思想是集中管理、分散控制，即管理與控制相分離，上位機(jī)用于集中監(jiān)視管理功能，下位機(jī)分散下放到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)分布式控制，上/下位機(jī)通過控制網(wǎng)絡(luò)互相連接以實(shí)現(xiàn)相互之間的信息傳遞。二、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生

---控制系統(tǒng)的發(fā)展9DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)10第五代：現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)突破了DCS系統(tǒng)采用通信專用網(wǎng)絡(luò)的局限，采用了基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷；把DCS的集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，變成了新型全分布式結(jié)構(gòu)，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)。開放性、分散性與數(shù)字通訊是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)最顯著的特征。二、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生

---控制系統(tǒng)的發(fā)展11FCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)*12微處理器技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使儀表和現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備在性能和功能上有顯著的提高；對(duì)系統(tǒng)維護(hù)管理、測(cè)試和監(jiān)視需求的日益增加；控制領(lǐng)域在控制精度、可操作性、可維護(hù)性、可移植性等方面的要求。二、現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生---產(chǎn)生背景131）現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)

用于過程及制造自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表互連的通信網(wǎng)絡(luò)。2）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互連

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或儀表指?jìng)鞲衅?、變送器和?zhí)行器等。這些設(shè)備通過一對(duì)傳輸線互連，傳輸線可以使用雙絞線、同軸電纜、光纖和電源線等。3）互操作性

對(duì)不同廠商不同品牌的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備統(tǒng)一組態(tài)，構(gòu)成所需要的控制回路，并且具備相互操作的功能。三、現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)14

4）分散功能塊

把DCS控制站的功能塊分散地分配給現(xiàn)場(chǎng)儀表，從而構(gòu)成虛擬控制站。 例如：流量變送器不僅具有流量信號(hào)變換、補(bǔ)償和累加輸入模塊，而且有PID控制和運(yùn)算功能塊。調(diào)節(jié)閥的基本功能是信號(hào)驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行，還內(nèi)含輸出特性補(bǔ)償模塊，或PID控制和運(yùn)算模塊，甚至閥門特性自檢驗(yàn)和自診斷功能。三、現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)155）通信線供電

允許現(xiàn)場(chǎng)儀表直接從通信線上獲取能量，對(duì)于要求本征安全的低功耗現(xiàn)場(chǎng)儀表，可采用這種供電方式。6）開放式互連網(wǎng)絡(luò)

既可與同層網(wǎng)絡(luò)互連，也可以與不同層網(wǎng)絡(luò)互連，還可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的共享。三、現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)16四、現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)由于采用智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，能夠把DCS系統(tǒng)中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊置入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中，在現(xiàn)場(chǎng)直接完成采集和控制。由于不需要其他的模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，且一對(duì)電線能傳輸多個(gè)信號(hào)，因而簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)約了設(shè)備及安裝維護(hù)費(fèi)用。1718四、現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---FCS與DCS的詳細(xì)對(duì)比1）結(jié)構(gòu)

FCS:

一對(duì)多，一對(duì)傳輸線接多臺(tái)儀表，雙向傳輸多個(gè)信號(hào)。

DCS:一對(duì)一，一對(duì)傳輸線接一臺(tái)儀表，單向傳輸一個(gè)信號(hào)。192)可靠性

FCS:可靠性好，數(shù)字信號(hào)傳輸抗干擾能力強(qiáng)，精度高；

DCS:可靠性差，模擬信號(hào)傳輸不僅精度低，而且容易受干擾。四、現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---FCS與DCS的詳細(xì)對(duì)比203)失控狀態(tài)

FCS:操作員在控制室既可以了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表的工作狀況，也能對(duì)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，還可以預(yù)測(cè)或?qū)ふ夜收?，使設(shè)備始終處于操作員的遠(yuǎn)程監(jiān)視與可控狀態(tài)之中；

DCS:操作員在控制室既不能了解模擬儀表的工作狀態(tài)，也不能對(duì)其進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，更不能預(yù)測(cè)故障，導(dǎo)致操作員對(duì)儀表處于“失控”狀態(tài)。四、現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---FCS與DCS的詳細(xì)對(duì)比214)互換性

FCS：

用戶可以自由選擇不同制造商提供的性能價(jià)格比最優(yōu)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和儀表，并將不同品牌的儀表互連；

DCS：盡管模擬儀表統(tǒng)一了信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)(4-20mADC)，可大部分參數(shù)仍由制造廠自定，致使不同品牌的儀表互換難度較大。四、現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---FCS與DCS的詳細(xì)對(duì)比225)儀表FCS:智能儀表，除了具有模擬儀表的檢測(cè)、變換、補(bǔ)償?shù)裙δ芡?，還具有數(shù)字通信能力，并且具有控制和運(yùn)算的能力；

DCS:模擬儀表只具有檢測(cè)、變換、補(bǔ)償?shù)裙δ堋?)控制

FCS:控制功能分散在各個(gè)智能儀表中；

DCS:所有控制功能集中在控制站中。四、現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---FCS與DCS的詳細(xì)對(duì)比23系統(tǒng)的開放性 通信協(xié)議公開，各不同廠家的設(shè)備之間可進(jìn)行互連并實(shí)現(xiàn)信息交換互可操作性與互用性現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性四、現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)24節(jié)省硬件數(shù)量與投資節(jié)省安裝費(fèi)用節(jié)約維護(hù)開銷用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性四、現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

---現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn)25五、現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)1984年，IEC開始起草現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)；1993-1998年，制定IEC61158的現(xiàn)場(chǎng)總線物理層規(guī)范、鏈路服務(wù)定義及協(xié)議規(guī)范、應(yīng)用層服務(wù)定義及協(xié)議規(guī)范；1999年，修改IEC61158技術(shù)規(guī)范，形成8種類型新標(biāo)準(zhǔn)；2000年，修改后的IEC61158最終獲得通過。26標(biāo)準(zhǔn)采用8種類型Type1IEC61158(FF的H1)Type2ControlNet(美國Rockwell公司)Type3PROFIBUS(德國Siemens公司)Type4P-Net(丹麥ProcessData公司)Type5FFHSE(Fisher-Rosemount公司)Type6SwiftBet(美國波音公司)Type7WorldFIP(法國Alstom公司)Type8INTERBUS(德國PhoenixContact公司)27（2015）年國際上現(xiàn)有的總線標(biāo)準(zhǔn)28六、現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀1）多種總線共存過程自動(dòng)化：15%(FF,PROFIBUS-PA,WorldFIP)醫(yī)藥領(lǐng)域：18%(FF,PROFIBUS-PA,WorldFIP)加工制造：15%(PROFIBUS-DP,DeviceNet)交通運(yùn)輸：15%(PROFIBUS-DP,DeviceNet)航空，國防：34%(PROFIBUS-FMS,LonWorks,ControlNet,DeviceNet)其它，如樓宇自動(dòng)化，農(nóng)業(yè)等。292）每種總線各有其應(yīng)用領(lǐng)域3）每種總線各有其國際組織4）每種總線均有其支持背景5）設(shè)備制造商參加多個(gè)總線組織6）多種總線均作為國家和地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)7）協(xié)調(diào)共存8）工業(yè)以太網(wǎng)引入工業(yè)領(lǐng)域六、現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀七、以太網(wǎng)與控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合

現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)是當(dāng)前工業(yè)控制應(yīng)用中普遍采用的兩種技術(shù)。工業(yè)以太網(wǎng)在一些行業(yè)的應(yīng)用上已經(jīng)真正實(shí)現(xiàn)了一網(wǎng)到底，但對(duì)于另一些行業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)在并存使用?，F(xiàn)場(chǎng)總線存在著協(xié)議多、標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一導(dǎo)致不同廠商的設(shè)備之間系統(tǒng)集成困難；而以太網(wǎng)在控制網(wǎng)絡(luò)中存在的網(wǎng)絡(luò)故障快速恢復(fù)、本質(zhì)安全等問題是制約以太網(wǎng)全面應(yīng)用的主要障礙。事實(shí)上，工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)成為一種新的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。3031七、以太網(wǎng)與控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合

工業(yè)以太網(wǎng)作為現(xiàn)場(chǎng)總線使用具有一定的優(yōu)勢(shì)。1.應(yīng)用方便：工業(yè)以太網(wǎng)是基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)，是一種標(biāo)準(zhǔn)的開放式通信網(wǎng)絡(luò)，不同廠商的設(shè)備很容易互聯(lián)。2.價(jià)格低廉、組網(wǎng)容易：由于信息網(wǎng)絡(luò)的存在和以太網(wǎng)的大量使用，使得其具有價(jià)格明顯低于控制網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)軟硬件的特點(diǎn)。3.技術(shù)支持廣泛：技術(shù)成熟、易于得到、已為許多人掌握，有利于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的信息集成、及與上層網(wǎng)絡(luò)的連接，便于實(shí)現(xiàn)企業(yè)管控一體化。32現(xiàn)場(chǎng)總線的定義什么是集散控制系統(tǒng)?其基本設(shè)計(jì)思想是什么?現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)體現(xiàn)在哪幾個(gè)方面？工業(yè)以太網(wǎng)作為現(xiàn)場(chǎng)總線具有哪些優(yōu)勢(shì)？你認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響？思考與練習(xí)《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用》(第3版）一、總線的基本概念與操作二、通信系統(tǒng)的組成三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)四、通信模型五、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)第2章現(xiàn)場(chǎng)總線通信基礎(chǔ)第二章現(xiàn)場(chǎng)總線通信基礎(chǔ)

