列車(chē)總線控制基礎(chǔ)(列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)概述)

1、列車(chē)總線控制基礎(chǔ)列車(chē)總線控制基礎(chǔ)大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)課程的基本內(nèi)容課程的基本內(nèi)容第第1 1章章 緒論緒論第第2 2章章 網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ) 第第3 3章章 微機(jī)控制基礎(chǔ)微機(jī)控制基礎(chǔ)第第4 4章章 列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò) 第第5 5章章 CRHCRH系列動(dòng)車(chē)組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)系列動(dòng)車(chē)組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)第第6 6章章 列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)的定義列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)的定義列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)安裝在列車(chē)上的列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)安裝在列車(chē)上的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，負(fù)，負(fù)責(zé)對(duì)整列車(chē)各部分信息的采集與傳遞，對(duì)整列車(chē)進(jìn)行控制、監(jiān)責(zé)對(duì)整列車(chē)各部

2、分信息的采集與傳遞，對(duì)整列車(chē)進(jìn)行控制、監(jiān)測(cè)、故障診斷以及為旅客提供信息服務(wù)測(cè)、故障診斷以及為旅客提供信息服務(wù)。大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)編輯編輯ppt列車(chē)總線通信任務(wù)列車(chē)總線通信任務(wù)列車(chē)總線上不同類(lèi)型的通信主要用于列車(chē)總線上不同類(lèi)型的通信主要用于:控制控制牽引控制牽引控制: 車(chē)輛控制車(chē)輛控制:故障診斷故障診斷旅客信息旅客信息預(yù)定座位等預(yù)定座位等1) 2) 4) 燈燈, 門(mén)門(mén), 加熱加熱, 傾擺傾擺, .遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程, 重聯(lián)牽引重聯(lián)牽引,.預(yù)報(bào)下一站預(yù)報(bào)下一站, 故障故障, 線路線路.客車(chē)客車(chē)客車(chē)客車(chē)機(jī)車(chē)機(jī)車(chē)具有司機(jī)室的客車(chē)具有司機(jī)室的客車(chē)司機(jī)室司機(jī)室列車(chē)服務(wù)員列車(chē)服務(wù)員診斷計(jì)算機(jī)診斷計(jì)算機(jī)設(shè)備故障設(shè)

3、備故障,維修信息維修信息狀態(tài)信息查詢狀態(tài)信息查詢3) 設(shè)備運(yùn)行及狀態(tài)設(shè)備運(yùn)行及狀態(tài)大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)列車(chē)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)列車(chē)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)工作環(huán)境惡劣，可靠性要求高；工作環(huán)境惡劣，可靠性要求高；實(shí)時(shí)性（時(shí)間確定性）要求高；實(shí)時(shí)性（時(shí)間確定性）要求高；列車(chē)組成的動(dòng)態(tài)性（自動(dòng)組網(wǎng)）。列車(chē)組成的動(dòng)態(tài)性（自動(dòng)組網(wǎng)）。大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)編輯編輯ppt列車(chē)網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)列車(chē)網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu) 大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)編輯編輯ppt常見(jiàn)的列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)常見(jiàn)的列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)1、現(xiàn)場(chǎng)總線、現(xiàn)場(chǎng)總線2、TCN3、工業(yè)以太網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)編輯編輯ppt現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線

4、1、定義、定義2、組成、組成3、特點(diǎn)、特點(diǎn)l1）全數(shù)字通信l2）系統(tǒng)的開(kāi)放性l3）互可操作性l4）通信的實(shí)時(shí)性與確定性l5）功能自治性l6）現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性4、優(yōu)缺點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)5、與計(jì)算機(jī)通信的區(qū)別、與計(jì)算機(jī)通信的區(qū)別大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)包括包括PLCPLC以及各種智能化的現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備以及各種智能化的現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備 基于統(tǒng)一、規(guī)范的通信協(xié)議基于統(tǒng)一、規(guī)范的通信協(xié)議 通過(guò)同一總線實(shí)現(xiàn)相互間的數(shù)據(jù)傳輸與信息共享通過(guò)同一總線實(shí)現(xiàn)相互間的數(shù)據(jù)傳輸與信息共享 網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)體體系系通信總線在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的延伸通信總線在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的延伸 生產(chǎn)控制生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 位于位于的底層的底層 現(xiàn)場(chǎng)

5、總線概述現(xiàn)場(chǎng)總線概述1. 現(xiàn)場(chǎng)總線的概念現(xiàn)場(chǎng)總線的概念是應(yīng)用在是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化測(cè)量控制、連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化測(cè)量控制系統(tǒng)的系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。的通信網(wǎng)絡(luò)。大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)u全數(shù)字通信全數(shù)字通信抗干擾能力和傳輸精度得到顯著提高抗干擾能力和傳輸精度得到顯著提高信號(hào)的檢錯(cuò)、糾錯(cuò)機(jī)制得以實(shí)現(xiàn)可進(jìn)行多參數(shù)傳輸，消除了模擬信號(hào)的傳輸瓶頸可進(jìn)行多參數(shù)傳輸，消除了模擬信號(hào)的傳輸瓶頸現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的測(cè)量、控制信息以及其他非控制信息如設(shè)備類(lèi)型、型號(hào)、廠商信息、量程、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等都可以通過(guò)一對(duì)導(dǎo)線傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)上的任

