第一章

現(xiàn)場(chǎng)總線與控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)概述、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線基本概念、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)、典型的現(xiàn)場(chǎng)總線介紹1.1、控制系統(tǒng)發(fā)展歷程和趨勢(shì)一、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程（分為6代）50年代前的氣動(dòng)信號(hào)控制PCS稱作第一代（氣動(dòng)）4～20mA等模擬信號(hào)控制系統(tǒng)稱為第二代（模擬）數(shù)字計(jì)算機(jī)集中式控制系統(tǒng)（DDC）稱為第三代（集中+數(shù)字控制）集散控制系統(tǒng)DCS稱作第四代;（分級(jí)）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）稱為第五代（分布）以太網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)稱為第六代（分布和開放）1.1、控制系統(tǒng)發(fā)展歷程和趨勢(shì)1、直接數(shù)字控制系統(tǒng)（Direct

Digital

Control簡(jiǎn)稱DDC

）直接數(shù)字控制系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)極為廣泛的一種應(yīng)用形式。此類系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)除經(jīng)過輸入通道對(duì)多個(gè)過程參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)、采集外，還代替模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的模擬調(diào)節(jié)器，按預(yù)定的調(diào)節(jié)規(guī)則進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)算，然后將運(yùn)算結(jié)果通過過程輸出通道提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)多回路調(diào)節(jié)的目的，其硬件組成原理框圖如圖1所示。1.1、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)圖1直接數(shù)字控制系統(tǒng)1.1、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)工業(yè)PC+內(nèi)插板卡（16位A/D+12位的D/A+定時(shí)器卡+計(jì)數(shù)卡）檢測(cè)信號(hào)（輸入）液位液位計(jì)（4-20mA）+電磁流量計(jì)（4-20mA電流信號(hào)—流速）或旋渦式流量計(jì)（脈沖信號(hào)）控制信號(hào)（輸出）調(diào)節(jié)閥（4-20mA）+電磁氣動(dòng)閥（開關(guān)信號(hào)0V—24V）+繼電器（開關(guān)信號(hào)0V—24V）1.1、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)缺點(diǎn)：當(dāng)控制回路多時(shí)，連線多，可靠性差，操作性和可視性差。1.1、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)2、集散式控制系統(tǒng)（Distribute

Control

System簡(jiǎn)稱DCS

）集散控制系統(tǒng)（DCS）的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，若干臺(tái)下位機(jī)（現(xiàn)場(chǎng)控制站）下放分散到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)分布式控制，各上下位機(jī)之間用控制網(wǎng)絡(luò)互連以實(shí)現(xiàn)相互之間的信息傳遞。DCS的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)有力地克服了集中式數(shù)字控制系統(tǒng)中對(duì)控制器處理能力和可靠性要求高的缺陷，既實(shí)現(xiàn)了地理上和功能上分散的控制，又通過高速數(shù)據(jù)通道把各個(gè)分散點(diǎn)的信息集中監(jiān)視和操作，并實(shí)現(xiàn)高級(jí)復(fù)雜規(guī)律的控制1.1、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)1.1、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)1.1、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程集散控制系統(tǒng)(DCS)優(yōu)點(diǎn)：信息集中，控制（危險(xiǎn)）分散缺點(diǎn)：成本高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無兼容性，當(dāng)控制回路多時(shí)，連線多,沒有做到真正的分布式，且互換性差?！@就引出了基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)1.1、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)3、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FieldBus

Control

System，F(xiàn)CS）現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）作為新一代控制系統(tǒng)，一方面，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;另一方面把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)?？梢哉f，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。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)徹底分散控制，并以這些現(xiàn)場(chǎng)分散的測(cè)量，控制設(shè)備單個(gè)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，將這些點(diǎn)以總線形式連接起來，形成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。它是屬于最底層的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是網(wǎng)絡(luò)化的全分布控制系統(tǒng)1.1、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展歷程1.1、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展歷程現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)優(yōu)點(diǎn)：開放、分散和可互操作缺點(diǎn)：（a）現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)過多各類現(xiàn)場(chǎng)總線之間不能兼容現(xiàn)場(chǎng)總線的速度較低現(xiàn)場(chǎng)總線需專用實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)—這就引出了基于工業(yè)以太網(wǎng)的控制系統(tǒng)1.1、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)4、工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)目前以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)正在工業(yè)自動(dòng)化和過程控制市場(chǎng)迅速增長(zhǎng)。以太網(wǎng)具有其它網(wǎng)絡(luò)無法比擬的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在：1.1、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)開放性：采用公開的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。平臺(tái)無關(guān)性：可以選擇不同廠家、不同類型的設(shè)備和服務(wù)。提供多種信息服務(wù)：提供E-mail、www、FTP等多種信息服務(wù)。圖形用戶界面：統(tǒng)一、友好、規(guī)范化的圖形界面，操作簡(jiǎn)單，易學(xué)易用。1.1、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)信息傳遞快速準(zhǔn)確：信息傳遞快速、準(zhǔn)確。易于實(shí)現(xiàn)多現(xiàn)場(chǎng)總線的集成：相互包容，多種現(xiàn)場(chǎng)總線集成起來協(xié)同完成測(cè)控任務(wù)。易于實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)集成：以太控制網(wǎng)絡(luò)容易與信息網(wǎng)絡(luò)集成，組成統(tǒng)一的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。易于實(shí)現(xiàn)多技術(shù)集成：Ethernet技術(shù)、