現(xiàn)場(chǎng)總線把分散的測(cè)量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，并把他們連接成可以相互溝通信息、共同完成自控任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)?？梢哉f現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)實(shí)際上就是控制領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)。因此有必要簡述關(guān)于總線、數(shù)字通信、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)方面的基礎(chǔ)知識(shí)。一、總線的概念與操作1.總線與總線段

總線是多個(gè)系統(tǒng)功能部件之間傳輸信號(hào)或信息的公共路徑，是遵循同一技術(shù)規(guī)范的連接與操作方式；使用統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)，不同設(shè)備之間的互連將更容易實(shí)現(xiàn)。一組設(shè)備通過總線相互連接在一起就稱為“總線段”（BusSegment）；總線段之間可以相互連接構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

總線主設(shè)備（BusMaster）是指能夠在總線上發(fā)起信息傳輸?shù)脑O(shè)備，其具備在總線上主動(dòng)發(fā)起通信的能力；總線從設(shè)備（BusSlaver）是掛接在總線上、不能在總線上主動(dòng)發(fā)起通信，只能對(duì)總線信息接收查詢的設(shè)備?？偩€上可以有多個(gè)設(shè)備，這些設(shè)備可以做主站也可以做從站；總線上也可以有多個(gè)主設(shè)備，這些主設(shè)備都具有主動(dòng)發(fā)起信息傳輸?shù)哪芰?；但某一設(shè)備不能同時(shí)既做主設(shè)備又做從設(shè)備。被總線主設(shè)備連接上的從設(shè)備通常稱為響應(yīng)者，參與主設(shè)備發(fā)起的數(shù)據(jù)傳送。2.總線主設(shè)備與總線從設(shè)備一、總線的概念與操作3.總線的控制信號(hào)總線上的控制信號(hào)通常有三種類型，分別為：

1）控制設(shè)備的動(dòng)作與狀態(tài)。完成諸如設(shè)備清零、初始化、啟動(dòng)、停止等所規(guī)定的操作。

2）改變總線操作方式。例如改變數(shù)據(jù)流的方向、選擇數(shù)據(jù)字段和字節(jié)等。

3）表明地址和數(shù)據(jù)的含義。例如對(duì)于地址，可以用于指定某一地址空間或表示出現(xiàn)了廣播操作；對(duì)于數(shù)據(jù)，可以用于指定它能否轉(zhuǎn)譯成輔助地址或命令。一、總線的概念與操作4.總線協(xié)議

總線協(xié)議（BusProtocol）是管理主、從設(shè)備工作的一套規(guī)則，是事先規(guī)定的、共同遵守的規(guī)約。一、總線的概念與操作5.總線操作的基本內(nèi)容

總線操作是指總線上主設(shè)備與從設(shè)備之間通過建立連接、數(shù)據(jù)傳送、接收到脫開這一操作過程。所謂脫開（Disconnected）是指完成數(shù)據(jù)傳送操作以后，主設(shè)備與從設(shè)備之間斷開連接。主設(shè)備可以在執(zhí)行完一次或多次總線操作后放棄總線占有權(quán)。一、總線的概念與操作5.總線操作的基本內(nèi)容

通信請(qǐng)求：通信請(qǐng)求是由總線上某一設(shè)備向另一設(shè)備發(fā)出的傳送數(shù)據(jù)或完成某種動(dòng)作的請(qǐng)求信號(hào)，要求后者給予響應(yīng)并進(jìn)行某種服務(wù)。

總線仲裁：系統(tǒng)中可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)設(shè)備同時(shí)申請(qǐng)對(duì)總線的使用權(quán)，為避免產(chǎn)生總線“沖突”

，需要由總線仲裁機(jī)構(gòu)合理地控制和管理系統(tǒng)中需要占用總線的申請(qǐng)者，在多個(gè)申請(qǐng)者同時(shí)提出使用總線請(qǐng)求時(shí)，以一定的優(yōu)先算法仲裁哪個(gè)申請(qǐng)者應(yīng)獲得對(duì)總線的使用權(quán)。一、總線的概念與操作5.總線操作的基本內(nèi)容

尋址：是主設(shè)備與從設(shè)備建立聯(lián)系的一種總線操作，通常有物理尋址、邏輯尋址及廣播尋址三種方式。

物理尋址：用于選擇某一總線段上某一特定位置的從設(shè)備作為響應(yīng)者；

邏輯尋址：用于指定存儲(chǔ)單元的某一個(gè)通用區(qū)，而不顧及這些存儲(chǔ)單元在設(shè)備中的物理分布；

廣播尋址：用于選擇多個(gè)響應(yīng)者。

一、總線的概念與操作5.總線操作的基本內(nèi)容

數(shù)據(jù)傳送：如果主設(shè)備與響應(yīng)者連接上，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀/寫操作。讀/寫操作需要在主設(shè)備和響應(yīng)者之間傳遞數(shù)據(jù)。“讀”（Read）數(shù)據(jù)操作是讀取來自響應(yīng)者的數(shù)據(jù)；“寫”（Write）數(shù)據(jù)操作是向響應(yīng)者發(fā)送數(shù)據(jù)。一、總線的概念與操作5.總線操作的基本內(nèi)容

出錯(cuò)檢測(cè)及容錯(cuò)：

總線傳送信息時(shí)，有時(shí)會(huì)因傳導(dǎo)干擾、輻射干擾等而出現(xiàn)信息錯(cuò)誤，使得“1”變成“0”，“0”變成“1”，影響到現(xiàn)場(chǎng)總線的性能，甚至于現(xiàn)場(chǎng)總線不能正常工作。除了在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試時(shí)采取必要的抗干擾措施以外，在高性能的總線中一般還設(shè)有出錯(cuò)碼產(chǎn)生和校驗(yàn)機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)傳送過程的出錯(cuò)檢測(cè)。一、總線的概念與操作5.總線操作的基本內(nèi)容

總線定時(shí)

：主設(shè)備獲得總線控制權(quán)以后，就進(jìn)入總線操作，即進(jìn)行主設(shè)備和響應(yīng)者之間的信息交換，這種信息可以是地址也可以是數(shù)據(jù)。定時(shí)信號(hào)用于指明總線上的數(shù)據(jù)和地址何時(shí)有效。大多數(shù)總線標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定主設(shè)備可發(fā)起“控制”（Control）信號(hào)，指定操作的類型、從設(shè)備狀態(tài)響應(yīng)信號(hào)。一、總線的概念與操作二、通信系統(tǒng)的組成1.信源（信息源，也稱發(fā)送端）

把待傳輸?shù)南⑥D(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，如電話系統(tǒng)中電話機(jī)可看成是信源。通信系統(tǒng)是傳遞信息所需要的一切技術(shù)設(shè)備的總和。2.發(fā)送設(shè)備：將信源和信道匹配起來，即將信源產(chǎn)生的消息經(jīng)過編碼并變換成便于傳送的信號(hào)形式，送往傳輸介質(zhì)。3.信道：信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，可以是有線的，也可以是無線的，甚至還可以包含某些設(shè)備。4.接收設(shè)備：任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中恢復(fù)出相應(yīng)的原始電信號(hào)來，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解密等。5.信宿：信息的使用者，將復(fù)原的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)1．?dāng)?shù)據(jù)與信息1）信息（Information）是客觀事物屬性和相互聯(lián)系特性的表征，它反映了客觀事物的存在形式和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。2）數(shù)據(jù)（Data）一般可以理解為“信息的數(shù)字化形式”或“數(shù)字化的信息形式”。狹義的“數(shù)據(jù)”通常是指具有一定數(shù)字特性的信息，如統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、測(cè)量數(shù)據(jù)及計(jì)算機(jī)中區(qū)別于程序的計(jì)算數(shù)據(jù)等。但在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通常被廣義地理解為在網(wǎng)絡(luò)中存儲(chǔ)、處理和傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)字編碼。

數(shù)據(jù)是信息的載體，它是信息的表示形式，可以是數(shù)字、字符、符號(hào)等。單獨(dú)的數(shù)據(jù)沒有實(shí)際的含義。數(shù)據(jù)和信息既有區(qū)別又有聯(lián)系，數(shù)據(jù)是獨(dú)立的，雖然數(shù)據(jù)本身并沒有含義，但把數(shù)據(jù)按一定規(guī)則、形式組織起來時(shí)，就可以傳達(dá)某種意義，這種具有某種意義的數(shù)據(jù)集合就是信息。

