1、,7.1集散控制系統(tǒng)簡介 7.2 現(xiàn)場總線技術(shù)簡介 7.3 中國國家標(biāo)準(zhǔn)用于測量與控制系統(tǒng)的EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通信標(biāo)準(zhǔn)簡介,第七章網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)概述,7.1集散控制系統(tǒng)簡介,7.1.1 集散控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程 共出現(xiàn)了3代DCS產(chǎn)品。1975年至80年代前期為第一代產(chǎn)品，80年代中期至90年代前期為第二代產(chǎn)品，90年代中期至21世紀(jì)初為第三代產(chǎn)品。目前發(fā)展成為DCS與FCS的集成。,-由若干臺微處理器或微機(jī)分別承擔(dān)部分任務(wù)， 并通過高速數(shù)據(jù)通道把各個(gè)分散點(diǎn)的信息集中起 來，進(jìn)行集中的監(jiān)視和操作，并實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制 和優(yōu)化 。Distributed control system 包括： DCS控制站、

2、DCS操作站、數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò),集散控制系統(tǒng)的主要組成部分,DCS控制站,1DCS控制站 DCS系統(tǒng)中，控制站繼承了DDC技術(shù)，它是一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)，實(shí)際運(yùn)行中可以在不與操作站及網(wǎng)絡(luò)相連的情況下，完成過程控制策略，保證生產(chǎn)裝置正常運(yùn)行。 控制站作為一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)，它的主要I/O設(shè)備為現(xiàn)場的輸入、輸出處理設(shè)備，以及過程輸入/輸出（P I/O）量，包括信號變換與信號調(diào)理，A/D、D/A轉(zhuǎn)換等。它在第二代和第三代產(chǎn)品中已陸續(xù)采用了嵌入式技術(shù)，并采用單片機(jī)等完成量程調(diào)整、遠(yuǎn)程I/O數(shù)據(jù)傳輸、小型化及減少P I/O卡硬件規(guī)格等功能，直至連接智能化的現(xiàn)場變送器或接受采用現(xiàn)場總線提供的數(shù)字信號。,DCS控制

3、站的系統(tǒng)軟件,關(guān)于DCS控制站的系統(tǒng)軟件，原則上也有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、編程語言及編譯系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、自診斷系統(tǒng)等，只是完善程度不同而己。 第一代DCS控制站的功能更近似于多回路調(diào)節(jié)器，而且每個(gè)控制站都可以配置人機(jī)界面和備用操作器； 第二代DCS控制站的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及程序編譯系統(tǒng)比較完整，編程語言有面向過程語言和高級語言，控制策略的組態(tài)由操作站或工作站在與控制站聯(lián)機(jī)的情況下，完成編譯和下載； 第三代DCS控制站的系統(tǒng)軟件齊全，操作站或工程師站可以完成離線組態(tài)及在線修改控制策略。,控制站是整個(gè)DCS的基礎(chǔ),控制站是整個(gè)DCS的基礎(chǔ)，它的可靠性和安全性最為重要，死機(jī)和控制失靈的現(xiàn)象是絕對不允許的，而且

4、冗余、掉電保護(hù)、抗干擾、防爆系統(tǒng)構(gòu)成等方面都應(yīng)有很高的可靠性，才能滿足用戶要求。多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，絕大多數(shù)廠家的DCS控制站都能夠勝任用戶要求。,DCS操作站,2DCS操作站 DCS操作站具有操作員功能、工程師功能、通信功能和高級語言功能等，其中工程師功能中包括系統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)通用（Utility）功能。 實(shí)際的DCS操作站是典型的計(jì)算機(jī)，它與控制站不同，有著豐富的外圍設(shè)備和人機(jī)界面。70年代中期，CRT顯示器技術(shù)已成熟，以外部存儲器為特征，第二代DCS操作站還具有如下特點(diǎn)：操作站和工程師站（或稱工作站）分開，也有公司將操作站的歷史數(shù)據(jù)存儲用硬盤（歷史模件）和高級語言應(yīng)用站（應(yīng)用模件

5、）分別獨(dú)立掛在通信網(wǎng)絡(luò)上；操作系統(tǒng)除采用DOS系統(tǒng)以外，有的產(chǎn)品采用Unix等操作系統(tǒng)；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫儲存性能逐漸完善；在人機(jī)界面方面，逐漸過渡為以GUI圖形用戶界面為平臺并采用鼠標(biāo)、組態(tài)時(shí)制作流程圖和控制回路圖等方法，采用菜單、窗口、CAD等技術(shù)，使人機(jī)界面友好。,數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò),3數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò) 在DCS系統(tǒng)誕生時(shí)，主要解決一個(gè)生產(chǎn)裝置中幾個(gè)控制站和一個(gè)或幾個(gè)操作站之間的數(shù)據(jù)通信問題；第二代DCS則解決多個(gè)裝置的DCS互聯(lián)問題；第三代DCS則解決一個(gè)工廠的多個(gè)車間互聯(lián)及與全廠計(jì)算機(jī)管理網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的問題，這是總的設(shè)計(jì)思想。 在實(shí)際應(yīng)用中，如石化行業(yè)，DCS一直多用在一個(gè)生產(chǎn)裝置范圍內(nèi)的多機(jī)通信系統(tǒng)

6、中，而且控制站和操作站均集中放置在控制室內(nèi)。 在DCS中采用數(shù)字通信技術(shù)，還有在控制站內(nèi)采用站內(nèi)通信總線及遠(yuǎn)程I/O總線，以及在第三代DCS的控制站內(nèi)增加了連接PLC、分析儀和現(xiàn)場智能儀表的接口卡，使DCS與現(xiàn)場儀表之間的接線減少，并對現(xiàn)場儀表進(jìn)行設(shè)備管理，這為DCS向下兼容并與現(xiàn)場總線通信技術(shù)融合打下基礎(chǔ)。,DCS面臨的主要問題,4DCS面臨的主要問題 目前，DCS如何解決現(xiàn)場接線繁雜、DCS控制站控制比較集中、FCS與DCS控制站的相互關(guān)系、智能控制、先進(jìn)控制與優(yōu)化如何在DCS、FCS中實(shí)現(xiàn)等已成為DCS發(fā)展中急需解決的問題。,7.1.3 JX-300X集散控制系統(tǒng),系統(tǒng)結(jié)構(gòu) JX-300

7、X集散控制系統(tǒng)是浙大中控開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的集散控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖7.1所示。JX-300X的基本組成包括工程師站（ES）、操作站（OS）、控制站（CS）和通訊網(wǎng)絡(luò)SCnet II 。通過在JX-300X的通訊網(wǎng)絡(luò)上掛接總線變換單元（BCU）可實(shí)現(xiàn)與JX-100、JX-200、JX-300系統(tǒng)的連接；在通訊網(wǎng)絡(luò)上掛接通信接口單元（CIU）可實(shí)現(xiàn)JX-300X與PLC等數(shù)字設(shè)備的連接；通過多功能計(jì)算站（MFS）和相應(yīng)的應(yīng)用軟件AdvanTrol-PIMS可實(shí)現(xiàn)與企業(yè)管理計(jì)算機(jī)網(wǎng)的信息交換，實(shí)現(xiàn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)（Intranet）環(huán)境下的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)流程查看、實(shí)時(shí)趨勢瀏覽、報(bào)警記錄與查看、開關(guān)

