【正文】 本章作業(yè)簡述五種通用現(xiàn)場總線的特點(diǎn)及其應(yīng)用領(lǐng)域。其物理媒介的傳輸信號采用曼徹斯特編碼。其通信距離分別為750m和500m。FF現(xiàn)場總線分低速H1和高速H2兩種通信速率。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)全連路層、應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加了用戶層。HART能利用總線供電，可滿足本質(zhì)安全防爆要求，并可組成由手持編程器與管理系統(tǒng)主機(jī)作為主設(shè)備的雙主設(shè)備系統(tǒng)。(c)應(yīng)用層：規(guī)定了三類命令，第1類是通用命令，適用于遵守HART協(xié)議的所有產(chǎn)品；第2類是普通命令，適用于遵守HART協(xié)議的大部分產(chǎn)品；第3類是特殊命令，適用于遵守HART協(xié)議的特殊產(chǎn)品?？蓪さ刂窞?～15，當(dāng)?shù)刂窞?時，處于4～20mA(DC)與數(shù)字通信兼容狀態(tài)；當(dāng)?shù)刂窞?～15時，則處于全數(shù)字通信狀態(tài)。用屏蔽雙絞線單臺設(shè)備距離3000m，而多臺設(shè)備互連距離1500m。（4）HART(Highway Addressable Remote Transclucer)可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路HART是美國Rosemount研制，HART協(xié)議參照ISO/OSI模型的第7層，即物理層、數(shù)據(jù)全連路層和應(yīng)用層，主要有如下特性：(a)物理層：采用基于Bell 202通信標(biāo)準(zhǔn)的FSK技術(shù)，即在4～20mA(DC)模擬信號上疊加FSK數(shù)字信號，邏輯1為1200Hz、邏輯0為2200Hz，波特率為1200bps，調(diào)制信號為177。在一個確定的應(yīng)用中，按照PROFIBUS規(guī)范來定義模塊，寫明其硬件和軟件的性能，規(guī)范設(shè)備功能與PORFIBUS通信功能的一致性。最多可掛接127個站點(diǎn)?！?2Mbps，最大傳輸距離在12Mbps時為100m、可用中繼器延長至10Km。(b)PORFIBUSFMS(Field bus Message Specification)用于一般自動化，適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等。(f)Lon Talk協(xié)議的介質(zhì)訪問控制子層(MAC)對CSMA作了改進(jìn)，采用一種新的稱作Predictive PPersistent CSMA，根據(jù)總線負(fù)載隨機(jī)調(diào)整時間槽n(1～63)，從而在負(fù)載較輕時使介質(zhì)訪問延遲最小化，而在負(fù)載較重時使沖突的可能最小化。LONWORKS提供了一套開發(fā)工具LonBuilder與NodeBuilder。(c)其核心是Neuron(神經(jīng)元)芯片，內(nèi)含了3個8位的CPU；第1個CPU為介質(zhì)訪問控制處理器，實(shí)現(xiàn)Lon Talk協(xié)議的第1層和第2層；第2個CPU為網(wǎng)絡(luò)處理器，實(shí)現(xiàn)Lon Talk協(xié)議的第3層至第6層；第3個CPU為應(yīng)用處理器，實(shí)現(xiàn)Lon Talk協(xié)議的第7層，執(zhí)行用戶編寫的代碼及用戶代碼所調(diào)用的操作系統(tǒng)服務(wù)。（2）LONWORKS(Local Operating Network)局部操作網(wǎng)絡(luò)LONORKS是美國Echelon公司研制，主要有如下特性：(a)通信速率為78Kbps/2700m、,節(jié)點(diǎn)數(shù)32000個，傳輸介質(zhì)為雙絞線、同軸電纜、光纖、電源線等。(j)CAN控制器：Philips公司生產(chǎn)的82C200，Intel公司生產(chǎn)的82527。(g)節(jié)點(diǎn)具有自動關(guān)閉功能，當(dāng)節(jié)點(diǎn)錯誤嚴(yán)重時，則自動切斷與總線的聯(lián)系，這樣不影響總線正常工作。這樣傳輸時間短，受干擾的概率低，且具有較好的檢錯效果。(e)支持三類報文幀：數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、超載幀。