信號(hào)是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的具體物理表示形式，具有確定的物理描述，如電壓、磁場(chǎng)強(qiáng)度等。信號(hào)一般有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種表示方式。2．概念和術(shù)語1）比特率S和波特率B

數(shù)據(jù)傳輸率常用比特率和波特率表示。比特率是一種數(shù)字信號(hào)的傳輸速率，它表示單位時(shí)間（1秒）內(nèi)所傳送的二進(jìn)制代碼的有效位（bit）數(shù)。S用每秒比特?cái)?shù)bit/s（bps）、每秒千比特?cái)?shù)（Kbps）或每秒兆比特?cái)?shù)（Mbps）等單位來表示。波特率是一種調(diào)制速率，也稱波形速率。它表示模擬信號(hào)在傳輸過程中，從調(diào)制解調(diào)器輸出的調(diào)制信號(hào)，每秒鐘載波調(diào)制狀態(tài)改變的次數(shù)?；蛘哒f，數(shù)據(jù)傳輸過程中，線路上每秒鐘傳送的波形個(gè)數(shù)就是波特率B=1/T(Baud)。三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2．概念和術(shù)語2）帶寬

物理信道的頻帶寬度，即信道允許的最高頻率和最低頻率之差，單位為赫茲（Hz）。模擬信道中，使用“帶寬”表示傳輸信息的能力，單位有Hz，KHz，MHz。

數(shù)字信道中，使用“數(shù)據(jù)傳輸率”表示傳輸信息的能力，單位有bps，Kbps，Mbps。三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2．概念和術(shù)語3）信道容量

信道是用來表示向某一個(gè)方向傳送信息的媒體。是傳輸信息的必經(jīng)之路。一般來說，一條通信線路至少包含兩條信道，一條用于發(fā)送的信道和一條用于接收的信道。信道容量一般是指物理信道能夠傳輸信息的最大能力，它的大小由信道的帶寬F、可使用的時(shí)間T、傳輸速率，及信道質(zhì)量（即信號(hào)功率與干擾功率之比S/N）等因素決定。三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2．概念和術(shù)語4）誤碼率

誤碼率是衡量通信系統(tǒng)線路質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)。它的定義為：二進(jìn)制符號(hào)在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，近似等于被傳錯(cuò)的二進(jìn)制符號(hào)數(shù)與所傳二進(jìn)制符號(hào)總數(shù)的比較，即：誤碼率=接收的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)/傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中誤碼率要求低于10-6。三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)3.數(shù)據(jù)編碼技術(shù)

數(shù)字通信系統(tǒng)的任務(wù)是傳輸數(shù)字信息，數(shù)字信息可能來自數(shù)據(jù)終端設(shè)備的原始數(shù)據(jù)信號(hào)，也可能來自模擬信號(hào)經(jīng)數(shù)字化處理后的脈沖編碼信號(hào)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)為什么要編碼？數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)為二進(jìn)制數(shù)(0或1)，數(shù)字信號(hào)為高電平或低電平進(jìn)行傳輸，所以需要將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為高電平或低電平。可以采用：1）基帶方式2）4B/5B編碼方式：就是用5bit的二進(jìn)制制碼來代表4bit二進(jìn)制碼。三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)3.數(shù)據(jù)編碼技術(shù)

數(shù)字信號(hào)可以直接采用基帶傳輸,所謂基帶就是指基本頻帶?；鶐鬏斁褪窃诰€路中直接傳送數(shù)字信號(hào)的電脈沖,這是一種最簡單的傳輸方式,近距離通信的局域網(wǎng)都采用基帶傳輸。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采用數(shù)字信號(hào)傳送是常采用非歸零碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)3.數(shù)據(jù)編碼技術(shù)非歸零碼：nonreturntozerocode(NRZ)

一種二進(jìn)制信息的編碼，用兩種不同的電聯(lián)分別表示“1”和“0”，不使用零電平。信息密度高，但需要外同步并有誤碼積累。優(yōu)點(diǎn)：易實(shí)現(xiàn)，直接將計(jì)算機(jī)的信號(hào)加到通信線路上，未做任何處理，代價(jià)最低；缺點(diǎn)：接收方無法判斷一位的開始和結(jié)束，即不具備同步特性；含有直流成分（連續(xù)多個(gè)“1”或“0”），而數(shù)據(jù)傳輸中最不希望存在的就是直流成分。三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)3.數(shù)據(jù)編碼技術(shù)

曼徹斯特編碼：應(yīng)用最廣泛的編碼之一。特點(diǎn)：在每個(gè)位時(shí)間內(nèi)有一次信號(hào)跳變，使接收端可以利用這一跳變信號(hào)作為提取數(shù)據(jù)的依據(jù)，即自同步信號(hào)。

每一位的中間有一跳變,位中間的跳變既作為時(shí)鐘信號(hào),又作為數(shù)據(jù)信號(hào)：從高到低的跳變表示"1",從低到高的跳變表示"0"。三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)3.數(shù)據(jù)編碼技術(shù)

曼徹斯特編碼：應(yīng)用最廣泛的編碼之一。特點(diǎn)：在每個(gè)位時(shí)間內(nèi)有一次信號(hào)跳變，使接收端可以利用這一跳變信號(hào)作為提取數(shù)據(jù)的依據(jù)，即自同步信號(hào)。

優(yōu)點(diǎn)：無需另外發(fā)送同步信號(hào)，這也是自同步信號(hào)得到廣泛應(yīng)用的原因；不含直流成分。缺點(diǎn)：傳輸速率低，因?yàn)槊恳晃灰加脙蓚€(gè)波形。三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)3.數(shù)據(jù)編碼技術(shù)

差分曼徹斯特編碼：前者的改進(jìn)。特點(diǎn)：每一位中間的跳變只做提取時(shí)鐘之用，每一位數(shù)據(jù)的值根據(jù)起始處有無跳變來決定。每位開始時(shí)有無跳變表示“0”或“1”,有跳變表示“0”,無跳變表示“1”。三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)4.數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞接写袀鬏敽筒⑿袀鬏?；單向傳輸和雙向傳輸；同步和異步傳輸。串行傳輸和并行傳輸

1）串行通信：計(jì)算機(jī)中的一個(gè)字節(jié)由一個(gè)8位二進(jìn)制代碼來表示。將準(zhǔn)備傳輸?shù)拿總€(gè)字節(jié)的二進(jìn)制代碼按照由低到高位的順序，依次發(fā)送。這種數(shù)據(jù)傳輸方式稱為串行傳輸.適合遠(yuǎn)距離傳輸，在分散控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)幾乎全部采用串行通信。三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)4.數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

2）并行傳輸:指同時(shí)傳輸一組比特，每個(gè)比特用一個(gè)線路通道。傳輸距離短時(shí)采用之可以提高傳輸速率。但若數(shù)據(jù)位數(shù)較多、傳送距離較遠(yuǎn)時(shí)，則線路復(fù)雜，成本較高且干擾大，不適合遠(yuǎn)距離傳送。一般用于在可編程序控制器內(nèi)部的各元件之間、主機(jī)與擴(kuò)展模塊或近距離智能模塊之間的數(shù)據(jù)處理。三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)4.數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞接写袀鬏敽筒⑿袀鬏敚粏蜗騻鬏敽碗p向傳輸；同步和異步傳輸。單向傳輸和雙向傳輸串行通信按信息在設(shè)備間的傳送方向可分為單工、半雙工和全雙工三種方式。（1）單工通信：單向通信。即只能有一個(gè)方向的通信，而沒有反方向的交互。無線電廣播或有線電廣播以及電視廣播就屬于這種類型。（2）半雙工通信：雙向交替通信。即通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送（或同時(shí)接收），這種通信方式往往是一方發(fā)送另一方接收，例如無線對(duì)講機(jī)。（3）全雙工通信：雙向同時(shí)通信。即通信雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息，例如電話。三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)4.數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞接写袀鬏敽筒⑿袀鬏?；單向傳輸和雙向傳輸；同步和異步傳輸。異步傳輸與同步傳輸：按時(shí)鐘分。在異步傳輸中，信息以字符為單位進(jìn)行傳輸，每個(gè)信息字符都有自己的起始位和停止位，每個(gè)字符中的各個(gè)位是同步的，相鄰兩個(gè)字符傳送數(shù)據(jù)之間的停頓時(shí)間長短是不確定的，它是靠發(fā)送信息時(shí)同時(shí)發(fā)出字符的開始和結(jié)束標(biāo)志信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)4.數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)異步傳輸：簡單便宜，但每個(gè)字符有2-3個(gè)位的額外開銷，傳輸效率低，主要用于中、低速場(chǎng)合三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)4.數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)同步傳輸：