6、何智能設(shè)備，如中央控制器等。2.2.現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線概述現(xiàn)場(chǎng)總線概述大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)u開(kāi)放式系統(tǒng)開(kāi)放式系統(tǒng)通信協(xié)議一致公開(kāi)，任何人、任何單位均可采用通信協(xié)議一致公開(kāi)，任何人、任何單位均可采用不同廠家的設(shè)備遵守相同的技術(shù)規(guī)范不同廠家的設(shè)備遵守相同的技術(shù)規(guī)范不同廠家的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)信息互訪不同廠家的設(shè)備可實(shí)現(xiàn)信息互訪用戶可按需要，任意選用現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備用戶可按需要，任意選用現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備不同設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)資源共享不同設(shè)備之間可實(shí)現(xiàn)資源共享與其他網(wǎng)絡(luò)（如互聯(lián)網(wǎng)）相聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)共與其他網(wǎng)絡(luò)（如互聯(lián)網(wǎng)）相聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)共享享現(xiàn)場(chǎng)總線概述現(xiàn)場(chǎng)總線概述2.2.現(xiàn)場(chǎng)總線的

7、特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)u互可操作互可操作不同設(shè)備間，除了能實(shí)現(xiàn)信息互訪外，還能理解信息的含不同設(shè)備間，除了能實(shí)現(xiàn)信息互訪外，還能理解信息的含義，并能根據(jù)信息要求進(jìn)行操作義，并能根據(jù)信息要求進(jìn)行操作即某廠家生產(chǎn)的設(shè)備能夠?qū)α硪粋€(gè)廠家的設(shè)備進(jìn)行控制和即某廠家生產(chǎn)的設(shè)備能夠?qū)α硪粋€(gè)廠家的設(shè)備進(jìn)行控制和操作操作不同廠家的相同類(lèi)型的設(shè)備可以互相替換不同廠家的相同類(lèi)型的設(shè)備可以互相替換可統(tǒng)一組態(tài)，無(wú)需專用的驅(qū)動(dòng)程序可統(tǒng)一組態(tài)，無(wú)需專用的驅(qū)動(dòng)程序解決了設(shè)備的壟斷性和產(chǎn)品故障處理的時(shí)效性解決了設(shè)備的壟斷性和產(chǎn)品故障處理的時(shí)效性為系統(tǒng)集成的自主性提供了產(chǎn)品保障為系統(tǒng)集成的自主性提供了產(chǎn)品保障

8、2.2.現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線概述現(xiàn)場(chǎng)總線概述大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)u分散控制分散控制u現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性：它將傳感測(cè)量、補(bǔ)償：它將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成，僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能，并可隨，僅靠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備即可完成自動(dòng)控制的基本功能，并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。u由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身已可完成自動(dòng)控制的基本功能，使得由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身已可完成自動(dòng)控制的基本功能，使得現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的現(xiàn)場(chǎng)總線已構(gòu)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系

9、結(jié)構(gòu)全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 。2.2.現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線概述現(xiàn)場(chǎng)總線概述大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)u對(duì)環(huán)境的高度適應(yīng)對(duì)環(huán)境的高度適應(yīng)專為現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境設(shè)計(jì)專為現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境設(shè)計(jì)可支持多種傳輸介質(zhì)可支持多種傳輸介質(zhì)雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等可兩線制供電可兩線制供電支持本質(zhì)安全與防爆支持本質(zhì)安全與防爆2.2.現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線概述現(xiàn)場(chǎng)總線概述大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)u一對(duì)多的總線型結(jié)構(gòu)一對(duì)多的總線型結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線是多分支結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇蔀榭偩€型、星型現(xiàn)場(chǎng)總線是多分支結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇蔀榭偩€型、星型、樹(shù)形等多種形式，以總線型為主。、樹(shù)形等多種形式，以總線

10、型為主。 傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中設(shè)備的連接都是一對(duì)一的布線簡(jiǎn)單，工程安裝周期縮短、維護(hù)也很方便布線簡(jiǎn)單，工程安裝周期縮短、維護(hù)也很方便很強(qiáng)的系統(tǒng)擴(kuò)展性很強(qiáng)的系統(tǒng)擴(kuò)展性 主機(jī)能自動(dòng)識(shí)別設(shè)備的增加或刪減 無(wú)需架設(shè)新的線纜 無(wú)需系統(tǒng)停機(jī)2.2.現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線概述現(xiàn)場(chǎng)總線概述大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)2.2.現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線概述現(xiàn)場(chǎng)總線概述大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)3.3.現(xiàn)場(chǎng)總線的特殊功能現(xiàn)場(chǎng)總線的特殊功能(1)(1)經(jīng)濟(jì)、安全、可靠地傳輸信息經(jīng)濟(jì)、安全、可靠地傳輸信息經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性 信息、電源同時(shí)傳輸信息、電源同時(shí)傳輸 介質(zhì)廉價(jià)介

11、質(zhì)廉價(jià)安全性安全性 解決防爆問(wèn)題解決防爆問(wèn)題可靠性可靠性 電磁、氣候、機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性電磁、氣候、機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性現(xiàn)場(chǎng)總線概述現(xiàn)場(chǎng)總線概述大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)(2)正確使用所傳信息正確使用所傳信息可互操作性：不同廠家的設(shè)備相互理解所傳信息可互操作性：不同廠家的設(shè)備相互理解所傳信息(3)及時(shí)處理所傳信息及時(shí)處理所傳信息信息處理現(xiàn)場(chǎng)化，避免信息在網(wǎng)絡(luò)上過(guò)多傳輸信息處理現(xiàn)場(chǎng)化，避免信息在網(wǎng)絡(luò)上過(guò)多傳輸3.3.現(xiàn)場(chǎng)總線的特殊功能現(xiàn)場(chǎng)總線的特殊功能現(xiàn)場(chǎng)總線概述現(xiàn)場(chǎng)總線概述大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)線狀（總線、菊花鏈型）、星型、樹(shù)型線狀（總線、菊花鏈型）、星型、樹(shù)型以線狀結(jié)構(gòu)為多以線狀結(jié)構(gòu)為多4.4.現(xiàn)場(chǎng)總

