【文章內(nèi)容簡介】 但是作為現(xiàn)場總線的鼻祖，還有許多設備繼續(xù)沿用這種通信協(xié)議。l 設備簡單，成本低等優(yōu)勢，仍具生命力。l OPTO22命令集在許多系統(tǒng)中得到廣泛應用 。353 典型現(xiàn)場總線簡介HART： Highway Addressable Remote Transducer– HART協(xié)議為可尋址遠程傳感器數(shù)據(jù)通路通信協(xié)議– 它最早由 Rosemount公司開發(fā)并得到 80多家著名儀表公司的支持和加盟，于 1993年成立了 HART通信基金會。– 其特點是在現(xiàn)有模擬信號傳輸線上實現(xiàn)數(shù)字信號通信，是模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉變過程中的過渡性產(chǎn)品，因而在當前的過渡時期具有較強的市場競爭能力，得到了較快的發(fā)展。36工業(yè)數(shù)據(jù)通信傳送的數(shù)據(jù)內(nèi)容： 生產(chǎn)裝置運行參數(shù)的測量值、控制量、閥門的工作位置、開關狀態(tài)、報警狀態(tài)、設備的資源與維護信息、系統(tǒng)組態(tài)、參數(shù)修改、零點量程調(diào)校信息等?！」I(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡工業(yè)數(shù)據(jù)通信定義： 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，除了計算機與外圍設備，還存在大量檢測工藝參數(shù)數(shù)值與狀態(tài)的變送器和控制生產(chǎn)過程的控制設備，在這些測量、控制設備的各功能單元之間、設備與設備之間、以及這些設備與計算機之間遵照通信協(xié)議、利用數(shù)據(jù)傳輸技術傳遞數(shù)據(jù)信息的過程，一般稱之為工業(yè)數(shù)據(jù)通信。37與計算機通訊的區(qū)別l 功能l 計算機通訊的功能是可靠地傳遞信息l 現(xiàn)場總線的功能是經(jīng)濟、安全、可靠的傳遞信息 。正確使用所傳信息 。及時處理所傳信息l 要求l 對計算機通訊的主要要求是傳輸速度快l 對現(xiàn)場總線的要求不僅是傳輸速度快 ,而且要求響應快 38控制系統(tǒng)的通信中往往要考慮以下幾個問題：l 產(chǎn)品怎樣互聯(lián)在一起？l 系統(tǒng)中不同產(chǎn)品間要有可靠的互操作性及不同供貨商的同類產(chǎn)品要有可互換性。l 產(chǎn)品將要交換什么樣類型的數(shù)據(jù)？是控制數(shù)據(jù) (如 I/O 等 )還是信息數(shù)據(jù)（如圖文，聲音等）l 系統(tǒng)需要什么樣的容吐量？l 產(chǎn)品怎樣被組態(tài)？l 系統(tǒng)能否在將來可以進一步擴充？39應該根據(jù)具體的應用需求來選擇不同的網(wǎng)絡，不同的應用需求對數(shù)據(jù)的要求是不同的 :l 對數(shù)據(jù)量要求的不同。 網(wǎng)絡上要求傳送的數(shù)據(jù)量可能以兆字節(jié)或字節(jié)或位來計算。負載量的變化，對網(wǎng)絡的帶寬有不同要求。l 對數(shù)據(jù)類型要求不同。 要求可能是 I/O信息，狀態(tài)突變的信息或顯式報文（ Explicit Messaging），程序的上載 /下載 ，診斷信息等l 對網(wǎng)絡性能要求不同。 可能要求網(wǎng)絡主要處理高速離散量或者模擬量，對工業(yè)控制網(wǎng)絡特別要求確定性和可重復性。40工業(yè)控制網(wǎng)絡體系l 羅克韋爾自動化提出了三層網(wǎng)絡 ,即設備層，控制層和信息層的體系。