同步通信的數(shù)據(jù)傳輸是以數(shù)據(jù)塊為單位的，字符與字符之間、字符內(nèi)部的位與位之間都同步；每次傳送1～2個(gè)同步字符、若干個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)和校驗(yàn)字符；同步字符起聯(lián)絡(luò)作用，用它來通知接收方開始接收數(shù)據(jù)。在同步通信中發(fā)送方和接收方要保持完全的同步，即發(fā)送方和接收方應(yīng)使用同一時(shí)鐘頻率。

由于同步通信方式不需要在每個(gè)數(shù)據(jù)字符中加起始位、校驗(yàn)位和停止位，只需要在數(shù)據(jù)塊之前加一兩個(gè)同步字符，所以傳輸效率高，但對(duì)硬件要求也相應(yīng)提高，主要用于高速通信。三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)5.數(shù)據(jù)交換方式

數(shù)據(jù)交換技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中通常采用線路交換、報(bào)文交換和分組交換的數(shù)據(jù)交換方式。使用線路（電路）交換（CircuitSwitching）方式，就是通過網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在兩個(gè)站之間建立一條專用的通信線路。最普通的線路交換例子是電話系統(tǒng)。線路交換方式的通信包括三種狀態(tài)：（1）線路建立（2）數(shù)據(jù)傳送（3）線路拆除線路交換

報(bào)文交換不需要事先建立實(shí)際的物理連接，而是經(jīng)由中間節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，因此有時(shí)又將其稱為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式。報(bào)文交換方式交換的基本數(shù)據(jù)單位是一個(gè)完整的報(bào)文。這個(gè)報(bào)文由要發(fā)送的數(shù)據(jù)加上目的地址、源地址和控制信息組成的。報(bào)文交換

報(bào)文交換比線路交換有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）線路效率較高，因?yàn)樵S多報(bào)文可以分時(shí)共享一條節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的通道。（2）不需要同時(shí)使用發(fā)送器和接收器來傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)可以在接收器可用之前，暫時(shí)存儲(chǔ)這個(gè)報(bào)文。（3）在線路交換網(wǎng)上，當(dāng)通信量變得很大時(shí)，就不能接受某些呼叫。（4）報(bào)文交換系統(tǒng)可以把一個(gè)報(bào)文發(fā)送到多個(gè)目的地。（5）根據(jù)報(bào)文的長短或其他特征能夠建立報(bào)文的優(yōu)先權(quán)，使得一些短的、重要的報(bào)文優(yōu)先傳遞。（6）報(bào)文交換網(wǎng)可以進(jìn)行速度和代碼的轉(zhuǎn)換。

缺點(diǎn)：延時(shí)長，不能滿足實(shí)時(shí)交互式的通信要求。報(bào)文交換

分組交換與報(bào)文交換類似，只是交換的單位為報(bào)文分組，且限制了每個(gè)分組的長度，即將長的報(bào)文分成若干個(gè)報(bào)文組。在每個(gè)分組的前面加上一個(gè)分組頭，用以指明該分組發(fā)往何地址，然后由交換機(jī)根據(jù)每個(gè)分組的地址標(biāo)志，將他們轉(zhuǎn)發(fā)至目的地，這些分組不一定按順序抵達(dá)。這樣處理可以減輕節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān)，改善網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，例如因特網(wǎng)。

分組交換

分組交換的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)短，數(shù)據(jù)傳輸靈活。由于分組是較小的傳輸單位，只有出錯(cuò)的分組會(huì)被重發(fā)而非整個(gè)報(bào)文，因此大大降低了重發(fā)比例，提高了交換速度，而且每個(gè)分組可按不同路徑不同順序到達(dá)。缺點(diǎn)是在目的結(jié)點(diǎn)要對(duì)分組進(jìn)行重組，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

分組交換

（1）線路交換：在數(shù)據(jù)傳送之前需建立一條物理通路，在線路被釋放之前，該通路將一直被一對(duì)用戶完全占有。（2）報(bào)文交換：報(bào)文從發(fā)送方傳送到接收方采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方式。（3）分組交換：此方式與報(bào)文交換類似，但報(bào)文被分成組傳送，并規(guī)定了分組的最大長度，到達(dá)目的地后需重新將分組組裝成報(bào)文。三種數(shù)據(jù)交換技術(shù)的比較三、數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)5.差錯(cuò)控制技術(shù)

差錯(cuò)控制是指在數(shù)據(jù)通信過程中發(fā)現(xiàn)或糾正差錯(cuò)，并把差錯(cuò)限制在盡可能小的、允許的范圍內(nèi)而采用的技術(shù)和方法。差錯(cuò)控制編碼就是對(duì)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)進(jìn)行抗干擾編碼，目的是為了提高數(shù)字通信系統(tǒng)的容錯(cuò)性和可靠性，它在發(fā)送端被傳輸?shù)男畔⒋a元序列中，以一定的編碼規(guī)則附加一些校驗(yàn)碼元，接收端利用該規(guī)則進(jìn)行相應(yīng)的譯碼，譯碼的結(jié)果有可能發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)或糾正差錯(cuò)。在差錯(cuò)控制碼中，檢錯(cuò)碼是指能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)差錯(cuò)的編碼，糾錯(cuò)碼是指不僅能發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)而且能夠自動(dòng)糾正差錯(cuò)的編碼。當(dāng)然，檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力是用信息量的冗余和降低系統(tǒng)的效率為代價(jià)來換取的?；靖拍钇媾夹ｒ?yàn)碼奇偶校驗(yàn)碼是一種最簡單也是最基本的檢錯(cuò)碼，一維奇偶校驗(yàn)碼的編碼規(guī)則是把信息碼元先分組，在每組最后加一位校驗(yàn)碼元，使該碼中1的數(shù)目為奇數(shù)或偶數(shù)，奇數(shù)時(shí)稱為奇校驗(yàn)碼，偶數(shù)時(shí)稱為偶校驗(yàn)碼。

在奇校驗(yàn)法中，校驗(yàn)位使字符代碼中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，例如：

11010110；接收端按同樣的校驗(yàn)方式對(duì)收到的信息進(jìn)行校驗(yàn)；

如發(fā)送時(shí)收到的字符及校驗(yàn)位中“1”的數(shù)目為奇數(shù)，則認(rèn)為傳輸

正確，否則認(rèn)為傳輸錯(cuò)誤；在偶校驗(yàn)法中，校驗(yàn)位使字符代碼

中“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，例如：01010110。常用的差錯(cuò)控制編碼奇偶校驗(yàn)碼

奇偶校驗(yàn)碼是一種最簡單也是最基本的檢錯(cuò)碼，一維奇偶校驗(yàn)碼的編碼規(guī)則是把信息碼元先分組，在每組最后加一位校驗(yàn)碼元，使該碼中1的數(shù)目為奇數(shù)或偶數(shù)，奇數(shù)時(shí)稱為奇校驗(yàn)碼，偶數(shù)時(shí)稱為偶校驗(yàn)碼。循環(huán)冗余碼循環(huán)冗余碼（CRC，CyclicRedundancyCode）校驗(yàn)（Check）是目前在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信及存儲(chǔ)器中應(yīng)用最廣泛的一種校驗(yàn)編碼方法，它所約定的校驗(yàn)規(guī)則是：讓校驗(yàn)碼能為某一約定代碼所除盡；如果除得盡，表明代碼正確；如果除不盡，余數(shù)將指明出錯(cuò)位所在位置。常用的差錯(cuò)控制編碼四、通信模型1.ISO/OSI模型

為了實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的互聯(lián)與通信，1978年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO(InternationalOrganizationforStandardization)提出了一個(gè)試圖使各種計(jì)算機(jī)在世界范圍內(nèi)互聯(lián)為網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)框架，即開放式通信系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI(OpenSystemInterconnection)1983年其成為正式國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO7498)。ISO/OSI七層參考模型:物理層（PhysicalLayer）數(shù)據(jù)鏈路層（DataLinkLayer）網(wǎng)絡(luò)層（NetworkLayer）傳輸層（TransportLayer）會(huì)話層（SessionLayer）表示層（PresentationLayer）應(yīng)用層（ApplicationLayer）四、通信模型1.ISO/OSI模型

四、通信模型1.ISO/OSI模型

OSI通信模型是一個(gè)理論模型，在實(shí)際環(huán)境中并沒有一個(gè)真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與之完全相對(duì)應(yīng)，它更多地被用于作為分析、判斷通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的依據(jù)；多數(shù)應(yīng)用只是將OSI模型與應(yīng)用的協(xié)議進(jìn)行大致的對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)于OSI的某層或包含某層的功能。四、通信模型2.現(xiàn)場(chǎng)總線通信模型