12、線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線概述現(xiàn)場(chǎng)總線概述大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)產(chǎn)生于二十世紀(jì)八十年代現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)產(chǎn)生于二十世紀(jì)八十年代是為滿足日益急迫的企業(yè)綜合自動(dòng)化的需求是為滿足日益急迫的企業(yè)綜合自動(dòng)化的需求開(kāi)放性開(kāi)放性通用性通用性可靠性可靠性智能儀表為現(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)智能儀表為現(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)5.5.現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生與發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生與發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)場(chǎng)總線概述現(xiàn)場(chǎng)總線概述大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)現(xiàn)場(chǎng)總線近年來(lái)成為控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線近年來(lái)成為控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)各國(guó)投入巨額資金與人力在開(kāi)發(fā)這一技術(shù)，形成了企業(yè)、各國(guó)投入巨額資金與人力在開(kāi)發(fā)這一技術(shù)，形成了企業(yè)

13、、國(guó)家、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（歐洲、北美、亞洲、中國(guó)），呈現(xiàn)百花國(guó)家、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（歐洲、北美、亞洲、中國(guó)），呈現(xiàn)百花齊放的現(xiàn)狀。最后，通過(guò)妥協(xié)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)出現(xiàn)了協(xié)調(diào)齊放的現(xiàn)狀。最后，通過(guò)妥協(xié)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)出現(xiàn)了協(xié)調(diào)共存、共同發(fā)展的局面共存、共同發(fā)展的局面現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158包含了八種類(lèi)型，據(jù)說(shuō)可能還包含了八種類(lèi)型，據(jù)說(shuō)可能還要增加到十二種類(lèi)型要增加到十二種類(lèi)型5.5.現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生與發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生與發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)場(chǎng)總線概述現(xiàn)場(chǎng)總線概述大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)通信技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)通信技術(shù)大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)通信技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技

14、術(shù)與計(jì)算機(jī)通信技術(shù)大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)通信技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)通信技術(shù)大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)通信技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)通信技術(shù)大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)通信技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)通信技術(shù)大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)3.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 容易實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的總線供電。容易實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的總線供電。 一條線狀結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線支路上的電源負(fù)載是確定的，沿總線電源電壓的變化也是可一條線狀結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)總線支路上的電源負(fù)載是確定的，沿總線電源電壓的變化也是可以預(yù)料的。以預(yù)料的。 容易實(shí)現(xiàn)本安防爆規(guī)范。容易實(shí)現(xiàn)本安防爆規(guī)范。 目前的本安防爆主導(dǎo)理論

15、還是認(rèn)為，電纜的分布電感、電容以及由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生目前的本安防爆主導(dǎo)理論還是認(rèn)為，電纜的分布電感、電容以及由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生的火花能量，都是隨著電纜的長(zhǎng)度而增加?，F(xiàn)場(chǎng)總線由于限制電纜的長(zhǎng)度和總線的火花能量，都是隨著電纜的長(zhǎng)度而增加?，F(xiàn)場(chǎng)總線由于限制電纜的長(zhǎng)度和總線上負(fù)載的數(shù)量，可以較好的解決本安防爆問(wèn)題，同時(shí)這也對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用產(chǎn)生上負(fù)載的數(shù)量，可以較好的解決本安防爆問(wèn)題，同時(shí)這也對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用產(chǎn)生了一定的限制了一定的限制。 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)通信技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)通信技術(shù)大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)4.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 + 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)總線接口現(xiàn)場(chǎng)總線接口微處理

16、器微處理器傳感器傳感器A/D現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)工作站工作站現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)通信技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)通信技術(shù)大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)2.2.現(xiàn)場(chǎng)總線比較現(xiàn)場(chǎng)總線比較現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線德國(guó)西門(mén)子公司：德國(guó)西門(mén)子公司：1979年德國(guó)西門(mén)子公司第一次開(kāi)發(fā)車(chē)載微機(jī)控制裝置1992年在SIBAS16基礎(chǔ)上推出以80386為CPU的SIBAS32系統(tǒng)。已具備網(wǎng)絡(luò)控制功能（符合已具備網(wǎng)絡(luò)控制功能（符合TCN標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)）法國(guó)ALSTOM公司：將WorldFIP作為標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議應(yīng)用于其開(kāi)發(fā)的AGATE列車(chē)控制系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于TGV高速列車(chē)美國(guó)美

17、國(guó)Echelon公司：公司：20世紀(jì)90年代初，發(fā)明了Lonworks控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)德國(guó)德國(guó)Bosch公司公司:CAN總線總線美國(guó)：美國(guó)：ARCNET大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)TCN （列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)）概述（列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)）概述l功能功能l體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)lWTB和和MVB的特點(diǎn)的特點(diǎn)多功能車(chē)輛總線多功能車(chē)輛總線 MVBlMVB物理層物理層lMVB幀幀 絞式列車(chē)總線絞式列車(chē)總線WTBlWTB特性摘要特性摘要lWTB網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋖WTB幀、報(bào)文幀、報(bào)文lWTB介質(zhì)訪問(wèn)控制方式介質(zhì)訪問(wèn)控制方式l列車(chē)初運(yùn)行列車(chē)初運(yùn)行 【主要內(nèi)容主要內(nèi)容】 大連交通大學(xué)大連交通大學(xué) TCN（列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)）概述（列車(chē)通信網(wǎng)

