Ethernet／IP協(xié)議簡(jiǎn)介及高考語文試卷

Ethernet／IP協(xié)議簡(jiǎn)介-30-1現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)與工業(yè)以太網(wǎng)20世紀(jì)90年代以后隨著現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的逐漸成熟，智能化與功能自治性的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的廣泛應(yīng)用，嵌入式控制器、智能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控儀表和傳感器等方便地接入了現(xiàn)場(chǎng)總線?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)是順應(yīng)智能現(xiàn)場(chǎng)儀表而發(fā)展起來的。它的初衷是用數(shù)字通訊代替4--20mA模擬傳輸技術(shù)，但隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與智能儀表管控一體化(儀表調(diào)校、控制組態(tài)、診斷、報(bào)警、記錄)的發(fā)展，在控制領(lǐng)域內(nèi)引起了一場(chǎng)前所未有的革命。控制專家們紛紛預(yù)言：FCS將成為21世紀(jì)控制系統(tǒng)的主流。然而在控制界對(duì)FCS進(jìn)行概念炒作的時(shí)候，卻注意到它的發(fā)展在某些方面的不協(xié)調(diào)，其主要表現(xiàn)在迄今為止現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一：8種現(xiàn)場(chǎng)總線經(jīng)過14年的紛爭(zhēng)，最后IEC的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)化組織經(jīng)投票，通過以下這8種現(xiàn)場(chǎng)總線成為IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，即：FFH1，ControlNet，ProfiBus，InterBus，P．Net，WorldFIP，SwiftNet，F(xiàn)F之高速EtherNet即HSE。這8種現(xiàn)場(chǎng)總線互不兼容，這也使得各廠商的儀表設(shè)備難以在不同的FCS中兼容。此外，F(xiàn)CS的傳輸速率也不盡人意，以基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF)正在制定的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為例，它采用了ISO的參考模型中的3層(物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層)和極具特色的用戶層，其低速總線H1的傳輸速度為31．25kbps，高速總線H2的傳輸速度為1Mbps或2．5Mbps，這在有些場(chǎng)合下仍無法滿足實(shí)時(shí)控制的要求。又如廣泛用于汽車行業(yè)的Can總線系統(tǒng)，其最高的傳輸速率為1Mbps／40米；這些現(xiàn)場(chǎng)總線受通訊距離制約較大。由于上述原因，使FCS在工業(yè)控制中的推廣應(yīng)用受到了一定的限制。以太網(wǎng)具有傳輸速度高、低耗、易于安裝和兼容性好等方面的優(yōu)勢(shì)，由于它支持幾乎所有流行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，所以在商業(yè)系統(tǒng)中被廣泛采用。但是傳統(tǒng)以太網(wǎng)采用總線式拓樸結(jié)構(gòu)和多路存取載波偵聽碰撞檢測(cè)(CSMA／CD)通訊方式，在實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合下，重要數(shù)據(jù)的傳輸過程會(huì)產(chǎn)生傳輸延滯，這被稱為以太網(wǎng)的“不確定性”。研究表明：商業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)應(yīng)用中的傳輸延滯在2～30ms之間，這是影響以太網(wǎng)長(zhǎng)期無法進(jìn)入過程控制領(lǐng)域的重要原因之一。因此對(duì)以太網(wǎng)的研究具有工程實(shí)用價(jià)值，從而產(chǎn)生了一種新型的針對(duì)工業(yè)控制領(lǐng)域的以太網(wǎng)一工業(yè)以太網(wǎng)。由于以太網(wǎng)具有應(yīng)用廣泛、價(jià)格低廉、通信速率高、軟硬件產(chǎn)品豐富、應(yīng)用支持技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，目前它已經(jīng)在工業(yè)企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的信息層與控制層得到了廣泛應(yīng)用，并呈現(xiàn)向下延伸直接應(yīng)用于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的趨勢(shì)。從目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展來看，目前工業(yè)以太網(wǎng)在控制層已得到廣泛應(yīng)用，并成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。未來工業(yè)以太網(wǎng)將在工業(yè)企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的互連和信息集成中發(fā)揮越來越重要的作用。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)作為后起之秀，迅速搶占著其它總線形式的市場(chǎng)，推動(dòng)其發(fā)展的兩大動(dòng)力是：光纖環(huán)網(wǎng)的應(yīng)用、分布智能裝置儀表。光纖環(huán)網(wǎng)解決了兩大問題：第一，輕松解決了在化工、礦業(yè)等極端條件的本質(zhì)防爆問題，這一下子將以太交換設(shè)備向前推動(dòng)了一個(gè)層次，使以太網(wǎng)可以到達(dá)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)層，第一次成為真正的FieldBus；第二，通過環(huán)網(wǎng)的冗余提高以太交換的可靠性，從而使工業(yè)以太網(wǎng)第一次可以應(yīng)用對(duì)可靠性要求較高的應(yīng)用環(huán)境中。而分布智能的裝置儀表，解決了所謂以太傳輸時(shí)滯不確定性的詬病。首先，光纖環(huán)網(wǎng)的千兆交換速度，已經(jīng)使絕大部分工業(yè)控制數(shù)據(jù)在可接受的時(shí)間內(nèi)交換，對(duì)于大部分的工業(yè)生產(chǎn)信息，在100ms的時(shí)滯都是可以接受的。而如果所有的控制均需要通過集中的方式進(jìn)行，顯然這個(gè)時(shí)滯又太大了?？上驳氖牵I(yè)控制裝置和智能儀表正在向分布式發(fā)展。這種發(fā)展趨勢(shì)，導(dǎo)致大量的本地控制指令不需要通過冗長(zhǎng)的總線來傳輸，而是由儀表或裝置的本地計(jì)算完成，這就不需要通過數(shù)據(jù)交換的方式苛刻地要求工業(yè)以太網(wǎng)的確定時(shí)延。2工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性問題工業(yè)以太網(wǎng)有著許多令人所信服的優(yōu)點(diǎn)。但是傳統(tǒng)商業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)仍然有著或多或少的不足和缺陷，經(jīng)過許多研究機(jī)構(gòu)和工程技術(shù)人員的不懈努力和對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的研究，使傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)不斷改進(jìn)來滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制要求。這些關(guān)鍵技術(shù)包括通信確定性和實(shí)時(shí)性技術(shù)、系統(tǒng)穩(wěn)定性技術(shù)、系統(tǒng)互操作性技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全性技術(shù)、總線供電及本質(zhì)安全與安全防爆技術(shù)等。下面就確定性和實(shí)時(shí)性做一些介紹。2.1通訊確定性和實(shí)時(shí)性技術(shù)傳統(tǒng)以太網(wǎng)采用總線式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和多路存取載波偵聽／碰撞(CSMA／C通訊方式，即網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都通過競(jìng)爭(zhēng)的方式來獲取發(fā)送信息報(bào)文的權(quán)利，節(jié)點(diǎn)通過監(jiān)聽信道，當(dāng)發(fā)現(xiàn)信道空閑時(shí)則把待發(fā)的信息報(bào)文發(fā)送出去，如果信道忙則處于等待狀態(tài)。在發(fā)送信息后檢測(cè)是否發(fā)生了碰撞，如果出現(xiàn)則退出信道等待重發(fā)。不難想象當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷比較重的時(shí)候大量節(jié)點(diǎn)都在嘗試重發(fā)進(jìn)而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)堵塞，使一些節(jié)點(diǎn)的信息長(zhǎng)時(shí)間得不到發(fā)送，這種特性稱為以太網(wǎng)的不確定性。研究表明：傳統(tǒng)以太網(wǎng)在工業(yè)控制中的傳輸延遲，對(duì)數(shù)據(jù)傳送要求很高的場(chǎng)合是不能夠應(yīng)用的，這也影響了以太網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)底層控制網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。隨著以太網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)在確定性和實(shí)時(shí)性方面已經(jīng)基本達(dá)到了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制的要求。