TCP/IP技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備管理技術(shù)和無線通信技術(shù)的集成。1.1、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)1.1、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：（a)保持DCS和FCS的優(yōu)點(diǎn)但克服它們的缺點(diǎn)達(dá)到寬廣地域的遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制可直接實(shí)現(xiàn)“E網(wǎng)到底”的網(wǎng)絡(luò)化控制缺點(diǎn)：多種工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)共存，降低了互可替換性和互操作性。1.1、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)二、控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)1、隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為計(jì)算機(jī)用于工業(yè)生產(chǎn)過程創(chuàng)造了良好的條件，工業(yè)控制逐步地從模擬控制、單機(jī)的監(jiān)控、直接數(shù)字控制（DDC）、集散型控制系統(tǒng)（DCS）發(fā)展到現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）。1.1、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)二、控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)2、DCS、PLC和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)正在相互滲透發(fā)展，擴(kuò)大各自的應(yīng)用領(lǐng)域。一般流程工業(yè)的控制一般選用集散型控制系統(tǒng)（DCS），離散型制造業(yè)的控制采用可編程序控制器（PLC）更為合適，隨著DCS和PLC相互滲透發(fā)展繼而擴(kuò)大自己的應(yīng)用領(lǐng)域，將出現(xiàn)DCS和PLC融合于一體的集成過程控制系統(tǒng)。1.1、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)二、控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)3、現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在現(xiàn)代控制領(lǐng)域廣泛滲透對(duì)計(jì)算機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)提出了新的技術(shù)要求。主要體現(xiàn)在，系統(tǒng)的開放性與數(shù)字式互連網(wǎng)絡(luò)性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全分散智能控制；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性；互操作與互用性；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性；很高的實(shí)時(shí)性與良好的時(shí)間確定性；很強(qiáng)的容錯(cuò)能力與高可靠性、高安全性；高度的集成性 （包括系統(tǒng)的集成與技術(shù)的集成）。1.1、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)采用Ethernet技術(shù)，將成為工廠底層控制網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸主干，用以連接系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備，最為典型的是

Ethernet+TCP/IP的傳感器、變送器可以直接成為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。另外儀器儀表向智能化方向發(fā)展，將產(chǎn)生智能儀器儀表，儀器儀表網(wǎng)絡(luò)化，將產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)儀器與遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)。1.1、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)4、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線技術(shù)以及智能傳感器技術(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生了“基于無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器”的全新概念。這種基于無線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器使得工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)能夠通過無線鏈路直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、發(fā)布和共享。無線局域網(wǎng)技術(shù)能夠在工廠環(huán)境下，為各種智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、移動(dòng)機(jī)器人以及各種自動(dòng)化設(shè)備之間的通信提供高帶寬的無線數(shù)據(jù)鏈路和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在一些特殊環(huán)境下有效地彌補(bǔ)了有線網(wǎng)絡(luò)的不足，進(jìn)一步完善了工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的通信性能。1.1、控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程和趨勢(shì)5、工業(yè)控制軟件正向先進(jìn)控制方向發(fā)展，工業(yè)控制軟件主要包括人機(jī)界面軟件、控制軟件以及生

產(chǎn)管理軟件等。目前，我國(guó)已開發(fā)出一批具有自主

知識(shí)產(chǎn)權(quán)的實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件平臺(tái)、先進(jìn)控制軟件、過

程優(yōu)化控制軟件等成套應(yīng)用軟件。作為工控軟件的

一個(gè)重要組成部分，國(guó)內(nèi)人機(jī)界面組態(tài)軟件研制方

面近幾年取得了較大進(jìn)展，軟件和硬件相結(jié)合，為

企業(yè)測(cè)、控、管一體化提供了比較完整的解決方案。1.2、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的基本概念1、現(xiàn)場(chǎng)總線：（1）現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)定義：是一種數(shù)字化的串行雙向通信系統(tǒng)。這一技術(shù)可將所有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(如傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)器等)與控制器用一根電纜連接在一起，形成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)、車間級(jí)的數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)，可完成現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、控制、遠(yuǎn)程傳輸?shù)裙δ堋Ｊ褂矛F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)不但提高了通信能力和系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，而且節(jié)省了系統(tǒng)安裝時(shí)的布線費(fèi)用和硬件費(fèi)用，并更加容易對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理和維護(hù)。1.2、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的基本概念（2）現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus）的發(fā)展過程：現(xiàn)場(chǎng)總線是20世紀(jì)80年代末、90年代初國(guó)際上發(fā)展形成的，用于過程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，已經(jīng)受到世界范圍的關(guān)注，成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，并將導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革?，F(xiàn)場(chǎng)總線遵循ISO的OSI開放系統(tǒng)互連參考模型的全部或部分通訊協(xié)議。FCS則是用開放的現(xiàn)場(chǎng)總線控制通訊網(wǎng)絡(luò)將自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備互連的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)1.2、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的基本概念國(guó)際上許多實(shí)力、有影響的公司都先后在不同程度上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與產(chǎn)品的開發(fā)?，F(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過程設(shè)備的底層，作為工廠設(shè)備級(jí)基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò)，要求具有協(xié)議簡(jiǎn)單、容錯(cuò)能力強(qiáng)、安全性好、成本低的特點(diǎn);具有一定的時(shí)間確定性和較高的實(shí)時(shí)性要求;還具有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載穩(wěn)定，多數(shù)為短幀傳送、信息交換頻繁等特點(diǎn)。由于上述特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)到通訊技術(shù)，都具有不同上層高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的特色。目前，現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)受到普遍重視，發(fā)展很快。從技術(shù)上來說，較好地解決了物理層與數(shù)據(jù)鏈路層中媒體訪問控制子層以及設(shè)備的接入問題。有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線有：CAN、