41三層網(wǎng)絡共同的特點l 從底層到高層全部是開放的l 不需許可證，不用注冊，沒有任何限制l 對任何人都是可用的技術l 產(chǎn)品的可靠的互操作性l 扁平結構l 可從高層對以下各層的產(chǎn)品組態(tài)及監(jiān)測l 以最少層次的網(wǎng)絡支持l 所有層之間的完全橋接l 層之間通過網(wǎng)橋 /網(wǎng)關連接l 對設備可有增強的診斷能力l 將控制分散到整個體系42三層網(wǎng)絡不同的特點l 信息層（例如：使用 Ether)l 高速報文傳送l 高容量數(shù)據(jù)共享l 控制層（例如：使用 ControlNet)l 支持 I/O信息，報文的傳輸和診斷功能l 開放性技術l 能夠設置信息的優(yōu)先級l 支持多主機、廣播式和點對點 (PeertoPeer) 的通信方式l 高速 I/O信息和報文的傳送l 有效地數(shù)據(jù)共享l 確定性和可重復性 (Determinism Repeatability)l 設備層 (例如：使用 DeviceNet)l 有類似于控制層的要求，但更強調(diào)降低安裝費用、系統(tǒng)調(diào)試時間43442．控制網(wǎng)絡（ 1）控制網(wǎng)絡與現(xiàn)場總線 控制網(wǎng)絡的定義 ：將多個分散在生產(chǎn)現(xiàn)場，具有數(shù)字通信能力的測量控制儀表作為網(wǎng)絡節(jié)點，采用公開、規(guī)范的通信協(xié)議，以現(xiàn)場總線作為通信連接的紐帶，把現(xiàn)場控制設備連接成為可以相互溝通信息，共同完成自控任務的網(wǎng)絡系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。 它既是一個位于生產(chǎn)現(xiàn)場的網(wǎng)絡系統(tǒng)，又是一個以網(wǎng)絡為支撐的控制系統(tǒng)。 除了普通的計算機、工作站、打印機、顯示終端之外，大量的網(wǎng)絡節(jié)點是各種可編程控制器、開關、馬達、變送器、閥門、按鈕等。45圖 企業(yè)網(wǎng)絡體系結構46及傳輸介質(zhì) 　 計算機局域網(wǎng)及其拓撲結構 　 網(wǎng)絡的傳輸介質(zhì)及特性 　 信號的傳輸和編碼技術47 計算機局域網(wǎng)及其拓撲結構 1．計算機網(wǎng)絡與計算機局域網(wǎng)（ 1）計算機網(wǎng)絡發(fā)展 計算機網(wǎng)絡的概念： 用通信手段將空間上分散的、具有獨立處理能力的多臺計算機系統(tǒng)互聯(lián)起來，按照某種網(wǎng)絡協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信，以進行信息交換、實現(xiàn)資源共享和協(xié)同工作的計算機系統(tǒng)的集合。 ① 計算機網(wǎng)絡必須是兩臺或兩臺以上的具有 獨立功能的計算機系統(tǒng)的集合。 ② 網(wǎng)絡中的計算機系統(tǒng)在 空間是分散的 。 ③ 網(wǎng)絡中的多臺計算機必須通過 物理介質(zhì) 連接起來。 ④ 網(wǎng)絡中計算機系統(tǒng)之間要進行信息交換， 必須遵守某種約定和規(guī)則 ，這些約定和規(guī)則被稱為協(xié)議。 ⑤ 網(wǎng)絡中多臺計算機系統(tǒng)互接的 結果 是完成數(shù)據(jù)交換， 目的 是為了實現(xiàn)信息資源的共享以及不同計算機系統(tǒng)間的相互操作以完成工作協(xié)同和應用集成。 48 （ 2）計算機網(wǎng)絡的組成 組成從邏輯功能上可以分成兩部分：由負責數(shù)據(jù)處理的計算機（ HOST）構成的 資源子網(wǎng) 以及由負責數(shù)據(jù)通信的通信處理機（ IMP）構成的 通信子網(wǎng) 。圖 計算機網(wǎng)絡的組成49(3).計算機網(wǎng)絡的分類 按覆蓋的地理范圍進行分類，計算機網(wǎng)絡可以分為 局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。