【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 但是作為現(xiàn)場(chǎng)總線的鼻祖，還有許多設(shè)備繼續(xù)沿用這種通信協(xié)議。l 設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低等優(yōu)勢(shì)，仍具生命力。l OPTO22命令集在許多系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用 。353 典型現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介HART： Highway Addressable Remote Transducer– HART協(xié)議為可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路通信協(xié)議– 它最早由 Rosemount公司開(kāi)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(huì)。– 其特點(diǎn)是在現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)通信，是模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過(guò)程中的過(guò)渡性產(chǎn)品，因而在當(dāng)前的過(guò)渡時(shí)期具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(yùn)行參數(shù)的測(cè)量值、控制量、閥門(mén)的工作位置、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)、設(shè)備的資源與維護(hù)信息、系統(tǒng)組態(tài)、參數(shù)修改、零點(diǎn)量程調(diào)校信息等?！」I(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)工業(yè)數(shù)據(jù)通信定義： 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，除了計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備，還存在大量檢測(cè)工藝參數(shù)數(shù)值與狀態(tài)的變送器和控制生產(chǎn)過(guò)程的控制設(shè)備，在這些測(cè)量、控制設(shè)備的各功能單元之間、設(shè)備與設(shè)備之間、以及這些設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間遵照通信協(xié)議、利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)傳遞數(shù)據(jù)信息的過(guò)程，一般稱之為工業(yè)數(shù)據(jù)通信。37與計(jì)算機(jī)通訊的區(qū)別l 功能l 計(jì)算機(jī)通訊的功能是可靠地傳遞信息l 現(xiàn)場(chǎng)總線的功能是經(jīng)濟(jì)、安全、可靠的傳遞信息 。正確使用所傳信息 。及時(shí)處理所傳信息l 要求l 對(duì)計(jì)算機(jī)通訊的主要要求是傳輸速度快l 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的要求不僅是傳輸速度快 ,而且要求響應(yīng)快 38控制系統(tǒng)的通信中往往要考慮以下幾個(gè)問(wèn)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(lái)可以進(jìn)一步擴(kuò)充？39應(yīng)該根據(jù)具體的應(yīng)用需求來(lái)選擇不同的網(wǎng)絡(luò)，不同的應(yīng)用需求對(duì)數(shù)據(jù)的要求是不同的 :l 對(duì)數(shù)據(jù)量要求的不同。 網(wǎng)絡(luò)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(lái)計(jì)算。負(fù)載量的變化，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的帶寬有不同要求。l 對(duì)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(bào)文（ Explicit Messaging），程序的上載 /下載 ，診斷信息等l 對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能要求不同。 可能要求網(wǎng)絡(luò)主要處理高速離散量或者模擬量，對(duì)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)特別要求確定性和可重復(fù)性。40工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)體系l 羅克韋爾自動(dòng)化提出了三層網(wǎng)絡(luò) ,即設(shè)備層，控制層和信息層的體系。41三層網(wǎng)絡(luò)共同的特點(diǎn)l 從底層到高層全部是開(kāi)放的l 不需許可證，不用注冊(cè)，沒(méi)有任何限制l 對(duì)任何人都是可用的技術(shù)l 產(chǎn)品的可靠的互操作性l 扁平結(jié)構(gòu)l 可從高層對(duì)以下各層的產(chǎn)品組態(tài)及監(jiān)測(cè)l 以最少層次的網(wǎng)絡(luò)支持l 所有層之間的完全橋接l 層之間通過(guò)網(wǎng)橋 /網(wǎng)關(guān)連接l 對(duì)設(shè)備可有增強(qiáng)的診斷能力l 將控制分散到整個(gè)體系42三層網(wǎng)絡(luò)不同的特點(diǎn)l 信息層（例如：使用 Ether)l 高速報(bào)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(bào)文的傳輸和診斷功能l 開(kāi)放性技術(shù)l 能夠設(shè)置信息的優(yōu)先級(jí)l 支持多主機(jī)、廣播式和點(diǎn)對(duì)點(diǎn) (PeertoPeer) 的通信方式l 高速 I/O信息和報(bào)文的傳送l 有效地?cái)?shù)據(jù)共享l 確定性和可重復(fù)性 (Determinism Repeatability)l 設(shè)備層 (例如：使用 DeviceNet)l 有類似于控制層的要求，但更強(qiáng)調(diào)降低安裝費(fèi)用、系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間43442．