現(xiàn)場(chǎng)總線是工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的底層網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)存在大量的傳感器、控制器、執(zhí)行器等設(shè)備，并被零散地分布在一個(gè)較大的工作范圍內(nèi)。由這些設(shè)備組成的工業(yè)控制底層網(wǎng)絡(luò)，某個(gè)節(jié)點(diǎn)面向控制的信息量并不大，信息傳輸?shù)娜蝿?wù)也相對(duì)比較簡單，但系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性、快速性的要求較高。對(duì)于這樣的控制系統(tǒng)要構(gòu)成開放式的互聯(lián)系統(tǒng)，需要考慮以下幾個(gè)重要問題：

1）采用什么樣的通信模型合適？是采用ISO/OSI的完全模型還是在此基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的簡化？

2）采用什么樣的協(xié)議合適？是否需要實(shí)現(xiàn)OSI的全部功能？

3）所選擇的通信模型能適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境要求和系統(tǒng)性能要求嗎？

四、通信模型2.現(xiàn)場(chǎng)總線通信模型2.現(xiàn)場(chǎng)總線通信模型現(xiàn)場(chǎng)總線通信模型的主要特點(diǎn)總結(jié)如下：1）簡化了ISO/OSI參考模型。通常只采用ISO/OSI參考模型的第1層（物理層）、第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）及最高層（應(yīng)用層），以便簡化通信模型結(jié)構(gòu)、縮短通信開銷、降低系統(tǒng)成本及提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。2）采用相應(yīng)的補(bǔ)充方法實(shí)現(xiàn)被刪除的OSI各層功能，并增設(shè)了用戶層。3）現(xiàn)場(chǎng)總線通信模型通信數(shù)據(jù)的信息量較小。相對(duì)于其他通信網(wǎng)絡(luò)而言，通信模型相對(duì)簡單，但結(jié)構(gòu)更加緊湊，實(shí)時(shí)性更好，通信速率更快。4）多種現(xiàn)場(chǎng)總線并存，并采用不同的通信協(xié)議。但在應(yīng)用與發(fā)展中都已形成自己的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。五、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)1.現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)就是把單個(gè)分散的、有通信能力的測(cè)控設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，按照總線型、星型、樹型等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接而成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使得各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間可以相互溝通信息、共同配合完成系統(tǒng)的控制任務(wù)。五、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)1.現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)五、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)2.網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備

采用中繼器、網(wǎng)橋、路由器、網(wǎng)關(guān)等網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備可以將不同網(wǎng)段或子網(wǎng)連接成企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)。

1）中繼器中繼器工作在物理層，是一種最為簡單但也是用得最多的互聯(lián)設(shè)備。它負(fù)責(zé)在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的物理層上按位傳遞信息，完成信號(hào)的復(fù)制、調(diào)整和放大功能，以此來延長網(wǎng)絡(luò)的長度。中繼器由于不對(duì)信號(hào)作校驗(yàn)等其他處理，因此即使是差錯(cuò)信號(hào)，中繼器也照樣整形放大。五、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)2.網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備2）網(wǎng)橋網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，根據(jù)MAC地址（物理地址）對(duì)幀進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。它可以有效地連接兩個(gè)局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork，簡稱LAN），使本地通信限制在本網(wǎng)段內(nèi)，并轉(zhuǎn)發(fā)相應(yīng)的信號(hào)至另一網(wǎng)段。網(wǎng)橋通常用于連接數(shù)量不多的、同一類型的網(wǎng)段。網(wǎng)橋?qū)⒁粋€(gè)較大的LAN分成子段，有利于改善網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性。2.網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備3）路由器路由器工作在網(wǎng)絡(luò)層，在不同網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)單元。因此路由器具有判斷網(wǎng)絡(luò)地址和選擇路徑的功能，能在多網(wǎng)絡(luò)互連環(huán)境中建立靈活的連接。路由器最重要的功能是路由選擇，即為經(jīng)過路由器的每個(gè)數(shù)據(jù)分組，并按某種路由策略選擇一條最佳路徑將該數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)出去。路由器比網(wǎng)橋更復(fù)雜、管理功能更強(qiáng)大，同時(shí)更具靈活性，經(jīng)常被用于多個(gè)局域網(wǎng)、局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)以及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互連。2.網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備

4）網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)工作在在傳輸層以上，是最復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，僅用于兩個(gè)高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)互連，用于提供協(xié)議轉(zhuǎn)換、路由選擇、數(shù)據(jù)交換等網(wǎng)絡(luò)兼容功能。與網(wǎng)橋只是簡單地傳達(dá)信息不同，網(wǎng)關(guān)對(duì)收到的信息要重新打包，以適應(yīng)目的端系統(tǒng)的需求。網(wǎng)關(guān)具有從物理層到應(yīng)用層的協(xié)議轉(zhuǎn)換能力，主要用于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)、局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互聯(lián)，不存在通用的網(wǎng)關(guān)。五、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)3.接口標(biāo)準(zhǔn)

所謂接口就是微處理器與外圍設(shè)備之間的連接電路，它是兩者之間進(jìn)行信息交換時(shí)的必要通路，不同的外設(shè)有不同的輸入/輸出接口電路。例如，鍵盤輸入有鍵盤接口電路，CRT顯示器有顯示器輸出接口電路，打印機(jī)也有打印輸出接口電路等等.

3.接口標(biāo)準(zhǔn)

接口標(biāo)準(zhǔn)是指外設(shè)接口的規(guī)范和定義，它涉及外設(shè)接口的信號(hào)線定義、傳輸速率、傳輸方向、拓樸結(jié)構(gòu)、電氣和機(jī)械特性等方面。3.接口標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)的一般特點(diǎn)：1）接口標(biāo)準(zhǔn)的最大特點(diǎn)是專用性，一般情況下是一種接口只連接一類設(shè)備，不能混用；2）一般在機(jī)箱外，以插頭或插座形式提供；3）信號(hào)傳輸形式既有并行傳輸又有串行傳輸；4）定義信號(hào)線較少，且種類不多。1）RS-232C串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232C是數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的接口標(biāo)準(zhǔn)，是在微機(jī)接口應(yīng)用中常用的一種串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)，全稱為EIA—RS—232C標(biāo)準(zhǔn)（ElectoronicIndustrialAssociateRecommendedStandard—232C）

RS-232C串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)線

RS—232C標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)線共25根，其中只定義了22根。這22根信號(hào)線又分為主、輔兩個(gè)信道，大多數(shù)微機(jī)串行通信系統(tǒng)中都只使用主信道的信號(hào)線。在通信中，即便是只使用主信道，也并非主信道的所有信號(hào)都要連接，一般情況下只需使用其中的9根信號(hào)線。這就是為什么我們?cè)谖C(jī)的機(jī)箱上看到的串行通信接口（如COM1、COM2）只有9根的原因。

RS-232C接口引腳功能RS-232C串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)的電氣特性

RS-232C串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于發(fā)送端，規(guī)定－5V～－15V表示邏輯“1”（MARK信號(hào)），用＋5V～＋15V表示邏輯“0”（SPACE信號(hào)），內(nèi)阻為幾百歐姆，可以帶2500pF的電容負(fù)載。負(fù)載開路時(shí)電壓不得超過±25V。對(duì)于接收端，電壓低于－3表示邏輯“1”，高于＋3表示邏輯“0”RS-232C的機(jī)械特性

RS-232C的機(jī)械特性規(guī)定：微機(jī)的RS-232C接口通向外部的連接器是一種標(biāo)準(zhǔn)的“D”型插針。

總結(jié)

RS-232C雖然使用廣泛，但缺點(diǎn)也不少，已不能滿足現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信的許多要求，主要表現(xiàn)如下：（1）數(shù)據(jù)傳輸速率慢。RS-232C規(guī)定的最大20kbps的傳輸速率遠(yuǎn)不能滿足用戶日益增長的傳輸速率要求。（2）傳送距離短。RS-232C接口一般規(guī)定電纜長度在15m以內(nèi)，即使有較好的線路器件，優(yōu)良的信號(hào)質(zhì)量，電纜長度也不會(huì)超過60m。（3）未規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的連接器，因而出現(xiàn)了互不兼容的25芯和9芯連接器。（4）接口處各信號(hào)間容易產(chǎn)生串?dāng)_（單端驅(qū)動(dòng)/單端接收）。2）RS-422A串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)RS-232C的不足，美國電子協(xié)會(huì)EIA于1977年推出了串行通信接口RS-499，對(duì)RS-232C的電氣特性作了改進(jìn)；RS-422A是RS-499的子集，它定義了RS-232C所沒有的10種電路功能，規(guī)定用37腳連接器。RS-449在很多方面可代替RS-232C。兩者的主要差別是信號(hào)在導(dǎo)線上的傳輸方法不同。RS-232C是利用傳輸信號(hào)線與公共地之間的電壓差，RS-449接口是利用信號(hào)導(dǎo)線之間的信號(hào)電壓差，可在1200m的雙絞線上進(jìn)行數(shù)字通信，速率可達(dá)90000bps。RS-449可以不使用調(diào)制解調(diào)器，它比RS-232C傳輸速率高，通信距離長，由于RS-449系統(tǒng)用平衡信號(hào)差電路傳輸高速信號(hào)，所以噪聲低，又可以多點(diǎn)或者使用公用線通信，兩臺(tái)以上的設(shè)備可與RS-449通信電纜并聯(lián)。RS-449