(c)可實(shí)現(xiàn)全分布式多機(jī)系統(tǒng)且無主、從機(jī)之分，每個節(jié)點(diǎn)均主動發(fā)送報文，用此特點(diǎn)可方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)。CAN具有如下特性：(a)通信速率為5Kbps/10km,1Mbps/40m,節(jié)點(diǎn)數(shù)110個，傳輸介質(zhì)為雙絞線或光纖等。（1）CAN(Control Area Network)控制器局域網(wǎng)絡(luò)控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN是由德國Bosch公司的為汽車的監(jiān)測和控制而設(shè)計的，逐步發(fā)展到用于其它工業(yè)領(lǐng)域的控制。所以現(xiàn)場總線既是通信網(wǎng)絡(luò)，又是自控網(wǎng)絡(luò)。通訊距離可達(dá)15m，傳輸數(shù)據(jù)的速率可任意調(diào)整，最大可達(dá)20Kb/s。—232C總線的特點(diǎn)。(3)面向I/O的開放式設(shè)計，適合工業(yè)控制應(yīng)用。STD總線在工業(yè)控制中廣泛采用，是因?yàn)樗幸韵绿攸c(diǎn)：(1)小板結(jié)構(gòu)，高度模塊化。其特點(diǎn)是可以用幾根信號線在遠(yuǎn)距離范圍內(nèi)傳遞數(shù)據(jù)或信息，主要用于數(shù)據(jù)通信。并行總線的特點(diǎn)是能以簡單的硬件來運(yùn)行高速的數(shù)據(jù)傳輸和處理。，總線又可分為兩種。外總線通常通過總線控制器掛接在系統(tǒng)總線上，外總線如圖所示。一般微型機(jī)系統(tǒng)總線如圖所示。局部總線通常包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線三類。它是微處理器總線的延伸，是微處理器與外部硬件接口的通路，如圖所示。每個部件都能通過共享總線與接在總線上的其他部件相連，但在同一時刻，卻只允許2個部件共享通信，其他部件間的通信要分時進(jìn)行，因此準(zhǔn)確地應(yīng)稱之為分時共享總線。在全互連或部分互連以及環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中使用的總線就是專用總線。，總線有如下的幾種類型：（1）專用總線我們將只實(shí)現(xiàn)一對物理部件間連接的總線稱為專用總線。因此，采用同一總線標(biāo)準(zhǔn)的不同廠家的插件模塊，就可以組成可正常工作的系統(tǒng)。這種兼容是指插件的尺寸、插座的針數(shù)及類型、插針的邏輯定義、控制插件工作的時序及電氣特性等相同。在微型計算機(jī)的硬件設(shè)計中，許多廠商設(shè)計和提供了許多具有不同功能的插件(亦稱“模板”)。第七章 總線技術(shù)習(xí)題及參考答案？總線有什么功能？總線標(biāo)準(zhǔn)是怎樣形成的？總線是一組信號線的集合。作為直流穩(wěn)壓器件，現(xiàn)在常用的就是三端穩(wěn)壓器78XX和79XX系列芯片，這類穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，負(fù)載穩(wěn)定度為15mV，具有過電流和輸出短路保護(hù)，可用于一般微機(jī)系統(tǒng)。圖中C1為平滑濾波電容，常選用幾百～幾千μF的電解電容，用以減輕整流橋輸出電壓的脈動。（5）直流穩(wěn)壓系統(tǒng)直流穩(wěn)壓系統(tǒng)包括整流器、濾波器、直流穩(wěn)壓器和高頻濾波器等幾部分，常用的直流穩(wěn)壓電路如圖6—2所示。（4） 電源變壓器電源變壓器是為直流穩(wěn)壓電源提供必要的電壓而設(shè)置的。（2）低通濾波器各種干擾信號一般都有很強(qiáng)的高頻分量，低通濾波器是有效的抗干擾器件，它允許工頻50Hz電源通過，而濾掉高次諧波，從而改善供電質(zhì)量。該電源采用了雙隔離、雙濾波和雙穩(wěn)壓措施，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可用于一般工業(yè)控制場合?；瑒悠骄禐V波法，依次存放N次采樣值，每采進(jìn)一個新數(shù)據(jù)，就將最早采集的那個數(shù)據(jù)丟掉，然后求包含新值在內(nèi)的N個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值或加權(quán)平均值。其算法為 其中。但有時為了提高濾波效果，往往對不同時刻的采樣值賦以不同的加權(quán)因子。對于一般流量，通常取N=12；若為壓力，則取N=4。