首先，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上采用了星形連接代替總線型連接。圖1示意了兩種不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中的星形連接用網(wǎng)橋或路由器等設(shè)備將網(wǎng)絡(luò)分割成多個(gè)網(wǎng)段(Segment)，在每個(gè)網(wǎng)段上以一個(gè)多口集線器為中心，將若干個(gè)設(shè)備或節(jié)點(diǎn)連接起來，這樣掛接在同一網(wǎng)段上的所有設(shè)備形成一個(gè)沖突域(Collision)。每個(gè)沖突域均采用CSMA／CD機(jī)制來管理網(wǎng)絡(luò)沖突。這種分段方法可以使每個(gè)沖突域的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷減輕、碰撞幾率減小。圖1以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的比較3Ethernet／IP協(xié)議簡(jiǎn)介現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158經(jīng)過十幾年的爭(zhēng)論和斗爭(zhēng)后，放棄了其制定單一現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的初衷，最終發(fā)布了包括8種(第3版修訂后增加了兩種類型，而成為10種類型)類型總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。這說明各大總線各具特點(diǎn)、不可互相替代的局面得到世界工控界的認(rèn)可。目前有Modbus-IDA工業(yè)以太網(wǎng)，Ethernet／lP工業(yè)以太網(wǎng)，F(xiàn)FHSE工業(yè)以太網(wǎng)，ProfitNet工業(yè)以太網(wǎng),Controlnet工業(yè)以太網(wǎng),P．Net工業(yè)以太網(wǎng)，SwiftNet工業(yè)以太網(wǎng)，WorldFIP工業(yè)以太網(wǎng)等幾種協(xié)議。下來我們就各協(xié)議進(jìn)行介紹。3.1Ethernet／IP工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet／IP(EtherNetIndustryProtoco1)是適合工業(yè)環(huán)境應(yīng)用的協(xié)議體系。它是由兩大工業(yè)組織ODVA(OpenDeviceNetVendorsAssociation)ControlNetInternational所推出的最新的成員。和DeviceNet以及ControlNet一樣，它們都是基于CIP(ControlandInformal／onProtoco1)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。它是一種是面向?qū)ο蟮膮f(xié)議，能夠保證網(wǎng)絡(luò)上隱式的實(shí)時(shí)I／0信息和顯式信息(包括用于組態(tài)參數(shù)設(shè)置、診斷等)的有效傳輸。EtherNet／IP采用和DevieNet以及ControlNet相同的應(yīng)用層協(xié)CIP(ControlandInformationProtoco1)，因此，它們使用相同的對(duì)象庫和一致的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具有較好的一致性。EtherNet／IP采用標(biāo)準(zhǔn)的EtherNet和TCP／IP技術(shù)來傳送CIP通信包，這樣，通用且開放的應(yīng)用層協(xié)議CIP加上已經(jīng)被廣泛使用的EtherNet和TCP／IP協(xié)議，就構(gòu)成EtherNet／IP協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)。協(xié)議的各層結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2應(yīng)用CIP的EtherNet/IP.1Ethernet／IP協(xié)議模型及協(xié)議內(nèi)容1.物理層和數(shù)據(jù)鏈路層EtherNet／IP在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層采用以太網(wǎng)。其主要由以太網(wǎng)控制器芯片來實(shí)現(xiàn)。從圖2可看出，不久的將來會(huì)出現(xiàn)更適宜的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的芯片。但是上面的協(xié)議無須改變。2.網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層EtherNet／IP在網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP／IP技術(shù)。對(duì)于面向控制的實(shí)時(shí)I／0數(shù)據(jù)，采用UDP／IP協(xié)議來傳送，而對(duì)于顯式信息(如組態(tài)、參數(shù)設(shè)置和診斷等)則采用TCP／IP來傳送過程監(jiān)控層流通的數(shù)據(jù)基本是顯式信息，采用TCP／IP來傳送，其優(yōu)先級(jí)較低。而將來采用工業(yè)以太網(wǎng)EtherNet／IP協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，流通的數(shù)據(jù)基本是實(shí)時(shí)I／O數(shù)據(jù)，采用UDP／IP脅議來傳送，其優(yōu)先級(jí)較高。3.控制及信息協(xié)議(ClP)控制及信息協(xié)議(CIP)是一種為工業(yè)應(yīng)用開發(fā)的應(yīng)用層協(xié)議，被DeviceNet、ControlNet、EtherNet／IP等3種網(wǎng)絡(luò)所采用，因此這3種網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)地統(tǒng)稱為CIP網(wǎng)絡(luò).（1）CIP的特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)①報(bào)文CIP協(xié)議最重要的特點(diǎn)是可以傳輸多種類型的數(shù)據(jù)。工業(yè)應(yīng)用中所需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型有I／O、互鎖、配置、故障診斷、程序上載或下載等。這些不同類型的數(shù)據(jù)對(duì)傳輸服務(wù)質(zhì)量的要求是不同的。重要的傳輸服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)有確定性、單位時(shí)間內(nèi)有通信行為的節(jié)點(diǎn)所占的比例、響應(yīng)時(shí)間等。CIP根據(jù)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)對(duì)傳輸服務(wù)質(zhì)量要求的不同，把報(bào)文分為兩種：顯式報(bào)文和隱式報(bào)文。顯式報(bào)文用于傳輸對(duì)時(shí)間沒有苛求的數(shù)據(jù)，比方程序的上載下載、系統(tǒng)維護(hù)、故障診斷、設(shè)備配置等。由于這種報(bào)文包含解讀該報(bào)文所需要的信息，所以稱為顯式報(bào)文。隱式報(bào)文用于傳輸對(duì)時(shí)間有苛求的數(shù)據(jù)，如I／O、實(shí)時(shí)互鎖等。由于這種報(bào)文不包含解讀該報(bào)文所需要的信息，其含義是在網(wǎng)絡(luò)配置時(shí)就確定的，所以稱為隱式報(bào)文。由于隱式報(bào)文通常用于傳輸I／O數(shù)據(jù)，隱式報(bào)文又稱為I／O報(bào)文或隱式I／O報(bào)文。在網(wǎng)絡(luò)底層協(xié)議的支持下，CIP用不同的方式傳輸不同類型的報(bào)文，以滿足它們對(duì)傳輸服務(wù)質(zhì)量的不同要求。DeviceNet給予不同類型的報(bào)文不同的優(yōu)先級(jí)，隱式報(bào)文使用優(yōu)先級(jí)高的報(bào)頭，顯式報(bào)文使用優(yōu)先級(jí)低的報(bào)頭。ControlNet在預(yù)定時(shí)問段發(fā)送隱式報(bào)文，在非預(yù)定時(shí)問段發(fā)送顯式報(bào)文。而Ethemet／IP用TCP來發(fā)送顯式報(bào)文，用UDP來發(fā)送隱式報(bào)文。②面向連接CIP還有一個(gè)重要特點(diǎn)是面向連接，即在通信開始之前必須建立起連接，獲取惟一的連接標(biāo)識(shí)符(connectionID)。如果連接涉及到雙向的數(shù)據(jù)傳輸，就需要兩個(gè)CID。CID的定義及格式是與具體網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的，比方，DeviceNet的CID定義是基于CAN標(biāo)識(shí)符的。通過獲取CD，連接報(bào)文就不必包含與連接有關(guān)的所有信息，只需要包含CID即可，從而提高了通信效率。不過，建立連接需要用到未連接報(bào)文。未連接報(bào)文需要包括完整的目的地節(jié)點(diǎn)地址、內(nèi)部數(shù)據(jù)描述符等信息，如果需要應(yīng)答，還要給出完整的源節(jié)點(diǎn)地址。對(duì)應(yīng)于兩種CIP報(bào)文傳輸，CIP連接也有兩種，即顯式連接和隱式連接。建立連接需要用到末連接報(bào)文管理器(unconnectedMessageManager—UCMM)，它是CIP設(shè)備中專門用于處理未連接報(bào)文的一個(gè)部件。如果節(jié)點(diǎn)A試圖與節(jié)點(diǎn)B建立顯式連接，它就以播送的方式發(fā)出一個(gè)要求建立顯式連接的未連接請(qǐng)求報(bào)文，網(wǎng)絡(luò)上所有的節(jié)點(diǎn)都接收到該請(qǐng)求，并判斷是否發(fā)給自己的，節(jié)點(diǎn)B發(fā)現(xiàn)是發(fā)給自己的，其UCMM就做出反應(yīng)，也以播送的方式發(fā)出一個(gè)包含CID的未連接響應(yīng)報(bào)文，節(jié)點(diǎn)A接收到后，得知CID，顯式連接就建立了。隱式連接的建立更為復(fù)雜，它是在網(wǎng)絡(luò)配置時(shí)建立的，在這一過程中，需要用到多種顯式報(bào)文傳輸服務(wù)。