RS-422A標(biāo)準(zhǔn)接口RS-422A是RS-449標(biāo)準(zhǔn)的子集。它具體通過傳輸線驅(qū)動(dòng)器，把邏輯電平變換成電位差，完成始端的信息傳送；通過傳輸線接收器，把電位差轉(zhuǎn)變成邏輯電平，實(shí)現(xiàn)終端的信息接收。RS-422A比RS-232C傳輸信號(hào)距離長，速度快，傳輸率最大為10Mbit/s，在此速率下電纜允許長度為120m。如果采用較低傳輸速率，如90000波特率時(shí)，最大距離可達(dá)1200m。RS-422A標(biāo)準(zhǔn)接口

RS-422A每個(gè)通道要用二條信號(hào)線，如果其中一條是邏輯“1”狀態(tài)，另一條就為邏輯“0”，若傳輸過程中，信號(hào)中混入了干擾和噪聲（以共模形式出現(xiàn)），由于差分器的作用，就能識(shí)別有用信號(hào)并正確接收傳輸?shù)男畔?，并使干擾和噪聲相互抵消。RS-422電路由發(fā)送器、平衡連接電纜、電纜終端負(fù)載、接收器幾部分組成。在電路中規(guī)定只許有一個(gè)發(fā)送器，可有多個(gè)接收器，因此通常采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式。該標(biāo)準(zhǔn)允許驅(qū)動(dòng)器輸出為±2V～±6V，接收器可以檢測(cè)到的輸入信號(hào)電平可低到200mV。

RS-232C即是一種電氣標(biāo)準(zhǔn)，又是一種物理接口功能標(biāo)準(zhǔn)，而RS-422A僅是一種電氣標(biāo)準(zhǔn)。

PC機(jī)不帶RS-422A。因此要使用RS-232/RS-422A轉(zhuǎn)換器，把RS-232C接口轉(zhuǎn)換成RS-422A接口。3）RS-485串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)

RS-485是RS-422A的變型。RS-422A用于全雙工，采用兩對(duì)平衡差分信號(hào)線；而RS-485則為半雙工，采用一對(duì)平衡差分信號(hào)線。RS-485對(duì)于多站互連是十分方便的，允許最多并聯(lián)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。RS-485電氣特性RS-485的信號(hào)傳輸采用兩線間的電壓來表示邏輯“1”和邏輯”0”，由于收發(fā)方需要兩根傳輸線，數(shù)據(jù)采用差分傳輸，所以干擾抑制性好。又因無接地問題，所以傳輸距離可達(dá)1200米，傳輸速率可達(dá)1Mbps?？偩€兩端要接匹配電阻。驅(qū)動(dòng)器輸出電平在-1.5V以下時(shí)為邏輯“1”，在+1.5V以上時(shí)為邏輯“0”。接收器輸入電平在-0.2V以下時(shí)為邏輯“1”，在+0.2V以上為邏輯“0”。普通的PC機(jī)一般不帶RS-485接口，因此要使用RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器。4.傳輸介質(zhì)

傳輸介質(zhì)也稱傳輸媒質(zhì)或通信介質(zhì)，是指通信雙方用于彼此傳輸信息的物理通道。通常分為有線傳輸介質(zhì)和無線傳輸介質(zhì)兩大類。有線傳輸介質(zhì)使用物理導(dǎo)體提供從一個(gè)設(shè)備到另一個(gè)設(shè)備的通信通道；無線傳輸介質(zhì)不使用任何人為的物理連接，通過空間來廣播傳輸信息。4.傳輸介質(zhì)

4.傳輸介質(zhì)5.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)控制方法

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)控制方法令牌方式

這種傳送方式對(duì)介質(zhì)訪問的控制權(quán)是以令牌為標(biāo)志的。只有得到令牌的節(jié)點(diǎn)才有權(quán)控制和使用網(wǎng)絡(luò)，常用于總線型網(wǎng)絡(luò)和環(huán)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。令牌是一組特定的二進(jìn)制代碼，它按照事先排列的某種邏輯順序沿網(wǎng)絡(luò)而行，令牌有空、忙兩種狀態(tài)，開始時(shí)為空閑；節(jié)點(diǎn)只有得到空令牌時(shí)才具有信息發(fā)送權(quán)，同時(shí)將令牌置為忙。令牌沿網(wǎng)絡(luò)而行，當(dāng)信息被目標(biāo)節(jié)點(diǎn)取走后，令牌被重新置為空。5.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)控制方法

網(wǎng)絡(luò)控制方法5.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)控制方法

網(wǎng)絡(luò)控制方法爭(zhēng)用方式

這種傳送方式允許網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)自由發(fā)送信息，但如果兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息就會(huì)出現(xiàn)線路沖突，故需要加以約束，目前常用的是CSMA/CD方式，即載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(cè)。

CSMA/CD控制方式原理比較簡單、技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)；網(wǎng)絡(luò)中各工作站處于平等地位，不需集中控制，不提供優(yōu)先級(jí)控制；但在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載增大時(shí)，沖突概率增加，發(fā)送效率急劇下降；因此CSMA/CD控制方式常用于總線型網(wǎng)絡(luò)、且通信負(fù)荷較輕的場(chǎng)合。5.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)控制方法

網(wǎng)絡(luò)控制方法主從方式

在這種傳送方式中，網(wǎng)絡(luò)中有主站，主站周期性地輪詢各從站節(jié)點(diǎn)是否需要通信，被輪詢的節(jié)點(diǎn)允許與其他節(jié)點(diǎn)通信，多用于信息量少的簡單系統(tǒng)。適合于星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或具有主站的總線型用于主從結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。5.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)控制方法6.現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)

1）將控制系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的各種信息傳送到控制室，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備始終處于遠(yuǎn)程監(jiān)視之中。例如在控制室監(jiān)視生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)閥門的開度、開關(guān)的狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)的測(cè)量值及現(xiàn)場(chǎng)儀表的工作狀況等信息。

2）控制室將各種控制、維護(hù)、參數(shù)修改等命令送往位于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量控制設(shè)備中，使得生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備處于可控狀態(tài)之中。3）與操作終端、上層管理網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息共享。此外，現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)還要面臨工業(yè)生產(chǎn)的高溫高壓、強(qiáng)電磁干擾、各種機(jī)械振動(dòng)及其他惡劣工作環(huán)境，因此要求現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)能適應(yīng)各種可能的工作環(huán)境。由于現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)要完成的工作任務(wù)和所處的工作環(huán)境，使得它具有許多不同于普通計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。思考與練習(xí)總線的尋址方式有哪些？各有什么特點(diǎn)？數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由哪些設(shè)備組成？各起什么作用？串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)有哪些？試分別闡述其電氣特性

采用光纜傳輸數(shù)據(jù)有哪些優(yōu)勢(shì)？簡述ISO/OSI七層模型的結(jié)構(gòu)和每一層的作用現(xiàn)場(chǎng)總線通信模型有什么特點(diǎn)？試闡述現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和它承擔(dān)的主要任務(wù)?！冬F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用》(第3版）117第3章Profibus總線及其應(yīng)用一、Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線概述二、Profibus傳輸技術(shù)三、

Profibus

-DP系統(tǒng)配置和設(shè)備類型四、GSD文件五、S7-300之間Profibus-DP總線通信的實(shí)現(xiàn)六、S7-300PLC與DP從站（變頻器）之間的通信一、PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線概述1）PROFIBUS是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通、電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。2）PROFIBUS由三個(gè)兼容部分組成。

PROFIBUS-DP（DecentralizedPeriphery，分布式外圍設(shè)備）

PROFIBUS-PA(ProcessAutomation，過程自動(dòng)化)

PROFIBUS-FMS(FieldbusMessageSpecification，現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范)。PROFIBUS-DP：是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代辦24VDC或4-20mA信號(hào)傳輸。

PROFIBUS-PA：專為過程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。

隨著現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大和工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展，PROFIBUS技術(shù)也在不斷發(fā)生變化，例如PROFIBUS-FMS行規(guī)目前已不再使用，而PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA的應(yīng)用越來越多，另外像PROFIdrive、PROFIsafe等新的行規(guī)隨著應(yīng)用的增加也在逐漸普及。

Profibus是一種用于工廠自動(dòng)化車間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。二、PROFIBUS傳輸技術(shù)