8、量變位記錄與查看、報(bào)表數(shù)據(jù)存貯、歷史趨勢存貯與查看、生產(chǎn)過程報(bào)表生成與輸出等功能，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)過程的管理、控制全集成綜合自動(dòng)化。,OS：操作站；ES：工程師站；MFS：多功能計(jì)算站；BCU：總線變換單元；CIU：通訊接口單元；PCS：過程控制站；ACS：區(qū)域控制站；LCS：邏輯控制站；DAS：數(shù)據(jù)采集站；SBUS：系統(tǒng)I/O總線；IOU：IO單元；RIOU：遠(yuǎn)程IO單元 圖7.1JX-300X集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,系統(tǒng)特點(diǎn)： JX-300X控制站以先進(jìn)的微控制器為核心，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和控制品質(zhì)，系統(tǒng)能完成各種先進(jìn)的控制算法；過程管理級采用高性能CPU的主機(jī)和WINDOWS9X/N

9、T/2000的多任務(wù)操作系統(tǒng)，以適合集散控制系統(tǒng)良好的操作環(huán)境和管理任務(wù)的多元化；過程控制網(wǎng)絡(luò)采用雙重化的Ethernet技術(shù)，使過程控制級能快速安全的協(xié)調(diào)工作，做到真正的分散控制和集中管理。 JX-300X覆蓋了大型集散系統(tǒng)的安全性、冗余功能、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展功能、集成的用戶界面及信息存取功能，除了具有模擬量信號輸入輸出、數(shù)字量信號輸入輸出、回路控制等常規(guī)DCS的功能，還具有高速數(shù)字量處理、高速順序事件記錄（SOE）、可編程邏輯控制等特殊功能；它不僅提供了功能塊圖（SCFBD）、梯形圖（SCLD）等直觀的圖形組態(tài)工具，又為用戶提供開發(fā)復(fù)雜高級控制算法（如模糊控制）的類C語言編程環(huán)境SCX。,JX-3

10、00X采用高速、可靠、開放的通訊網(wǎng)絡(luò)SCnet II。JX-300X系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)SCnet 連接工程師站、操作站、控制站和通訊處理單元。 通訊網(wǎng)絡(luò)采用總線形或星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，曼徹斯特編碼方式，遵循開放的TCP/IP協(xié)議和IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。SCnet 采用11冗余的工業(yè)以太網(wǎng)，TCP/IP的傳輸協(xié)議輔以實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)故障診斷。其特點(diǎn)是可靠性高、糾錯(cuò)能力強(qiáng)、通信效率高。通訊速率為10Mbps。,7.2 現(xiàn)場總線技術(shù)簡介,7.2.1 傳統(tǒng)控制系統(tǒng)向基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)演變 現(xiàn)場總線技術(shù)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是其開放性，允許并鼓勵(lì)不同廠家按照現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，自主開發(fā)具有特點(diǎn)及專有技術(shù)的產(chǎn)品。因此，現(xiàn)場總線

11、技術(shù)引入自動(dòng)化控制系統(tǒng)，促使傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演化，逐步形成基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)FCS。 1從PLC到通用工業(yè)PC (1)在傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中，控制器（或稱CPU、或處理器）與I/O模塊及其它功能模塊、機(jī)架為同一系列產(chǎn)品，有一致的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。,（(2)基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)中，控制器與現(xiàn)場設(shè)備（I/O模塊、功能模塊及傳感器、變送器、驅(qū)動(dòng)器等）連接是通過標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線，因此沒有必要使用與控制器捆綁的I/O模塊產(chǎn)品（這與插在PLC機(jī)架上的I/O模塊的配置方法不同），可使用任何一家的具有現(xiàn)場總線接口的現(xiàn)場設(shè)備與控制器集成。因此控制器趨向于采用標(biāo)準(zhǔn)的、通用的硬件平臺一工業(yè)計(jì)算機(jī)（Industrial C

12、ompact Computer），如Intel/Windows類PC機(jī)。近年來嵌入式控制器（如PC/104產(chǎn)品）的發(fā)展和WINDOWS-CE等的推出，逐漸使用嵌入式控制器硬件和WINDOWS-CE等軟件作為控制器平臺。,從PLC的I/O模塊到現(xiàn)場總線分布式I/O,2.從PLC的I/O模塊到現(xiàn)場總線分布式I/O 在FCS系統(tǒng)中，插在控制器機(jī)架上的I/O模塊將被連接到現(xiàn)場總線上的分散式I/O模塊所取代。分散式I/O不再是控制器廠家的捆綁產(chǎn)品，而是第3方廠家的產(chǎn)品；廉價(jià)的、專用的、具有特殊品質(zhì)的I/O模塊（如高防護(hù)等級、本征安全、可接受高壓或大電流信號等）將具有廣闊市場。FCS的控制器與傳統(tǒng)PLC配

13、置方式的比較見圖7.2。,圖7.2FCS控制器與傳統(tǒng)PLC配置方式的比較,現(xiàn)場總線與4-20mA系統(tǒng)的區(qū)別？,現(xiàn)場總線設(shè)備在總線上并聯(lián)連接 ，所有設(shè)備通過總線接收、發(fā)送數(shù)字信號 現(xiàn)場總線設(shè)備可以向網(wǎng)絡(luò)上其它設(shè)備提供任意多信息 總線具有循環(huán)冗余檢錯(cuò)的(CRC)功能 ，可以保證接收設(shè)備獲得正確數(shù)據(jù) 多節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場總線無需點(diǎn)對點(diǎn)的布線,具有現(xiàn)場總線接口的現(xiàn)場設(shè)備,3.從PLC I/O控制的現(xiàn)場設(shè)備到具有現(xiàn)場總線接口的現(xiàn)場設(shè)備 現(xiàn)場設(shè)備如傳感器、變送器、開關(guān)設(shè)備、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等；傳統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)的I/O設(shè)備與PLC I/O模塊連接，PLC通過模擬量(4-20mA)或開關(guān)量（如24VDC）控制監(jiān)測現(xiàn)場

14、設(shè)備。在FCS系統(tǒng)中，現(xiàn)場設(shè)備具有現(xiàn)場總線接口，控制器通過標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線與現(xiàn)場設(shè)備連接。 4.系統(tǒng)軟件 在傳統(tǒng)PLC系統(tǒng)中，系統(tǒng)軟件（包括PLC系統(tǒng)軟件和編程軟件）與PLC硬件聯(lián)系緊密，技術(shù)上對外是封閉的。在FCS系統(tǒng)中，控制器采用通用工業(yè)PC平臺，系統(tǒng)軟件不再與控制器、I/O、現(xiàn)場設(shè)備等硬件捆綁，可運(yùn)行在通用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)PC+WINDOWS/NT平臺上。,減少連線和安裝,傳統(tǒng)的 4-20 mA 連線 每臺設(shè)備需要一個(gè)安全柵 和一對連線,現(xiàn)場總線連線 多臺設(shè)備共用一個(gè)安全柵 和一根總線,控制器,控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)場總線,4-20 mA,輸入/輸出 子系統(tǒng),I.S.,I.S.,I.S.,I.S.,控