CIP把連接分為多個(gè)層次，從上往下依次是應(yīng)用連接、傳輸連接和網(wǎng)絡(luò)連接。一個(gè)傳輸連接是在一個(gè)或兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接的基礎(chǔ)上建立的，而一個(gè)應(yīng)用連接是在一個(gè)或兩個(gè)傳輸連接的基礎(chǔ)上建立的。③生產(chǎn)者／消費(fèi)者模型在傳統(tǒng)的源／目的通信模式下，源端每次只能和一個(gè)目的地址通信，源端提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)必須保證每一個(gè)目的端的實(shí)時(shí)性要求，同時(shí)一些目的端可能不需要這些數(shù)據(jù)，因此浪費(fèi)了時(shí)間，而且實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳送時(shí)間會(huì)隨著目的端數(shù)目的多少而改變。而在EtherNeL／IP所采用生產(chǎn)者／消費(fèi)者通信模式下，數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)不是由具體的源、目的地址聯(lián)系起來，而是以生產(chǎn)者和消費(fèi)者的形式提供，允許網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)從一個(gè)數(shù)據(jù)源存取同一數(shù)據(jù)，因此使數(shù)據(jù)的傳輸達(dá)到了最優(yōu)化，每個(gè)數(shù)據(jù)源只需要一次性的把數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上，其它節(jié)點(diǎn)就可以選擇性地接收這些數(shù)據(jù)，避免了浪費(fèi)帶寬，提高了系統(tǒng)的通信效率，能夠很好地支持系統(tǒng)的控制、組態(tài)和數(shù)據(jù)采集。（2）CIP協(xié)議功能及特征EtherNet/IP其特色就是被稱作控制和信息協(xié)議的CIP部分。CIP一方面提供實(shí)時(shí)I/O通信，一方面實(shí)現(xiàn)信息的對(duì)等傳輸。其控制部分通過隱形報(bào)文來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)I/O通信，信息部分則通過顯性報(bào)文來實(shí)現(xiàn)非實(shí)時(shí)的信息交換。CIP協(xié)議的一個(gè)重要的特性，是其介質(zhì)無關(guān)性。即CIP作為應(yīng)用層協(xié)議的實(shí)施與底層介質(zhì)無關(guān)。這就是人們可以在控制系統(tǒng)和I/O設(shè)備上靈活實(shí)施這一開放協(xié)議的原因。同樣，當(dāng)未來新型的通訊手段出現(xiàn)時(shí)，人們一樣可以方便地將其移植到更高性能的網(wǎng)絡(luò)上實(shí)施，并且提供全部的網(wǎng)絡(luò)功能，保證與原有現(xiàn)場(chǎng)總線或者以太網(wǎng)技術(shù)的透明性和一致性。3.EtherNet/IP的通信機(jī)制1.通信模式不同于源/目的通信模式，EtherNet/IP采用生產(chǎn)/消費(fèi)模式，它允許網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)同時(shí)存取同一個(gè)源的數(shù)據(jù)。在生產(chǎn)/消費(fèi)模式中，數(shù)據(jù)被分配一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)，每一個(gè)數(shù)據(jù)源一次性的將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，其他節(jié)點(diǎn)選擇性的讀取這些數(shù)據(jù)，從而提高了系統(tǒng)的通信效率。2.CIP報(bào)文通信CIP報(bào)文定義了顯式報(bào)文和隱式報(bào)文兩種報(bào)文類型,隱式報(bào)文是對(duì)時(shí)間有苛刻要求的I/O信息(時(shí)間觸發(fā)、控制器互鎖等等)，此時(shí)數(shù)據(jù)量不大但需要高的速度或需要較長(zhǎng)的源節(jié)點(diǎn)和其他節(jié)點(diǎn)連接時(shí)間，所以這部分采用的是速度較快的UDP協(xié)議；顯式報(bào)文數(shù)據(jù)量較大但不需要一直連接所以這部分采用TCP協(xié)議。CIP報(bào)文的通信分為無連接的通信和基于連接的通信。無連接的報(bào)文通信是CIP定義的最基本的通信方式。設(shè)備的無連接通信資源由無連接報(bào)文管理器UCMM管理。無連接通信不需要任何設(shè)置或任何機(jī)制保持連接激活狀態(tài);基于連接的報(bào)文通信是CIP網(wǎng)路傳遞報(bào)文的另一種方式,可用來傳遞I/O數(shù)據(jù)和顯式報(bào)文。這種通信方式支持生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式的多點(diǎn)傳輸關(guān)系,一次向多個(gè)目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)傳輸。3.2ProfitNet工業(yè)以太網(wǎng)3.2.1基本介紹隨著現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能程度的不斷提高，自動(dòng)化控制系統(tǒng)的分散程度也越來越高。工業(yè)控制系統(tǒng)正由分散式自動(dòng)化向分布式自動(dòng)化演進(jìn)，因此，基于組件的自動(dòng)化（ComponentBasedAutomation，CBA）成為新興的趨勢(shì)。工廠中的相關(guān)的機(jī)械部件、電氣/電子部件和應(yīng)用軟件等具有獨(dú)立工作能力的工藝模塊抽象成為一個(gè)封裝好的組件，各組件間使用PROFINET連接。通過SIMATICiMap軟件，即可用圖形化組態(tài)的方式實(shí)現(xiàn)各組件間的通訊配置，不需要另外編程，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的配置及調(diào)試過程。通過模塊化這一成功理念，可以顯著降低機(jī)器和工廠建設(shè)中的組態(tài)與上線調(diào)試時(shí)間。在使用分布式智能系統(tǒng)或可編程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和I/O時(shí)，還可以擴(kuò)展使用模塊化理念，從機(jī)械應(yīng)用擴(kuò)展到自動(dòng)化解決方案。另外，也可以將一條生產(chǎn)線的單個(gè)機(jī)器作為生產(chǎn)線或過程中的一個(gè)"標(biāo)準(zhǔn)模塊"進(jìn)行定義。作為設(shè)備與工廠設(shè)計(jì)者，工藝模塊化能夠更容易、更好地對(duì)您的設(shè)備與系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和再利用。使您能夠?qū)Σ煌目蛻粢蟾?、更具靈活性地作出反應(yīng)。您可以對(duì)各臺(tái)設(shè)備和廠區(qū)提前進(jìn)行預(yù)先測(cè)試--極大地縮短系統(tǒng)上線調(diào)試階段。作為系統(tǒng)操作者，從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到管理層，你都可以從IT標(biāo)準(zhǔn)的通用通訊中獲得好處。對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展也很容易。3.2.2實(shí)時(shí)通信1)折疊TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通訊PROFINET基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，使用TCP/IP和IT標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP是IT領(lǐng)域關(guān)于通信協(xié)議方面事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，盡管其響應(yīng)時(shí)間大概在100ms的量級(jí)，不過，對(duì)于工廠控制級(jí)的應(yīng)用來說，這個(gè)響應(yīng)時(shí)間就足夠了。2)折疊實(shí)時(shí)（RT）通訊對(duì)于傳感器和執(zhí)行器設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間的要求更為嚴(yán)格，大概需要5－10ms的響應(yīng)時(shí)間。目前，可以使用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)達(dá)到這個(gè)響應(yīng)時(shí)間，如PROFIBUSDP。對(duì)于基于TCP/IP的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)來說，使用標(biāo)準(zhǔn)通信棧來處理過程數(shù)據(jù)包，需要很可觀的時(shí)間，因此，PROFINET提供了一個(gè)優(yōu)化的、基于以太網(wǎng)第二層（Layer2）的實(shí)時(shí)通訊通道，通過該實(shí)時(shí)通道，極大地減少了數(shù)據(jù)在通訊棧中的處理時(shí)間，因此，PROFINET獲得了等同、甚至超過傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。3)折疊同步實(shí)時(shí)（IRT）通訊在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通訊中，對(duì)通訊實(shí)時(shí)性要求最高的是運(yùn)動(dòng)控制（MotionControl），PROFINET的同步實(shí)時(shí)（IsochronousReal-Time,IRT）技術(shù)可以滿足運(yùn)動(dòng)控制的高速通訊需求，在100個(gè)節(jié)點(diǎn)下，其響應(yīng)時(shí)間要小于1ms，抖動(dòng)誤差要小于1μs，以此來保證及時(shí)的、確定的響應(yīng)。3.2.3PROFINET1)折疊分布式現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過集成PROFINET接口，分布式現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以直接連接到PROFINET上。