Profibus、基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF，LonWorks,WorldFIP,和HART。1.2、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的基本概念2、控制網(wǎng)絡(luò)本課程討論的控制網(wǎng)絡(luò)是包括現(xiàn)場(chǎng)總線的更廣泛的概念和技術(shù)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)技術(shù)源于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與一般的信息網(wǎng)絡(luò)有很多共同點(diǎn)，但又有不同之處和獨(dú)特的地方。由于工業(yè)控制系統(tǒng)特別強(qiáng)調(diào)可靠性和實(shí)時(shí)性，所以，應(yīng)用于測(cè)量與控制的數(shù)據(jù)通信不同于一般電信網(wǎng)的通信，也不同于信息技術(shù)中一般計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信。控制網(wǎng)數(shù)據(jù)通信以引發(fā)物質(zhì)或能量的運(yùn)動(dòng)為最終目的。1.2、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的基本概念用于測(cè)量與控制的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的主要要求如下：?允許對(duì)實(shí)時(shí)響應(yīng)的事件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)通信；?具有很高的數(shù)據(jù)完整性；?在電磁干擾的情況下能正常工作；?多使用專用的通信網(wǎng)等。1.2、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的基本概念控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的具體不同如下：①

控制網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性和系統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性是控制系統(tǒng)最基本的要求。一般來說，過程控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間要求為0.01～0.5s，制造自動(dòng)化系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間要求 0.5～2.0s，信息網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時(shí)間要求為2.0～6.0s。在信息網(wǎng)絡(luò)的大部分使用中實(shí)時(shí)性是可以忽略的。1.2、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的基本概念控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的具體不同如下：②

控制網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)調(diào)在惡劣環(huán)境下數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?、可靠性?？刂凭W(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有在高溫、潮濕、振動(dòng)、腐蝕，特別是電磁干擾等工業(yè)環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)、可靠、完整地傳送數(shù)據(jù)的能力，并能抗工業(yè)電網(wǎng)的浪涌、跌落和尖峰干擾。在可燃和易爆場(chǎng)合，控制網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)具有本質(zhì)安全性能。1.3、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)一、主要技術(shù)特點(diǎn)1、系統(tǒng)的開放性。開放系統(tǒng)是指通信協(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，現(xiàn)場(chǎng)總線開發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)的開放系統(tǒng)。這里的開放是指對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致、公開性，強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從。一個(gè)開放系統(tǒng)，它可以與任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其它設(shè)備或系統(tǒng)相連。一個(gè)具有總線功能的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須是開放的，開放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權(quán)利交給了用戶。用戶可按自己的需要和對(duì)象把來自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。1.3、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)一、主要技術(shù)特點(diǎn)2、互可操作性與互用性，這里的互可操作性，是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信。而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可進(jìn)行互換而實(shí)現(xiàn)互用。1.3、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)一、主要技術(shù)特點(diǎn)3、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性。它將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能，并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。1.3、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)一、主要技術(shù)特點(diǎn)4、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身已可完成自動(dòng)控制的基本功能，使得現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。1.3、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)一、主要技術(shù)特點(diǎn)5、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性。工作在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備前端，作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線，是專為在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境工作而設(shè)計(jì)的，它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實(shí)現(xiàn)送電與通信，并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等。1.3、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)二、現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)越性由于現(xiàn)場(chǎng)總線和控制網(wǎng)絡(luò)的以上特點(diǎn)，特別是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，使控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及其檢修維護(hù)，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。1、節(jié)省硬件數(shù)量與投資。由于現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中分散在設(shè)備前端的智能設(shè)備能直接執(zhí)行多種傳感、控制、報(bào)警和計(jì)算功能，因而可減少變送器的數(shù)量，不再需要單獨(dú)的控制器、計(jì)算單元等，也不再需要DCS系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理、轉(zhuǎn)換、隔離技術(shù)等功能單元及其復(fù)雜接線，從而節(jié)省了一大筆硬件投資。1.3、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)二、現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)越性2、節(jié)省安裝費(fèi)用?，F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的接線十分簡(jiǎn)單，由于一對(duì)雙絞線或一條電纜上通?？蓲旖佣鄠€(gè)設(shè)備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線設(shè)計(jì)與接頭校對(duì)的工作量也大大減少。當(dāng)需要增加現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備時(shí)，無需增設(shè)新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，既節(jié)省了投資，也減少了設(shè)計(jì)、安裝的工作量。據(jù)有關(guān)典型試驗(yàn)工程的測(cè)算，可節(jié)約安裝費(fèi)用

60%以上。1.3、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)二、現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)越性3、節(jié)省維護(hù)開銷。由于現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有自診斷與簡(jiǎn)單故障處理的能力，并通過數(shù)字通訊將相關(guān)的診斷維護(hù)信息送往控制室，用戶可以查詢所有設(shè)備的運(yùn)行，診斷維護(hù)信息，以便早期分析故障原因并快速排除?？s短了維護(hù)停工時(shí)間，同時(shí)由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，連線簡(jiǎn)單而減少了維護(hù)工作量。1.3、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)二、現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)越性4、用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)。用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來集成系統(tǒng)。避免因選擇了某一品牌的產(chǎn)品被“框死”了設(shè)備的選擇范圍，不會(huì)為系

