【文章內(nèi)容簡介】 是否有效的時間點，發(fā)送器與接收器各不相同。 對于發(fā)送起來說，如果直到幀的末尾位均沒有錯誤，則此報文對于發(fā)送器有效。如果報文破損，則報文會根據(jù)優(yōu)先權(quán)自動重發(fā)。為了能夠和其他信息競爭總線，重新傳輸必須在總線空閑時啟動。 而對于接受器來說，如果直到一最后的位(除了幀末尾位)均沒有錯誤，則報文對于接收器有效。 錯誤處理與故障界定 在CAN總線中有以下5種不同的錯誤類型，這5種錯誤不會相互排斥 站單元在發(fā)送位的同時也對總線進行監(jiān)視。如果所發(fā)送的位值與所監(jiān)視的位值不相符合，則在此位時間里檢測到一個位錯誤 (BitError)。但是在仲裁場 (ArbitrationField)的填充位流期間或ACK間隙 (ACKSlot)發(fā)送一“隱性”位的情況是例外的—此時，當監(jiān)視到一“顯性”位時，不會發(fā)出位錯誤 (BitError)。當發(fā)送器發(fā)送一個被動錯誤標志但檢測到“顯性”位時，也不視為位錯誤。如果在使用位填充法進行編碼的信息中，出現(xiàn)了第6個連續(xù)相同的位電平時，將檢測到一個填充錯誤。CRC序列包括發(fā)送器的CRC計算結(jié)果。接收器計算CRC的方法與發(fā)送器相同。如果計算結(jié)果與接收到CRC序列的結(jié)果不相符，則檢測到一個CRC錯誤 (CRCError)。 當一個固定形式的位場含有1個或多個非法位，則檢測到一個形式錯誤 (ForlnError)。只要在ACK間隙 (ACKSlot)期間所監(jiān)視的位不為“顯性”，則發(fā)送器會檢測到一個應答錯誤 (AcknowledgmeniError)。檢測到錯誤條件的站通過發(fā)送錯誤標志指示錯誤。對于“錯誤主動”的節(jié)點，錯誤信息為“主動錯誤標志”，對于“錯誤被動”的節(jié)點，錯誤信息為“被動錯誤標志”。站檢測到無論是位錯誤、填充錯誤、形式錯誤，還是應答錯誤，這個站會在下一位時發(fā)出錯誤標志信息。只要檢鋇l到的錯誤的條件是CRC錯誤，錯誤標志的發(fā)送開始于ACK界定符之后的位(其他的錯誤條件除外)。至于故障界定，單元的狀態(tài)可能為以下三種、之一:錯誤主動、錯誤被動和總線關(guān)閉?！板e誤主動”的單元可以正常地參與總線通訊并在錯誤被檢測到時發(fā)出主動錯誤標志。 “錯誤被動”的單元不允許發(fā)送主動錯誤標志?！板e誤被動”的單元參與總線通訊而且在錯誤被檢測到時只發(fā)出被動錯誤標志。而且，發(fā)送以后，“錯誤被動”單元將在預設(shè)下一個發(fā)送之前處于等待狀態(tài)?！翱偩€關(guān)閉”的單元不允許在總線上有任何的影響。 在每一總線單元里實現(xiàn)兩種計數(shù)以便故障界定:發(fā)送錯誤計數(shù)、接收錯誤計數(shù)。這些計數(shù)按以下規(guī)則改變:，接收錯誤計數(shù)就加1。在發(fā)送主動錯誤標志或過載標志期間所檢測到的錯誤為位錯誤時，接收錯誤計數(shù)器值不加，接收器檢測到的第一個位為“顯性”時，接收錯誤計數(shù)值加8。，發(fā)送錯誤計數(shù)器值加8。，如果發(fā)送器檢測到位錯誤，則發(fā)送錯誤計數(shù)器值加8。，如果接受器檢測到位錯誤(位錯誤)，則接收錯誤計數(shù)器值加8。、被動錯誤標志或過載標志以后，任何節(jié)點最多容許7個連續(xù)的“顯性”位。(得到應答及直到幀末尾結(jié)束沒有錯誤)，發(fā)送錯誤計數(shù)器值減1，除非已經(jīng)是0。，在成功地接收到報文后(直到ACK間隙接收沒有錯誤，及成功地發(fā)送了應答位)，接收錯誤計數(shù)器值減1。如果接收錯誤計數(shù)器值是O，則它保持0，如果大于127，則它會設(shè)一值介于119到127之間。，或當接收錯誤計數(shù)器值等于或超過128時，節(jié)點為“錯誤被動’。讓節(jié)點成為“錯誤被動”的錯誤條件致使節(jié)點發(fā)出主動錯誤標志。，節(jié)點為“總線關(guān)閉”。，“錯誤被動”的節(jié)點重新變?yōu)椤板e誤主動”?！半[性”位之后，“總線關(guān)閉”的節(jié)點可以變成“錯誤主動”(不再是“總線關(guān)閉”)，它的錯誤計數(shù)值也被設(shè)置為O。