對(duì)于現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線通訊系統(tǒng)，可以通過代理服務(wù)器實(shí)現(xiàn)與PROFINET的透明連接。例如，通過IE/PBLink（PROFINET和PROFIBUS之間的代理服務(wù)器）可以將一個(gè)PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)透明的集成到PROFINET當(dāng)中，PROFIBUS各種豐富的設(shè)備診斷功能同樣也適用于PROFINET。對(duì)于其他類型的現(xiàn)場(chǎng)總線，可以通過同樣的方式，使用一個(gè)代理服務(wù)器將現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)接入到PROFINET當(dāng)中。2)折疊運(yùn)動(dòng)控制通過PROFINET的同步實(shí)時(shí)（IRT）功能，可以輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制。在PROFINET同步實(shí)時(shí)通訊中，每個(gè)通訊周期被分成兩個(gè)不同的部分，一個(gè)是循環(huán)的、確定的部分，稱之為實(shí)時(shí)通道；另外一個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)通道，標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP數(shù)據(jù)通過這個(gè)通道傳輸。在實(shí)時(shí)通道中，為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)留了固定循環(huán)間隔的時(shí)間窗，而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)總是按固定的次序插入，因此，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)就在固定的間隔被傳送，循環(huán)周期中剩余的時(shí)間用來傳遞標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP數(shù)據(jù)。兩種不同類型的數(shù)據(jù)就可以同時(shí)在PROFINET上傳遞，而且不會(huì)互相干擾。通過獨(dú)立的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通道，保證對(duì)伺服運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的可靠控制。3)折疊網(wǎng)絡(luò)安裝PROFINET支持除星形、總線形和環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為了減少布線費(fèi)用，并保證高度的可用性和靈活性，PROFINET提供了大量的工具幫助用戶方便的實(shí)現(xiàn)PROFINET的安裝。特別設(shè)計(jì)的工業(yè)電纜和耐用連接器滿足EMC和溫度要求，并且在PROFINET框架內(nèi)形成標(biāo)準(zhǔn)化，保證了不同制造商設(shè)備之間的兼容性。3.2.4安全1)折疊標(biāo)準(zhǔn)與網(wǎng)絡(luò)安全PROFINET的一個(gè)重要特征就是可以同時(shí)傳遞實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP數(shù)據(jù)。在其傳遞TCP/IP數(shù)據(jù)的公共通道中，各種業(yè)已驗(yàn)證的IT技術(shù)都可以使用（如、HTML、SNMP、DHCP和XML等）。在使用PROFINET的時(shí)候，我們可以使用這些IT標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)加強(qiáng)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理和維護(hù)，這意味著調(diào)試和維護(hù)中的本錢的節(jié)省。PROFINET實(shí)現(xiàn)了從現(xiàn)場(chǎng)級(jí)到管理層的縱向通訊集成，一方面，方便管理層獲取現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的數(shù)據(jù)，另一方面，原本在管理層存在的數(shù)據(jù)安全性問題也延伸到了現(xiàn)場(chǎng)級(jí)。為了保證現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制數(shù)據(jù)的安全，PROFINET提供了特有的安全機(jī)制，通過使用專用的安全模塊，可以保護(hù)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，使自動(dòng)化通訊網(wǎng)絡(luò)的安全風(fēng)險(xiǎn)最小化。2)折疊故障安全在過程自動(dòng)化領(lǐng)域中，故障安全是相當(dāng)重要的一個(gè)概念。所謂故障安全，即指當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或出現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)能夠恢復(fù)到安全狀態(tài)（即"零"態(tài)），在這里，安全有兩個(gè)方面的含義，一方面是指操作人員的安全，另一方面指整個(gè)系統(tǒng)的安全，因?yàn)樵谶^程自動(dòng)化領(lǐng)域中，系統(tǒng)出現(xiàn)故障或致命錯(cuò)誤時(shí)很可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的爆炸或毀壞。故障安全機(jī)制就是用來保證系統(tǒng)在故障后可以自動(dòng)恢復(fù)到安全狀態(tài)，不會(huì)對(duì)操作人員和過程控制系統(tǒng)造成損害。PROFINET集成了PROFISafe行規(guī)，實(shí)現(xiàn)了IEC61508中規(guī)定的SIL3等級(jí)的故障安全，很好的保證的整個(gè)系統(tǒng)的安全。3)折疊過程自動(dòng)化PROFINET不僅可以用于工廠自動(dòng)化場(chǎng)合，也同時(shí)面對(duì)過程自動(dòng)化的應(yīng)用。工業(yè)界針對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)總線供電，及以太網(wǎng)應(yīng)用在本質(zhì)安全區(qū)域的問題的討論正在形成標(biāo)準(zhǔn)或解決方案。PROFIBUS國(guó)際組織方案在2021年的時(shí)候會(huì)提出PROFINET進(jìn)入過程自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)級(jí)應(yīng)用方案。通過代理服務(wù)器技術(shù)，PROFINET可以無縫的集成現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS和其它總線標(biāo)準(zhǔn)。今天，PROFIBUS是世界范圍內(nèi)唯一可覆蓋從工廠自動(dòng)化場(chǎng)合到過程自動(dòng)化應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。集成PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線解決方案的PROFINET是過程自動(dòng)化領(lǐng)域應(yīng)用的完美體驗(yàn)。作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的重要組成部分，PROFINET是完全開放的協(xié)議，PROFIBUS國(guó)際組織的成員公司在2021年的漢諾威展覽會(huì)上推出了大量的帶有PROFINET接口的設(shè)備，為PROFINET技術(shù)的推廣和普及起到了積極的作用。隨著時(shí)間的流逝，作為面向未來的新一代工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，PROFINET必將為您和您的自動(dòng)化控制系統(tǒng)帶來更大的收益和便利。3.3Modbus-IDA工業(yè)以太網(wǎng)Modbus是由Modicon(現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個(gè)品牌)在1979年發(fā)明的，是全球第一個(gè)真正用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線協(xié)議。ModBus網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)工業(yè)通信系統(tǒng)，由帶智能終端的可編程序控制器和計(jì)算機(jī)通過公用線路或局部專用線路連接而成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既包括硬件、亦包括軟件。它可應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集和過程監(jiān)控。ModBus網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)主機(jī)，所有通信都由他發(fā)出。網(wǎng)絡(luò)可支持247個(gè)之多的遠(yuǎn)程從屬控制器，但實(shí)際所支持的從機(jī)數(shù)要由所用通信設(shè)備決定。采用這個(gè)系統(tǒng)，各PC可以和中心主機(jī)交換信息而不影響各PC執(zhí)行本身的控制任務(wù)?；拘畔楦玫仄占昂屯苿?dòng)Modbus在基于以太網(wǎng)上的分布式應(yīng)用，目前施耐德公司已將Modbus協(xié)議的所有權(quán)移交給IDA(InterfaceforDistributedAutomation，分布式自動(dòng)化接口)組織，并成立了Modbus-IDA組織，為Modbus今后的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在中國(guó)，Modbus已經(jīng)成為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19582-2021。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì):截止到2021年，Modbus的節(jié)點(diǎn)安裝數(shù)量已經(jīng)超過了1000萬個(gè)。