15、制器,控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)場總線帶來的好處,提高控制功能的分散性,傳統(tǒng)型,現(xiàn)場總線型 有些控制和 I/O 功能可以轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場儀表。,控制器,控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)場總線,4-20 mA,輸入/輸出,子系統(tǒng),控制器,控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)場總線帶來的好處,增加信息的交互量,傳統(tǒng) 4-20 mA 單變量 單向,現(xiàn)場總線 多變量 雙向,控制器,控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)場總線,輸入/輸出,子系統(tǒng),控制器,控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)場總線帶來的好處,擴(kuò)大了操作視野,傳統(tǒng) 4-20 mA 只能看到 I/O 子系統(tǒng),現(xiàn)場總線 視野可以擴(kuò)展到現(xiàn)場儀表,控制器,控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)場總線,遠(yuǎn)程輸入/輸出,子系統(tǒng),控制器,控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)場總線帶來的

16、好處,7.2.2 現(xiàn)場總線技術(shù)的特點(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?，F(xiàn)場總線開發(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)。這里的開放是指對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致性、公開性,強(qiáng)調(diào)對標(biāo)準(zhǔn)的共識與遵從。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象把來自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng)。,(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)對點(diǎn),一點(diǎn)對多點(diǎn)的數(shù)字通信。而互

17、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。 (3) 現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性 它將傳感測量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場設(shè)備中完成,僅靠現(xiàn)場設(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)。,(4) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性 由于現(xiàn)場設(shè)備本身已可完成自動(dòng)控制的基本功能,使得現(xiàn)場總線已構(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)有集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系,簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),提高了可靠性。 (5) 對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性 工作在現(xiàn)場設(shè)備前端,作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場總線,是專為在現(xiàn)場環(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

18、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。,現(xiàn)場總線的定義,現(xiàn)場總線是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)向現(xiàn)場發(fā)展的產(chǎn)物，是在市場需求的背景下發(fā)展起來的新型技術(shù)。具有全數(shù)字化、分散、雙向傳輸和多分支的特點(diǎn)，其關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通訊。現(xiàn)場總線技術(shù)綜合運(yùn)用微處理器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，它把專用微處理器置引入傳統(tǒng)的現(xiàn)場儀表，使它們各自都具備數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，成為能獨(dú)立承擔(dān)某些控制、通信任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。 根據(jù)國際電工委員會IEC1158定義（后改為IEC61158），現(xiàn)場總線是“安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設(shè)備、儀表與控制室內(nèi)

19、的自動(dòng)控制裝置、系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線”?；蛘哒f，現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動(dòng)化測量控制系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)，它以單個(gè)分散的、數(shù)字化、智能化的測量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，用總線相連接，實(shí)現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動(dòng)控制功能。其中，“生產(chǎn)過程”應(yīng)包括斷續(xù)生產(chǎn)過程和連續(xù)生產(chǎn)過程兩類。現(xiàn)場設(shè)備、儀表指位于現(xiàn)場層的傳感器、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備。因此，現(xiàn)場總線是面向工廠底層自動(dòng)化及信息集成的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。,7.2.3典型現(xiàn)場總線簡介,有較強(qiáng)實(shí)力和影響的有:Foundation Fieldbus(FF)、LonWorks、P

20、rofibus、HART、CAN、Dupline等。 1基金會現(xiàn)場總線 基金會現(xiàn)場總線,即Foundation Fieldbus,簡稱FF。它以ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ),取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為通信模型的相應(yīng)層次,并在應(yīng)用層上增加了用戶層。 基金會現(xiàn)場總線分低速1和高速2兩種通信速率。1的傳輸速率為31.25kbps,通信距離可達(dá)1900(可加中繼器延長),可支持總線供電,支持本質(zhì)安全防爆環(huán)境。2的傳輸速率為1Mbps和25Mbps兩種,其通信距離為750和500。,物理傳輸介質(zhì)可支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射,協(xié)議符合1158-2標(biāo)準(zhǔn)。其物理媒介的傳輸信號采用曼徹斯特編碼。,

21、2LonWorks LonWorks是又一具有強(qiáng)勁實(shí)力的現(xiàn)場總線技術(shù),它是由美國Echelon公司推出并由它們與摩托羅拉、東芝公司共同倡導(dǎo),于1990年正式公布而形成的。它采用了ISO/OSI模型的全部七層通訊協(xié)議,采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法,通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡化為參數(shù)設(shè)置,其通訊速率從300bps至15Mbps不等,直接通信距離可達(dá)到2700(78kbps,雙絞線),支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電源線等多種通信介質(zhì),并開發(fā)相應(yīng)的本安防爆產(chǎn)品,被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。,LonWorks技術(shù)所采用的LonTalk協(xié)議被封裝在稱之為Neuron的芯片中并得以實(shí)現(xiàn)。集成芯片中有3個(gè)

22、8位CPU；一個(gè)用于完成開放互連模型中第12層的功能,稱為媒體訪問控制處理器,實(shí)現(xiàn)介質(zhì)訪問的控制與處理；第二個(gè)用于完成第36層的功能,稱為網(wǎng)絡(luò)處理器,進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變量處理的尋址、處理、診斷、路徑選擇、軟件計(jì)時(shí)、網(wǎng)絡(luò)管理,并負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)通信控制、收發(fā)數(shù)據(jù)包等；第三個(gè)是應(yīng)用處理器,執(zhí)行操作系統(tǒng)服務(wù)與用戶代碼，芯片中還具有存儲信息緩沖區(qū),以實(shí)現(xiàn)CPU之間的信息傳遞,并作為網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)和應(yīng)用緩沖區(qū)。如Motorola公司生產(chǎn)的神經(jīng)元集成芯片MC143120E2就包含了2RAM和2EEPROM。,LonWorks被廣泛應(yīng)用在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、工業(yè)過程控制等行業(yè)。為了支持LonW

23、orks與其它協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)之間的互連與互操作,該公司正在開發(fā)各種網(wǎng)關(guān),以便將LonWorks與以太網(wǎng)、FF、Modebus、DeviceNet、Profibus、Serplex等互連為系統(tǒng)。另外,在開發(fā)智能通信接口、智能傳感器方面 , LonWorks神經(jīng)元芯片也具有獨(dú)特的優(yōu)勢。,3.Porfibus PROFIBUS于1996年批準(zhǔn)為歐洲標(biāo)準(zhǔn)，即DIN 50170 V.2。PROFIBUS產(chǎn)品在世界市場上已被普遍接受，市場份額占全球首位。目前支持PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品超過1500多種，分別來自國際上250多個(gè)生產(chǎn)廠家。 PROFIBUS由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PR