統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展，使系統(tǒng)集成過程中的主動(dòng)權(quán)掌握在用戶手中。1.3、控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)二、現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)越性5、提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性。由于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的智能化、數(shù)字化，與模擬信號(hào)相比，它從根本上提高了測(cè)量與控制的準(zhǔn)確度，減少了傳送誤差。同時(shí)，由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，設(shè)備與連線減少，現(xiàn)場(chǎng)儀表內(nèi)部功能加強(qiáng):減少了信號(hào)的往返傳輸，提高了系統(tǒng)的工作可靠性。此外，由于它的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化，因而還具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。1.4、網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)1、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)概念：網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)（Networked

ControlSystem，簡(jiǎn)稱NCS）是隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的出現(xiàn)和成熟而出現(xiàn)的，現(xiàn)場(chǎng)總線促使了控制系統(tǒng)由集散控制系統(tǒng)（DCS）向現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）的過渡。1.5、網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)2、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)反饋控制的系統(tǒng)。1.5、網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化遙控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化參數(shù)調(diào)整系統(tǒng)1.5、網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化傳感系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化執(zhí)行系統(tǒng)1.5、網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)通用網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)?更多。。。1.5、網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)3、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例?網(wǎng)絡(luò)化伺服控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?網(wǎng)絡(luò)化倒立擺控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器魚控制系統(tǒng)1.5、網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化伺服控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)控制器位于中科院自動(dòng)化所被控系統(tǒng)位于英國(guó)格拉摩根大學(xué)互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)為160至320毫秒互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)化控制器（在中國(guó)）伺服控制系統(tǒng)（在英國(guó)）1.5、網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)基于局域網(wǎng)的倒立擺控制局部閉環(huán)控制(沒有網(wǎng)絡(luò))：閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定普通網(wǎng)絡(luò)化控制:閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)化預(yù)測(cè)控制：閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，其效果與局部閉環(huán)控制相似1.5、網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器魚控制系統(tǒng)帶多傳感器的機(jī)器魚水下和水上傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)控制和協(xié)作1.5、網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的問題隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)隨機(jī)數(shù)據(jù)丟失時(shí)鐘同步數(shù)據(jù)安全控制區(qū)域廣數(shù)據(jù)傳輸大兼容性好使用方便…3、網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)特點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1.6典型的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介一、現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的形成現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)起源于歐洲，目前以歐美地區(qū)最為發(fā)達(dá)。由于這是一項(xiàng)帶有革命性的、領(lǐng)導(dǎo)今后各領(lǐng)域自動(dòng)化潮流的技術(shù)，各國(guó)、各公司都投入了大量的人力、財(cái)力在市場(chǎng)上展開了激烈的競(jìng)爭(zhēng)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界上已出現(xiàn)過的總線種類近200種，經(jīng)過10多年的競(jìng)爭(zhēng)和完善，目前較有生命力的有幾十種，并仍處于激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)之中。1.6典型的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介在現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展中有一些現(xiàn)象很值得注意：1、每種總線都有其產(chǎn)生的背景和應(yīng)用領(lǐng)域?？偩€是為了滿足自動(dòng)化發(fā)展的需求而產(chǎn)生的，由于不同領(lǐng)域的自動(dòng)化需求各有其特點(diǎn)，因此在某個(gè)領(lǐng)域中產(chǎn)生的總線技術(shù)一般對(duì)這一特定的領(lǐng)域的滿足度高一些，應(yīng)用多一些，適用性好一些。如FF總線(Foundation

Fieldbus)主要適用于流程工業(yè)，Profibus較適合于工廠自動(dòng)化，CAN適用于汽車工業(yè)，Lon適用于樓宇自動(dòng)化等。1.6典型的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介在現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展中有一些現(xiàn)象很值得注意：2、現(xiàn)場(chǎng)總線都力圖拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，以擴(kuò)張其勢(shì)力范圍。在一定應(yīng)用領(lǐng)域中已取得良好業(yè)績(jī)的總線，往往會(huì)進(jìn)一步根據(jù)需要向其他領(lǐng)域發(fā)展。如Profibus在DP的基礎(chǔ)上又開發(fā)出PA，以適用于流程工業(yè)。3、大多數(shù)總線都成立了相應(yīng)的國(guó)際組織，力圖在制造商和用戶中創(chuàng)造影響，以取得更多方面的支持，同時(shí)也想顯示出其技術(shù)是開放的。如WorldFIP國(guó)際用戶組織、

FF基金會(huì)、Profibus國(guó)際用戶組織、P-net國(guó)際用戶組織，ControlNet國(guó)際用戶組織等。1.6典型的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介在現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展中有一些現(xiàn)象很值得注意：4、每種總線都有一個(gè)或幾個(gè)公司且多是大型跨國(guó)公司為背景，公司的利益與總線的發(fā)展息息相關(guān)，如Profibus以Siemens公司為主要支持，ControlNet以Rockwell公司為主要背景，WorldFIP以ALSTOM公司為主要后臺(tái)。5、大多數(shù)設(shè)備制造商都積極參加不止一個(gè)總線組織，以圖左右逢源。有些公司甚至參加2-4個(gè)總線組織。道理很簡(jiǎn)單，裝置是要掛在系統(tǒng)上的。1.6典型的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介在現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展中有一些現(xiàn)象很值得注意：6、每種總線大多將自己作為國(guó)家或地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，以加強(qiáng)自己的競(jìng)爭(zhēng)地位?，F(xiàn)在的情況如下，P-net已成為丹麥標(biāo)準(zhǔn)，Profibus已成為德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，WorldFIP已成為法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。上述3種總線于1994年成為并列的歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170，其他總線也都形成了各組織的技術(shù)規(guī)范。1.6、典型的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介二、IEC