Modbus協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。此協(xié)議定義了一個(gè)控制器能認(rèn)識(shí)使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請(qǐng)求訪問其它設(shè)備的過程，如何回應(yīng)來自其它設(shè)備的請(qǐng)求，以及怎樣偵測(cè)錯(cuò)誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。當(dāng)在一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。在其它網(wǎng)絡(luò)上，包含了Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯(cuò)誤檢測(cè)的方法。此協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS-232、RS-422、RS-485和以太網(wǎng)設(shè)備。許多工業(yè)設(shè)備，包括PLC，DCS，智能儀表等都在使用Modbus協(xié)議作為他們之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。3.3.2特點(diǎn)Modbus具有以下幾個(gè)特點(diǎn):(1)標(biāo)準(zhǔn)、開放，用戶可以免費(fèi)、放心地使用Modbus協(xié)議，不需要交納許可證費(fèi)，也不會(huì)侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)。目前，支持Modbus的廠家超過400家，支持Modbus的產(chǎn)品超過600種。(2)Modbus可以支持多種電氣接口，如RS-232、RS-485等，還可以在各種介質(zhì)上傳送，如雙絞線、光纖、無線等。(3)Modbus的幀格式簡(jiǎn)單、緊湊，通俗易懂。用戶使用容易，廠商開發(fā)簡(jiǎn)單。1）折疊Modbus網(wǎng)絡(luò)傳輸標(biāo)準(zhǔn)的Modbus口是使用RS-232-C兼容串行接口，它定義了連接口的針腳、電纜、信號(hào)位、傳輸波特率、奇偶校驗(yàn)?？刂破髂苤苯踊蚪?jīng)由Modem組網(wǎng)?？刂破魍ㄐ攀褂弥?從技術(shù)，即僅一設(shè)備(主設(shè)備)能初始化傳輸(查詢)。其它設(shè)備(從設(shè)備)根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)。典型的主設(shè)備:主機(jī)和可編程儀表。典型的從設(shè)備:可編程控制器。主設(shè)備可單獨(dú)和從設(shè)備通信，也能以播送方式和所有從設(shè)備通信。如果單獨(dú)通信，從設(shè)備返回一消息作為回應(yīng)，如果是以播送方式查詢的，則不作任何回應(yīng)。Modbus協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式:設(shè)備(或播送)地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、一錯(cuò)誤檢測(cè)域。從設(shè)備回應(yīng)消息也由Modbus協(xié)議構(gòu)成，包括確認(rèn)要行動(dòng)的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和一錯(cuò)誤檢測(cè)域。如果在消息接收過程中發(fā)生一錯(cuò)誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立一錯(cuò)誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。2）折疊其它類型傳輸在其它網(wǎng)絡(luò)上，控制器使用對(duì)等技術(shù)通信，故任何控制器都能初始化和其它控制器的通信。這樣在單獨(dú)的通信過程中，控制器既可作為主設(shè)備也可作為從設(shè)備。提供的多個(gè)內(nèi)部通道可允許同時(shí)發(fā)生的傳輸進(jìn)程。在消息位，Modbus協(xié)議仍提供了主-從原則，盡管網(wǎng)絡(luò)通信方法是"對(duì)等"。如果一控制器發(fā)送一消息，它只是作為主設(shè)備，并期望從從設(shè)備得到回應(yīng)。同樣，當(dāng)控制器接收到一消息，它將建立一從設(shè)備回應(yīng)格式并返回給發(fā)送的控制器。3）折疊查詢回應(yīng)周期(1)查詢查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從設(shè)備要執(zhí)行功能的任何附加信息。例如功能代碼03是要求從設(shè)備讀保持存放器并返回它們的內(nèi)容。數(shù)據(jù)段必須包含要告之從設(shè)備的信息:從何存放器開始讀及要讀的存放器數(shù)量。錯(cuò)誤檢測(cè)域?yàn)閺脑O(shè)備提供了一種驗(yàn)證消息內(nèi)容是否正確的方法。(2)回應(yīng)如果從設(shè)備產(chǎn)生一正常的回應(yīng)，在回應(yīng)消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的回應(yīng)。數(shù)據(jù)段包括了從設(shè)備收集的數(shù)據(jù):像存放器值或狀態(tài)。如果有錯(cuò)誤發(fā)生，功能代碼將被修改以用于指出回應(yīng)消息是錯(cuò)誤的，同時(shí)數(shù)據(jù)段包含了描述此錯(cuò)誤信息的代碼。錯(cuò)誤檢測(cè)域允許主設(shè)備確認(rèn)消息內(nèi)容是否可用。3.3.3傳輸方式在ModBus系統(tǒng)中有2種傳輸模式可選擇。這2種傳輸模式與從機(jī)PC通信的能力是同等的。選擇時(shí)應(yīng)視所用ModBus主機(jī)而定，每個(gè)ModBus系統(tǒng)只能使用一種模式，不允許2種模式混用。一種模式是ASCII(美國(guó)信息交換碼)，另一種模式是RTU(遠(yuǎn)程終端設(shè)備)。用戶選擇想要的模式，包括串口通信參數(shù)(波特率、校驗(yàn)方式等)，在配置每個(gè)控制器的時(shí)候，在一個(gè)Modbus網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。所選的ASCII或RTU方式僅適用于標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)，它定義了在這些網(wǎng)絡(luò)上連續(xù)傳輸?shù)南⒍蔚拿恳晃?，以及決定怎樣將信息打包成消息域和如何解碼。在其它網(wǎng)絡(luò)上(像MAP和ModbusPlus)Modbus消息被轉(zhuǎn)成與串行傳輸無關(guān)的幀。1）折疊傳輸模式特性ASCII可打印字符便于故障檢測(cè)，而且對(duì)于用高級(jí)語言(如Fortran)編程的主計(jì)算機(jī)及主PC很適宜。RTU則適用于機(jī)器語言編程的計(jì)算機(jī)和PC主機(jī)。用RTU模式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是8位二進(jìn)制字符。如欲轉(zhuǎn)換為ASCII模式，則每個(gè)RTU字符首先應(yīng)分為高位和低位兩部分，這兩部分各含4位，然后轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制等量值。用以構(gòu)成報(bào)文的ASCII字符都是十六進(jìn)制字符。ASCII模式使用的字符雖是RTU模式的兩倍，但ASCII數(shù)據(jù)的譯碼和處理更為容易一些，此外，用RTU模式時(shí)報(bào)文字符必須以連續(xù)數(shù)據(jù)流的形式傳送，用ASCII模式，字符之間可產(chǎn)生長(zhǎng)達(dá)1s的間隔，以適應(yīng)速度較慢的機(jī)器?？刂破髂茉O(shè)置為兩種傳輸模式(ASCII或RTU)中的任何一種在標(biāo)準(zhǔn)的Modbus網(wǎng)絡(luò)通信。2)ASCII模式當(dāng)控制器設(shè)為在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以ASCII(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼)模式通信，在消息中的每個(gè)8Bit字節(jié)都作為一個(gè)ASCII碼(兩個(gè)十六進(jìn)制字符)發(fā)送。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是字符發(fā)送的時(shí)間間隔可達(dá)到1秒而不產(chǎn)生錯(cuò)誤。代碼系統(tǒng)·十六進(jìn)制，ASCII字符0...9,A...F·消息中的每個(gè)ASCII字符都是一個(gè)十六進(jìn)制字符組成每個(gè)字節(jié)的位·1個(gè)起始位·7個(gè)數(shù)據(jù)位，最小的有效位先發(fā)送·1個(gè)奇偶校驗(yàn)位，無校驗(yàn)則無1個(gè)停止位(有校驗(yàn)時(shí))，2個(gè)Bit(無校驗(yàn)時(shí))錯(cuò)誤檢測(cè)域·LRC(縱向冗長(zhǎng)檢測(cè))3)折疊RTU模式當(dāng)控制器設(shè)為在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以RTU(遠(yuǎn)程終端單元)模式通信，在消息中的每個(gè)8Bit字節(jié)包含兩個(gè)4Bit的十六進(jìn)制字符。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是:在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。代碼系統(tǒng)8位二進(jìn)制，十六進(jìn)制數(shù)0...9，A...F消息中的每個(gè)8位域都是一或兩個(gè)十六進(jìn)制字符組成每個(gè)字節(jié)的位1個(gè)起始位8個(gè)數(shù)據(jù)位，最小的有效位先發(fā)送1個(gè)奇偶校驗(yàn)位，無校驗(yàn)則無1個(gè)停止位(有校驗(yàn)時(shí))，2個(gè)Bit(無校驗(yàn)時(shí))3.3.4CRC1)折疊CRCCRC域是兩個(gè)字節(jié)，包含一16位的二進(jìn)制值。它由傳輸設(shè)備計(jì)算后參加到消息中。接收設(shè)備重新計(jì)算收到消息的CRC，并與接收到的CRC域中的值比較，如果兩值不同，則有誤。CRC是先調(diào)入一值是全"1"的16位存放器，然后調(diào)用一過程將消息中連續(xù)的8位字節(jié)各當(dāng)前存放器中的值進(jìn)行處理。