1、現(xiàn)場總線知識點匯總1. 現(xiàn)場總線定義：（1）國際電工委員會IEC61158標(biāo)準(zhǔn)定義，現(xiàn)場總線是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線。 （2）應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場，在測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信技術(shù)。2. 現(xiàn)場總線技術(shù)是在20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的，是計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)（即3C技術(shù)）發(fā)展匯集成的結(jié)合點，是信息技術(shù)、數(shù)字化、智能化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到現(xiàn)場的結(jié)果。2. 現(xiàn)場總線亦稱為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)成為控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的代名詞。3. 現(xiàn)場總線以測量控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，以雙絞線等傳輸介質(zhì)為紐帶，把位于生產(chǎn)現(xiàn)場、具備了數(shù)字計算和數(shù)字通

2、信能力的測量控制設(shè)備連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在多個測量控制設(shè)備之間、以及現(xiàn)場設(shè)備與遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機(jī)之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成適應(yīng)各種應(yīng)用需求的自動控制系統(tǒng)。（三要素：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、傳輸介質(zhì)、通信協(xié)議）4. 與一般的電信網(wǎng)和一般的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相比，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)特別強(qiáng)調(diào)可靠性和實時性，現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)通信是以引發(fā)物質(zhì)或能量的運動為最終目的。5. 現(xiàn)場總線產(chǎn)生的背景和時代需求：處于企業(yè)生產(chǎn)過程底層的測量自動化系統(tǒng)，由于設(shè)備之間采用傳統(tǒng)的一對一連線，用電壓、電流的模擬信號進(jìn)行測量控制，或采用自成體系的封閉式的集散系統(tǒng)，難以實現(xiàn)設(shè)備之間以及系統(tǒng)與外界之間的信息交換，使自動化系統(tǒng)成為“信

3、息孤島”。要實現(xiàn)整個企業(yè)的信息集成，要實施綜合自動化，就要構(gòu)建運行在生產(chǎn)現(xiàn)場、性能可靠、造價低廉的工廠底層網(wǎng)絡(luò)，完成現(xiàn)場自動化設(shè)備之間的多點數(shù)字通信，實現(xiàn)底層現(xiàn)場設(shè)備之間、以及生產(chǎn)現(xiàn)場與外界的信息交換?，F(xiàn)場總線作為現(xiàn)場設(shè)備之間互聯(lián)的控制網(wǎng)絡(luò)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系，為徹底打破自動化系統(tǒng)的信息孤島僵局創(chuàng)造了條件。6. 工業(yè)自動控制系統(tǒng)歷史（1）20世紀(jì)50年代，模擬儀表控制系統(tǒng)（ACS）；（2）20世紀(jì)60年代，直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）；（3）20世紀(jì)70年代，集散控制系統(tǒng)（DCS）；（4）20世紀(jì)90年代，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）。7. FCS特點

4、： 1）FCS的信號傳輸實現(xiàn)了全數(shù)字化 2）FCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是全分散式 3）FCS的現(xiàn)場設(shè)備具有互操作性 4）FCS的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)了全開放 5）FCS的環(huán)境適應(yīng)性與總線供電8.集散控制系統(tǒng)的不足：從結(jié)構(gòu)上看，在系統(tǒng)的一個局部，或者子系統(tǒng)，基本上還是集中式控制，系統(tǒng)分散得不夠徹底，集中式控制系統(tǒng)存在的問題沒有從根本上得到解決?，F(xiàn)場仍采用模擬信號，電纜較多，成本較高。各公司的DCS各有各的標(biāo)準(zhǔn)，不能實現(xiàn)互聯(lián)。9. 現(xiàn)場總線的發(fā)展現(xiàn)狀：國際電工委員會/國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（IEC/ISA）自1984年起現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)工作，但統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)至今仍未完成。1）技術(shù)原因。目前尚沒有一種現(xiàn)場總線對所有應(yīng)用領(lǐng)域在技術(shù)上都是