PROFIBUS提供了三種數(shù)據(jù)傳輸類型：

1.用于DP和FMS的RS485傳輸。

2.用于PA的IEC1158-2傳輸。

3.光纖1.用于DP/FMS的RS485傳輸技術(shù)

由于DP與FMS系統(tǒng)使用了同樣的傳輸技術(shù)和統(tǒng)一的總線訪問協(xié)議，因而，這兩套系統(tǒng)可在同一根電纜上同時(shí)操作。

RS-485傳輸是PROFIBUS最常用的一種傳輸技術(shù)。采用的電纜是屏蔽雙絞銅線。RS-485傳輸技術(shù)基本特征網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌壕€性總線，兩端有有源的總線終端電阻傳輸速率：9.6Kbit/s~12Mbit/s介質(zhì)：屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件（EMC）插頭連接：最好使用9針D型插頭

·站點(diǎn)數(shù)：每分段32個(gè)站（不帶中繼），可多到127個(gè)站（帶中繼）電纜最大長度取決于傳輸速率：如使用A型電纜，則傳輸速率與長度如下表。波特率（Kbit/s）9.619.293.75187.5500150012000距離/段（M）1200120012001000400200100三、PROFIBUS-DP系統(tǒng)配置和設(shè)備類型在同一總線上最多可連接127個(gè)站點(diǎn)。系統(tǒng)配置的描述包括：站數(shù)、站地址、輸入/輸出地址、輸入/輸出數(shù)據(jù)格式等。每個(gè)PROFIBUS-DP系統(tǒng)可包括以下三種不同類型設(shè)備：

1)一級(jí)DP主站（DPM1）：一級(jí)DP主站是中央控制器，它在預(yù)定的信息周期內(nèi)與分散的站（如DP從站）交換信息。典型的DPM1如PLC或PC2)二級(jí)DP主站（DPM2）：二級(jí)DP主站是編程器、組態(tài)設(shè)備或操作面板，在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時(shí)使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。

3)DP從站：DP從站是進(jìn)行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備（I/O設(shè)備、驅(qū)動(dòng)器、HMI、閥門等）。

PROFIBUS-DP允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng).四、GSD文件

1．GSD文件簡介GSD文件用來描述Profibus-DP設(shè)備的特性。為了將不同廠商生產(chǎn)的Profibus產(chǎn)品集成在一起，生產(chǎn)廠商必須為其產(chǎn)品提供電子設(shè)備數(shù)據(jù)庫文件，即GSD文件。

四、GSD文件

2．GSD文件組成

GSD文件包含用于通信通用的和設(shè)備專用的規(guī)范，其文件結(jié)構(gòu)可以分為以下三個(gè)部分：

1）一般規(guī)范。這部分包括制造商的信息、設(shè)備的名稱、硬件和軟件的版本狀況、所支持的傳輸速率、可能的監(jiān)視時(shí)間間隔以及在總線連接器上的信號(hào)分配等；

四、GSD文件

2．GSD文件的組成

2）與DP主站有關(guān)的規(guī)范。這部分包含所有與主站有關(guān)的參數(shù)，如最大可連接的從站個(gè)數(shù)、上裝和下載選項(xiàng)等。這部分內(nèi)容不能用于從站設(shè)備；3）與DP從站有關(guān)的規(guī)范。這部分包括與從站有關(guān)的信息，如輸入／輸出通道的數(shù)量和類型、中斷測(cè)試的規(guī)范、輸入／輸出數(shù)據(jù)一致性的信息等。

四、GSD文件

3．GSD文件格式GSD是可讀的ASCII文本文件，可以用任何一種ASCII編輯器進(jìn)行編輯，如計(jì)事本、UltraEdit等，也可使用Profibus用戶組織提供的編輯程序GSDEdit編輯。GSD文件由若干行組成，每行都用一個(gè)關(guān)鍵字開頭，包括關(guān)鍵字及參數(shù)(無符號(hào)數(shù)或字符串)兩部分。

四、GSD文件

3．GSD文件格式

四、GSD文件

4．GSD文件安裝

為了支持設(shè)備商，Profibus網(wǎng)站上有專用的GSD編輯/檢查程序可供下載，便于用戶創(chuàng)建和檢查GSD文件，也有專用的GSD文件庫供相關(guān)設(shè)備的用戶下載使用。

五、S7-300之間Profibus-DP總線通信的實(shí)現(xiàn)控制要求

采用Profibus-DP通信方式，完成S7-300PLC之間的信息交換和控制功能。實(shí)驗(yàn)設(shè)備CPU313C-2DP(6ES7313-6CF03-00AB0)PLC2臺(tái)；PC機(jī)1臺(tái)；PC/適配器編程電纜1根。中央處理單元(CPU)電源單元(PS)信號(hào)模板(SM)接口模板(IM)功能模板(FM)通訊模板(CP)特殊模板(SM374仿真器)1.S7-300PLC系統(tǒng)組成導(dǎo)軌（機(jī)架）系統(tǒng)背板總線S7300模塊電源模塊（選項(xiàng)）

CPU模塊

MPI接口

ProfibusDP接口

24VDC連接器

CPU工作模式選擇開關(guān)

CPU狀態(tài)及故障指示燈

信號(hào)模塊

通信模塊

MMC存儲(chǔ)卡（CPU313以上）

S7-300系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

24VDCSFBFDC5VFRCERUNSTOPRUNSTOPMRESPUSHSIEMENSSIEMENS++PS307CPU31x-2DP012345670123456701234567012345670123456701234567PSCPUSMDISMDOSMAISMAO0123456701234567USB/MPIPROFIBUS總線電纜SFSFSFSFx234x234x234x23424VDCSFBFDC5VFRCERUNSTOPRUNSTOPMRESPUSHSIEMENSSIEMENS++PS307CPU31x-2DP012345670123456701234567012345670123456701234567PSCPUSMDISMDOSMAISMAO0123456701234567SFSFSFSFx234x234x234x234SIMATICS7-300SIMATICS7-300五、S7-300之間Profibus-DP總線通信的實(shí)現(xiàn)2.項(xiàng)目建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D主站通信參數(shù)設(shè)置PLC_1PLC_1主站通信參數(shù)設(shè)置PLC_2從站通信參數(shù)設(shè)置PLC_2從站通信參數(shù)設(shè)置說明：1.保證數(shù)據(jù)的完整性--選擇“按長度單位”表示通信數(shù)據(jù)中每個(gè)字節(jié)都是獨(dú)立的單元；如果選擇“總長度”，表示通信數(shù)據(jù)是一個(gè)數(shù)組，通信數(shù)字在同一數(shù)據(jù)包中。2.通信方向總是從輸出Q區(qū)到輸入I區(qū)，單擊通信方向箭頭，可以設(shè)置通信的地址區(qū)。從站側(cè)通信數(shù)據(jù)設(shè)置PLC_1主站程序編寫通信不停機(jī)處理：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)CPU會(huì)進(jìn)入相應(yīng)的中斷(尋找OB)處理，當(dāng)找不到相應(yīng)的OB時(shí)系統(tǒng)將停機(jī)，因此下載相應(yīng)的空的OB可以防止CPU停機(jī)，進(jìn)一步來說如果對(duì)OB塊進(jìn)行編程，此時(shí)CPU將執(zhí)行OB的程序，至于里面具體是什么程序取決于項(xiàng)目的具體使用情況。在兩個(gè)站程序中創(chuàng)建組織塊OB82、OB86、OB87、OB122,他們的作用主要是保證通信正常運(yùn)行，為了防止從站出現(xiàn)故障和斷電時(shí)造成CPU停止。主從站通信變量的對(duì)應(yīng)PLC_1PLC_2六、S7-300PLC與DP從站（變頻器）之間的通信控制要求

采用Profibus-DP通信方式，完成S7-300PLC遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制變頻器狀態(tài)與參數(shù)的功能。實(shí)驗(yàn)設(shè)備CPU314C-2DP(6ES7314-6CH04-0AB0)PLC1臺(tái)；帶有DP接口的變頻器(6SE6400-1PB00-0AA0)1臺(tái)，PC機(jī)1臺(tái)；PC/適配器編程電纜1根。1.MM420變頻器介紹