24、OFIBUS-FMS三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組成。 DP型用于分散外設(shè)間的高速傳輸,適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用。FMS為現(xiàn)場信息規(guī)范,適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開關(guān)等一般自動(dòng)化。而PA型則是用于過程自動(dòng)化的總線類型,它遵從1158-2標(biāo)準(zhǔn)。有關(guān)PROFIBUS的技術(shù)要點(diǎn)將本節(jié)的第四部分作重點(diǎn)介紹。,4. 是控制網(wǎng)絡(luò)Control Area Network的簡稱,最早由德國BOSCH公司推出,用于汽車內(nèi)部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。其總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國際標(biāo)準(zhǔn),得到了Motorola、Intel、Philips、Siemence、NEC等公司的支持,已廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)域

25、。 協(xié)議也是建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連模型基礎(chǔ)上的,但其模型結(jié)構(gòu)只有3層,即只取OSI底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和頂上層的應(yīng)用層。其信號傳輸介質(zhì)為雙絞線,通信速率最高可達(dá)1Mbps/40,直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km/1kbps,可掛接設(shè)備最多可達(dá)110個(gè)。,的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu),每一幀的有效的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu),每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè),因而傳輸時(shí)間短,受干擾的概率低。當(dāng)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí),具有自動(dòng)關(guān)閉的功能以切斷該節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)系,使總線上的其它節(jié)點(diǎn)及其通信不受影響,具有較強(qiáng)的抗干擾能力。 支持多主工作方式,網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息,支持點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)和全

26、局廣播方式接收/發(fā)送數(shù)據(jù)。它采用總線仲裁技術(shù),當(dāng)出現(xiàn)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸信息時(shí),優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)可繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù),而優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)則主動(dòng)停止發(fā)送,從而避免了總線沖突。,5 是HighwayAddressable Remote Transducer的縮寫。最早由Rosemount公司開發(fā)并得到80多家著名儀表公司的支持,于1993年成立了通信基金會。這種被稱為可尋址遠(yuǎn)程傳感高速通道的開放通信協(xié)議,其特點(diǎn)是現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信,屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過程中工業(yè)過程控制的過渡性產(chǎn)品,因而在當(dāng)前的過渡時(shí)期具有較強(qiáng)的市場競爭能力,得到了較好的發(fā)展。,通信模型由3層組成:物理層、數(shù)據(jù)鏈路層

27、和應(yīng)用層。物理層采用FSK(Frequency Shift Keying)技術(shù)在420模擬信號上迭加一個(gè)頻率信號,頻率信號采用2 0 2國際標(biāo)準(zhǔn)；數(shù)據(jù)傳輸速率為1200bps,邏輯“0”的信號頻率為2200Hz,邏輯“1”的信號傳輸頻率為1200Hz。,信息格式。其信息構(gòu)成包括開頭碼、顯示終端與現(xiàn)場設(shè)備地址、字節(jié)數(shù)、現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)與通信狀態(tài)、數(shù)據(jù)、奇偶校驗(yàn)等。其數(shù)據(jù)字節(jié)結(jié)構(gòu)為1個(gè)起始位,8個(gè)數(shù)據(jù)位,1個(gè)奇偶校驗(yàn)位,1個(gè)終止位。應(yīng)用層的作用在于使指令付諸實(shí)現(xiàn),即把通信狀態(tài)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信息。它規(guī)定了一系列命令，按命令方式工作。它有3類命令,第一類稱為通用命令,這是所有設(shè)備理解、執(zhí)行的命令；第二類稱為

28、一般行為命令,它所提供的功能可以在許多現(xiàn)場設(shè)備 (盡管不是全部 )中實(shí)現(xiàn),這類命令包括最常用的現(xiàn)場設(shè)備的功能庫；第三類稱為特殊設(shè)備命令,以便在某些設(shè)備中實(shí)現(xiàn)特殊功能,這類命令既可以在基金會中開放使用,又可以為開發(fā)此命令的公司所獨(dú)有。,在 一個(gè)現(xiàn)場設(shè)備中通?？赏瑫r(shí)存在這3類命令。支持點(diǎn)對點(diǎn)主從應(yīng)答方式和多點(diǎn)廣播方式。按應(yīng)答方式工作時(shí)的數(shù)據(jù)更新速率為23次/,按廣播方式工作時(shí)的數(shù)據(jù)更新速率為34次/,它還可支持兩個(gè)通信主設(shè)備?？偩€上可掛設(shè)備數(shù)多達(dá)15個(gè),每個(gè)現(xiàn)場設(shè)備可有256個(gè)變量,每個(gè)信息最大可包含4個(gè)變量。最大傳輸距離3000,采用統(tǒng)一的設(shè)備描述語言?，F(xiàn)場設(shè)備開發(fā)商采用這種標(biāo)準(zhǔn)語言來描述設(shè)備特

29、性,由基金會負(fù)責(zé)登記管理這些設(shè)備描述并把它們編入設(shè)備描述字典,主設(shè)備運(yùn)用技術(shù)來理解這些設(shè)備的特性參數(shù)而不必為這些設(shè)備開發(fā)專用接口。但由于這種模擬數(shù)字混合信號制,導(dǎo)致難以開發(fā)出一種能滿足各公司要求的通信接口芯片。, PROFIBUS概貌 (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，即PROFIBUS-DP（Decentralized Periphery）、PROFIBUS-PA (Process Automation)、PROFI

30、BUS-FMS(Fieldbus Message Specification)。 (3) PROFIBUS-DP：是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS-DP可取代24VDC或420mA信號傳輸。,7.2.4 現(xiàn)場總線PROFIBUS技術(shù)要點(diǎn),(4) 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。 (5) PROFIBUS-FMS：用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)令牌結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)多主網(wǎng)絡(luò)。 (6) PROFIBUS是一種用于工廠自動(dòng)化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)。,1PROFIBUS協(xié)

31、議結(jié)構(gòu), PRFIBUS基本特性,圖7.3PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu),PROFIBUS-DP：定義了第一、二層和用戶接口。 PROFIBUS-FMS：定義了第一、二、七層，應(yīng)用層包括現(xiàn)場總線信息規(guī)范（Fieldbus Message Specification-FMS）和低層接口（Lower Layer InterfaceLLI） PROFIBUS-PA：PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的PROFIBUS-DP協(xié)議,2.PROFIBUS傳輸技術(shù) PROFIBUS提供了三種數(shù)據(jù)傳輸類型： 用于DP和FMS的RS485傳輸 用于PA的IEC1158-2傳輸 光纖,(1) 用于DP/FMS的RS4

32、85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)。這種技術(shù)通常稱之為H2。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：9.6K bit/s12M bit/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）。 站點(diǎn)數(shù)：每分段32個(gè)站（不帶中繼），最多可達(dá)到127個(gè)站（帶中繼）。 插頭連接：最好使用9針D型插頭。,(2) 用于PA的IEC1158-2傳輸技術(shù) IEC1158-2傳輸技術(shù)主要