5、最優(yōu)的。 2）利益驅(qū)動。導(dǎo)致自動化行業(yè)形成多種總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并存現(xiàn)狀?，F(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)一直未能統(tǒng)一，真正實現(xiàn)開放性遠(yuǎn)未達(dá)到。將以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)自動控制系統(tǒng)的呼聲越來越高，也就是使得控制和管理系統(tǒng)中的信息無縫銜接，真正實現(xiàn)“一網(wǎng)到底”。 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)有望解決這一問題10. 誕生于不同領(lǐng)域的總線技術(shù)往往對這一特定的領(lǐng)域的適用性就好一些。v PROFIBUS適合于工廠自動化v CAN適用于汽車工業(yè)v FF總線適用于過程控制v LonWorks適用于樓宇自動化v SwiftNet適用于飛機(jī)制造v P-NET適用于農(nóng)業(yè)11. 現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)1）ISO11898和ISO11519 v ISO11898

6、：道路交通工具（Road Vehicle）數(shù)字信息交換（Interchange of digital information）用于高速通信（For high-speed communication）的控制器局域網(wǎng)（CAN） ；v ISO11519：低速CAN和VAN的標(biāo)準(zhǔn)。 2）IEC61158 ：FF H1 、ControlNet、 PROFIBUS 、P-NET 、FF HSE、 SwiftNet 、WorldFIP、Interbus。3）IEC62026：DeviceNet、AS-i IEC62026為低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的現(xiàn)場總線。12. 工業(yè)以太網(wǎng)定義v 應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域的以太

7、網(wǎng)技術(shù) v 以太網(wǎng)（Ethernet）由Xerox、DEC、Intel聯(lián)合推出的局域網(wǎng)物理層與數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范。電子電氣工程師協(xié)會在此基礎(chǔ)上制定了局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3，已成為信息網(wǎng)絡(luò)的實際標(biāo)準(zhǔn)。 v 工業(yè)以太網(wǎng)一般是指技術(shù)上與商用以太網(wǎng)兼容，但在產(chǎn)品設(shè)計、材質(zhì)的選用、產(chǎn)品的強(qiáng)度、適用性以及實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質(zhì)安全等方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場的需要。 13. 工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢1）應(yīng)用廣泛2）成本低廉3）通信速率高4）軟硬件資源豐富5）可持續(xù)發(fā)展能力強(qiáng)6）易于實現(xiàn)管控一體化14. 工業(yè)以太網(wǎng)存在的不足1）實時性問題2）可靠性問題3）安全性問題4）總線供電問題15. 本質(zhì)安全：指

8、通過設(shè)計等手段使生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)系統(tǒng)本身具有安全性，即使在誤操作或發(fā)生故障的情況下也不會造成事故的功能。16. 現(xiàn)場總線特點：5個特點（見教材23頁）17. 現(xiàn)場總線的優(yōu)點：5個優(yōu)點（見教材3頁）18. 互操作性和互用性的定義（見教材2頁）19. 通信系統(tǒng)最主要的指標(biāo)：有效性和可靠性 有效性：傳輸信息的內(nèi)容有多少；可靠性：接收信息的可靠程度。20. 有效性指標(biāo)：4個（熟悉概念） 可靠性指標(biāo)用誤碼率來衡量。21. 比特率和波特率定義22. 頻率特性定義23. 頻譜和帶寬定義24. 為什么CAN總線在位速率為1Mbps時，傳輸距離只有40米？1）CAN總線要求發(fā)送器在發(fā)送每一位的同時，都要監(jiān)視總線電

9、平，用以確定是否發(fā)送器競爭發(fā)送權(quán)失敗，是否總線發(fā)生了位錯誤，是否獲得了應(yīng)答。這都需要在1位時間內(nèi)完成。1Mbps時，位時間是1微秒；2）已知銅導(dǎo)線中電信號的傳播速度是光速的2/3，1微秒在可以在總線上跑200米，由于要做折返跑，所以總線距離不能超過100米；3）考慮到可靠采樣以及需留下一定的信息處理時間的問題，一般采樣點設(shè)在位時間的50%左右，所以最大傳輸距離還要減半，即為50米；4）還要考慮發(fā)送器延時、接收器延時，總線的最大傳輸距離還要打折扣，故定位40米。25. CAN總線報文傳送由哪4種不同類型的幀表示和控制？答：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器至接收器；遠(yuǎn)程幀通過總線單元發(fā)送，以請求具有相同標(biāo)識