僅每個(gè)字符中的8Bit數(shù)據(jù)對(duì)CRC有效，起始位和停止位以及奇偶校驗(yàn)位均無效。CRC產(chǎn)生過程中，每個(gè)8位字符都單獨(dú)和存放器內(nèi)容相異或(XOR)，結(jié)果向最低有效位方向移動(dòng)，最高有效位以0填充。LSB被提取出來檢測(cè)，如果LSB為1，存放器單獨(dú)和預(yù)置的值或一下，如果LSB為0，則不進(jìn)行。整個(gè)過程要重復(fù)8次。在最后一位(第8位)完成后，下一個(gè)8位字節(jié)又單獨(dú)和存放器的當(dāng)前值相或。最終存放器中的值，是消息中所有的字節(jié)都執(zhí)行之后的CRC值。CRC添加到消息中時(shí)，低字節(jié)先參加，然后高字節(jié)。CRC-16錯(cuò)誤校驗(yàn)程序如下:報(bào)文(此處只涉及數(shù)據(jù)位，不指起始位、停止位和任選的奇偶校驗(yàn)位)被看作是一個(gè)連續(xù)的二進(jìn)制，其最高有效位(MSB)首選發(fā)送。報(bào)文先與X↑16相乘(左移16位)，然后看X↑16+X↑15+X↑2+1除，X↑16+X↑15+X↑2+1可以表示為二進(jìn)制數(shù)11000，0000，0000，0101。整數(shù)商位忽略不記，16位余數(shù)參加該報(bào)文(MSB先發(fā)送)，成為2個(gè)CRC校驗(yàn)字節(jié)。余數(shù)中的1全部初始化，以免所有的零成為一條報(bào)文被接收。經(jīng)上述處理而含有CRC字節(jié)的報(bào)文，若無錯(cuò)誤，到接收設(shè)備后再被同一多項(xiàng)式(X↑16+X↑15+X↑2+1)除，會(huì)得到一個(gè)零余數(shù)(接收設(shè)備核驗(yàn)這個(gè)CRC字節(jié)，并將其與被傳送的CRC比較)。全部運(yùn)算以2為模(無進(jìn)位)。習(xí)慣于成串發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備會(huì)首選送出字符的最右位(LSB-最低有效位)。而在生成CRC情況下，發(fā)送首位應(yīng)是被除數(shù)的最高有效位MSB。由于在運(yùn)算中不用進(jìn)位，為便于操作起見，計(jì)算CRC時(shí)設(shè)MSB在最右位。生成多項(xiàng)式的位序也必須反過來，以保持一致。多項(xiàng)式的MSB略去不記，因其只對(duì)商有影響而不影響余數(shù)。生成CRC-16校驗(yàn)字節(jié)的步驟如下:①裝如一個(gè)16位存放器，所有數(shù)位均為1。②該16位存放器的高位字節(jié)與開始8位字節(jié)進(jìn)行"異或"運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果放入這個(gè)16位存放器。③把這個(gè)16存放器向右移一位。④若向右(標(biāo)記位)移出的數(shù)位是1，則生成多項(xiàng)式10，1000，000，0000，001和這個(gè)存放器進(jìn)行"異或"運(yùn)算;若向右移出的數(shù)位是0，則返回③。⑤重復(fù)③和④，直至移出8位。⑥另外8位與該十六位存放器進(jìn)行"異或"運(yùn)算。⑦重復(fù)③~⑥，直至該報(bào)文所有字節(jié)均與16位存放器進(jìn)行"異或"運(yùn)算，并移位8次。⑧這個(gè)16位存放器的內(nèi)容即2字節(jié)CRC錯(cuò)誤校驗(yàn)，被加到報(bào)文的最高有效位。另外，在某些非ModBus通信協(xié)議中也經(jīng)常使用CRC16作為校驗(yàn)手段，而且產(chǎn)生了一些CRC16的變種，他們是使用CRC16多項(xiàng)式X↑16+X↑15+X↑2+1，單首次裝入的16位存放器為0000;使用CRC16的反序X↑16+X↑14+X↑1+1，首次裝入存放器值為0000或FFFFH。2)折疊LRCLRC錯(cuò)誤校驗(yàn)用于ASCII模式。這個(gè)錯(cuò)誤校驗(yàn)是一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)，可作為2個(gè)ASCII十六進(jìn)制字節(jié)傳送。把十六進(jìn)制字符轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，加上無循環(huán)進(jìn)位的二進(jìn)制字符和二進(jìn)制補(bǔ)碼結(jié)果生成LRC錯(cuò)誤校驗(yàn)(參見圖)。這個(gè)LRC在接收設(shè)備進(jìn)行核驗(yàn)，并與被傳送的LRC進(jìn)行比較，冒號(hào)(:)、回車符號(hào)(CR)、換行字符(LF)和置入的其他任何非ASCII十六進(jìn)制字符在運(yùn)算時(shí)忽略不計(jì)。3.4Controlnet工業(yè)以太網(wǎng)ControlNet是近年來推出的面向控制層的實(shí)時(shí)性現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，在同一物理層介質(zhì)鏈路上提供時(shí)間關(guān)鍵性I/O數(shù)據(jù)和報(bào)文數(shù)據(jù)，包括程序的上載/下載，組態(tài)數(shù)據(jù)和端到端的報(bào)文傳遞等通訊支持，是具有高度確定性、可重復(fù)的高速控制和數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，I/O性能和端到端通訊性能都較傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有較大的提高。3.4.1原理ControlNet是基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式(Producer/ConsumerModel)的網(wǎng)絡(luò)。ControlNet允許在同一鏈路上有多個(gè)控制器共存，支持輸入數(shù)據(jù)或端到端的多路發(fā)送，這就大大的減少了網(wǎng)絡(luò)上的交通量，提高了網(wǎng)絡(luò)效率和網(wǎng)絡(luò)性能。ControlNet是高度確定性、可重復(fù)性的網(wǎng)絡(luò)。ControlNet能預(yù)見數(shù)據(jù)何時(shí)能夠可靠傳輸?shù)侥繕?biāo)的能力，同時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間不受網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)添加/刪除情況或網(wǎng)絡(luò)繁忙狀況而保持恒定的能力。在實(shí)際應(yīng)用中，通過網(wǎng)絡(luò)組態(tài)時(shí)選擇性設(shè)定有方案I/O分組或互鎖時(shí)間，這些要求能得到更進(jìn)一步的保證。生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式允許網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)同時(shí)獲取來自同一數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)。最終，該模式提高了效率，因?yàn)閿?shù)據(jù)只發(fā)送一次，而與數(shù)據(jù)使用者(Consumer)的數(shù)量無關(guān)，并且具有精確的同步性。因?yàn)閿?shù)據(jù)將同時(shí)到達(dá)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)。生產(chǎn)者-消費(fèi)者模式的優(yōu)點(diǎn)在于:多個(gè)節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)消費(fèi)(Consume，即讀取)來自同一個(gè)生產(chǎn)省(Producer，即數(shù)據(jù)源)所提供的數(shù)據(jù)。節(jié)點(diǎn)間易于同步，可以獲得更為精確的系統(tǒng)性能，設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)自主通信，無需系統(tǒng)主站。ControlNet提供了簡(jiǎn)單、高度確定而且靈活的傳輸數(shù)據(jù)方式。ControlNet在執(zhí)行操作、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)不會(huì)影響到I/O控制的性能。因此，ControlNet非常適用于一些控制關(guān)系有復(fù)雜關(guān)聯(lián)、要求控制控制信息同步、協(xié)調(diào)實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)傳輸速度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合。ControlNet的明顯優(yōu)點(diǎn)是:同一鏈路上滿足I/O數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)互鎖、端到端報(bào)文傳輸和編程/組態(tài)等信息應(yīng)用的多樣要求;是確定性、可重復(fù)性的控制網(wǎng)絡(luò)，適合離散控制和過程控制;同一鏈路上允許有多個(gè)控制器同時(shí)共存;輸入數(shù)據(jù)和端到端信息的多路發(fā)送支持;可選的介質(zhì)冗余和本征安全;安裝和維護(hù)的簡(jiǎn)單性;網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)居于對(duì)等地位，可以從任意節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)存取;靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(總線型、樹型、星型等)和介質(zhì)選擇(同軸電纜、光纖和其它)。3.4.2ControlNet網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)是由控制網(wǎng)國(guó)際(ControlNetInternational,Ltd.)首先提出來的一種開放式網(wǎng)絡(luò)。羅克韋爾自動(dòng)化公司的設(shè)計(jì)之初就提出了三層網(wǎng)絡(luò)的概念,分別是以太網(wǎng)，Controlnet網(wǎng)，Deveicenet網(wǎng)，上層信息用于全廠的數(shù)據(jù)采集和程序維護(hù);中層自動(dòng)化和控制層實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)I/O的控制,控制器的互鎖和報(bào)文的傳送;底層設(shè)備網(wǎng)用于底層設(shè)備的低本錢,高效率的信息集成.