33、用于PROFIBUS-PA，能滿足化工和石油化工的要求。它可保持其本征安全性，并通過總線供電。 IEC1158-2是一種位同步協(xié)議，通常稱為H1。 IEC1158-2技術(shù)用于PROFIBUS-PA，其傳輸依據(jù)下列原理： 每段只有一個(gè)電源作為供電裝置。 當(dāng)站收發(fā)信息時(shí)，不向總線供電。 每站現(xiàn)場設(shè)備所消耗的為常量穩(wěn)態(tài)基本電流。 現(xiàn)場設(shè)備其作用如同無源的電流吸收裝置。 主總線兩端起無源終端線作用。 允許使用線性、樹型和星型網(wǎng)絡(luò)。 為提高可靠性，設(shè)計(jì)時(shí)可采用冗余的總線段。 為了調(diào)制的目的，設(shè)定每個(gè)總線站至少需用10mA基本電流才能使設(shè)備啟動(dòng)。通信信號的發(fā)生是通過發(fā)送設(shè)備的調(diào)制，從9mA到基本電流之間。

34、, IEC1158-2傳輸技術(shù)特性: 數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)字式、位同步、曼徹斯特編碼。 傳輸速率：31.25K bit/s，電壓式。 數(shù)據(jù)可靠性：前同步信號，采用起始和終止限定符避免誤差。 電纜：雙絞線，屏蔽式或非屏蔽式。 遠(yuǎn)程電源供電：可選附件，通過數(shù)據(jù)線。 防爆型：能進(jìn)行本征及非本征安全操作。 拓?fù)洌壕€型或樹型，或兩者相結(jié)合。 站數(shù)：每段最多32個(gè)，總數(shù)最多為126個(gè)。 中繼器：最多可擴(kuò)展至4臺。,(3) 光纖傳輸技術(shù) PROFIBUS系統(tǒng)在電磁干擾很大的環(huán)境下應(yīng)用時(shí)，可使用光纖導(dǎo)體，以增加高速傳輸?shù)木嚯x。 可使用兩種光纖導(dǎo)體，一是價(jià)格低廉的塑料纖維導(dǎo)體，供距離小于50米情況下使用。另一種是玻璃纖

35、維導(dǎo)體，供距離大于1公里情況下使用。 許多廠商提供專用總線插頭可將RS-485信號轉(zhuǎn)換成光纖導(dǎo)體信號或?qū)⒐饫w導(dǎo)體信號轉(zhuǎn)換成RS-485信號。,三種PROFIBUS（DP、FMS、PA）均使用一致的總線存取協(xié)議 ,該協(xié)議是通過OSI參考模型第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）來實(shí)現(xiàn)的。 在PROFIBUS中，第二層稱之為現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層（Fieldbus Data LinkFDL） PROFIBUS協(xié)議的設(shè)計(jì)滿足介質(zhì)存取控制的兩個(gè)基本要求 令牌傳遞程序保證每個(gè)主站在一個(gè)確切規(guī)定的時(shí)間內(nèi)得到總線存取權(quán)（令牌） 主站得到總線存取令牌時(shí)可與從站通信 (圖7.4是一個(gè)由3個(gè)主站、7個(gè)從站構(gòu)成的PROFIBUS系統(tǒng)。,

36、3 PROFIBUS總線存取協(xié)議,圖7.4 3個(gè)主站、7個(gè)從站構(gòu)成的PROFIBUS系統(tǒng),(7) 在總線系統(tǒng)初建時(shí)，主站介質(zhì)存取控制MAC的任務(wù)是制定總線上的站點(diǎn)分配并建立邏輯環(huán)。在總線運(yùn)行期間，斷電或損壞的主站必須從環(huán)中排除，新上電的主站必須加入邏輯環(huán)。 (8) 第二層的另一重要工作任務(wù)是保證數(shù)據(jù)的可靠性。PROFIBUS第二層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式可保證數(shù)據(jù)的高度完整性。 (9) PROFIBUS第二層按照非連接的模式操作，除提供點(diǎn)對點(diǎn)邏輯數(shù)據(jù)傳輸外，還提供多點(diǎn)通信，其中包括廣播及有選擇廣播功能。, PROFIBUS-DP,1.PROFIBUS-DP的基本功能 (1) 傳輸技術(shù)：RS

37、-485雙絞線、雙線電纜或光纜。波特率從9.6Kbit/s到12Mbit/s。 (2) 總線存?。焊髦髡鹃g令牌傳遞，主站與從站間為主從傳送。支持單主或多主系統(tǒng)?？偩€上最多站點(diǎn)（主從設(shè)備）數(shù)為126。 (3) 通信：點(diǎn)對點(diǎn)（用戶數(shù)據(jù)傳送）或廣播（控制指令）。循環(huán)主從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主主數(shù)據(jù)傳送。 (4) 運(yùn)行模式：運(yùn)行、清除、停止。 (5) 同步：控制指令允許輸入和輸出同步。同步模式：輸出同步；鎖定模式：輸入同步。,(6) 功能：DP主站和DP從站間的循環(huán)用戶數(shù)據(jù)傳送。各DP從站的動(dòng)態(tài)激活、DP從站組態(tài)的檢查、三級診斷信息的強(qiáng)大診斷功能、輸入或輸出的同步、通過總線給DP從站賦予地址、通過總線

38、對DP主站（DPM1）進(jìn)行配置。每個(gè)DP從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最大為246字節(jié)。 (7) 可靠性和保護(hù)機(jī)制：所有信息的傳輸按海明距離HD=4進(jìn)行。DP從站帶看門狗定時(shí)器（Watchdog Timer）,對DP從站的輸入/輸出進(jìn)行存取保護(hù)。DP主站上帶可變定時(shí)器的用戶數(shù)據(jù)傳送監(jiān)視。 (8) 設(shè)備類型：第二類DP主站（DPM2）是可進(jìn)行編程、組態(tài)、診斷的設(shè)備。第一類DP主站（DPM1）是中央可編程序控制器，如PLC、PC等。DP從站可是帶二進(jìn)制值或模擬量輸入輸出的驅(qū)動(dòng)器、閥門等。,2.PROFIBUS-DP基本特征 (1) 速率：在一個(gè)有著32個(gè)站點(diǎn)的分布系統(tǒng)中，PROFIBUS-DP對所有站點(diǎn)傳送

39、512 bit/s輸入和512 bit/s輸出。 (2) 診斷功能：經(jīng)過擴(kuò)展的PROFIBUS-DP診斷能對故障進(jìn)行快速定位。診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。診斷信息分三級： 本站診斷操作：本站設(shè)備的一般操作狀態(tài)，如溫度過高、壓力過低。 模塊診斷操作：一個(gè)站點(diǎn)的某一具體I/O模塊故障。 通道診斷操作：一個(gè)單獨(dú)輸入/輸出位的故障。,3.PROFIBUS-DP系統(tǒng)配置和設(shè)備類型 PROFIBUS-DP允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。在同一總線上最多可連接126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、診斷信息格式及所使用的總線參數(shù)。每個(gè)PROFIBUS-DP系統(tǒng)可

40、包括以下三種不同類型設(shè)備： (1) 一級DP主站（DPM1）：一級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PC。 (2) 二級DP主站（DPM2）：二級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（如I/O設(shè)備、驅(qū)動(dòng)器、HMI、閥門等）。 (4) 單主站系統(tǒng)：在總線系統(tǒng)的運(yùn)行階段，只有一個(gè)活動(dòng)主站。如圖7.5所示。,(5) 多主站系統(tǒng)：總線上連有多個(gè)主站。這些主站與各自從站構(gòu)成相互獨(dú)立的子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)包括一個(gè)DPM1、指

