现场总线复习

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1、Ch1：现场总线2种定义：（1）现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。（2）IEC对其定义：现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。2、常用现场总线：CAN,FF,Profibus,LonWorks,HART。3、现场总线（1）本质：它是现场通信网络，能实现现场设备互联，有互操作性，分散功能模块，可用通信线供电，是开放互连式网络（2）结构特点：由于采用智能现场设备，能够把DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块置入现场设备中，在现场直接完成采集

2、和控制。由于不需要其他的模数转换器件，且一对电线能传输多个信号，因而简化了系统结构，节约了设备及安装维护费用。（3）技术特点：系统的开放性，互可操作性与互用性，现场设备的智能化与功能自治性，系统结构的高度分散性，对现场环境的适应性（4）优势：节省硬件数量与投资，节省安装费用，节约维护开销，用户具有高度的系统集成主动权，提高了系统的准确性与可靠性。4、现场总线标准及现状：（1）标准：1999年有8种，2003年新增FF FMS和PROFINET（2）现状：多种总线共存、每种总线各有其应用领域、每种总线各有其国际组织、每种总线均有其支持背景、设备制造商参加多个总线组织、多种总线均作为国家和地区的标

3、准、协调共存、工业以太网引入工业领域5、OSI7层协议标准：（1）应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层（2）数据链路层分为两个子层：介质访问控制层(MAC)和逻辑链路控制层(LLC)。MAC对传输介质传送的信号进行发送和接收控制；LLC对数据链进行控制，保证数据传送到指定的设备上。现场总线上的设备可以是主站，也可以是从站。6、链路层三种总线控制协议：集中式轮询协议、令牌总线协议和总线仲裁协议7、现场总线的两种编码方式：Manchester和NRZ，前者同步性好，但频带利用率低，后者刚好相反。前者采用基带传输，后者采用频带传输。传输介质主要有：有线电缆、光纤和无线介质。8、

4、企业网络信息集成系统（1）层次结构（从底到上依次是）：a.过程控制层(PCS)：依照现场总线的协议标准，智能设备采用功能块的结构，通过组态设计，完成数据采集、A/D转换、数字滤波、温度压力补偿、PID控制等功能。智能转换模块对传统检测仪表的电流电压进行数字转换和补偿。拓扑结构：环形网，总线网，树形网，令牌总线网b.制造执行层(MES)：从现场设备中获取数据，完成各种控制、运行参数的监测、报警和趋势分析等功能，还包括控制组态的设计和下装。c.企业资源规划层(ERP)：在分布式网络环境下构建一个安全的远程监控系统（2）现场总线与数据局域网的区别：用途不同，技术要求不同（3）互连方法：a.采用专用网

5、关完成不同通信协议的转换，把现场总线网段或DCS网段连接到以太网上。b.将现场总线网卡和以太网卡都置入工业PC机插槽上，在PC机内实现数据交换c.将Web服务器直接置入PLC或现场总线设备内，借助Web服务器和通用浏览工具实现数据信息的动态交互。（4）现场总线VS管理信息网络：监控能力：强/弱；可靠性和故障容限：高/高；实时响应：快/中；信息报文长度：短/长；OSI相容性：低/中高；体系结构和协议复杂性：低/中高；通信功能级别：中级/大范围；通信速率：低中/高；抗干扰能力：强/中Ch2：1、总线基本概念：（1）总线和总线段：总线是传输信号或信息的公共路径，是遵循同一技术规范的连接与操作方式；一

6、组设备通过总线连接在一起称为总线段（2）总线主设备：可在总线上发起信息传输的设备（3）总线从设备：不能在总线上主动发起通信，只能挂在总线上，对总线信息进行接收查询（4）总线协议：管理主、从设备使用总线的规则（5）总线操作：总线上命令者与响应者之间的“连接-数据传送-脱开”这一操作序列称为一次总线操作。（6）寻址：物理寻址：用于选择某一总线段上某一特定位置的从设备作为响应者；逻辑寻址：选择从设备与位置无关；广播寻址：用于选择多个响应者（7）总线仲裁：用于裁决哪一个主设备是下一个占有总线的设备。某一时刻只允许某一主设备占有总线，等到它完成总线操作，释放总线占有权后才允许其他总线主设备使用总线。（8

