【正文】 的高度分散性 現(xiàn)場總線已構成一種新的 全分散性控制系統(tǒng)的體系結構從根本上改變了 現(xiàn)有DCS集中與分散相結合的控制系統(tǒng)體系簡 化了系統(tǒng)結構提高了可靠性 返 回 上 頁 下 頁 對現(xiàn)場環(huán)境的適應性 工作在生產現(xiàn)場前端作為 工作網絡底層的現(xiàn)場總線是專為現(xiàn)場環(huán)境而設計 的可支持雙絞線同軸電纜光纜射頻紅外 線電力線等具有較強的抗干擾能力能采用兩 線制實現(xiàn)供電與通信可滿足本質安全防爆要求 等 返 回 上 頁 下 頁 由于現(xiàn)場總線的以上優(yōu)點特別是現(xiàn)場總線系統(tǒng)結構的簡化使控制系統(tǒng)從設計安裝投放到正常生產運行及其檢修維護都體現(xiàn)出優(yōu)越性 1節(jié)省硬件數量與投資 由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)中分散在現(xiàn)場的智能設備能直接執(zhí)行多種傳感控制報警和計算功能因而可減少變送器的數量不再需要單獨的調制器計算單元等也不需要DCS系統(tǒng)的信號調理轉換隔離等功能單元及復雜連線還可以用工控PC機作為操作站從而節(jié)省了一大筆硬件投資并可減少控制室的戰(zhàn)地面積 返 回 上 頁 下 頁 2節(jié)省安裝費用 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線十分簡單一對雙絞線或一條電纜線通?？蓲旖佣鄠€設備因而電纜端子槽盒橋架的用量大大減少連線設計與校對的工作量也大大減少當需要增加現(xiàn)場設備時無需要增設新的電纜可就近連接在原有的電纜上既節(jié)省了投資又減少了設計安裝的工作量據有關典型試驗工程測算資料表明可節(jié)省安裝費用60以上 返 回 上 頁 下 頁 3節(jié)省維護開銷 由于現(xiàn)場控制設備具有自診斷和簡單故障處理能力并通過數字通訊將相應的診斷維護信息送往控制室用戶可以查詢所有設備的運行診斷維護信息以便早期分析故障原因并及時排除縮短了維護停工時間同時由于系統(tǒng)結構簡單化連線簡單而減少了維護工作量 返 回 上 頁 下 頁 4用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權 用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設備來集成系統(tǒng)避免因選擇某一品牌的產品而被限定死了使用設備的選擇范圍不會為系統(tǒng)集成中部兼容的協(xié)議接口而一籌莫展是系統(tǒng)集成過程中主動權牢牢掌握在用戶手中 5提供系統(tǒng)的準確性與可靠性 由于現(xiàn)場總線設備的智能化數字化與模擬信號相比它從根本上提高了測量與控制的精確度減少了傳送誤差同時由于系統(tǒng)的結構化設備與連線減少現(xiàn)場儀表內部功能加強減少了信號的往返運輸提高了系統(tǒng)的工作可靠性 返 回 上 頁 下 頁 maxbook118 CAN總線的發(fā)展與特點 控制器局部網CAN－CONTROLLER AREA NETWORK是BOSCH公司為現(xiàn)代汽車應用領先推出的一種多主機局部網由于其卓越性能現(xiàn)已廣泛應用于工業(yè)自動化多種控制設備交通工具醫(yī)療儀器以及建筑環(huán)境控制等眾多部門控制器局部網將在我國迅速普及推廣 隨著計算機硬件軟件技術及集成電路技術的迅速發(fā)展工業(yè)控制系統(tǒng)已成為計算機技術應用領域中最具活力的一個分支并取得了巨大進步由于對系統(tǒng)可靠性和靈活性的高要求工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展主要表現(xiàn)為控制面向多元化系統(tǒng)面向分散化即負載分散功能分散危險分散和地域分散 