[工学]第八章 自动检测技术的发展方向.pptVIP

第八章 自动检测技术的发展方向 第一节 现场总线 第二节 虚拟仪器 第三节 网络化测控系统 第一节 现场总线技术 概述 CAN（控制器局域网络） LonWorks（局部操作网络） PROFIBUS（过程现场总线） HART（可寻址远程传感器数据通路） FF（现场总线基金会现场总线） 现场总线是一种工业数据总线，它是自动化领域中计算机通信体系最低层的低成本网络。根据国际电工委员会（IEC）的标准和现场总线基金会（FF）的定义，“现场总线是连接智能现场设备和自动化测试系统的数字式、双向传输多分支结构的通信网络”。现场总线技术的基本内容包括：以串行通信方式取代传统的4～20mA的模拟信号；一条现场总线可为众多的可寻址现场设备实现多点链接支持低层的现场智能设备与高层的系统利用公用传输介质交换信息；现场总线技术的核心是它的通信协议，这些协议必须根据国际标准化组织ISO的计算机网络开放系统互连的OSI参考模型来制定。 现场总线在智能现场设备、自动化系统之间提供一个全数字化的、双向的、多节点的通信链接。现场总线的出现促进了现场检测系统的数字化和网络化，并且使现场控制的可靠性高，稳定性好，抗干扰能力强，通信速率快。一个传统的4～20mA控制回路通常只能传输代表过程变量的一个信号。现场总线能够在传送多个过程变量的同时，一并传送仪表的标识符和简单的诊断信息，具有监视与控制能力强、可靠性与故障容限高、实时响应好和对环境要求低等优点。数字信号的精确性是现场总线的另一优点，数字信息可排除模拟信息传输和转换中所产生的误差。 一、CAN（控制器局域网络） （4）CAN采用非破坏性总线优先级仲裁技术。当两个节点同时向网络发送信息时，优先级低的节点主动停止发送数据，优先级高的节点可不受影响地继续发送信息。因此，按节点类型分成不同的优先级字节数为8个，可以满足不同的实时要求。 （5）CAN可实现全分布式多机系统，且无主、从机之分，每个节点均可主动发送报文，用此特点可以方便地构成多机备份系统。 （6）CAN节点具有自动关闭功能，当节点错误严重时，则自动切断与总线的联系，这样不影响总线的正常工作。 （7）CAN支持四类报文帧：数据帧、远程帧、出错帧、超载帧。它采用短帧结构，每帧有效字节数为8个。这样，传输时间短，受干扰的概率低，具有较好的检错结果。 （8）CAN采用多主竞争式结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线和广播通信特点。信道访问方式为带优先级的CAMA/CD技术。采用位填充的不归零制信号编码方式，其数据传输速率为1Mbit/s，最大传输距离为1000m。以位仲裁方式（11位标示码）确定数据块的优先级。 二、LonWorks(局部操作网络） 局部操作网络LonWorks是美国Echelon公司研制的，其设计成本低，具有通信与操作功能，主要应用于工业自动化、机械设备控制，是低层次工业网络最有希望的一种网络。LonWorks是集控制器和网络通信处理器为一体的芯片Neuron的串行总线，它是一种对等网络。 （4）Neuron芯片的编程语言为Neuron C，它是从ANSI C派生出来的。 （5）LonTalk协议提供5种基本类型的报文服务：确认、非确认、请求/响应、重复、非确认重复。 （6）LonTalk协议的介质访问控制子层对CSMA作了改进，采用一种新的称为Predictive P-Persistent的CSMA，根据总线负载随机调整时间槽n(1～63)，在负载较轻时使介质访问延迟最小化，而在负载较重时使冲突的可能性最小化，从而使传输介质发挥它的最大传输容量。 三、PROFIBUS（过程现场总线） 过程现场总线PROFIBUS是德国标准，是1991年在DIN19245中公布的标准。PROFIBUS有几种改进型，分别用于不同的场合，比如，PROFIBUS-PA用于过程自动化，通过总线供电，提供本质安全型，可用于危险防爆区域；PROFIBUS-FMS用于一般自动化；PROFIBUS-DP用于加工自动化，适用于分散的外围设备。PROFIBUS为开放系统协议。为了保证产品质量，在德国建立了FZI信息研究中心，对制造厂和用户开放，可对其产品进行一致性检测和实验性检测。 四、HART（可寻址远程传感器数据通路） HART是美国Posemount公司研制的。其协议可参照ISO/OSI模型的物理层、数据链路层和应用层。它主要有如下特性： 五、FF（现场总线基金会现场总线） 现场总线基金会（Fieldbus Foundation,FF）是国际公认的唯一不附属于某企业的公正的非商业化的国际标准化组织。其宗旨是制订统一的现场总线国际标准，无需专利许可，可供任何人使用。它定义了网络互连模型中的物理层、数据链路层、应用层和用户层。 （3）应用层：定义了如何应用读、