61158現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過14年的紛爭(zhēng)，經(jīng)過投標(biāo)，最終8種現(xiàn)場(chǎng)成為國(guó)際IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，它們是：FF的H1，ControlNet，ProfiBus，InterBus,P-net,WorldFIP,Swiftnet,FF的高速Ethernet即HSE。其中P-net，Swiftnet是專用總線；ControlNet，ProfiBus，InterBus，WorldFIP從PLC發(fā)展而來。FF和HSE是從DCS發(fā)展而來。這8種總線的兼容性和互超做操作十分困難。1.6、典型的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介隨著新IEC61158的發(fā)布，8種總線共存于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的事實(shí)結(jié)束了這個(gè)討論。只搞一種總線的聲音也隨之銷聲匿跡。多種總線共存的格局已在國(guó)際和國(guó)內(nèi)成為定式。IEC是把8種總線協(xié)議打碎再混在一起搞成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，而歐洲是一個(gè)總線一個(gè)總線地制訂標(biāo)準(zhǔn)，在IEC新的61158標(biāo)準(zhǔn)投票時(shí)，它的立場(chǎng)已從單一的總線轉(zhuǎn)到了承認(rèn)多種總線共存的立場(chǎng)上來了。這一轉(zhuǎn)變事實(shí)上使多年未能通過的標(biāo)準(zhǔn)一下子得到了大多數(shù)人的贊同，解決了多年懸而未決的問題。這是其進(jìn)步意義所在，是協(xié)調(diào)各方利益的最后產(chǎn)物。但這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是個(gè)政治產(chǎn)物，其結(jié)構(gòu)存在很大問題，它把事實(shí)上相互獨(dú)立的8種協(xié)議，寫在一個(gè)文本中，讓人在表面上看是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。承認(rèn)多總線共存這一事實(shí)，滿足了各總線在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中占有一席之地的要求。1.6、典型的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介該標(biāo)準(zhǔn)使用困難的原因：標(biāo)準(zhǔn)厚達(dá)4000頁(yè)，8種總線揉在一起。用戶要想用某一種，還要從里面往外挑，人為造成很多麻煩。對(duì)于我們采標(biāo)來說，8種總線，有些是很著名的，國(guó)內(nèi)也有應(yīng)用和開發(fā)，有些在國(guó)內(nèi)卻沒人聽說過，一定都要將其轉(zhuǎn)化為我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)在是沒有道理。8種總線開放程度并不相同，如果開放程度不夠，照著標(biāo)準(zhǔn)也開發(fā)不出來。IEC標(biāo)準(zhǔn)的8種總線之外也還存在一些市場(chǎng)上很活躍的總線，我們的體系也應(yīng)具有一定的靈活性和開放性。每種總線都還在進(jìn)行不斷的發(fā)展、改進(jìn)、完善、擴(kuò)展，結(jié)構(gòu)混雜，難以進(jìn)行跟蹤。1.6、典型的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介三、典型的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介1、CANCAN(ControllerAreaNetwork)稱為控制局域網(wǎng)，屬于總線式通訊網(wǎng)絡(luò)。CAN總線規(guī)范了任意兩個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)之間的兼容性，包括電氣特性及數(shù)據(jù)解釋協(xié)議，CAN協(xié)議分為二層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。物理層決定了實(shí)際位傳送過程中的電氣特性，在同一網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(diǎn)的物理層必須保持一致，但可以采用不同方式的物理層。CAN的數(shù)據(jù)鏈路層功能包括幀組織形式，總線仲裁和檢錯(cuò)、錯(cuò)誤報(bào)告及處理，確認(rèn)哪個(gè)信息要發(fā)送的，確認(rèn)接收到的信息及為應(yīng)用層提供了接口。1.6、典型的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介由于其高性能、高可靠性及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，CAN總線越來越受到人們的重視，國(guó)外已經(jīng)有很多大公司的產(chǎn)品采用了這一技術(shù)。CAN最初是由德國(guó)的BOSCH公司為汽車監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，但由于CAN總線本身的突出特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)域目前已不再局限于汽車行業(yè)，而向軍事裝備、過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。

CAN已經(jīng)形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898，并已被公認(rèn)為幾

種最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。1.6、典型的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介一、起源1986年2月Robert

Bosch公司在

SAE汽車工程協(xié)會(huì)大會(huì)上介紹了一種新型的串行總線CAN控制器局域網(wǎng),那是

CAN誕生的時(shí)刻。今天在歐洲幾乎每一輛新客車均裝配有

CAN局域網(wǎng),同樣

CAN也用于其他類型的交通工具從火車到輪船或者用于工業(yè)控制。

CAN已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)最重要的總線之一，甚至領(lǐng)導(dǎo)著串行總線。在

1999年接近6千萬個(gè)

CAN控制器投入應(yīng)用

2000年市場(chǎng)銷售超過1億個(gè)

CAN器件。在1980年的早些時(shí)候

Bosch公司的工程師就開始論證當(dāng)時(shí)的串行總線用于客車系統(tǒng)的可行性，因?yàn)闆]有一種現(xiàn)成的網(wǎng)絡(luò)方案能夠完全滿足汽車工程師們的要求。于是在1983年初