（4）加權(quán)平均值濾波：可以提高濾波效果（5）滑動平均值濾波法：采樣時間短，可以提高檢測速度（6）慣性濾波法：適用于慢速隨機(jī)變量的濾波（7）復(fù)合數(shù)字濾波：比單純的平均值濾波的效果要好、加權(quán)平均值濾波以及滑動平均濾波三者的區(qū)別是什么？算術(shù)平均值法適用于對壓力、流量等周期脈動信號的平滑，這種信號的特點(diǎn)是往往在某一數(shù)值范圍附近作上、下波動，有一個平均值。（3）算術(shù)平均值濾波法：它適用于一般的具有隨機(jī)干擾信號的濾波。（1）程序判斷濾波法：是根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定出相鄰兩次采樣信號之間可能出現(xiàn)得最大偏差。消除串模干擾的方法有以下幾種：在輸入回路中接入模擬濾波器；使用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器；采用雙絞線作為信號線；電流傳送，？數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足，它與模擬濾波器相比，有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：(1)數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬設(shè)備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好；(2)數(shù)字濾波可以對頻率很低()的信號實(shí)現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷；(3)數(shù)字濾波器可根據(jù)信號的不同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，具有靈活、方便、功能強(qiáng)的特點(diǎn)。消除共模干擾的方法有以下幾種:變壓器隔離；光電隔離；浮地屏蔽；采用具有高共模抑制比的的儀表放大器作為輸入放大器。(1) 傳導(dǎo)耦合(2) 靜電耦合(3) 電磁耦合(4) 公共阻抗耦合？如何抑制？共模干擾是在電路輸入端相對公共接地點(diǎn)同時出現(xiàn)的干擾，也稱為共態(tài)干擾、對地干擾、縱向干擾、同向干擾等。標(biāo)度變換有各種不同類型，它取決于被測參數(shù)測量傳感器的類型，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)度變換方法，常用線性參數(shù)標(biāo)度變換。這些參數(shù)A/D轉(zhuǎn)換后得到一系列的數(shù)碼，這些數(shù)碼的值并不一定等于原來帶有量綱的參數(shù)值，它僅代表參數(shù)值的大小，故必須把它轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值后才能運(yùn)算、顯示或打印輸出。這是因?yàn)樯a(chǎn)現(xiàn)場的各種工藝參數(shù)量綱不同。后臺運(yùn)算：為得到下一時刻輸出值U(k +1)以及與當(dāng)前輸出無關(guān)的其他計算和管理算法。？在應(yīng)用軟件設(shè)計過程中，為減少計算延時，通常將運(yùn)算分為前臺運(yùn)算和后臺運(yùn)算。圖5—1給出了應(yīng)用軟件設(shè)計的流程圖，它描述了應(yīng)用軟件設(shè)計的基本任務(wù)和設(shè)計過程。？多變量控制系統(tǒng)解耦條件是系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)矩陣為對角線矩陣。（3）模糊控制系統(tǒng)的魯棒性好。，模糊控制具有哪些優(yōu)點(diǎn)？與PID控制和直接數(shù)字控制相比，模糊控制的優(yōu)點(diǎn)：（1）模糊控制可以應(yīng)用于具有非線性動力學(xué)特征的復(fù)雜系統(tǒng)。但實(shí)際上，前饋控制環(huán)節(jié)的參數(shù)不易選得那么準(zhǔn)確，而且一個實(shí)際系統(tǒng)的擾動也不只一個，因此反饋控制還是不可少的。這種擾動的預(yù)先調(diào)整作用就稱為前饋。？前饋和反饋相結(jié)合有什么好處？前饋控制完全補(bǔ)償?shù)臈l件是。（2）消除振鈴因子法找出數(shù)字控制器D(z)中引起振鈴現(xiàn)象的因子(即z=1附近的極點(diǎn))，然后人為地令其中的z=1，就消除了這個極點(diǎn)。消除振鈴現(xiàn)象的方法：（1）參數(shù)選擇法對于一階滯后對象，如果合理選擇期望閉環(huán)傳遞函數(shù)的慣性時間常數(shù)T0和采樣周期T，使RA≤0，就沒有振鈴現(xiàn)象。(1)采用Smith補(bǔ)償控制廣義對象的傳遞函數(shù)為其中