41、定的若干從站及可能的DPM2設(shè)備。任何一個(gè)主站均可讀取DP從站的輸入/輸出映象，但只有一個(gè)DP主站允許對DP從站寫入數(shù)據(jù)。如圖7.6所示。,4.系統(tǒng)行為 系統(tǒng)行為主要取決于DPM1的操作狀態(tài)，這些狀態(tài)由本地或總線的配置設(shè)備所控制。主要有以下三種狀態(tài)： 停止：在這種狀態(tài)下，DPM1和DP從站之間沒有數(shù)據(jù)傳輸。 清除：在這種狀態(tài)下，DPM1讀取DP從站的輸入信息并使輸出信息保持在故障安全狀態(tài)。 運(yùn)行：在這種狀態(tài)下，DPM1處于數(shù)據(jù)傳輸階段，循環(huán)數(shù)據(jù)通信時(shí)，DPM1從DP從站讀取輸入信息并向從站寫入輸出信息。 (1) DPM1設(shè)備在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)，以有選擇的廣播方式將其本地狀態(tài)周期性地發(fā)送

42、到每一個(gè)有關(guān)的DP從站。如圖7.7所示。 (2) 如果在DPM1的數(shù)據(jù)傳輸階段中發(fā)生錯(cuò)誤，DPM1將所有有關(guān)的DP從站的輸出數(shù)據(jù)立即轉(zhuǎn)入清除狀態(tài)，而DP從站將不再發(fā)送用戶數(shù)據(jù)。然后，DPM1轉(zhuǎn)入清除狀態(tài)。,圖7.7 PROFIBUS-DP用戶數(shù)據(jù)傳輸,5.DPM1和DP從站間的循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸 DPM1和相關(guān)DP從站之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸是由DPM1按照確定的遞歸順序自動(dòng)進(jìn)行。在對總線系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)時(shí)，用戶對DP從站與DPM1的關(guān)系作出規(guī)定，確定哪些DP從站被納入信息交換的循環(huán)周期，哪些被排斥在外。 DPM1和DP從站間的數(shù)據(jù)傳送分三個(gè)階段：參數(shù)設(shè)定、組態(tài)、數(shù)據(jù)交換。在參數(shù)設(shè)定階段，每個(gè)從站將自己的實(shí)際

43、組態(tài)數(shù)據(jù)與從DPM1接受到的組態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。只有當(dāng)實(shí)際數(shù)據(jù)與所需的組態(tài)數(shù)據(jù)相匹配時(shí)，DP從站才進(jìn)入用戶數(shù)據(jù)傳輸階段。因此，設(shè)備類型、數(shù)據(jù)格式、長度以及輸入輸出數(shù)量必須與實(shí)際組態(tài)一致。,6. DPM1和系統(tǒng)組態(tài)設(shè)備間的循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸 除主從功能外，PROFIBUS-DP允許主主之間的數(shù)據(jù)通信，這些功能使組態(tài)和診斷設(shè)備通過總線對系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。 7. 同步和鎖定模式 除DPM1設(shè)備自動(dòng)執(zhí)行的用戶數(shù)據(jù)循環(huán)傳輸外，DP主站設(shè)備也可向單獨(dú)的DP從站、一組從站或全體從站同時(shí)發(fā)送控制命令。這些命令通過有選擇的廣播命令發(fā)送。使用這一功能將打開DP從站的同步及鎖定模式，用于DP從站的事件控制同步。,主站發(fā)送同步命

44、令后，所選的從站進(jìn)入同步模式。在這種模式中，所編址的從站輸出數(shù)據(jù)鎖定在當(dāng)前狀態(tài)下。在這之后的用戶數(shù)據(jù)傳輸周期中，從站存儲接收到輸出的數(shù)據(jù)，但它的輸出狀態(tài)保持不變；當(dāng)接收到下一同步命令時(shí)，所存儲的輸出數(shù)據(jù)才發(fā)送到外圍設(shè)備上。用戶可通過非同步命令退出同步模式。 鎖定控制命令使得編址的從站進(jìn)入鎖定模式。鎖定模式將從站的輸入數(shù)據(jù)鎖定在當(dāng)前狀態(tài)下，直到主站發(fā)送下一個(gè)鎖定命令時(shí)才可以更新。用戶可以通過非鎖定命令退出鎖定模式。,8. 保護(hù)機(jī)制 對DP主站DPM1使用數(shù)據(jù)控制定時(shí)器對從站的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行監(jiān)視。每個(gè)從站都采用獨(dú)立的控制定時(shí)器。在規(guī)定的監(jiān)視間隔時(shí)間中，如數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生差錯(cuò)，定時(shí)器就會超時(shí)。一旦發(fā)生超時(shí)

45、，用戶就會得到這個(gè)信息。如果錯(cuò)誤自動(dòng)反應(yīng)功能“使能”，DPM1將脫離操作狀態(tài)，并將所有關(guān)聯(lián)從站的輸出置于故障安全狀態(tài)，并進(jìn)入清除狀態(tài)。 對DP從站使用看門狗控制器檢測主站和傳輸線路故障。如果在一定的時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)現(xiàn)沒有主機(jī)的數(shù)據(jù)通信，從站自動(dòng)將輸出進(jìn)入故障安全狀態(tài)。,9. 擴(kuò)展DP功能 DP擴(kuò)展功能是對DP基本功能的補(bǔ)充，與DP基本功能兼容。DPM1與DP從站間的擴(kuò)展數(shù)據(jù)通信包括 (1) DPM1與DP從站間非循環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸。 (2) 帶DDLM讀和DDLM寫的非循環(huán)讀/寫功能，可讀寫從站任何希望數(shù)據(jù)。 (3) 報(bào)警響應(yīng)，DP基本功能允許DP從站用診斷信息向主站自發(fā)地傳輸事件，而新增的DDLM-

46、ALAM-ACK功能被用來直接響應(yīng)從DP從站上接收的報(bào)警數(shù)據(jù)。 (4) DPM2與從站間的非循環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸。,10. 電子設(shè)備數(shù)據(jù)文件（GSD） 為了將不同廠家生產(chǎn)的PROFIBUS產(chǎn)品集成在一起，生產(chǎn)廠家必須以GSD文件（電子設(shè)備數(shù)據(jù)庫文件）方式提供這些產(chǎn)品的功能參數(shù)（如I/O點(diǎn)數(shù)、診斷信息、波特率、時(shí)間監(jiān)視等）。標(biāo)準(zhǔn)的GSD數(shù)據(jù)將通信擴(kuò)大到操作員控制級。使用根據(jù)GSD文件所作的組態(tài)工具可將不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備集成在同一總線系統(tǒng)中。如圖7.8所示。,GSD文件可分為三個(gè)部分： (1) 總規(guī)范：包括了生產(chǎn)廠商和設(shè)備名稱、硬件和軟件版本、波特率、監(jiān)視時(shí)間間隔、總線插頭指定信號。 (2) 與DP有關(guān)