其中控制網(wǎng)通訊采用當(dāng)今流行的生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式,該模式采用多信道播送式,定點(diǎn)傳送，屬于預(yù)定性信息，每個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)單獨(dú)的地址，占一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)同步,信息吞吐量大,速度快,網(wǎng)絡(luò)效率高;因此控制網(wǎng)具有高速,高度確定和可重復(fù)性的網(wǎng)絡(luò),特別適用于對(duì)時(shí)間苛刻要求的復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)合的信息傳輸，但是Controlnet網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目是有限制的，最高不能超過99個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)超過限制會(huì)發(fā)生不可預(yù)測(cè)的故障，未超過但是過多會(huì)影響網(wǎng)速，造成網(wǎng)絡(luò)遲滯。Controlnet用同軸網(wǎng)線或者光纖作為介質(zhì)，相對(duì)而言，Controlnet比西門子的Profibus網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定，易于維護(hù)，有助于實(shí)現(xiàn)無縫連接。3.4.3控制網(wǎng)國(guó)際控制網(wǎng)國(guó)際(ControlNetInternational,Ltd.)是2021年7月由Rockwell等22家企業(yè)發(fā)起成立ControlNet國(guó)際化組織(CI)，是個(gè)非贏利獨(dú)立組織，主要負(fù)責(zé)向全世界推廣ControlNet技術(shù)(包括測(cè)試軟件)。目前已有50多個(gè)公司參加，如ABBRoboties、HoneywellInc.、日本橫河、東芝、Omron等大公司。3.4.4可建造ControlNet的設(shè)備1.ControlLogix，ProcessLogix，F(xiàn)lexLogix系列1756系列ControlLogix55xx控制器，集成多種控制功能:順序控制、傳動(dòng)控制和過程控制。網(wǎng)絡(luò)的橋接無需控制器。高速控制平臺(tái)上的高速數(shù)據(jù)傳輸。1757系列ProcessLogix控制器，5兆數(shù)據(jù)速率的高吞吐量工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。使用擴(kuò)展的診斷方法，維護(hù)簡(jiǎn)單，多點(diǎn)傳輸(Multicast)特性允許多個(gè)控制器共享輸入數(shù)據(jù)，可選的網(wǎng)絡(luò)冗余，增加可靠性。1794系列FlexLogix54xx控制器，面向分布式控制的中小型系統(tǒng)，無與倫比的靈活性，與ControlLogix等同樣采用RSLoqix5000編程，多種編程語言支持，就地安裝可以擴(kuò)充多達(dá)16個(gè)FlexI/0模塊，可以安裝任何兩個(gè)可選的ControlNet(可選同軸或者光纖介質(zhì))、DeviceNet或者lOOMbpsEtherNet/IP。擴(kuò)展現(xiàn)場(chǎng)I/O和智能設(shè)備，通過ControlNet或者EtherNet/IP，實(shí)現(xiàn)對(duì)等通訊、數(shù)據(jù)采集、程序下載或者實(shí)時(shí)互鎖。PLC-5可編程控制器內(nèi)置ControINet通訊,,通過ControINet口，提供高速通訊能力,允許處理器輸入中斷和可選的定時(shí)中斷。SLC掃描器口適配器模塊，性能最佳的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展遠(yuǎn)程I/0解決方案-增強(qiáng)的系統(tǒng)性能適宜于SLC邏輯監(jiān)視的故障設(shè)備的出錯(cuò)診斷列表。PLC-5熱備系統(tǒng)，提供高性能的、確定性的數(shù)據(jù)傳遞，控制程序在主控制器和后備控制器中同步執(zhí)行.包括兩種模式的熱備操作:同步和異步SLC報(bào)文發(fā)送模塊，程序上傳/下載，支持RSView等用戶人-機(jī)界面軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。SoftLogix5800系列，RSLogix5000軟件編程，PCI格式的通訊卡(DeviceNet掃描器，ControlNet掃描器，EtherNet/IP通訊卡，運(yùn)動(dòng)控制卡等)，ISA/EISA總線掃描器卡，IOLinx系列軟件。PCI掃描器卡，能夠維護(hù)重要的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和組態(tài)參數(shù)，備份網(wǎng)絡(luò)上的其他數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)的即插即用型本地PCI總線卡，兼容當(dāng)前所有的吏面計(jì)算機(jī)和工業(yè)終端，ISA/EISA總線掃描器卡雙BNC接頭，支持介質(zhì)冗余，通過LED組態(tài)指示燈的顯示可以觀察網(wǎng)絡(luò)和控制卡的診斷信息SoftLogix5800軟件，多個(gè)編程選項(xiàng)簡(jiǎn)化維護(hù)和升級(jí)工作，多種靈活可選的I/O和網(wǎng)絡(luò)，多個(gè)MMI(人-機(jī)界面)選項(xiàng)。4.I/0框架型和模塊型FLEXI/0系列，每個(gè)適配器可連接多達(dá)128點(diǎn)離散I/0或64個(gè)模擬通道?？梢詫?duì)故障或是移走的I/0模塊進(jìn)行診斷.獨(dú)立的部件，可以任意混合使用不同I/0類型，減少了外部接線端子本錢，短路保護(hù)，本質(zhì)安全模塊。1771PLC-5機(jī)架I/0，多個(gè)控制器和終端能夠共享模塊輸入數(shù)據(jù)，品種齊全包括各種特殊應(yīng)用模塊。1746SLC-500I/0，可以與PLC5熱備系統(tǒng)配合使用，具有節(jié)點(diǎn)地址和模塊，組態(tài)顯示，SLC機(jī)架供電。ControlLogix1756I/0，無需硬件設(shè)置開關(guān)完全的軟件逐點(diǎn)組態(tài)，可軟件逐點(diǎn)組態(tài)的浮點(diǎn)數(shù)和工程定標(biāo)，模塊自行計(jì)算，無需編程，不占用處理器資源，完全帶電拔插，減少停機(jī)日寸間，適用于ControlLoqix和ProcessLoqix控制器。1734PointI/0，2至4點(diǎn)的I/0密度您精打細(xì)算，ControlNet適配器支持冗余介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)接入口(NAP)，通過Control、DeviceNet、Profibus/DP等適配器靈活擴(kuò)展，小尺寸，大身手:帶電拔插，逐點(diǎn)指示和診斷，多種I/O類型和接線端子，電子模塊和接線段子底座可分離設(shè)計(jì)。3.5WorldFIP工業(yè)以太網(wǎng)3.5.1概述WorldFip現(xiàn)場(chǎng)總線組織成立于1987年。目前已有一百多個(gè)成員，其中許多是工控領(lǐng)域的世界著名大公司，如Honeywell、西技來克（Cegelec）、阿爾斯通（Alstom）、施耐德（Schneider）等。前期產(chǎn)品是Fip（FactoryInstrumentationProtocol）。Fip是法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，后來采納了IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（61158-2）改名為WorldFip。相應(yīng)的歐州標(biāo)準(zhǔn)是EN50170-3。不久前國(guó)內(nèi)也成立了“WorldFip技術(shù)推廣中心”。我國(guó)引進(jìn)的一些大型工程，如上海地鐵、嶺奧核電站、軍糧城電廠等都可以看到這種現(xiàn)場(chǎng)總線。目前正在建造的世界上能量最高的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)已選定WorldFip為工程標(biāo)準(zhǔn)總線之一。該加速器周長(zhǎng)27公里，耗資數(shù)十億美元，將于2021年建成。由于篇幅的限制，這里只介紹其有特色之處。網(wǎng)絡(luò)管理、遠(yuǎn)程服務(wù)、遠(yuǎn)程下載、出錯(cuò)處理、播送方式、重新同步、應(yīng)答方式等等與其它網(wǎng)絡(luò)協(xié)議差不多的部分不在這里介紹。3.5.2WorldFip的特點(diǎn)WorldFip總線是面向工業(yè)控制的，其主要特點(diǎn)可歸納為實(shí)時(shí)性、同步性、可靠性。WorldFip目前使用的傳輸速率是31.5K，1M和2.5M。典型速率為1Mbit/s。典型的傳輸介質(zhì)是工業(yè)級(jí)屏蔽雙絞線。對(duì)接線盒、9針D型插頭座等都有嚴(yán)格的規(guī)定。每個(gè)網(wǎng)段最長(zhǎng)為1公里。加中繼器（Repeater）以后可擴(kuò)展到5公里。WorldFip與Internet類似，使用曼徹斯特碼傳輸。但它是一種令牌網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)由仲裁器和若干用戶站組成。WorldFip使用信息生產(chǎn)者和消費(fèi)者的概念，和通常意義上的輸出量、輸入量略有區(qū)別。每個(gè)生產(chǎn)者或消費(fèi)者變量有一個(gè)IP地址。每個(gè)用戶站可以有例如16個(gè)生產(chǎn)者/消費(fèi)者變量。任何時(shí)候，生產(chǎn)者只能有一個(gè)，而消費(fèi)者可以是1個(gè)或多個(gè)。WorldFip的設(shè)計(jì)思想是，按一定的時(shí)序，為每個(gè)信息生產(chǎn)者分配一個(gè)固定的時(shí)段，通過總線仲裁器諸個(gè)呼叫每個(gè)生產(chǎn)者，如果該生產(chǎn)者已經(jīng)上網(wǎng)，應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)應(yīng)答。生產(chǎn)者提供必要的信息，同時(shí)提供一個(gè)狀態(tài)字，說明這一信息是最新生產(chǎn)的，還是過去傳送過的老信息。消費(fèi)者接收到信息時(shí)，可根據(jù)狀態(tài)字判斷信息的價(jià)值。