10、符的的數(shù)據(jù)幀；出錯幀由檢測出總線錯誤的任何單元發(fā)送；超載幀用以在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀（或遠(yuǎn)程幀）之間提供一附加的延時。26. 1）PCA82C250稱作CAN收發(fā)器，位于CAN總線的物理層，是完成邏輯信號與電纜上物理信號的轉(zhuǎn)換（雙向轉(zhuǎn)換）。2）CAN總線一般使用兩根電纜進(jìn)行信號傳輸，其名稱分別為CAN_H和CAN_L。3）CAN收發(fā)器根據(jù)兩根電纜之間的電壓差來判斷總線電平，這種傳輸方式稱為“差分傳輸”。電纜上傳輸?shù)碾娖叫盘栔挥袃煞N可能，分別為顯性電平和隱性電平，其中顯性電平代表邏輯0，隱性電平代表邏輯1。4）CAN-bus發(fā)布了兩個通信標(biāo)準(zhǔn)，即高速通信標(biāo)準(zhǔn)ISO11898（最高1Mbps）和低

11、速通信標(biāo)準(zhǔn)ISO11519（最高125Kbps），這兩個標(biāo)準(zhǔn)中差分電平的特性不相同（如表1-1所示） 表1-1物理層ISO11898ISO11519-2電平顯性隱性顯性隱性CAN_H/V3.502.504.01.75CAN_L/V1.502.501.03.25電位差/V2.003.0-1.5從上圖可知，這兩個標(biāo)準(zhǔn)物理層不同，但在數(shù)據(jù)鏈路層是相同的。5）CAN_bus采用雙絞線連接，并配合差分傳輸方式，可以有效抑制共模干擾。共模干擾是指信號線上干擾信號的幅度和相位都相同。6）PCA82C250有三種工作模式，即高速模式、準(zhǔn)備模式和斜率模式，模式控制通過控制引腳完成。27. SJA1000支持兩種

12、不同的協(xié)議模式，即BasicCAN模式和PeliCAN模式。28、為什么在CAN總線的兩端要加終端匹配電阻？終端電阻的阻值一般是多少？答：現(xiàn)場總線中數(shù)據(jù)的傳輸是以電信號的形式在電纜中傳播的，而電信號對電纜的阻抗比較敏感，當(dāng)阻抗不連續(xù)或發(fā)生突變時，就會發(fā)生電信號的反射。反射過程比較復(fù)雜，也有可能多次反射，反射的信號可能會混疊在正常信號上，引起電平的變化，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯誤。為了使電纜終點的阻抗保持連續(xù)而不發(fā)生突變，CAN_bus規(guī)定在電纜的兩端或一端接入匹配電阻，即終端電阻。在CAN_bus中終端電阻一般為120歐姆。29、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)場總線技術(shù)的基礎(chǔ)，熟悉計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，了解網(wǎng)絡(luò)中每層的功能和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的連接方式，為學(xué)習(xí)現(xiàn)場總線協(xié)議作準(zhǔn)備。 1）.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型和各層協(xié)議的集合。 2）. 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：為了進(jìn)行計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定的集合。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中不可缺少的組成部分。 3）. 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括三個要素：語法、語義和時序。（1）語法：用戶數(shù)據(jù)和控制信息的結(jié)構(gòu)和格式；（2）語義：需要發(fā)送何種控制信息，以及完成的動作以及所作出的響應(yīng)；（3）時序：對事件實現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。 4）.國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）提出了開放系統(tǒng)互連參考模型OSI-RM，該標(biāo)準(zhǔn)定義了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的7層框架，實現(xiàn)了系統(tǒng)間的