《集散控制系统及现场总线》课件——第6章 现场总线技术与应用.pptVIP

第6章现场总线技术与应用6.1现场总线的基本概念6.2现场总线的结构与特点6.3常用的现场总线6.4现场总线控制系统的组态6.5现场总线系统的应用实例6.1现场总线的基本概念根据国际电工委员会IEC(InternationalElectrotechnical Commision)标准和现场基金会FF(FieldbusFoundation)的定义，现 场总线的概念一般为：一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双向串行、多节点的底层通信总线。 现场总线是90年代在国际上兴起的新一代全分布式控制系统的核 心技术。作为未来工业自动化主流的现场总线控制系统(Fieldbus ControlSystem,FCS)有如下优点：(1)全数字化(2)全分布(3)双向传输(4)自诊断(5)节省布线及控制室空间(6)多功能仪表(7)开放性(8)互操作性(9)智能化与自治性6.2现场总线的结构与特点

6.2.1现场总线的结构6.2.2现场总线的技术优势6.3常用的现场总线6.3.1基金会现场总线FF3.基金会现场总线网络拓扑结构有两种：单网段拓扑 结构和桥式网络拓扑结构。H1支持点对点连接、总线形、 菊花链形或树形拓扑结构；HSE支持总线形拓扑结构。图6-4所示为基于FF(包括H1和HSE)控制系统的网络拓扑结构。4.基金会现场总线支持双绞线、同轴电缆、光缆和无 线等传输介质，目前，应用最广的是前两种，其传输信号 采用曼切斯特编码。5.基金会现场总线采用可变长帧结构，每帧的有效节 数为0～251个。6.3.2CAN总线 1.CAN总线基于OSI模型，但进行了优化，采用了其中的物理层、数据链路层、应用层，提高了实时性。图6-5给出了CAN总线的通信模型。2.CAN总线通信速率最高可达1Mbit/s，通信距离最远可达10km，节点数最多为110个，传输介质为双绞线和光缆等。3.CAN总线采用点对点、一点对多点及广播模式进行数据的发送/接收。4.CAN总线采用短帧结构，每一帧有效字节数为8个。这样传输时间短，受干扰的概率低，且具有较好的检错效果。5.CAN总线采用循环冗余校验CRC及其他检错措施，降低信息出错率。6.CAN总线节点具有自动关闭功能，在节点错误严重的情况下，自动切断与总线的联系。提高了系统的抗干扰能力和可靠性。 7.CAN总线可实现全分布式多机系统，且无主、从机之分，每个节点均随时发送报文，利用此特点可方便地构成多备份系统。8.CAN总线采用非破坏性总线优先仲裁技术。按节点类型分成不同的优先级，可满足不同的实时要求。6.3.3局部操作网络LonWorksLonWorks总线是一种基于嵌入式神经元芯片的现场总线技术，具有强大的实力。它被广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、运输设备、工业过程控制等领域，具有极大的潜力。低成本和高性能是该总线的最大优势。LonWorks总线是美国Echelon公司开发研制的，并在Motorola和TOSHIBA等公司共同协作倡导下，于1990年正式公布形成的。第三代LonWorks总线的网络系统结构见教材中图6-6所示。它主要有如下技术特点： 1.LonWorks总线采用OSI参考模型的全部七层协议结 构。遵循LonTalk通信协议，因此被称为通用控制网络。它的通信模型如图6-7所示。2.LonWorks总线技术的核心是具备通信和控制功能的 Nenuron芯片。该芯片上集成有三个8位CPU：一个CPU称 为介质访问处理器；另一个CPU称为网络处理器；还有一 个CPU称为应用处理器。网络处理器和介质访问处理器通 过存储区中的网络缓存区进行通信，并且网络处理器通 过应用缓存区与应用处理器通信。Nenuron芯片的结构如 图6-8所示。3.LonWorks通信速率为78kbit/s和1.25Mbit/s，对应的传输距离分别为2700m和130m，节点数为32000个，传输介质为双绞线、同轴电缆、光缆和电源线等。支持多种拓扑结构，如总线形、星形、环形、自由形式和混合形式，组网方式方便、灵活。