47、的規(guī)范：包括適用于主站的各項(xiàng)參數(shù)，如允許從站個(gè)數(shù)、上載/下載能力。 (3) 與DP從站有關(guān)的規(guī)范：包括了與從站有關(guān)的一切規(guī)范，如輸入/輸出通道數(shù)、類型、診斷數(shù)據(jù)等。,11.PROFIBUSDP行規(guī) PROFIBUSDP協(xié)議明確規(guī)定了用戶數(shù)據(jù)怎樣在總線各站之間傳遞，但用戶數(shù)據(jù)的含義是在PROFIBUS行規(guī)中具體說明的。另外，行規(guī)還具體規(guī)定了PROFIBUSDP如何用于應(yīng)用領(lǐng)域。使用行規(guī)可使不同廠商所生產(chǎn)的不同設(shè)備互換使用，而工廠操作人員毋須關(guān)心兩者之間的差異，因?yàn)榕c應(yīng)用有關(guān)的參數(shù)含義在行規(guī)中均作了精確的規(guī)定說明。 下面是PROFIBUS-DP行規(guī)，括弧中數(shù)字是文件編號： NC/RC行規(guī)（3.05

48、2）。 編碼器行規(guī)（3.062）。 變速傳動(dòng)行規(guī)（3.071）。 操作員控制和過程監(jiān)視行規(guī)（HMI）。, PROFIBUS-PA,PROFIBUSPA具有如下特性： (1) 適合過程自動(dòng)化應(yīng)用的行規(guī)，使不同廠家生產(chǎn)的現(xiàn)場設(shè)備具有互換性。 (2) 增加和去除總線站點(diǎn)，即使在本征安全地區(qū)也不會影響到其它站。 (3) 在過程自動(dòng)化的PROFIBUSPA段與制造業(yè)自動(dòng)化的PROFIBUSDP總線段之間通過藕合器連接，并可實(shí)現(xiàn)兩段間的透明通信。 (4) 使用與IEC11582技術(shù)相同的雙絞線完成遠(yuǎn)程供電和數(shù)據(jù)傳送。 (5) 在潛在的爆炸危險(xiǎn)區(qū)可使用防爆型“本征安全”或“非本征安全”。,1.

49、PROFIBUSPA傳輸協(xié)議 PROFIBUSPA采用PROFIBUSDP的基本功能來傳送測量值和狀態(tài)。并用擴(kuò)展的PROFIBUSDP功能來制訂現(xiàn)場設(shè)備的參數(shù)和進(jìn)行設(shè)備操作。PROFIBUSPA第一層采用IEC11582技術(shù)，第二層和第一層之間的接口在DIN19245系列標(biāo)準(zhǔn)的第四部分作出了規(guī)定。 2.PROFIBUSPA設(shè)備行規(guī) PROFIBUSPA行規(guī)保證了不同廠商所生產(chǎn)的現(xiàn)場設(shè)備的互換性和互操作性，它是PROFIBUSPA的一個(gè)組成部分. PA行規(guī)的任務(wù)是選用各種類型現(xiàn)場設(shè)備真正需要通信的功能，并提供這些設(shè)備功能和設(shè)備行為的一切必要規(guī)格。,1.PROFIBUS-FMS應(yīng)用層 2.PROF

50、IBUS-FMS通信模型 3.通信對象與通信字典（OD） 4.PROFIBUS-FMS服務(wù) 5.低層接口（LLI） 6.網(wǎng)絡(luò)管理 7.PROFIBUS-FMS行規(guī), PROFIBUS-FMS,73 用于測量與控制系統(tǒng)的EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通信標(biāo)準(zhǔn),731背景與動(dòng)機(jī) EPA是Ethernet for Plant Automation的簡稱，用于測量與控制系統(tǒng)的EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通信標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱EPA標(biāo)準(zhǔn)）是中國科技部十五“863”設(shè)立的“基于高速以太網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)場總線控制設(shè)備”、 “現(xiàn)場級無線以太網(wǎng)協(xié)議研究及設(shè)備開發(fā)”、 “基于藍(lán)牙技術(shù)的工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵技術(shù)研究”等三個(gè)課題

51、研究成果的基礎(chǔ)上，而制定的中國國家標(biāo)準(zhǔn)。 在工廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的層次化結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，以以太網(wǎng)為代表的COTS（Commercial Off-The-Shelf）技術(shù)由于具有應(yīng)用廣泛、通信速率高、價(jià)格低廉、軟硬件資源豐富、擁有全球的技術(shù)支持等特點(diǎn)，在工廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中得到了成功普及應(yīng)用（如DCS、PLC、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集器等），并有可能直接向下延伸應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備間的連接。,EPA標(biāo)準(zhǔn)起草的目的，就是針對當(dāng)前多種現(xiàn)場總線并存、無法統(tǒng)一的局面，根據(jù)工業(yè)過程控制系統(tǒng)中對確定性與實(shí)時(shí)性通信、可靠性、可用性等要求，結(jié)合交換技術(shù)、全雙工通信、優(yōu)先級等工業(yè)以太網(wǎng)最新技術(shù)，通過對基于EPA的分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的體系結(jié)

52、構(gòu)、確定性通信調(diào)度機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)通信模型等方面內(nèi)容的規(guī)定，為建立基于以太網(wǎng)與無線技術(shù)（如無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙等）等廣泛應(yīng)用于信息網(wǎng)絡(luò)的COTS（Commercial-Off-The Shelf）通信技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用提供指導(dǎo)。 本標(biāo)準(zhǔn)分為兩部分，其中第一部分包括EPA分段化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、基于以太網(wǎng)的確定性通信調(diào)度、總線供電、網(wǎng)絡(luò)安全、EPA實(shí)時(shí)應(yīng)用層規(guī)范、基于XML的設(shè)備描述等部分的規(guī)范，包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、應(yīng)用層規(guī)范、管理功能塊規(guī)范、基于XML的設(shè)備描述規(guī)范、網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)范等。第二部分包括用戶層規(guī)范、EPA測試與認(rèn)證、EPA冗余、信息技術(shù)在EPA中的應(yīng)用等內(nèi)容。本節(jié)將就標(biāo)準(zhǔn)的第一部分進(jìn)行簡單介紹。,

53、圖7.9 工業(yè)企業(yè)綜合自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖,733 EPA系統(tǒng)模型,732 范圍,本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了基于以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙等信息網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)（統(tǒng)稱為EPA網(wǎng)絡(luò)）的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)與儀器儀表間通信的標(biāo)準(zhǔn)（也稱通信棧協(xié)議），包括相互之間的通信操作、為用戶應(yīng)用程序提供的服務(wù)接口以及相關(guān)管理方面的規(guī)范。 本標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)也規(guī)定了基于以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙等網(wǎng)絡(luò)媒體與配置的要求，以保證以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙等網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境適應(yīng)性要求，包括機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性、氣候環(huán)境適應(yīng)性、電磁環(huán)境適應(yīng)性或電磁兼容性EMC以及可靠性等要求。 本標(biāo)準(zhǔn)適用于工業(yè)過程測量與控制領(lǐng)域，但目前還沒有考慮具有本質(zhì)安