CAN總線的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達1Mbit/S，通常用石英晶振作為時鐘發(fā)生器，可以獨立進行位定時的參數(shù)設(shè)置，這樣即使網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點之間的時鐘周期不一樣仍可獲得相同的位速率。但網(wǎng)絡(luò)中晶振的頻率不是絕對穩(wěn)定的，溫度、電壓以及器件的異常都會導致微小的差別，但只要將其穩(wěn)定在振蕩器容差范圍之內(nèi)，總線上的節(jié)點會通過重同步進行彌補。CAN總線的一個位時間可以分成四個部分:同步段，傳播段t71，相位段1和相位段2，每段的時間份額的數(shù)目都是可以編程控制的，而時間份額的大小tq由系統(tǒng)時鐘tsys和波特率預分頻值BRP決定:tq=B即八Sys。: 位時間的同步段用于同步總線上不同的節(jié)點。這一段內(nèi)要有一個跳變沿。傳播段用于補償網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的物理延時時間。它是總線上輸入比較器延時和輸出驅(qū)動器延時總和的兩倍。相緩沖段用于補償邊沿階段的錯誤。這兩個段可以通過重新同步加長或縮短。 總線節(jié)點在每個時間份額都會采樣總線，并與前一次采樣值進行比較，如果前一次采樣值是隱性而當前的采樣值是顯性，那么總線節(jié)點就會發(fā)生一次同步。如果跳變沿出現(xiàn)在同步段的前面，沿相位錯誤就是負的，反之就是正的。 同步分為硬同步和重新同步兩類。 在幀起始時，總線會進行一次硬同步。硬同步后，位時間由每個位定時邏輯單元在同步段之后重新啟動，強迫引起硬同步的邊沿處于重新啟動位時間的同步段內(nèi)。 當引起重新同步的沿相位錯誤幅值小于或等于同步跳轉(zhuǎn)寬度的數(shù)值時，重新同步導致位時間的延長或縮短，使采樣點處于適當?shù)奈恢谩．斞叵辔徽`差幅值大于重新同步跳轉(zhuǎn)寬度時，如果相位誤差為正，相位緩沖段1延長數(shù)值等于同步跳轉(zhuǎn)寬度。如果相位誤差為負，相位緩沖段2縮短數(shù)值等于同步跳轉(zhuǎn)寬度。 通過同步，總線可以有效地濾除長度小于傳播段與相位緩沖段l長度之和的噪聲。但在一個位時間里只允許一種同步發(fā)生。除了噪聲以外，絕大多數(shù)的同步都是由仲裁引起的，總線上的所有節(jié)點都要同步于最先開始發(fā)送的節(jié)點，但是由于總線延遲，節(jié)點的同步不可能達到理想的要求。 如果最先發(fā)送的節(jié)點沒有贏得總線仲裁，那么所有的接收節(jié)點都要重新同步于獲得總線仲裁的節(jié)點。應答場的情況也是如此，總線上的接收節(jié)點都要同步于最先發(fā)送顯性位的節(jié)點。但是當發(fā)送節(jié)點與接收節(jié)點的時鐘周期不同并經(jīng)過多次同步累加起來，振蕩器容差會導致同步在仲裁場之后出現(xiàn)。為正負兩種情況，說明了相位緩沖段如何彌補沿相位錯誤。 同步應遵循以下規(guī)則:。，才把沿用作于同步。，有一“隱性”轉(zhuǎn)變到“顯性”的沿，無論何時，硬同步都會被執(zhí)行?！半[性”轉(zhuǎn)化為“顯性”的沿用作于重新同步使用，則其他符合規(guī)則1和規(guī)則2的所有從“隱性”轉(zhuǎn)化為“顯性”的沿可以用作為重新同步。有一例外情況，即，當發(fā)送一顯性位的節(jié)點不執(zhí)行重新同步而導致一“隱性”轉(zhuǎn)化為“顯性”沿，此沿具有正的相位誤差，不能作為重新同步使用。第5章工業(yè)控制系統(tǒng)的簡介 工控機即工業(yè)控制計算機，也叫做工業(yè)個人計算機 industrial Personal puter IPC)，英文簡稱IPC。工控機通俗的說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計的計算機。也可以理解為產(chǎn)業(yè)電腦或工業(yè)電腦。 工控機是一種加固的增強型個人計算機，它可以作為一個工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運行。早在80年代初期，美國AD公司就推出了類似IPC的MAC一150工控機，隨后美國IBM公司正式推出工業(yè)個人計算機IBM7532。由于IPC的性能可靠、軟件豐富、價格低廉，而在工控機中異軍突起，后來居上，應用日趨廣泛。目前，IPC已被廣泛應用于通訊、工業(yè)控制現(xiàn)場、路橋收費、醫(yī)療、環(huán)保及人們生活的方方面面。 