控制網(wǎng)絡(luò)（ 1）控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線 控制網(wǎng)絡(luò)的定義 ：將多個(gè)分散在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，具有數(shù)字通信能力的測(cè)量控制儀表作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，采用公開(kāi)、規(guī)范的通信協(xié)議，以現(xiàn)場(chǎng)總線作為通信連接的紐帶，把現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備連接成為可以相互溝通信息，共同完成自控任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。 它既是一個(gè)位于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，又是一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為支撐的控制系統(tǒng)。 除了普通的計(jì)算機(jī)、工作站、打印機(jī)、顯示終端之外，大量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是各種可編程控制器、開(kāi)關(guān)、馬達(dá)、變送器、閥門(mén)、按鈕等。45圖 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)46及傳輸介質(zhì) 　 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 　 網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)及特性 　 信號(hào)的傳輸和編碼技術(shù)47 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 1．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)（ 1）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念： 用通信手段將空間上分散的、具有獨(dú)立處理能力的多臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互聯(lián)起來(lái)，按照某種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，以進(jìn)行信息交換、實(shí)現(xiàn)資源共享和協(xié)同工作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集合。 ① 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)必須是兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的具有 獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集合。 ② 網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在 空間是分散的 。 ③ 網(wǎng)絡(luò)中的多臺(tái)計(jì)算機(jī)必須通過(guò) 物理介質(zhì) 連接起來(lái)。 ④ 網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間要進(jìn)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(luò)中多臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互接的 結(jié)果 是完成數(shù)據(jù)交換， 目的 是為了實(shí)現(xiàn)信息資源的共享以及不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間的相互操作以完成工作協(xié)同和應(yīng)用集成。 48 （ 2）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成 組成從邏輯功能上可以分成兩部分：由負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)（ HOST）構(gòu)成的 資源子網(wǎng) 以及由負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通信的通信處理機(jī)（ IMP）構(gòu)成的 通信子網(wǎng) 。圖 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成49(3).計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類 按覆蓋的地理范圍進(jìn)行分類，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(shù)特點(diǎn)l 覆蓋有限的地理范圍 ，適用于公司、機(jī)關(guān)、校園、工廠等有限范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)、終端與各類信息處理設(shè)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(gè)單位所有，易于建立、維護(hù)與擴(kuò)展；50城域網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)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(luò)；l 城域網(wǎng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是要滿足幾十公里范圍內(nèi)的大量企業(yè)、機(jī)關(guān)、公司的多個(gè)局域網(wǎng)互連的需求；l 城域網(wǎng)在技術(shù)上與局域網(wǎng)相似。