54、全的應(yīng)用場合。,7.3.3 EPA系統(tǒng)模型,7.3.4 EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu),基于EPA的控制系統(tǒng)（或EPA系統(tǒng)）是一種分布式現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，以EPA通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，并結(jié)合工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)現(xiàn)場物理環(huán)境，將若干個(gè)分散在現(xiàn)場的設(shè)備、小系統(tǒng)以及控制/監(jiān)視設(shè)備連接起來，所有設(shè)備一起運(yùn)作，共同完成工業(yè)生產(chǎn)過程和操作中的I/O數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)化控制。 EPA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)系統(tǒng)框架，用來描述由基于以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙等網(wǎng)絡(luò)連接在一起的物理設(shè)備。在EPA系統(tǒng)中，有三種子網(wǎng)：即基于以太網(wǎng)（IEEE 802.3）、無線局域網(wǎng)（IEEE 802.11）和藍(lán)牙（IEEE 802.15）的子網(wǎng)。,EPA系統(tǒng)中的網(wǎng)段可以

55、是相同類型的子網(wǎng)，或者是兩種或三種的結(jié)合，EPA支持下以下拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如圖7.11所示）： 1）一個(gè)或多個(gè)基于以太網(wǎng)的EPA子網(wǎng)，兼容IEEE 802.3協(xié)議； 2）一個(gè)或多個(gè)基于無線局域網(wǎng)的EPA子網(wǎng)，兼容IEEE 802.11協(xié)議； 3）一個(gè)或多個(gè)基于藍(lán)牙技術(shù)的EPA子網(wǎng)，兼容IEEE 802.15協(xié)議； 4）基于以太網(wǎng)和無線局域網(wǎng)的以上兩種或三種子網(wǎng)組成的混合網(wǎng)段。 每個(gè)物理設(shè)備通過提供一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用進(jìn)程，來執(zhí)行整個(gè)系統(tǒng)的一部分工作，應(yīng)用進(jìn)程之間的通信通過EPA通信實(shí)體實(shí)現(xiàn)。,7.3.5 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),圖7.11 EPA系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),按類型分，一個(gè)EPA系統(tǒng)中有EPA主設(shè)備、EPA現(xiàn)場

56、設(shè)備、EPA網(wǎng)橋、EPA代理以及EPA網(wǎng)關(guān)。 1EPA主設(shè)備（HOST DEVICE） EPA主設(shè)備是EPA 過程監(jiān)控層L2網(wǎng)段上的設(shè)備，一般是指EPA系統(tǒng)中的組態(tài)、監(jiān)控設(shè)備，它一般不要求具有控制應(yīng)用功能塊或功能塊應(yīng)用進(jìn)程。 EPA主設(shè)備的IP地址必須在系統(tǒng)中唯一。 2EPA現(xiàn)場設(shè)備（FIELD DEVICE） EPA現(xiàn)場設(shè)備是指處于工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場的設(shè)備。EPA現(xiàn)場設(shè)備必需具有EPA通信實(shí)體，并包含功能塊、功能塊應(yīng)用進(jìn)程，并通過TCP/UDP用EPA服務(wù)來訪問功能塊應(yīng)用進(jìn)程。 EPA現(xiàn)場設(shè)備的IP地址必須在系統(tǒng)中唯一。,736 EPA設(shè)備,3EPA網(wǎng)橋（EPA BRIDGE） EPA網(wǎng)橋作為可選

57、設(shè)備，本質(zhì)是上一個(gè)網(wǎng)橋設(shè)備，用于連接兩個(gè)網(wǎng)段，即EPA過程監(jiān)控層L2網(wǎng)段和現(xiàn)場設(shè)備層L1網(wǎng)段。因此，一般它有兩個(gè)EPA接口，視不同應(yīng)用，其中的任一個(gè)接口都可以是以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙或其他網(wǎng)絡(luò)接口。但在具有冗余要求的場合，可視情況，其中任一個(gè)接口都可以冗余配置，甚至是對EPA網(wǎng)橋設(shè)備進(jìn)行冗余配置。 EPA網(wǎng)橋是可以組態(tài)的設(shè)備，通過組態(tài)，EPA網(wǎng)橋?qū)娜我粋€(gè)接口的接收到的EPA報(bào)文進(jìn)行IP地址、端口號、EPA服務(wù)標(biāo)識進(jìn)行過濾處理，只有在接收到的報(bào)文滿足特殊要求時(shí)，才予以轉(zhuǎn)發(fā)。對于不滿足要求的報(bào)文，要么在本地進(jìn)行處理，要么直接予以丟棄，不予轉(zhuǎn)發(fā)。,4EPA代理（EPA AGENT） EPA代理是

58、一個(gè)可選設(shè)備，它可采用一般信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（如COM組件）與其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的共享和交換，以及對遠(yuǎn)程訪問的安全管理。 5EPA網(wǎng)關(guān)（EPA GATEWAY） EPA網(wǎng)關(guān)是用于其他非EPA設(shè)備連接到EPA網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)其他網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線（如FF、PROFIBUS等）與EPA網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)。 該設(shè)備的詳細(xì)技術(shù)要求不在本標(biāo)準(zhǔn)考慮之列。,1. EPA支持的通信模式 (1)客戶/服務(wù)器 客戶/服務(wù)器用于EPA網(wǎng)絡(luò)上兩個(gè)設(shè)備之間由用戶發(fā)起的、一對一的、排隊(duì)式、非周期通信。 客戶/服務(wù)器通信模式常用于設(shè)置參數(shù)或?qū)崿F(xiàn)某些操作，如改變給定值、對調(diào)節(jié)器參數(shù)的訪問和調(diào)整、對報(bào)警的確認(rèn)、設(shè)備的上載和下載等。 (2)

59、報(bào)告分發(fā)型 報(bào)告分發(fā)型通信模式是一種排隊(duì)式、非周期通信。也是一種由用戶發(fā)起的一對多的通信。 這種報(bào)告分發(fā)型用于廣播及多點(diǎn)傳送事件與趨勢報(bào)告。最典型的應(yīng)用場合是將報(bào)警狀態(tài)、趨勢數(shù)據(jù)等通知操作臺。,737 EPA網(wǎng)絡(luò)通信與調(diào)度,(3)發(fā)布/預(yù)定接收型 發(fā)布/預(yù)定接收模式主要用來實(shí)現(xiàn)緩沖型、一對多通信。 這種通信模式可以根據(jù)組態(tài)，按準(zhǔn)確的時(shí)間周期發(fā)出，也可以由數(shù)據(jù)用戶按非周期方式發(fā)送。 2EPA通信調(diào)度 對于處于過程監(jiān)控層的L2網(wǎng)段，可以采用基于IEEE802.3/11/15的訪問調(diào)度機(jī)制，如基于以太網(wǎng)的子網(wǎng)段，完全采用基于CSMA/CD的自由競爭訪問機(jī)制。 而對于處于現(xiàn)場設(shè)備層的L1網(wǎng)段，由于工業(yè)測量與控制系統(tǒng)的確定性和實(shí)時(shí)性通信要求，在EPA系統(tǒng)中，采用一種確定性通信調(diào)度策略。,在L1網(wǎng)段，EPA設(shè)備間的通