國外自上世紀60年代出現(xiàn)第一臺工業(yè)過程控制系統(tǒng)以來已經(jīng)過三代產(chǎn)品的發(fā)展變化，隨著計算機技術(shù)及產(chǎn)品的發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)亦相應地不斷發(fā)展。其目前具有以下特點:、微控制器的發(fā)展，1位、4位、8位、16位、32位微處理器，微控制器及單片機性能價格比不斷提高，Intel、Motorola等公司的微處理器占統(tǒng)治地位，各種控制器、控制裝置、PLC更新?lián)Q代加快，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)芯片己問世，模擬控制器、智能控制器已初步商品化及推廣應用r，2。，如Honeywell公司新推出的 ExperianPKS(過程知識系統(tǒng))，Emerson公司的Plantweb，F(xiàn)oxboro公司的AZ，橫河公司的R3(PRM一工廠資源管理系統(tǒng))，ABB公司的 IndustrialIT系統(tǒng)。、通信技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，使控制系統(tǒng)向全數(shù)字化、全分散式、全開放可互操作和開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的新一代現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)發(fā)展?，F(xiàn)場總線技術(shù)近年迅速發(fā)展，目前有FF(現(xiàn)場總線基金會)、Profibus(過程現(xiàn)場總線)、Lonworks(局部操作網(wǎng)絡(luò))、CAN(控制局域網(wǎng)絡(luò))、以RT(可尋址遠程傳感器數(shù)據(jù)通路)等，Lonworks已經(jīng)廣泛的應用，得到包括IBM、Honeywen、ABB等大公司在內(nèi)的2500家生產(chǎn)廠家的支持，占領(lǐng)了約1/3的樓宇自動化市場，已成為美國空調(diào)暖通工程師協(xié)會ASHRAE的樓宇自動化的標準。，目前己有新的突破，無論是處理速度，功能強化、通訊能力都提高到一個新水平，小型pLC向小型化、低成本、簡單、多用方向發(fā)展，大中型PLC向多功能、高速度、大容量、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。，先進控制、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)己在工業(yè)自動化中實際應用:多變量預測控制、先進控制軟件產(chǎn)品在國外石油、化工等流程工業(yè)已廣泛使用:人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已制成專用芯片及自動裝置，模糊控制器亦已商品化，廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制和電冰箱洗衣機等家用電器控制中，專家系統(tǒng)己在電站控制、冶金過程及石化裝置自動控制中應用，國外制造自動化向CIMS精良生產(chǎn)、敏捷制造方向發(fā)展，流程工業(yè)亦向集成生產(chǎn)系統(tǒng)CIPS發(fā)展。 隨著計算機技術(shù)及應用的發(fā)展，工業(yè)控制機不斷向數(shù)字化、微型化、分散化、個性化、專用化發(fā)展，工業(yè)控制機系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、集成化、綜合化、智能化方向發(fā)展，隨著信息化帶動工業(yè)化，工業(yè)化促進信息化的進展，企業(yè)信息化、社區(qū)信息化、家庭信息化的發(fā)展，工業(yè)控制機的市場不斷擴大，前景寬廣。 早期的工控機就是一個質(zhì)量更好的PC，隨著工控機被大量用于工業(yè)現(xiàn)場，基于母板的系統(tǒng)是不靈活的，為了修復或更新系統(tǒng)需要更換整個母板。更換母板需要在母板拿走之前把所有的插卡和電纜都拔掉。這就導致修復或更新時系統(tǒng)停機時間增加，這在工控現(xiàn)場是不可接受的。 因此工程師們想到另外一個方法，取消母板架構(gòu)，而把核心的CPU處理單元做在一張插卡上，其它的擴展界面則做在底板上，底板是由一些連接器和無源器件組成的。