返 回 上 頁 下 頁 分散式工業(yè)控制系統(tǒng)就是為適應這種需要而發(fā)展起來的這類系統(tǒng)是以微型機為核心將 5C技術COMPUTER計算機技術CONTROL自動控制技術COMMUNICATION通信技術CRT顯示技術和 CHANGE轉換技術緊密結合的產物它在適應范圍可擴展性可維護性以及抗故障能力等方面較之分散型儀表控制系統(tǒng)和集中型計算機控制系統(tǒng)都具有明顯的優(yōu)越性 返 回 上 頁 下 頁 典型的分散式控制系統(tǒng)由現(xiàn)場設備接口與計算設備以及通信設備組成現(xiàn)場總線FIELDBUS能同時滿足過程控制和制造業(yè)自動化的需要因而現(xiàn)場總線已成為工業(yè)數據總線領域中最為活躍的一個領域現(xiàn)場總線的研究與應用已成為工業(yè)數據總線領域的熱點盡管目前對現(xiàn)場總線的研究尚未能提出一個完善的標準但現(xiàn)場總線的高性能價格比將吸引眾多工業(yè)控制系統(tǒng)采用同時正由于現(xiàn)場總線的標準尚未統(tǒng)一也使得現(xiàn)場總線的應用得以不拘一格地發(fā)揮并將為現(xiàn)場總線的完善提供更加豐富的依據控制器局部網 CANCONTROLLER AERANETWORK正是在這種背景下應運而生的 返 回 上 頁 下 頁 由于CAN為愈來愈多不同領域采用和推廣導致要求各種應用領域通信報文的標準化為此1991年9月 PHILIPS SEMICONDUCTORS制訂并發(fā)布了 CAN技術規(guī)范VERSION 20該技術規(guī)范包括A和B兩部分20A給出了曾在CAN技術規(guī)范版本12中定義的CAN報文格式而20B給出了標準的和擴展的兩種報文格式此后1993年11月ISO正式頒布了道路交通運載工具數字信息交換高速通信控制器局部網CAN國際標準ISO11898為控制器局部網標準化規(guī)范化推廣鋪平了道路 返 回 上 頁 下 頁 CAN屬于總線式串行通信網絡由于其采用了許多新技術及獨特的設計與一般的通信總線相比CAN總線的數據通信具有突出的可靠性實時性和靈活性其特點可概括如下 ●多主方式工作網絡上任一節(jié)點均可在任一時刻 主動地向網絡上其他節(jié)點發(fā)送信息而不分主 從通信方式靈活且無需站地址等節(jié)點信息 利用這一特點可方便的構成多機備份系統(tǒng) ●CAN網絡上的節(jié)點信息分成不同的優(yōu)先級可 滿足不同的實時要求高優(yōu)先級的數據最多可在 134內得到傳輸 返 回 上 頁 下 頁 ●采用非破壞性總線仲裁技術當多個節(jié)點同時向總 線 發(fā)出信息時優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動的退出發(fā) 送而最高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響的傳輸數據 從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間尤其是在網絡 負載很重的情況下也不會出現(xiàn)網絡癱瘓情況以太 網則可能 ●只需通過報文濾波即可實現(xiàn)點對點一點對多點及 全局廣播等幾種方式傳送接收數據無需專門的調 度 ●直接通信距離最遠可達10通信速率最高可達1 此時通信距離最長為40 返 回 上 頁 下 頁 ●節(jié)點數取決于總線驅動電路目前可達110個 報文標識符可達2032種CAN20A而擴展 標準CAN20B的報文標識符幾乎不受影 響 ●采用短幀結構傳輸時間短受干擾概率低 具有極好的檢錯效果 ● CAN的通信介質可為雙絞線同軸電纜或光 線選擇靈活 ● CAN節(jié)點在錯誤嚴重時具有自動關閉輸出功 能以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響 返 回 上 頁 下 頁 maxbook118 CAN的分層結構 CAN按照OSI基本模型的原則劃分為兩層數據鏈路層和物理層如圖830所示按照IEEmaxbook118數據鏈路層又劃分為邏輯鏈路控制層 LLCLogic Link Control 和媒體訪問控制層 MACMedium Access Control 當CAN的網絡結構確定后網絡的性能將主要取決于MAC層 返 回 上 頁 下 頁 一LLC子層功能 1 幀接收濾波幀由標識符命名標識符并不指明幀 的目的地但描述數據的含義每個接收器通過幀 接收濾波確定此幀與其是否有關如果相關則接 受并通知應用層 2 超載通告如果接收器內部條件要求延遲下一個 LLC數據幀或LLC遠程幀則通過LLC子層開始發(fā) 送超載幀最多可產生兩個超載幀以延遲下一個 數據幀或遠程幀 3 恢復管理發(fā)送期間對于丟失仲裁或被錯誤干擾 的幀LLC子層具有自動重發(fā)送功能在發(fā)送成功完 成前幀發(fā)送服務不被應用層認可 一 邏輯鏈路控制 LLC 子層 下 頁 上 頁 返 回 總線的競爭 總線接有多個微處理器時多個微處理器可能在起始條件的最小持續(xù)時間內同時產生起始條件致使總線上產生一個規(guī)定的起始條件即在SCL線高電平期間有多個主器件在SDA線上發(fā)生由高到低的跳變使多個主機發(fā)生爭用總線問題多個微處理器可能會同時開始數據傳輸發(fā)生競爭 下 頁 上 頁 返 回 在SCL為高電平期間器件1的SDA1和器件2的SDA2都發(fā)生了高到低的跳變使總線的SDA發(fā)生高到低的跳變滿足啟動條件器件1和器件2可能同時開始數據傳輸造成數據傳輸混亂 下 頁 上 頁 返 回 競爭裁決 發(fā)生競爭時SDA線上的信號由所有主器件產生的數據信號進行線與裁決 一個主機發(fā)送高電平而在另一個主機發(fā)送低電平時發(fā)送高電平的主機因為總線上的電平與自己的電平不相同將斷開它的數據輸出級發(fā)送低電平的主機取勝競爭可以持續(xù)多位器件競爭首先比較地址位 多個主器件同時選中同一個從器件時競爭繼續(xù)比較數據位如果主機是發(fā)送器或者比較響應位如果主機是接收器 當 當 下 頁 上 頁 返 回 如圖85中主機1和主機2在第一次出現(xiàn)不同電平時主機1的SDA1 1主機2的SDA2 0線與后主機1的DATA1電平與總線的SDA狀態(tài)不同斷開其數據輸出級使主機1在競爭裁決中失去總線的控制權主機2取勝 下 頁 上 頁 返 回 注意 總線的地址和數據信息由取勝的主機決定所以在競爭過程中地址和數據信息不會丟失而且總線上的主器件既沒有中心主機也沒有任何優(yōu)先級別 下 頁 上 頁 返 回 競爭時的同步時鐘機制 器件1的時鐘信號CLK1由高電平變?yōu)榈碗娖綄⑹箷r鐘線SCL由高變低SCL線的電平變化會使連接在其上的器件2的時鐘線CLK2發(fā)生由高到低的變化當CLK1由低變高時CLK2還處于低電平CLK1由低到高的狀態(tài)變化不改變SCL的低電平狀態(tài)即低電平周期短的器件的時鐘由低至高的跳變不影響SCL線的狀態(tài)器件1將進入高電平等待狀態(tài) 下 頁 上 頁 返 回 當CLK2上跳為高電平時SCL結束低電平期被釋放返回高電平此時器件1和器件2同時開始高電平期之后第一個由高電平變?yōu)榈碗娖降钠骷謱CL線拉成低電平重復前面的過程多個器件與此類同 下 頁 上 頁 返 回 注意 所有能在 產生自己的時鐘信號并傳送到時鐘線SCL上 