18、絡(luò)）概述 TCN（列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)）于（列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)）于1999年年6 月正式成為月正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，即，即IEC61735。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)列車(chē)通信網(wǎng)。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)的總體結(jié)構(gòu)、連接各車(chē)輛的列車(chē)總線、連接絡(luò)的總體結(jié)構(gòu)、連接各車(chē)輛的列車(chē)總線、連接車(chē)輛內(nèi)部各智能設(shè)備的車(chē)輛總線及過(guò)程數(shù)據(jù)等車(chē)輛內(nèi)部各智能設(shè)備的車(chē)輛總線及過(guò)程數(shù)據(jù)等內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。大連交通大學(xué)大連交通大學(xué) 功能功能TCN（列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)）將列車(chē)上的智能設(shè)備連接（列車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)）將列車(chē)上的智能設(shè)備連接起來(lái)，完成下述功能：起來(lái)，完成下述功能：l列車(chē)牽引及車(chē)輛控制（如車(chē)門(mén)、車(chē)燈等的遠(yuǎn)程控列車(chē)牽引及車(chē)輛控制（如車(chē)門(mén)、

19、車(chē)燈等的遠(yuǎn)程控制）；制）；l遠(yuǎn)程診斷及維護(hù)；遠(yuǎn)程診斷及維護(hù)；l旅客信息及舒適性；旅客信息及舒適性；大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)TCNTCN三層結(jié)構(gòu)三層結(jié)構(gòu)：列車(chē)級(jí)控制、車(chē)廂級(jí)控制、設(shè)備級(jí)控制：列車(chē)級(jí)控制、車(chē)廂級(jí)控制、設(shè)備級(jí)控制TCNTCN的體系結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)1.1.連接各車(chē)輛的絞線式列車(chē)總線（連接各車(chē)輛的絞線式列車(chē)總線（Wire Train Bus,WTBWire Train Bus,WTB）, ,列車(chē)新編組時(shí)可自動(dòng)配置（組態(tài)），通信介質(zhì)為雙絞線，列車(chē)新編組時(shí)可自動(dòng)配置（組態(tài)），通信介質(zhì)為雙絞線，通信速率為通信速率為1Mbit/s1Mbit/s； 2.2.連接一節(jié)車(chē)輛內(nèi)或車(chē)

20、輛組各設(shè)備的多功能車(chē)輛總線（連接一節(jié)車(chē)輛內(nèi)或車(chē)輛組各設(shè)備的多功能車(chē)輛總線（Multifunction Vehicle Bus , MVB)Multifunction Vehicle Bus , MVB)，具有快響應(yīng)性，通，具有快響應(yīng)性，通信介質(zhì)為雙絞線或光纖，通信速率為信介質(zhì)為雙絞線或光纖，通信速率為1.5Mbit/s1.5Mbit/s。3.3.這些總線在鏈路層提供了兩種相同的服務(wù)：這些總線在鏈路層提供了兩種相同的服務(wù)：u過(guò)程數(shù)據(jù)：周期性的，源尋址廣播數(shù)據(jù)；過(guò)程數(shù)據(jù)：周期性的，源尋址廣播數(shù)據(jù)；u消息數(shù)據(jù)：按需傳送的，目標(biāo)尋址的數(shù)據(jù)報(bào)文。消息數(shù)據(jù)：按需傳送的，目標(biāo)尋址的數(shù)據(jù)報(bào)文。4.4.實(shí)時(shí)協(xié)議

21、提供兩種與總線無(wú)關(guān)獨(dú)立的應(yīng)用服務(wù)實(shí)時(shí)協(xié)議提供兩種與總線無(wú)關(guān)獨(dú)立的應(yīng)用服務(wù)5.5.網(wǎng)絡(luò)管理支持組態(tài)、維護(hù)及操作。網(wǎng)絡(luò)管理支持組態(tài)、維護(hù)及操作。TCN的體系結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)商業(yè)以太網(wǎng)辦公自動(dòng)化商業(yè)以太網(wǎng)辦公自動(dòng)化工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)自動(dòng)化工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)自動(dòng)化工業(yè)以太網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)為什么工業(yè)領(lǐng)域需要以太網(wǎng)為什么工業(yè)領(lǐng)域需要以太網(wǎng)原因一：現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一，帶來(lái)系統(tǒng)復(fù)雜性原因一：現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一，帶來(lái)系統(tǒng)復(fù)雜性1999 1999 年現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)年現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158 IEC 61158 終于塵埃落定終于塵埃落定, ,有有8 8種總線成為種總

22、線成為國(guó)際電工委員會(huì)國(guó)際電工委員會(huì)(IEC) (IEC) 現(xiàn)行的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它們分別是現(xiàn)行的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。它們分別是: : 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF(fundation fieldbus); FF(fundation fieldbus); ControlNet; ControlNet; Profibus; Profibus; P-Net; P-Net; FF(fieldbus fundation)FF(fieldbus fundation)高速以太網(wǎng)高速以太網(wǎng)HSE; HSE; SwiftNet; SwiftNet; WorldFIP; WorldFIP; Inter-bus