這種結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)更新和修復簡單而且停機時間最少。 就這樣慢慢隨著用戶使用環(huán)境的變化，工控機架構(gòu)演變成了現(xiàn)在流行的底板加插卡的架構(gòu)()。典型的工控機主要結(jié)構(gòu)如下: 。IPC的全鋼機箱是按標準設(shè)計的，抗沖擊、抗振動、抗電磁干擾，內(nèi)部可安裝同PC一bus兼容的無源底板。 。無源底板的插槽由ISA和PCI總線的多個插槽組成，IsA或PCI插槽的數(shù)量和位置根據(jù)需要有一定選擇，該板分為四層結(jié)構(gòu)，中間兩層分別為地層和電源層，這種結(jié)構(gòu)方式可以減弱板上邏輯信號的相互干擾和降低電源阻抗。底板可插接各種板卡，包括CPU卡、顯示卡、控制卡、FO卡等。 。工控機電源多為AT開關(guān)電源，平均無故障運行時間達到250，000小時。 。工控機的CPU卡有多種，根據(jù)尺寸可分為長卡和半長卡，根據(jù)處理器可分為384858Pll、Plll主板，用戶可視自己的需要任意選配。其主要特點是:工作溫度0一600C。裝有“看門狗”計時器。低功耗，最大時為 SV/。 。工控機的其他配件基本上都與PC機兼容，主要有內(nèi)存、顯卡、硬盤、軟驅(qū)、鍵盤、鼠標、光驅(qū)、顯示器等。 RS一232/484串口通信協(xié)議的應用 RS一232總線是在工控機系統(tǒng)中最早應用的一種總線通信技術(shù)，后來又逐漸使用了RS一422與RS一485。 RS一23RS一422與RS一485都是串行數(shù)據(jù)接口標準，最初都是由電子工業(yè)協(xié)會(EIA)制訂并發(fā)布的匯18)，RS一232在1%2年發(fā)布，命名為EIA一232一E，作為工業(yè)標準，以保證不同廠家產(chǎn)品之間的兼容。RS一422由RS一232發(fā)展而來，它是為彌補RS一232之不足而提出的。為改進RS一232通信距離短、速率低的缺點，RS一422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到IOMb/s，傳輸距離延長到4000英尺(速率低于IO0kb/s時)，并允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器。RS一422是一種單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為TIA了EIA一422一A標準。為擴展應用范圍，EIA又于1983年在 RS一422基礎(chǔ)上制定了RS一485標準，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA一485一A標準。由于EIA提出的建議標準都是以’嘆s’’作為前綴，所以在通訊工業(yè)領(lǐng)域，仍習慣將上述標準以RS作前綴稱謂。 RS一23RS一422與RS一485標準只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。 目前RS一232是工控機與通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口。RS一232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標準。RS一232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。 收、發(fā)端的數(shù)據(jù)信號是相對于信號地，如從DTE設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)在使用DB25連接器時是2腳相對7腳(信號地)的電平。典型的RS一2犯信號在正負電平之間擺動，在發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送端驅(qū)動器輸出正電平在+5一 +lsv，負電平在一5一15V電平。當無數(shù)據(jù)傳輸時，線上為TTL，從開始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從TT’L電平到RS一232電平再返回TTL電平。接收器典型的工作電平在+3一 +lZV與一3一一12V。由于發(fā)