選擇帶DP接口的MM420變頻器做從站，相關(guān)參數(shù)如下：1）變頻器貨號(hào)：6SE6420-2UC11-2AA1；2）輸入電壓范圍：200～240V/（+10%～-10%）；3）輸出電壓范圍：0～輸入電壓，三相交流；4）輸出頻率范圍：0Hz～650Hz；5）適配電機(jī)功率：0.12KW。2.主站通信參數(shù)設(shè)置_1六、S7-300PLC與DP從站（變頻器）之間的通信2.主站通信參數(shù)設(shè)置_2六、S7-300PLC與DP從站（變頻器）之間的通信3.從站組態(tài)與通信參數(shù)設(shè)置_硬件目錄六、S7-300PLC與DP從站（變頻器）之間的通信3.從站組態(tài)與通信參數(shù)設(shè)置_添加變頻器通信接口六、S7-300PLC與DP從站（變頻器）之間的通信3.從站組態(tài)與通信參數(shù)設(shè)置_主從站的通信連接六、S7-300PLC與DP從站（變頻器）之間的通信3.從站組態(tài)與通信參數(shù)設(shè)置_設(shè)置DP從站六、S7-300PLC與DP從站（變頻器）之間的通信3.從站組態(tài)與通信參數(shù)設(shè)置_DP從站數(shù)據(jù)通道六、S7-300PLC與DP從站（變頻器）之間的通信3.從站組態(tài)與通信參數(shù)設(shè)置_系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)視圖六、S7-300PLC與DP從站（變頻器）之間的通信4.程序設(shè)計(jì)與調(diào)試六、S7-300PLC與DP從站（變頻器）之間的通信1）變頻器的狀態(tài)字（ZSW）4.程序設(shè)計(jì)與調(diào)試六、S7-300PLC與DP從站（變頻器）之間的通信2）變頻器的控制字（STW）4.程序設(shè)計(jì)與調(diào)試六、S7-300PLC與DP從站（變頻器）之間的通信3）PLC通信指令-DPRD_DAT

讀取DP從站的一致性數(shù)據(jù)。指令引腳LADDR(WORD型)是待讀取數(shù)據(jù)的智能模塊的通信起始地址，且地址必須用16進(jìn)制格式指定；本例中組態(tài)為IW290（16#122）；RET_VAL（INT型）用來存放指令執(zhí)行過程中的返回值，包括錯(cuò)誤代碼；RECORD（ANY型）用于存放讀取的目標(biāo)數(shù)據(jù)。4.程序設(shè)計(jì)與調(diào)試六、S7-300PLC與DP從站（變頻器）之間的通信3）PLC通信指令-DPWR_DAT

將一致性數(shù)據(jù)寫入DP從站。指令引腳LADDR(WORD型)是將數(shù)據(jù)寫入智能模塊的通信起始地址，且地址必須用16進(jìn)制格式指定；本例中組態(tài)為QW272(16#110)；RECORD（ANY型）為寫入從站數(shù)據(jù)的源數(shù)據(jù)區(qū)域；RET_VAL（INT型）用來存放指令執(zhí)行過程中的返回值，包括錯(cuò)誤代碼。4.程序設(shè)計(jì)與調(diào)試六、S7-300PLC與DP從站（變頻器）之間的通信4）Main[OB1]程序設(shè)計(jì)思考與練習(xí)Profibus有哪幾種傳輸技術(shù)？各有什么特點(diǎn)？Profibus-DP、Profibus-PA有什么區(qū)別，有什么共同點(diǎn)？在Profibus網(wǎng)絡(luò)中1類主站起什么作用？哪些設(shè)備可以做1類主站？Profibus網(wǎng)絡(luò)從站設(shè)備可以分為幾類？列舉幾種能做從站的設(shè)備名稱。GSD文件有什么作用？它包括哪幾部分內(nèi)容？如何獲取和安裝GSD文件？硬件組態(tài)有什么作用？包括哪些內(nèi)容？DP主站與智能從站通信的傳輸區(qū)域采用什么區(qū)域變量？具有什么特性？《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用》(第3版）168第4章CC-Link總線及其應(yīng)用一、CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線概述二、CC-Link總線網(wǎng)絡(luò)的配置三、

主站模塊的認(rèn)識(shí)四、創(chuàng)建主站程序五、FX3U-16CCL-M模塊的應(yīng)用

CC-Link是Control&CommunicationLink（控制與通信鏈路系統(tǒng)）的簡稱，可以同時(shí)高速處理控制和信息數(shù)據(jù)，是三菱電機(jī)于1996年推出的開放式現(xiàn)場(chǎng)總線，也是唯一起源于亞洲地區(qū)的總線系統(tǒng)。一、CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線概述1）組態(tài)簡單

只需使用通用的PLC編程軟件在主站程序中進(jìn)行簡單的參數(shù)設(shè)置，或者在具有組態(tài)功能的編程軟件配置菜單中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。

2）接線簡單

系統(tǒng)接線時(shí)，僅需使用3芯雙絞線與設(shè)備的兩根通信線DA、DB和接地線DG的接線端子對(duì)應(yīng)連接，另外接好屏蔽線SLD和終端電阻即可完成一般系統(tǒng)的接線。1.總線特點(diǎn)3）設(shè)置簡單

系統(tǒng)需要對(duì)每一個(gè)站的站號(hào)、傳輸速度及相關(guān)信息進(jìn)行設(shè)置；通過接口模塊上相應(yīng)的開關(guān)就可進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的設(shè)置，操作方便直觀。4）維護(hù)簡單、運(yùn)行可靠

由于接線、設(shè)置簡單直觀，含有豐富的RAS功能，使得CC-Link系統(tǒng)的維護(hù)更加方便，運(yùn)行可靠性更高；其監(jiān)視和自檢測(cè)功能使CC-Link系統(tǒng)的維護(hù)和故障后恢復(fù)系統(tǒng)也變得方便和簡單。1.總線特點(diǎn)

CC-Link的底層通訊協(xié)議遵循RS485，采用的是主從通訊方式，一個(gè)CC-Link系統(tǒng)必須有一個(gè)主站而且也只能有一個(gè)主站，主站負(fù)責(zé)控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。但是為了防止主站出現(xiàn)故障而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，CC-Link可以設(shè)置備用主站，當(dāng)主站出故障時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)切換到備用主站。3.通信協(xié)議和方式

CC-Link提供循環(huán)傳輸和瞬時(shí)傳輸兩種通信方式。

CC-Link主要采用循環(huán)傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行通訊，即主站按照從站站號(hào)依次輪詢從站，從站再給予響應(yīng)，因而無論是主站訪問從站還是從站響應(yīng)主站，都是按照站號(hào)進(jìn)行的，從而可以避免通訊沖突造成的系統(tǒng)癱瘓。對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)而言，循環(huán)傳輸每次鏈接掃描的最大容量是2048位和512字，在循環(huán)傳輸數(shù)據(jù)量不夠的情況下，CC-Link還能提供瞬時(shí)傳輸功能，將960字節(jié)的數(shù)據(jù)，用專用指令傳送給智能設(shè)備站或本地站，并且瞬時(shí)傳輸不影響循環(huán)傳輸?shù)倪M(jìn)行。二、CC-Link總線網(wǎng)絡(luò)的配置1.FX3UPLC最大連接的配置CC-Link主站模塊FX3U-16CCL-M是特殊擴(kuò)展模塊，它將與之相連的FX3G/FX3U系列PLC作為CC-Link的主站，主站在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中是控制數(shù)據(jù)鏈接系統(tǒng)的站。

FX3U-64CCL是將FX3G/FX3U系列PLC連入CC-Link網(wǎng)絡(luò)的接口模塊，將與之連接的PLC作為智能設(shè)備站，形成簡單的分散系統(tǒng)。二、CC-Link總線網(wǎng)絡(luò)的配置1.FX3UPLC最大連接的配置示例FX3UPLC最大連接的配置示例

FX3U-80MPLC基本單元有80個(gè)點(diǎn)、主站模塊占用8個(gè)點(diǎn)、每個(gè)遠(yuǎn)程I/O站占用32個(gè)點(diǎn)，則PLC、主站模塊及遠(yuǎn)程I/O站所占有的總點(diǎn)數(shù)為：80+8+32×8=344個(gè)，剩余輸入輸出點(diǎn)數(shù)為（384-344）=40點(diǎn)，因此本系統(tǒng)還可擴(kuò)展40點(diǎn)的輸入輸出模塊或特殊擴(kuò)展模塊；系統(tǒng)最多連接的遠(yuǎn)程設(shè)備站+智能設(shè)備站的總數(shù)為8站，符合約束條件4）。因此系統(tǒng)配置符合基本要求。可見，如果是遠(yuǎn)程設(shè)備站和智能設(shè)備站，可以在不考慮遠(yuǎn)程I/O點(diǎn)的數(shù)量情況下最多連接8個(gè)站。1.FX3UPLC最大連接的配置

在傳輸線路兩端的站上還需要連接終端電阻，以防止線路終端的信號(hào)反射。CC-LINK提供了110歐姆和130歐姆兩種終端電阻，當(dāng)使用CC-LINK專用電纜時(shí)，終端站選用110歐姆電阻，當(dāng)使用CC-LINK專用高性能電纜時(shí)，終端站選用130歐姆電阻。二、CC-Link總線網(wǎng)絡(luò)的配置2.幾個(gè)概念1)本地站

設(shè)備本身有CPU并且可以與主站和其它本地站通信，沒有控制網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的功能。2)遠(yuǎn)程站

包括遠(yuǎn)程I/O