列车网络控制技术-第三章-WorldFIP.pptxVIP

城市轨道交通列车网络控制技术;3.3 WorldFIP现场总线;WorldFIP现场总线简介;WorldFIP现场总线具有以下特点： ⑴ 通信速率高，通信距离大 WorldFIP现场总线采用曼彻斯特编码方式，以工业屏蔽双绞线或光纤作为传输介质，其中双绞线方式具有31.25kbit/s、1Mbit/s及2.5Mbit/s三种标准速率，在三种标准速率下的最大通信距离分别为5km、1km和500m，通过网络中继器，总线可分别扩展到20km、5km和2km。 ⑵ 效率高 WorldFIP现场总线最长支持128字节变量报文或256字节消息报文，根据计算，其最大通信效率能达到88.99%。 ⑶ 实时性强 WorldFIP现场总线对传输介质的调度使用方式类似于令牌网，各通信站的数据可以在预先确定的按时间内通过网络传输。这种方式不存在介质使用碰撞问题，非常适合于对于传输时间具有严格要求的场合，如各种分散式控制系统，分散式数据采集系统等。; ⑷ 误码率低 WorldFIP现场总线报文自带CRC校验功能，数据校验功能由通信控制器完成，报文不可检错概率小，据统计采用1Mbit/s速率，其误码在20年中不会超过一帧。 ⑸ 介质冗余 通信控制器连接两路独立的传输介质，在双介质运行时，两路介质相互备用。当某一介质发生断线、短路等故障而造成通信中断时，通信控制器会自动将通信数据无缝切换到两一条无故障介质上，并能保证数据的完整性及正确性，不需要应用程序的干预，极大地增强了通信可靠性。 ⑹ 抗电磁干扰性强 WorldFIP现场总线采用曼彻斯特编码方式并利用磁性变压器隔离，具有良好的抗电磁干扰能力，根据测试，在EMCIII级干扰条件下，能保证正常通信。;WorldFIP现场总线的性能： ⑴ 实用性 WorldFIP采用IEC物理层标准，支持电缆冗余，大部分协议固化在硬件上，稳定性强。 ⑵ 同步性 生产者/使用者和总线仲裁器得分调度方式保证了在一条总线上的传递大量信息的同时，不会干扰实时变量的通信。 ⑶ 实时性 通信模式支持后台传输消息、周期和事件变量，保证诊断信息传输不影响实时控制。 ⑷ 较好的抗干扰能力 能完全满足IEC关于电磁兼容性EMC标准，提高了可靠性。 ⑸ 通信协议单一 WorldFIP现场总线不论低速还是高速，只有一套通信协议，所以不需要任何网桥和网关，低速与高速网络的衔接只用软件完成。; WorldFIP采用了三层结构：物理层、数据链路层和应用层，如下图所示。;(1) 物理层;双绞线介质的拓扑结构和介质冗余时的拓扑结构如下图所示。; 每个子段最多可有32个物理连接点，通过使用分线盒可以连接256个站点，整个网络最多使用3个中继器连接4个子段。连接到WorldFIP总线上的设备从网络角度看，可称为“站点”，执行两种功能： 总线仲裁器：管理对传输介质的访问（只调度通信，不调度进程）； 产生者/使用者功能：向总线发布/从总线接收信息，也称“工作站”功能。任何一个站点可以同时具备两种功能，但在任何一个给定的时刻，整个网络上只能有一个站点执行总线仲裁功能。所有要传递的变量均由一个16位的逻辑地址来标识。每一个变量的值只能由一个“产生者”产生，可为一个或多个“使用者”所使用。; 数据链路层负责数据的传输、查错、访问控制、具有周期和非周期两种数据交换，变量寻址和报文寻址两种寻址空间，采用生产者/消费者、单播和多播等通信模式，基于总线仲裁器（BA）的集中式介质访问控制。总线仲裁器和生产者分别具有时空唯一性。 WorldFIP使用两种类型的帧：询问帧(ID-DAT)和响应帧(RP-DAT)。 WorldFIP使用曼彻斯特码进行编码和解码，可以同时传递数据和时间同步信号。 每帧由三部分组成：帧起始序列(FSS)、数据和控制段(CAD)、帧结束序列(FES)。 ;3.WorldFIP的数据类型; 变量是指周期性地在网络传输数据包，每一个变量有一个唯一的16位数据标识，这种周期性报文根据预先设定的时间周期性地在网络上传输，在实际应用中通常被用于传输实时状态及控制信息，如控制现场I/O实时状态、各种现场遥测值等。 消息主要用于传输一些诸如配置信息、诊断信息及事件信息等非周期性数据，消息只有在应用程序提出传输申请后一次性地在网络上传输。; 下图给出了WorldFIP介质访问控制，其具有基于总线仲裁器（BA）的集中式介质访问控制功能，总线仲裁器和生产者分别具有时空唯一性。 总线上的通信由总线仲裁器（BA）管理，它根据应用程序所要求的服务来规定总线上信息的