23、.Inter-bus.從用戶應(yīng)用的角度來(lái)看從用戶應(yīng)用的角度來(lái)看, ,多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)并立導(dǎo)致多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)并立導(dǎo)致在一個(gè)具體應(yīng)用中可能會(huì)涉及多種不同標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線在一個(gè)具體應(yīng)用中可能會(huì)涉及多種不同標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表儀表, ,需要解決不同標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)之間的互連接和互操作的問(wèn)需要解決不同標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)之間的互連接和互操作的問(wèn)題題, ,這必然會(huì)增加用戶的投資和使用維護(hù)的復(fù)雜性。這必然會(huì)增加用戶的投資和使用維護(hù)的復(fù)雜性。大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)原因二：信息集成有新的要求原因二：信息集成有新的要求帶寬問(wèn)題：帶寬問(wèn)題：一般地來(lái)說(shuō)一般地來(lái)說(shuō), ,現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)是通信協(xié)議現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)是通信協(xié)議比較簡(jiǎn)單比較簡(jiǎn)

24、單, ,通信速率比較低。如基金會(huì)總線通信速率比較低。如基金會(huì)總線FFFF的的H1H1和和PROFIBUS-PA PROFIBUS-PA 的傳輸速率只有的傳輸速率只有31.25Kbps31.25Kbps。但隨著儀器。但隨著儀器儀表智能化的提高儀表智能化的提高, ,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也必將趨于復(fù)雜傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也必將趨于復(fù)雜, ,未來(lái)傳未來(lái)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可能已不滿足于幾個(gè)字節(jié)輸?shù)臄?shù)據(jù)可能已不滿足于幾個(gè)字節(jié), ,甚至是甚至是WEBWEB網(wǎng)頁(yè)網(wǎng)頁(yè), ,所所以網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母咚傩栽诠I(yè)控制中越來(lái)越重要。以網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母咚傩栽诠I(yè)控制中越來(lái)越重要。與商業(yè)網(wǎng)集成問(wèn)題：與商業(yè)網(wǎng)集成問(wèn)題：在制造加工工業(yè)中，能夠走出辦公在制造加工工業(yè)

25、中，能夠走出辦公室室, ,在任何地方對(duì)企業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控在任何地方對(duì)企業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控, ,無(wú)疑是各個(gè)企無(wú)疑是各個(gè)企業(yè)提高生產(chǎn)效率、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的有效方法。如此一來(lái)，業(yè)提高生產(chǎn)效率、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的有效方法。如此一來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)總線的底層信息必然要和上層的通用局域網(wǎng)連接現(xiàn)場(chǎng)總線的底層信息必然要和上層的通用局域網(wǎng)連接, ,將將底層信息集成到車(chē)間、公司級(jí)的數(shù)據(jù)庫(kù)中底層信息集成到車(chē)間、公司級(jí)的數(shù)據(jù)庫(kù)中, , 通過(guò)通過(guò)WEBWEB方方式瀏覽和交互控制?，F(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)大都無(wú)法直接與式瀏覽和交互控制?，F(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)大都無(wú)法直接與互聯(lián)網(wǎng)連接，需要額外的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備才能完成通信?；ヂ?lián)網(wǎng)連接，需要額外的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備才能完成

26、通信。大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)原因三：工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)原因三：工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)(1) 解決協(xié)議的開(kāi)放性和兼容性問(wèn)題。解決協(xié)議的開(kāi)放性和兼容性問(wèn)題。工業(yè)以太網(wǎng)因?yàn)椴捎糜晒I(yè)以太網(wǎng)因?yàn)椴捎糜蒊EEE802.3IEEE802.3所定義的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，它所定義的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，它是一個(gè)開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，從而為是一個(gè)開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，從而為PLCPLC廠家和廠家和DCSDCS廠家廣泛接受。與現(xiàn)場(chǎng)總廠家廣泛接受。與現(xiàn)場(chǎng)總線相比，以太網(wǎng)還具有向下兼容性?？焖僖蕴W(wǎng)是在雙絞線連接線相比，以太網(wǎng)還具有向下兼容性?？焖僖蕴W(wǎng)是在雙絞線連接(10BaseT)(10BaseT)的傳統(tǒng)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，但它的傳輸

27、速度的傳統(tǒng)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，但它的傳輸速度從從10Mbps10Mbps提升到了提升到了100Mbps100Mbps。在大多數(shù)場(chǎng)合，它還可以使用已有的布。在大多數(shù)場(chǎng)合，它還可以使用已有的布線。此外，以太網(wǎng)還允許逐漸采用新技術(shù)。也就是說(shuō)，沒(méi)必要一下線。此外，以太網(wǎng)還允許逐漸采用新技術(shù)。也就是說(shuō)，沒(méi)必要一下子改變整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，可以一步步將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)。子改變整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，可以一步步將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)。(2) 解決帶寬需求問(wèn)題。解決帶寬需求問(wèn)題。以太網(wǎng)最初的數(shù)據(jù)傳輸速度只有以太網(wǎng)最初的數(shù)據(jù)傳輸速度只有10Mbit/s10Mbit/s，隨著，隨著19961996年快速以年快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布。以太網(wǎng)的速

28、度提高到了太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布。以太網(wǎng)的速度提高到了100Mbit/s100Mbit/s。19981998年，千兆年，千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布將其速度提高到最初速度的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布將其速度提高到最初速度的100100倍。最初的以太網(wǎng)倍。最初的以太網(wǎng)需要需要1.21.2毫秒才能傳送一個(gè)毫秒才能傳送一個(gè)15181518字節(jié)大小數(shù)據(jù)；現(xiàn)在，快速以太網(wǎng)已字節(jié)大小數(shù)據(jù)；現(xiàn)在，快速以太網(wǎng)已經(jīng)將這一時(shí)間減少到經(jīng)將這一時(shí)間減少到120120秒；如果采用千兆以太網(wǎng)，這一時(shí)間只需秒；如果采用千兆以太網(wǎng)，這一時(shí)間只需1212微秒。微秒。大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)(3) (3) 解決與商用以太網(wǎng)集成問(wèn)題。解決與商用以太網(wǎng)集成問(wèn)