Uwe

Kiencke開始研究一種新的串行總線，新總線的主要方向是增加新功能，減少電氣連接線使其能夠用于產(chǎn)品而非用于驅(qū)動(dòng)技術(shù)，來自

Mercedes-Benz的工程師較早制定了總線的狀態(tài)說明，而

Intel也準(zhǔn)備作為半導(dǎo)體生產(chǎn)的主要廠商，當(dāng)時(shí)聘請(qǐng)的顧問之一是來自于德國(guó)

Braunschweig-Wolfenbü

tel的Applied

Science大學(xué)教授

Wolfhard

Lawrenz博士給出了新網(wǎng)絡(luò)方案的名字

Controler

Area

Network,簡(jiǎn)稱

CAN。來自

Karlsruhe大學(xué)的教授Horst

Wetstein博士也提供了理論支持。1.6、典型的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介1986年2月CAN誕生了在底特律的汽車工程協(xié)會(huì)大會(huì)上由Bosch公司研究的新總線系統(tǒng)被稱為汽車串行控制器局域網(wǎng)，Uwe

KienckeSiegfriedDais和MartinLitschel分別介紹了這種多主網(wǎng)絡(luò)方案，此方案基于非破壞性的仲裁機(jī)制能夠確保高優(yōu)先級(jí)報(bào)文的無延遲傳輸，并且不需要在總線上設(shè)置主控制器。此外CAN之父—上述幾位教授和

Bosch公司的Wolfgang

Borst

Wolfgang

Botzenhard

Oto

Karl

Helmut

Scheling

Jan

Unruh已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)種在CAN中的錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制該錯(cuò)誤檢測(cè)也包括自動(dòng)斷開故障節(jié)點(diǎn)功能以確保能繼續(xù)進(jìn)行剩余節(jié)點(diǎn)之間的通訊，傳輸?shù)膱?bào)文并非根據(jù)報(bào)文發(fā)送器/接收器的節(jié)點(diǎn)地址識(shí)別（幾乎其它的總線都是如此），而是根據(jù)報(bào)文的內(nèi)容識(shí)別，同時(shí)用于識(shí)別報(bào)文的標(biāo)識(shí)符也規(guī)定了該報(bào)文在系統(tǒng)中的優(yōu)先級(jí)。1.6、典型的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介二、標(biāo)準(zhǔn)化與一致性在1990年早些時(shí)候Bosch

CAN規(guī)范CAN

2.0版被提交給國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織，在數(shù)次行政討論之后，應(yīng)一些主要的法國(guó)汽車廠商要求增加了Vehicle

Area

Network（

VAN）內(nèi)容并于

1993年11月出版了CAN的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898，除了CAN協(xié)議外，它也規(guī)定了最高至

1Mbps波特率時(shí)的物理層，同時(shí)，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11519-2中也規(guī)定了CAN數(shù)據(jù)傳輸中的容錯(cuò)方法，1995年，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898進(jìn)行了擴(kuò)展，以附錄的形式說明了29位CAN標(biāo)識(shí)符，但令人傷心的是，所有出版的CAN規(guī)范均包含錯(cuò)誤或者不完整。因此，為避免出現(xiàn)不兼容的CAN應(yīng)用Bosch公司一直在進(jìn)行驗(yàn)證CAN芯片是否基于Bosch的CAN參考模型的工件此外幾年來在Lawrenz教授領(lǐng)導(dǎo)下位于德國(guó)Braunschweig/Wolfenbütel的AppliedScience大學(xué)進(jìn)行CAN的一致性測(cè)試測(cè)試模式基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試規(guī)范ISO16845。當(dāng)前，修訂的CAN規(guī)范正在標(biāo)準(zhǔn)化中ISO11898-1稱為CAN數(shù)據(jù)鏈路層ISO11898-2稱為非容錯(cuò)CAN物理層ISO11898-3稱為容錯(cuò)CAN物理層國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11992卡車和拖車接口和ISO11783農(nóng)業(yè)和森林機(jī)械都在美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)J1939的基礎(chǔ)上定義了基于CAN應(yīng)用的子協(xié)議但是它們并不完整1.6、典型的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介三、CAN先行者的發(fā)展盡管當(dāng)初研究CAN的起點(diǎn)是應(yīng)用于客車系統(tǒng)，但CAN的第一個(gè)市場(chǎng)應(yīng)用卻來自于其他領(lǐng)域，特別是在北歐CAN早已得到非常普遍的應(yīng)用，在荷蘭，電梯廠商Kone使用CAN總線，瑞士工程辦公室Kvaser建議將CAN應(yīng)用至一些紡織機(jī)械廠，Lindauer

Dornier和Sulzer并由他們提供機(jī)器的通訊協(xié)議，這一領(lǐng)域中在Lars-BernoFredriksson的領(lǐng)導(dǎo)下公司建立了CAN紡織機(jī)械用戶集團(tuán)。到1989年他們已研究出通訊原理并于

1990年早期幫助建立CANKingdom開發(fā)環(huán)境盡管CAN

Kingdom并不是一種基于OSI參考模型的應(yīng)用層但它被認(rèn)為是基于CAN的高層協(xié)議的原型在荷蘭Philips醫(yī)療系統(tǒng)決定使用CAN構(gòu)成X光機(jī)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，成為CAN的工業(yè)用戶，主要由Tom

Suters發(fā)表的Philips報(bào)文規(guī)范，PMS提出了

CAN網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)應(yīng)用層來自德國(guó)Weingarten的Applied