總線上傳輸信息的主器件都能 上述連接方式能在SCL線上產生一個同步時鐘同步時鐘低電平時間由時鐘低電平期最長的器件確定而時鐘高電平時間由時鐘高電平期最短的器件確定發(fā)生競爭時SCL線上的時鐘信號由所有主器件產生的時鐘信號線與決定 下 頁 上 頁 返 回 通信中CPU可對相關的特殊功能寄存器進行操作通過指令將 總線還可對其工作狀況進行檢測 接口電路掛靠或摘離 硬件 接口電路可完成數據的移位發(fā)送或接收及總線的盲閑狀態(tài)檢測對不帶 接口的微處理器 只得以每個時鐘周期2次的速率對SDA線采樣以 了解總線的忙閑變化情況 具有自動尋址多主機時鐘同步和仲裁等功能很強的總線用帶有 總線是各種總線中使用信號線最少并 EEPROM各種傳感器變送器及微處理器等設計智能儀器系統(tǒng)十分方便靈活體積也小在實際中得到廣泛應用 總線的器件如ADDA 返 回 上 頁 下 頁 maxbook118行總線USB 通用串行總線 Universal Serial BusUSB 協(xié)議是IntelCompaqDigitalIBMMicrosoftNECNorthern Tele等七大公司于1994年共同制定并推出的串行接口總線標準有多種規(guī)范的版本目前使用較maxbook118USB20版于2000年4月推出新增了高速模式USB憑借其高速度和高通用性正在逐步取代串口并口成為個人計算機與外圍設備相連的標準接口 返 回 上 頁 下 頁 1USB總線協(xié)議特點 1使用方便允許設備即插即用Plug Play即USB允許外設在主機和其他外設工作時進行連接配置使用及移除同時USB總線的應用可以清除PC上過多的IO端口而以一個串行通道取代支持動態(tài)接入和動態(tài)配置也稱熱插拔使系統(tǒng)與外設之間的連接更容易 2速度快USB11協(xié)議支持全速12Mbs和低速15Mbs的速率傳輸方式USB20協(xié)議支持480Mbs的高速傳輸方式 返 回 上 頁 下 頁 3連接靈活一個USB接口理論上支持的熱 插拔設備可達127個既可以串行連接也 可以集線器連接 4供電方式靈活可以采用自供電也可以由 總線供電并具有電源保護功能如果連續(xù) 3ms沒有總線活動的話USB會自動進入掛 起狀態(tài)處于掛起狀態(tài)的設備消耗的電流小 于500μA 5支持的最大電纜長度為5mUSB20標準下 通過USBHub級連可達30m 6成本低廉易于擴展 返 回 上 頁 下 頁 7容錯性能好具有事務處理錯誤檢測機制 可以對有缺陷的設備進行認定對錯誤的數 據進行恢復或報告 8支持多種傳輸類型以滿足不同設備的需 求如等待傳輸方式適用于音視頻等設 備無 糾錯塊傳輸適用于打印機掃 描儀數碼相機等中斷傳輸適用于鍵 盤鼠標游戲桿等以及控制傳輸 返 回 上 頁 下 頁 2USB總線系統(tǒng)結構 一個USB系統(tǒng)由USB主機USB HOSTUSB設備USB DEVICE和USB互連三個基本部分組成USB主機一般制作在主板上包含主控制器和一個嵌入的集線器稱為根集線器 Root hub 根集線器連接在主控制器上通過根集線器主機可以提供一個或多個接入點端口portUSB設備通過接入點與主機相連 USB設備按照功能可分為集線器Hub和功能設備即集線器可接入下行集線器和功能設備 返 回 上 頁 下 頁 在一個系統(tǒng)中有且僅有一個USB主機它在USB系統(tǒng)中處于中心地位對USB接口及其連接的設備進行管理控制數據和信息的流動集線器是USB系統(tǒng)的關鍵部件集線器通過端口的電氣變化可檢測出連接在總線上的設備的插拔操作并可通過響應USB主機的數據包將端口狀態(tài)告知USB主機功能設備是能夠通過總線發(fā)送和接收USB數據并可實現(xiàn)某種功能的設備USB的互連是指USB設備與主機之間進行連接和通信的操作 返