29、題。以太網(wǎng)作為現(xiàn)場(chǎng)總線以太網(wǎng)作為現(xiàn)場(chǎng)總線, ,尤其是高速現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)的尤其是高速現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)的主體主體, ,可以避免現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)游離于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的可以避免現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)游離于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展之外發(fā)展之外, ,使現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)很好地融使現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)很好地融合而形成相互促進(jìn)的局面。合而形成相互促進(jìn)的局面。(4) (4) 以太網(wǎng)適配器的價(jià)格大幅度下跌以及各產(chǎn)品和標(biāo)以太網(wǎng)適配器的價(jià)格大幅度下跌以及各產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)以太網(wǎng)的支持是其成功的重要因素。準(zhǔn)對(duì)以太網(wǎng)的支持是其成功的重要因素。大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)什么是以太網(wǎng)什么是以太網(wǎng)?1980 年年DEC( digital

30、equipment corporation) 、Intel 和和Xerox 三大公司發(fā)布了三大公司發(fā)布了DIX版以太網(wǎng)版以太網(wǎng)1.0 規(guī)范規(guī)范,其其傳輸速度為傳輸速度為10Mb/S ,所支持的唯一物理介質(zhì)為粗同軸電所支持的唯一物理介質(zhì)為粗同軸電纜。纜。1982 年年, 發(fā)布了發(fā)布了DIX2.0 版版, 這就是通常所說(shuō)的這就是通常所說(shuō)的Ethernet 。與。與DIX同步的是同步的是IEEE 成立的至今聞名的成立的至今聞名的802.3 委員會(huì)。委員會(huì)。1985 年，年，IEEE 802.3 委員會(huì)發(fā)布了委員會(huì)發(fā)布了CSMA/ CD 訪問(wèn)方法和物理層規(guī)范。盡管其幀的定義與訪問(wèn)方法和物理層規(guī)范。盡管

31、其幀的定義與DIX2.0不盡相同，但是現(xiàn)在更多的人認(rèn)為它就是以太網(wǎng)不盡相同，但是現(xiàn)在更多的人認(rèn)為它就是以太網(wǎng)。以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)包括：。以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)包括：lphysical layer: media, configurationldata link layer: MAC protocol, CSMA/CD大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)CSMA/CDCarrier Sense (CS)“偵聽(tīng)偵聽(tīng)”在發(fā)送信息幀之前是否有網(wǎng)絡(luò)傳輸。一旦偵聽(tīng)到信道空閑，等待在發(fā)送信息幀之前是否有網(wǎng)絡(luò)傳輸。一旦偵聽(tīng)到信道空閑，等待一個(gè)一個(gè)IFG (46bitIFG (46bit時(shí)間時(shí)間) )后便立刻發(fā)送信息幀后便立刻發(fā)送信息幀Mult

32、iple Access (MA)“多點(diǎn)接入多點(diǎn)接入”如果多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息，此時(shí)就會(huì)發(fā)生沖突如果多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息，此時(shí)就會(huì)發(fā)生沖突Collision Detect (CD)“沖突檢測(cè)沖突檢測(cè)”CSMA/CD協(xié)議中采用重傳機(jī)制重新執(zhí)行信息幀的發(fā)送操作，直協(xié)議中采用重傳機(jī)制重新執(zhí)行信息幀的發(fā)送操作，直到該信息幀成功發(fā)送或重傳次數(shù)到該信息幀成功發(fā)送或重傳次數(shù)n達(dá)到上限達(dá)到上限(attempLimit)而而 終止終止發(fā)送發(fā)送Intel Demo 2Intel Demo 2大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)CSMA/CDExponential Back-off Algorithm “二進(jìn)制指二進(jìn)制指數(shù)回避算

33、法，數(shù)回避算法，BEB”每次檢測(cè)到?jīng)_突，每次檢測(cè)到?jīng)_突，CSMA/CDCSMA/CD采用采用BEBBEB算法隨機(jī)地計(jì)算法隨機(jī)地計(jì)算出下一次重傳需要等待的時(shí)間，即幀重傳時(shí)延。幀算出下一次重傳需要等待的時(shí)間，即幀重傳時(shí)延。幀重傳時(shí)延的大小為時(shí)隙時(shí)間重傳時(shí)延的大小為時(shí)隙時(shí)間(slot Time,512bit(slot Time,512bit的傳輸?shù)膫鬏敃r(shí)間時(shí)間) )的整數(shù)倍的整數(shù)倍r r。r r為隨機(jī)整數(shù)，其取值為為隨機(jī)整數(shù)，其取值為:0r2:0r2r r，k=min(n,10), k=min(n,10), 其中，其中，n n為重傳次數(shù)，最大值為為重傳次數(shù)，最大值為16.16.對(duì)于對(duì)于 10M bi

34、t/s10M bit/s網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)時(shí)隙時(shí)間為絡(luò)，一個(gè)時(shí)隙時(shí)間為51.2us51.2us。因此沖突所導(dǎo)致的等待。因此沖突所導(dǎo)致的等待時(shí)間最長(zhǎng)可以達(dá)到時(shí)間最長(zhǎng)可以達(dá)到51ms51ms。重傳時(shí)延的不確定性，不能滿足工業(yè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性重傳時(shí)延的不確定性，不能滿足工業(yè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)工業(yè)以太網(wǎng)與商業(yè)以太網(wǎng)的區(qū)別工業(yè)以太網(wǎng)與商業(yè)以太網(wǎng)的區(qū)別1、工業(yè)以太網(wǎng)的基本體系結(jié)構(gòu)、工業(yè)以太網(wǎng)的基本體系結(jié)構(gòu)2、改進(jìn)的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、改進(jìn)的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)3、工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)通信技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)通信技術(shù)4、工業(yè)以太網(wǎng)的設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性和、工業(yè)以太網(wǎng)的設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性和可靠性要求可靠性要