Science大學(xué)教授Konrad

Etschberger博士也持同樣的觀點(diǎn)他管理Steinbeis

Transfer

Center

forProces

Automation

Stzp公司現(xiàn)在更名為IXXAT

Automation公司并開發(fā)出一個(gè)類似的方案不管如何第一個(gè)高層協(xié)議正在形成大多數(shù)CAN的先行者使用單片電路的方法通訊功能網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用代碼組合在同一個(gè)軟件之中即使一些用戶有較多的標(biāo)準(zhǔn)模塊可供利用但面對(duì)所有的解決方案，他們也一定存在著缺陷必須持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展CAN的高層協(xié)議即使在今天仍然有部分用戶低估這個(gè)問題。1.6、典型的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介在

1990

年的早些時(shí)候

開始籌劃成立一個(gè)用戶組織

，從而將不同的解決方案標(biāo)準(zhǔn)化

，在

1992

年初的幾個(gè)月里

當(dāng)時(shí)

VMEbus

雜志的主管，

出版社Franzis

Holger

Zeltwanger

將用戶和廠商集中在一起

，討論建立一個(gè)促進(jìn)

CAN

技術(shù)發(fā)展的中立平臺(tái)

，同時(shí)也針對(duì)串行總線市場(chǎng)進(jìn)行分析

1992

年

5月

CiA

CAN

in

Automation

用戶集團(tuán)正式成立

僅在幾個(gè)星期后

CiA

即發(fā)表了第一份技術(shù)雜志

那是關(guān)于物理層的CiA

推薦僅使用遵循

ISO11898

的

CAN收發(fā)器

到現(xiàn)在為止

在當(dāng)時(shí)的，

CAN

網(wǎng)中使用非常普遍但并不兼容的。RS-485

收發(fā)器已基本消失，盡管它也是廠商提供的，

CiA

的首批任務(wù)之一是規(guī)定

CAN

的應(yīng)用層

根據(jù)

Philips

醫(yī)療系統(tǒng)

PMS

和

Stzp

所提供的內(nèi)容

依靠其余

CiA會(huì)員的協(xié)助

CAL，CAN應(yīng)用層，也稱為“綠皮書”誕生了，在制定

CAN應(yīng)用規(guī)范時(shí)，CiA的一個(gè)主要任務(wù)是進(jìn)行

CAN專家和其他

CAN學(xué)習(xí)者之間的信息交流。因此，從1994年起

CiA每年召開一次國(guó)際

CAN會(huì)議iCC另外一個(gè)理論的方法是借鑒于

LAV一個(gè)農(nóng)業(yè)的交通工具協(xié)會(huì)在1980年晚些時(shí)候開始一個(gè)基于CAN的農(nóng)業(yè)交通工具總線系統(tǒng)

LBS被制定出但在工作最終完成前國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)決定改向支持US解決方案，J1939這也是一個(gè)基于

CAN的應(yīng)用子協(xié)議由SAE的Truck

and

Bus協(xié)會(huì)制定

J1939，是一個(gè)非模塊化的方案簡(jiǎn)單易學(xué)但靈活性很差1.6、典型的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介四、從理論到實(shí)踐當(dāng)然生產(chǎn)

CAN模塊集成器件的

15家半導(dǎo)體廠商主要聚焦于汽車工業(yè)從

1990年中期起

Infineon公司和

Motorola公司已向歐洲的客車廠商提供了大量的

CAN控制器作為下一波從1990年后期起，遠(yuǎn)東的半導(dǎo)體廠商也開始提供

CAN控制器

1994年NEC推出了傳說中的

CAN芯片

72005，但是這一步太早了，當(dāng)時(shí)，這個(gè)器件并不能投入使用。從1992年起

Mercedes-Benz奔馳開始在他們的高級(jí)客車中使用

CAN技術(shù)第一步使用電子控制器通過

CAN對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行管理第二步使用控制器接收人們的操作信號(hào)這就使用了

2個(gè)物理上獨(dú)立的CAN總線系統(tǒng)它們通過網(wǎng)關(guān)連接其他的客車廠商也紛紛趕來斯圖加特學(xué)習(xí)在他們的客車上也使用2套CAN總線系統(tǒng)現(xiàn)在繼Volvo

Saab

Volkswagen

BMW之后Renault和Fiat也開始在他們的汽車上使用CAN總線，在1990的早些時(shí)候美國(guó)俄亥俄州的機(jī)械工程公司的工程師們與Alen-Bradley公司Honeywel微型開關(guān)公司開始了一個(gè)合資項(xiàng)目?jī)?nèi)容是基于CAN的通訊與控制但是不久之后項(xiàng)目組的重要成員離開合資項(xiàng)目終止但Alen-Bradley公司和Honeywel公司各自繼續(xù)從事這項(xiàng)工作這導(dǎo)致產(chǎn)生了兩個(gè)高層協(xié)議

DeviceNet和SmartDistributed

System（

SDS），而且這

2個(gè)協(xié)議在較低層的通訊層上非常相似。1.6、典型的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介五、CAN前景展望盡管

CAN

協(xié)議已經(jīng)有

15

年的歷史

但它仍處在改進(jìn)之中，從2000

年開始，一個(gè)由數(shù)家公司組成的

ISO任務(wù)組織定義了一種時(shí)間觸發(fā)