7、）总线定时：总线通过定时信号进行同步。定时信号用于指明总线上的数据和地址在什么时刻是有效的。（9）菊花链总线仲裁方式：（三线的情况）总线请求BR、总线允许BG、总线忙BB2、数据通信概念（1）码元：时间轴上的一个信号编码单元称为码元。（2）信源、信宿和信道：在数据通信中，通常将数据的发送方称为信源，数据的接收方称为信宿，在信源与信宿之间传输数据的通道称为信道。（3）通信方式：串行、并行；单工、半双工、全双工（4）传输速率：是衡量数据传输有效性的指标之一。指通信系统每秒传送的数据量。单位bps、Kbps、Mbps；（5）比特(bit)率S：单位时间内所传送的二进制序列的位数，单位：bps（6）波

8、特(Baud)率B：信号经过调制后的传输速率，即每秒钟传输的脉冲（波形）信号个数（通过信道传输的码元数）。1Baud表示每秒钟传送一个码元或一个波形。（7）指二进制比特在数据传输系统中被传错的概率，又称为出错率，计算机通信中一般要求平均误码率低于10-9（8）通信信道的频率特性：描述通信信道在不同频率的信号通过以后，其波形发生变化的特性。分为幅频特性和相频特性。（9）介质带宽。频谱：通信系统中所传输的数字信号可以分解为无穷多个频率、幅度、相位各不相同的正弦波。信号所含频率分量的集合称为频谱。带宽：频谱所占的频率宽度称为带宽。有效带宽：有效频谱的频带宽度。（10）信道容量：指在某种传输介质中单位

9、时间内可能传送的最大比特率，即该传输介质容许的最大数据传输速率(bps)（11）信噪比：信号功率S与噪声功率N的比值称为信噪比。单位为分贝dB，值为10lgS/N（12）延迟、抖动、吞吐量和丢包率：延迟指将一个比特从一端传输到另一端所花费的时间；抖动指在同一条路由上发送数据包之间的时间差异；吞吐量指网络中发送数据包的速率；丢包率指在发送数据包时丢弃数据包的最高比例。（13）基带传输：在基本不改变数据信号频率的情况下，在数字通信中直接传送数据的基带信号。即按数据波的原样进行传输，不包含任何调制。是目前广泛使用的最基本的传输方式。基带传输中，数字信号的编码方式有3种：不归零码、曼彻斯特编码、差分曼

10、彻斯特编码A.信号按数据位流的基本形式传输，整个系统不需调制解调器，使得系统价格低廉；B.可采用双绞线或同轴电缆、光缆作为传输介质，传输介质相对宽带较为便宜；C.可达到较高的传输速率(一般为1-10Mbps)，但传输距离一般不超过25公里。（14）频带传输：指先用数字信号对载波进行调制，然后进行传输的传输模式。最基本的调制方式有：幅值键控(ASK)，频移键控(FSK)和相移键控(PSK)（15）宽带传输：指在同一介质上可传输多个频带的信号。传输图像文字语音等大数据量信号。与基带传输的主要区别为：数据传输速率不同，基带网的传输速率范围为0-10Mbps，宽带可达0-400Mbps；宽带可划分为多

11、条基带信道，提供良好的通信路径（16）异步传输：又称起止(start-stop)同步方式。它在传送的字符之前设置一个起始位，在信息代码结束后设置1-2位的终止位；（17）同步传输：同步传输时，需在每个数据块的开始处和结束处各加一个帧头和一个帧尾，使得接收方能判定数据块的开始和结束。加有帧头和帧尾的数据称为一帧（18）同步式优点：效率高，一般在高速传输数据的系统中采用同步式；异步式优点：实现简单，频率漂移不会积累。但缺点是线路效率低，每个字符都占用2-3各位的开销（19）数据编码：是指通信系统中以何种物理信号的形式来表达数据。A.模拟数据编码：分别用模拟信号的不同幅度、不同频率、不同相位来表达数