35、求大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)1、工業(yè)以太網(wǎng)基本體系結(jié)構(gòu)、工業(yè)以太網(wǎng)基本體系結(jié)構(gòu) 工業(yè)以太網(wǎng)在商用以太工業(yè)以太網(wǎng)在商用以太網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，它的網(wǎng)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，它的體系結(jié)構(gòu)基本上采用了以體系結(jié)構(gòu)基本上采用了以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。對(duì)應(yīng)于太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。對(duì)應(yīng)于ISO/OSIISO/OSI通信參考模型，工通信參考模型，工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議在物理層和業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層均采用了數(shù)據(jù)鏈路層均采用了802.3802.3標(biāo)準(zhǔn)，在網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層標(biāo)準(zhǔn)，在網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層則采用被稱為以太網(wǎng)則采用被稱為以太網(wǎng)“事事實(shí)上標(biāo)準(zhǔn)實(shí)上標(biāo)準(zhǔn)”的的TCP/IPTCP/IP協(xié)議協(xié)議簇，在高層協(xié)議上，工業(yè)簇，在高層協(xié)議上，工業(yè)以太網(wǎng)

36、通常省略了會(huì)話層以太網(wǎng)通常省略了會(huì)話層、表示層，而定義了應(yīng)用、表示層，而定義了應(yīng)用層，有的工業(yè)以太網(wǎng)還定層，有的工業(yè)以太網(wǎng)還定義了用戶層。義了用戶層。大連交通大學(xué)大連交通大學(xué) 根據(jù)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)擴(kuò)展的不同技術(shù)方案，可將實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通根據(jù)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)擴(kuò)展的不同技術(shù)方案，可將實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通信協(xié)議模型分為信協(xié)議模型分為5 5類(lèi)，是經(jīng)過(guò)常規(guī)最大努力提高實(shí)時(shí)性，一般工類(lèi)，是經(jīng)過(guò)常規(guī)最大努力提高實(shí)時(shí)性，一般工業(yè)以太網(wǎng)的通信協(xié)議模型業(yè)以太網(wǎng)的通信協(xié)議模型; ;采用在采用在TCP/IPTCP/IP之上進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換之上進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換方案方案; ;采用經(jīng)優(yōu)化處理和提供旁路實(shí)時(shí)通道的通信協(xié)議模型采用經(jīng)優(yōu)化處理和

37、提供旁路實(shí)時(shí)通道的通信協(xié)議模型; ;采采用集中調(diào)度提高實(shí)時(shí)性的解決方案用集中調(diào)度提高實(shí)時(shí)性的解決方案; ;采用類(lèi)似采用類(lèi)似InterbusInterbus現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線“集總幀集總幀”通信方式和在物理層使用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提升以太網(wǎng)實(shí)時(shí)通信方式和在物理層使用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提升以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性能。性能。2、改進(jìn)的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、改進(jìn)的實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)3、工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)通信技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)通信技術(shù)n采用以太網(wǎng)與采用以太網(wǎng)與TCP/IPTCP/IP相結(jié)合的方法相結(jié)合的方法n直接修改傳統(tǒng)以太網(wǎng)直接修改傳統(tǒng)以太網(wǎng)MACMAC協(xié)議協(xié)議(CSMA/CD)(CSMA/CD

38、)方式方式n數(shù)據(jù)鏈路層增加實(shí)時(shí)調(diào)度層的方式數(shù)據(jù)鏈路層增加實(shí)時(shí)調(diào)度層的方式n網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間同步機(jī)制也是實(shí)現(xiàn)確定性網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間同步機(jī)制也是實(shí)現(xiàn)確定性實(shí)時(shí)調(diào)度的必要手段之一實(shí)時(shí)調(diào)度的必要手段之一大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)采用以太網(wǎng)與采用以太網(wǎng)與TCP/IPTCP/IP相結(jié)合的方法相結(jié)合的方法n標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：HSEHSE、EtherNET/IPEtherNET/IP和和Modbus/TCP Modbus/TCP 說(shuō)明：它們是建立在以太網(wǎng)和說(shuō)明：它們是建立在以太網(wǎng)和TCP/IPTCP/IP協(xié)議基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)協(xié)議基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)傳遞。提高實(shí)時(shí)性的主要手段包括提高通信速率傳遞。提高實(shí)時(shí)性的主要手段包括提高通信速

39、率, ,控制控制網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷以及采用全雙工交換技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷以及采用全雙工交換技術(shù)。然而然而, ,交交換式以太網(wǎng)并不是實(shí)時(shí)通信最終的解決方案換式以太網(wǎng)并不是實(shí)時(shí)通信最終的解決方案, , 當(dāng)多個(gè)當(dāng)多個(gè)數(shù)據(jù)流同時(shí)到達(dá)交換機(jī)時(shí)數(shù)據(jù)流同時(shí)到達(dá)交換機(jī)時(shí), ,需要將其緩存后從目的端口需要將其緩存后從目的端口順序輸出順序輸出, ,此時(shí)多路轉(zhuǎn)換和緩存的時(shí)間取決于不同交換此時(shí)多路轉(zhuǎn)換和緩存的時(shí)間取決于不同交換機(jī)的具體實(shí)現(xiàn)方式和網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況機(jī)的具體實(shí)現(xiàn)方式和網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況, ,其值仍是一個(gè)不其值仍是一個(gè)不確定的數(shù)值。在許多工業(yè)應(yīng)用環(huán)境中確定的數(shù)值。在許多工業(yè)應(yīng)用環(huán)境中, ,需要一個(gè)設(shè)備同需要一個(gè)設(shè)備同時(shí)向多個(gè)設(shè)備發(fā)