l 局域網(wǎng)的技術特點l 覆蓋有限的地理范圍 ，適用于公司、機關、校園、工廠等有限范圍內(nèi)的計算機、終端與各類信息處理設備連網(wǎng)的需求；l 提供高數(shù)據(jù)傳輸速率（ 10Mb/s～ 10Gb/s）、 低誤碼率的高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境；l 一般屬于一個單位所有，易于建立、維護與擴展；50城域網(wǎng)的技術特點l 城域網(wǎng)是介于廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間的一種高速網(wǎng)絡；l 城域網(wǎng)設計的目標是要滿足幾十公里范圍內(nèi)的大量企業(yè)、機關、公司的多個局域網(wǎng)互連的需求；l 城域網(wǎng)在技術上與局域網(wǎng)相似。51廣域網(wǎng)的技術特點l 廣域網(wǎng)也稱為遠程網(wǎng)；覆蓋的地理范圍從幾十公里到幾千公里；l 覆蓋一個國家、地區(qū)，或橫跨幾個洲，形成國際性的遠程網(wǎng)絡；l 主要使用 分組交換 技術；l 它將分布在不同地區(qū)的計算機系統(tǒng)互連起來，達到資源共享的目的。52 拓撲結構的概念 所謂拓撲是一種研究 與大小、形狀無關 的構成圖形（線、面）特性的方法，即拋開網(wǎng)絡中的具體設備，把工作站、服務器等網(wǎng)絡單元抽象為 “節(jié)點 ”，把網(wǎng)絡中的電纜等通信介質(zhì)抽象為 “線 ”。 這樣從拓撲學的角度看計算機網(wǎng)絡就變成了 點和線組成的幾何圖形 ，這就是網(wǎng)絡的拓撲結構，也就說網(wǎng)絡拓撲結構是一個網(wǎng)絡的通信鏈路和節(jié)點的幾何排列或物理圖形布局。 拓撲結構一般有 網(wǎng)狀形（ mesh）、總線形（ bus）、星形（ star）、環(huán)形（ ring）以及樹形（ tree） 。53選擇拓撲結構的依據(jù)l 網(wǎng)絡的拓撲結構，對網(wǎng)絡的各種性能起著至關重要的作用 選擇拓撲結構時，應該考慮的主要因素有：l 最好是建樓同時或建樓裝修以前進行安裝，并考慮今后擴建的要求。 合理選擇拓撲結構以及相應的傳輸介質(zhì)、傳輸距離，這將會有效的降低安裝費用。l 網(wǎng)絡建成之后，某些設備的搬動不會影響網(wǎng)絡拓撲的改變，同時還應保證原有節(jié)點的刪除和新節(jié)點的加入 ,也要相對容易。l 拓撲結構的選擇要使個別節(jié)點損壞或網(wǎng)絡本身無法運行等故障的檢測和隔離較為方便。 54網(wǎng)狀拓撲 l 網(wǎng)狀結構是指將各網(wǎng)絡結點與通信線路互連成不規(guī)則的形狀，每個結點至少與其它兩個結點相連 ，或者說每個結點至少有兩條鏈路與其他結點相連。大型互聯(lián)網(wǎng)一般都采用這種結構。l 在網(wǎng)狀拓撲中， 每個設備都有專門的線與其它設備實現(xiàn)點對點連接 ，專門即指這條連接只承載它所連接的兩個站點之間的通信流量。l 對一個完全連接的網(wǎng)狀網(wǎng)來說，為了實現(xiàn)幾個站點的互連，必須要有 n(n1)/2個物理信道 。為了提供這些眾多的連接，網(wǎng)絡中的每臺設備必須要有 n1個輸入輸出（I/O）口 。 55星形拓撲 l 星型結構的每個結點都由一條點到點鏈路與 中心結點 （公用中心交換設備，如：交換機、 HUB等）相連。 信息的傳輸是通過中心結點的存儲轉發(fā)技術實現(xiàn)的，并且只能通過中心站點與其它站點通信 .集線器56環(huán)形拓撲 l 環(huán)型結構是各個網(wǎng)絡結點通過環(huán)接口連在一條 首尾相接的閉合環(huán)型通信線路 中。 環(huán)型結構有兩種類型，即單環(huán)結構和雙環(huán)結構 。令牌環(huán)（ Token Ring）是單環(huán)結構的典型代表，光纖分布式數(shù)據(jù)接口（ FDDI）是雙環(huán)結構的典型代表。57總線拓撲 l 總線型拓撲結構是常用的局域網(wǎng)拓撲構。在這種拓撲結構中 采用一條主干電纜 ，所有的節(jié)點通過其它的傳輸介質(zhì)連接在該主干電纜上， 主干電纜上安裝有吸收信號反射的終結器 ，如圖所示。58前四種拓撲的簡單比較 造價 安裝難易排錯難易故障影響主要應用總線型低 易 難 一點斷，全網(wǎng)斷LAN、越來越少環(huán)型 低 易 易 一點斷，全網(wǎng)斷FDDI星型 中 中 易 單條線路 LAN網(wǎng)狀 高 難 易 有