CAN

報(bào)文傳輸?shù)膮f(xié)議。

Bernd

Mueler

博士

Thomas

Fuehrer

Bosch

公司人員、半導(dǎo)體工業(yè)專家、學(xué)術(shù)研究專家將此協(xié)議定義為：時(shí)間觸發(fā)通訊的

CAN

TTCAN計(jì)劃在將來標(biāo)準(zhǔn)化為

ISO11898-4

這個(gè)

CAN的擴(kuò)展已在硅片上實(shí)現(xiàn)，不僅可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制下支持報(bào)文的時(shí)間觸發(fā)傳輸，而且可以實(shí)現(xiàn)

CAN

的

x-by-

wire

應(yīng)用，

因?yàn)?/p>

CAN

協(xié)議并未改變，

所以，

在同一個(gè)的物理層上，

既可以實(shí)現(xiàn)傳輸時(shí)間觸發(fā)的報(bào)文也可以實(shí)現(xiàn)傳輸事件觸發(fā)的報(bào)文TTCAN

將為

CAN

延長(zhǎng)

5-10

年的生命期。

現(xiàn)在

CAN

在全球市場(chǎng)上仍然處于起始點(diǎn)，當(dāng)?shù)玫街匾晻r(shí)，誰也無法預(yù)料

CAN總線系統(tǒng)在下一個(gè)

10、15年內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)。這里需要強(qiáng)調(diào)一個(gè)現(xiàn)實(shí)，近幾年內(nèi)美國(guó)和遠(yuǎn)東的汽車廠商將會(huì)在他們所生產(chǎn)汽車的串行部件上使用

CAN另外大量潛在的新應(yīng)用，例如：娛樂正在呈現(xiàn)，不僅可用于客車，也可用于家庭消費(fèi)，同時(shí)，結(jié)合高層協(xié)議應(yīng)用的特殊保安系統(tǒng)對(duì)

CAN的需求也正在穩(wěn)健增長(zhǎng)，德國(guó)專業(yè)委員會(huì)

BIA和德國(guó)安全標(biāo)準(zhǔn)權(quán)威

TüV已經(jīng)對(duì)一些基于

CAN的保安系統(tǒng)進(jìn)行了認(rèn)證CANopen-Safety是第一個(gè)獲得

BIA許可的

CAN解決方案

DeviceNet-Safety也會(huì)馬上跟進(jìn)，全球分級(jí)協(xié)會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)者之一

Germanischer

Lloyd正在準(zhǔn)備提議將

CANopen固件應(yīng)用于海事運(yùn)輸在其他事務(wù)中規(guī)范定義可以通過自動(dòng)切換將

CANopen網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為冗余總線系統(tǒng)。1.6、典型的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介在1994年早些時(shí)候

Alen-Bradley將DeviceNet規(guī)范移交給專職推廣DeviceNet的組織

Open

DeviceNet

Vendor

Association

ODVA而Honeywel則放棄了在

SDS方面的努力使得

SDS更象

Honeywel公司的內(nèi)部解決方案

DeviceNet特別為工廠自動(dòng)控制而定制因此使其成為類似

Profibus-DP和Interbus協(xié)議的有力競(jìng)爭(zhēng)者,倘若僅從即插即用的功能考慮

DeviceNet已經(jīng)成為美國(guó)特定應(yīng)用領(lǐng)域中的領(lǐng)導(dǎo)者。在歐洲一些公司在嘗試使用

CAL盡管

CAL在理論上正確并在工業(yè)上可以投入應(yīng)用但每個(gè)用戶都必須設(shè)計(jì)一個(gè)新的子協(xié)議因?yàn)?/p>

CAL是一個(gè)真正的應(yīng)用層

CAL可以被

看作一個(gè)應(yīng)用

CAN方案的必要理論步驟,但在這一領(lǐng)域它不會(huì)被推廣,從1993年起,在Esprit

project

ASPIC范圍內(nèi)由Bosch領(lǐng)導(dǎo)的歐洲協(xié)會(huì)研究出一個(gè)原型由此發(fā)展成為

CANopen它是一個(gè)基于

CAL的子協(xié)議,用于產(chǎn)品部件的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)控制,在理論方面,

來自德國(guó)

Reutlingen

的

Applied

Science

大學(xué)教授

GerhardGruhler

博士

和來自Newcastle

UK

大學(xué)的

Mohammed

Farsi

積極參與

均是其中最成功的活躍分子之一,在項(xiàng)目完成之后，CANopen

規(guī)范移交給

CiA

組織

由其進(jìn)行維護(hù)與發(fā)展,

在

1995

年

CiA

發(fā)表了完整版的

CANopen

通訊子協(xié)議,

僅僅用了

5

年的時(shí)間

它已成為全歐洲最重要的嵌入式網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),

CANopen不僅定義了應(yīng)用層和通訊子協(xié)議,也為可編程系統(tǒng)、不同器件、接口、應(yīng)用子協(xié)議定義了頁(yè)狀態(tài)、這也就是工業(yè)領(lǐng)域，

如打印機(jī)，海事應(yīng)用，醫(yī)療系統(tǒng)，

決定使用

CANopen

的一個(gè)重要原因。DeviceNet和CANopen,是兩個(gè)定位于不同市場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層協(xié)議

EN

50325，DeviceNet適合于工廠自動(dòng)化控制，CANopen適合于所有機(jī)械的嵌入式網(wǎng)絡(luò)，這又造就了兩個(gè)不同的應(yīng)用范圍，因此，有必要定義應(yīng)用層的規(guī)范歷史，可以將一些特定1.6、典型的現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)