40、送數(shù)據(jù)時(shí)向多個(gè)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)( (如廣播或發(fā)布如廣播或發(fā)布/ /預(yù)定關(guān)系預(yù)定關(guān)系) )。交。交換式以太網(wǎng)更適合于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換，當(dāng)廣播或多換式以太網(wǎng)更適合于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換，當(dāng)廣播或多播報(bào)文同時(shí)傳遞到一個(gè)端口時(shí)會(huì)造成數(shù)據(jù)傳遞的時(shí)延播報(bào)文同時(shí)傳遞到一個(gè)端口時(shí)會(huì)造成數(shù)據(jù)傳遞的時(shí)延。 大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)采用以太網(wǎng)與采用以太網(wǎng)與TCP/IPTCP/IP相結(jié)合的方法相結(jié)合的方法n標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)：HSEHSE、EtherNET/IPEtherNET/IP和和Modbus/TCP Modbus/TCP 說(shuō)明：它們是建立在以太網(wǎng)和說(shuō)明：它們是建立在以太網(wǎng)和TCP/IPTCP/IP協(xié)議基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)協(xié)議基礎(chǔ)上的

41、數(shù)據(jù)傳遞。提高實(shí)時(shí)性的主要手段包括提高通信速率傳遞。提高實(shí)時(shí)性的主要手段包括提高通信速率, ,控制控制網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷以及采用全雙工交換技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷以及采用全雙工交換技術(shù)。然而然而, ,交交換式以太網(wǎng)并不是實(shí)時(shí)通信最終的解決方案換式以太網(wǎng)并不是實(shí)時(shí)通信最終的解決方案, , 當(dāng)多個(gè)當(dāng)多個(gè)數(shù)據(jù)流同時(shí)到達(dá)交換機(jī)時(shí)數(shù)據(jù)流同時(shí)到達(dá)交換機(jī)時(shí), ,需要將其緩存后從目的端口需要將其緩存后從目的端口順序輸出順序輸出, ,此時(shí)多路轉(zhuǎn)換和緩存的時(shí)間取決于不同交換此時(shí)多路轉(zhuǎn)換和緩存的時(shí)間取決于不同交換機(jī)的具體實(shí)現(xiàn)方式和網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況機(jī)的具體實(shí)現(xiàn)方式和網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況, ,其值仍是一個(gè)不其值仍是一個(gè)不確定的數(shù)值。在許多工業(yè)應(yīng)用

42、環(huán)境中確定的數(shù)值。在許多工業(yè)應(yīng)用環(huán)境中, ,需要一個(gè)設(shè)備同需要一個(gè)設(shè)備同時(shí)向多個(gè)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)向多個(gè)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)( (如廣播或發(fā)布如廣播或發(fā)布/ /預(yù)定關(guān)系預(yù)定關(guān)系) )。交。交換式以太網(wǎng)更適合于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換，當(dāng)廣播或多換式以太網(wǎng)更適合于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換，當(dāng)廣播或多播報(bào)文同時(shí)傳遞到一個(gè)端口時(shí)會(huì)造成數(shù)據(jù)傳遞的時(shí)延播報(bào)文同時(shí)傳遞到一個(gè)端口時(shí)會(huì)造成數(shù)據(jù)傳遞的時(shí)延。 大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)采用以太網(wǎng)與采用以太網(wǎng)與TCP/IPTCP/IP相結(jié)合的方法相結(jié)合的方法另外，另外，HSEHSE，Ethernet/IPEthernet/IP和和Modbus TCPModbus TCP都沒(méi)都沒(méi)有在實(shí)質(zhì)上解決以

43、太網(wǎng)的通信不確定性問(wèn)題，而有在實(shí)質(zhì)上解決以太網(wǎng)的通信不確定性問(wèn)題，而是采取了一種比較折衷的方案，即傳輸層、數(shù)據(jù)是采取了一種比較折衷的方案，即傳輸層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層沿用以太網(wǎng)的原有機(jī)制，在用戶鏈路層和物理層沿用以太網(wǎng)的原有機(jī)制，在用戶層或應(yīng)用層對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸進(jìn)行控制。而對(duì)于應(yīng)用層或應(yīng)用層對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸進(jìn)行控制。而對(duì)于應(yīng)用層以下的報(bào)文是不能控制的，如層以下的報(bào)文是不能控制的，如ARP (Address ARP (Address Resolution Protocol)Resolution Protocol)、ICMP (Internet ICMP (Internet Control Messages Protocol)Control Messages Protocol)等協(xié)議所產(chǎn)生的報(bào)等協(xié)議所產(chǎn)生的報(bào)文。這種折衷的方案不能滿足實(shí)時(shí)性要求很高的文。這種折衷的方案不能滿足實(shí)時(shí)性要求很高的場(chǎng)合。場(chǎng)合。 大連交通大學(xué)大連交通大學(xué)直接修改直接修改CSMA/CDCSMA/CD方式方式由于導(dǎo)致不確定性通信的由于導(dǎo)致不確定性通信的CSMA/CDCSMA/CD機(jī)制位于以