51廣域網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)l 廣域網(wǎng)也稱為遠(yuǎn)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(gè)國(guó)家、地區(qū)，或橫跨幾個(gè)洲，形成國(guó)際性的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)；l 主要使用 分組交換 技術(shù)；l 它將分布在不同地區(qū)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連起來(lái)，達(dá)到資源共享的目的。52 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的概念 所謂拓?fù)涫且环N研究 與大小、形狀無(wú)關(guān) 的構(gòu)成圖形（線、面）特性的方法，即拋開(kāi)網(wǎng)絡(luò)中的具體設(shè)備，把工作站、服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)單元抽象為 “節(jié)點(diǎn) ”，把網(wǎng)絡(luò)中的電纜等通信介質(zhì)抽象為 “線 ”。 這樣從拓?fù)鋵W(xué)的角度看計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就變成了 點(diǎn)和線組成的幾何圖形 ，這就是網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也就說(shuō)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信鏈路和節(jié)點(diǎn)的幾何排列或物理圖形布局。 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般有 網(wǎng)狀形（ mesh）、總線形（ bus）、星形（ star）、環(huán)形（ ring）以及樹(shù)形（ tree） 。53選擇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的依據(jù)l 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的各種性能起著至關(guān)重要的作用 選擇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該考慮的主要因素有：l 最好是建樓同時(shí)或建樓裝修以前進(jìn)行安裝，并考慮今后擴(kuò)建的要求。 合理選擇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的傳輸介質(zhì)、傳輸距離，這將會(huì)有效的降低安裝費(fèi)用。l 網(wǎng)絡(luò)建成之后，某些設(shè)備的搬動(dòng)不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母淖?，同時(shí)還應(yīng)保證原有節(jié)點(diǎn)的刪除和新節(jié)點(diǎn)的加入 ,也要相對(duì)容易。l 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇要使個(gè)別節(jié)點(diǎn)損壞或網(wǎng)絡(luò)本身無(wú)法運(yùn)行等故障的檢測(cè)和隔離較為方便。 54網(wǎng)狀拓?fù)? l 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是指將各網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)與通信線路互連成不規(guī)則的形狀，每個(gè)結(jié)點(diǎn)至少與其它兩個(gè)結(jié)點(diǎn)相連 ，或者說(shuō)每個(gè)結(jié)點(diǎn)至少有兩條鏈路與其他結(jié)點(diǎn)相連。大型互聯(lián)網(wǎng)一般都采用這種結(jié)構(gòu)。l 在網(wǎng)狀拓?fù)渲校?每個(gè)設(shè)備都有專門(mén)的線與其它設(shè)備實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接 ，專門(mén)即指這條連接只承載它所連接的兩個(gè)站點(diǎn)之間的通信流量。l 對(duì)一個(gè)完全連接的網(wǎng)狀網(wǎng)來(lái)說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)幾個(gè)站點(diǎn)的互連，必須要有 n(n1)/2個(gè)物理信道 。為了提供這些眾多的連接，網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)設(shè)備必須要有 n1個(gè)輸入輸出（I/O）口 。 55星形拓?fù)? l 星型結(jié)構(gòu)的每個(gè)結(jié)點(diǎn)都由一條點(diǎn)到點(diǎn)鏈路與 中心結(jié)點(diǎn) （公用中心交換設(shè)備，如：交換機(jī)、 HUB等）相連。 信息的傳輸是通過(guò)中心結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，并且只能通過(guò)中心站點(diǎn)與其它站點(diǎn)通信 .集線器56環(huán)形拓?fù)? l 環(huán)型結(jié)構(gòu)是各個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)通過(guò)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(jié)構(gòu)有兩種類型，即單環(huán)結(jié)構(gòu)和雙環(huán)結(jié)構(gòu) 。令牌環(huán)（ Token Ring）是單環(huán)結(jié)構(gòu)的典型代表，光纖分布式數(shù)據(jù)接口（ FDDI）是雙環(huán)結(jié)構(gòu)的典型代表。57總線拓?fù)? l 總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是常用的局域網(wǎng)拓?fù)錁?gòu)。在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中 采用一條主干電纜 ，所有的節(jié)點(diǎn)通過(guò)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(hào)反射的終結(jié)器 ，如圖所示。58前四種拓?fù)涞暮?jiǎn)單比較 造價(jià) 安裝難易排錯(cuò)難易故障影響主要應(yīng)用總線型低 易 難 一點(diǎn)斷，全網(wǎng)斷LAN、越來(lái)越少環(huán)型 低 易 易 一點(diǎn)斷，全網(wǎng)斷FDDI星型 中 中 易 單條線路 LAN網(wǎng)狀 高 難 易 有