WorldFip將信息分為：周期性同步數(shù)據(jù)、周期性異步數(shù)據(jù)和非周期性消息包。同步數(shù)據(jù)嚴(yán)格地按確定的時(shí)序呼叫，接下去是周期性異步數(shù)據(jù)，用于對(duì)同步性要求不太高的數(shù)據(jù)傳送。最后呼叫消息包。周期性同步數(shù)據(jù)、異步數(shù)據(jù)用于時(shí)序要求嚴(yán)格，數(shù)據(jù)包不大的信息（8~128字節(jié)），消息包指時(shí)序要求不嚴(yán)格，數(shù)據(jù)量大的信息，例如每包256字節(jié)。形象地比喻，網(wǎng)線可以看成一個(gè)流水的管道。一半（或1/3、2/3,由用戶設(shè)計(jì)）流的是水，是不可壓縮的。即周期性同步和異步數(shù)據(jù)。另一半可以看成是空的，留給非周期性消息包的傳送。網(wǎng)絡(luò)仲裁器是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信的主宰者。網(wǎng)絡(luò)仲裁器輪番呼叫每一個(gè)生產(chǎn)者變量。整個(gè)網(wǎng)線上總是有信號(hào)的。如果若干時(shí)間間隔內(nèi)（例如幾十毫秒）沒有監(jiān)聽到網(wǎng)上的信號(hào)、則可以診斷為網(wǎng)絡(luò)故障，此時(shí)可以自動(dòng)將冗余熱備份網(wǎng)線切換上去，也可以設(shè)計(jì)成各用戶站回本質(zhì)安全態(tài)。WorldFip在網(wǎng)絡(luò)安全性方面的考慮有其獨(dú)到之處。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中可以有一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)仲裁器。在任意給定時(shí)刻，只有一個(gè)在起作用，其他處于熱備份態(tài)，監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。而每個(gè)用戶站的網(wǎng)絡(luò)冗余則是通過一個(gè)控制器驅(qū)動(dòng)兩路驅(qū)動(dòng)器，接入兩個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)線實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)一個(gè)網(wǎng)線被破壞，自動(dòng)切換到另一網(wǎng)線。3.5.3WorldFip協(xié)議除用戶層外，WorldFip使用以下三層通信協(xié)議：應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。用戶層指有用的信息，一個(gè)變量（生產(chǎn)者或消費(fèi)者），可以是8字節(jié)，也可以是16、32、48乃至128字節(jié)。一則消息，則可以長(zhǎng)至256字節(jié)。以下三層是在WorldFip網(wǎng)絡(luò)控制器中自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，不需要用戶CPU干預(yù)。它相應(yīng)于7層網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的1、2和7層。應(yīng)用層在用戶層信息的前面加上兩個(gè)字節(jié)的識(shí)別碼（ID）。這兩個(gè)字節(jié)第一個(gè)是變量類型即所謂PDU類型。第二個(gè)字節(jié)是數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)鏈路層則在應(yīng)用層基礎(chǔ)上加上一頭一尾。頭上是一個(gè)字節(jié)的狀態(tài)字，表示該信息是最近刷新的，還是重復(fù)以前的數(shù)據(jù)。尾上加兩個(gè)字節(jié)，用于CRC校驗(yàn)。到物理層，則在數(shù)據(jù)鏈路層基礎(chǔ)上再加上頭尾。頭上加兩個(gè)字節(jié)，一個(gè)是前同步字符，由10101010組成，第二個(gè)是幀開始分界符，由1、高電平、低電平、1、零、高電平、低電平、零組成。尾部加一個(gè)幀結(jié)束字節(jié)，由1、高電平、低電平、高電平、低電平、1、零、1、組成。綜上所述，三層協(xié)議一共在有用信息兩端增加了8個(gè)字節(jié)。當(dāng)速率為1M時(shí)，幀與幀之間的間隔可設(shè)定在10～70μS之間。如果每個(gè)數(shù)據(jù)都是8字節(jié)，有用通量在200K～300Kbit/s之間。如果數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為128字節(jié)，有用通量可達(dá)800Kbit/s。在1M速率下，如果掃描周期為10mS。假設(shè)5mS用于周期性同步和異步數(shù)據(jù)，5mS用于傳送信息包，則5mS中可以掃描23個(gè)8字節(jié)變量或4個(gè)128字節(jié)變量。如果網(wǎng)上真的有250個(gè)用戶站，每站有16個(gè)變量，即總共4000個(gè)變量，一半的時(shí)間留給消息包傳輸，則一次掃描約需要2秒。3.5.4WorldFip總線典型器件1．用于總線仲裁器的典型IC是VLSI公司的FullFip2。這是一個(gè)84引腳的芯片，使用時(shí)需要外擴(kuò)獨(dú)享存儲(chǔ)器（Privatememory）。有最多2M尋址空間，可主管最多4000個(gè)用戶站，6萬個(gè)以上變量?？紤]到上述掃描周期不宜太長(zhǎng)，用戶站不可能這么多。該芯片可方便地與IntelCPU或Motorola單片機(jī)接口?？稍O(shè)計(jì)成PC機(jī)內(nèi)的一塊總線仲裁卡，也可以方便地與Motorola16/32位單片機(jī)接口，例如MC68HC3XX、MC68HC16等。FullFip2與WorldFip的連接是通過總線驅(qū)動(dòng)器經(jīng)變壓器耦合實(shí)現(xiàn)的。FullFip2主要用于總線仲裁，也可用于用戶站。FullFip2內(nèi)部有近100個(gè)存放器，編程時(shí)較為復(fù)雜。一些公司提供C語言的函數(shù)庫用于總線仲裁器的編程與開發(fā)。2．MicroFip是一種低價(jià)位、用于用戶站的IC，也是VLSI產(chǎn)品。對(duì)于I/O端口≤16的用戶站，MicroFip可獨(dú)立工作（Standalone方式）。用戶事先定義的，網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)各輸出端口應(yīng)該輸出的值、初值等參數(shù)可遠(yuǎn)程下載。這是一個(gè)100引腳的外表貼芯片。作為單片機(jī)接口芯片，它可以方便地與8051、68HC11/12/16等單片機(jī)接口，此時(shí)該用戶站可處理16個(gè)變量（生產(chǎn)者或消費(fèi)者）。由于片內(nèi)有512字節(jié)的變量緩沖區(qū)，每個(gè)數(shù)據(jù)變量的大小可為n×8字節(jié)（0≤n≤7）。而最長(zhǎng)的消息包可以大到256字節(jié)。3．總線驅(qū)動(dòng)與變壓器。WorldFip用的總線驅(qū)動(dòng)器與其它總線驅(qū)動(dòng)器的不同之處在于，除了實(shí)現(xiàn)曼徹斯特編碼、解碼功能之外，它還提供總線監(jiān)聽與看門狗功能，這為總線的熱備份、總線冗余提供了方便，提高了總線的安全性?？偩€驅(qū)動(dòng)芯片是一個(gè)28引腳的外表貼芯片。變壓器用于驅(qū)動(dòng)器與傳輸介質(zhì)的隔離，驅(qū)動(dòng)器與變壓器之間應(yīng)加上保護(hù)與抗干擾措施。符合WorldFip協(xié)議的芯片還有一些，如FIPIU2、FIPCOI等。不在此詳述。3.5.5開發(fā)工具除一些公司提供用于FullFip2和MicroFip編程的C語言程序庫以外，最值得一提的是WorldFip協(xié)議分析器。其硬件是插在PC機(jī)內(nèi)的一塊卡。用于采集WorldFip網(wǎng)線上的信號(hào)。軟件名為FipWatcher。在Windows下運(yùn)行。開發(fā)者給定觸發(fā)條件以后，F(xiàn)ipWatcher在屏幕上顯示數(shù)據(jù)包的內(nèi)容和每個(gè)數(shù)據(jù)包之間的時(shí)間關(guān)系。這個(gè)工具硬件相當(dāng)簡(jiǎn)單，而使用起來比示波器、邏輯分析儀都方便、直觀，價(jià)格也便宜許多。另外，一些公司還提供開發(fā)散件，包括主要控制器芯片，驅(qū)動(dòng)器芯片，變壓器等。也有PC機(jī)上的演示板，用于總線仲裁器。或者一塊PC機(jī)上的卡，使某一PC機(jī)成為一個(gè)用戶站。還有以MicroFip芯片加驅(qū)動(dòng)、變壓器耦合等三部分組成的評(píng)估板可供使用。該板可單獨(dú)使用，也可以方便地與Intel8051或各種Motorola單片機(jī)接口。3.5.6目前存在的一些問題和應(yīng)用前景由于WorldFip的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)十余年的發(fā)展過程，而最終被國(guó)際上認(rèn)可成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)還是最近幾年的事。各公司都聲稱支持WorldFip現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，而不少公司使用的是他們自己設(shè)計(jì)的專用芯片。使用的類似標(biāo)準(zhǔn)有Fip、FipIO等等。如果全部使用某公司的產(chǎn)品，一般不會(huì)有什么問題。這些公司還提供上層的編程工具等。如果同時(shí)使用兩家不同公司的產(chǎn)品，或?qū)⒏鶕?jù)WorldFip協(xié)議自行開發(fā)的設(shè)備連入從某公司購(gòu)得的網(wǎng)絡(luò)，則會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)格式不一致，不能接入的問題。在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)工程中，歐洲核子研究中心希望購(gòu)買施耐德公司的PLC，用于總線仲裁，而用戶站則將根據(jù)需要自行開發(fā)，結(jié)果出現(xiàn)了上述問題。目前此類問題正在解決之中。由于WorldFip現(xiàn)場(chǎng)總線依照工業(yè)控制系統(tǒng)的要求，不但嚴(yán)格定義了通信協(xié)議，也嚴(yán)格定義了符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的傳輸介質(zhì)、接線盒、插頭座等。在實(shí)時(shí)性、同步性、冗余性方面獨(dú)具特色。速度更高的、以光纖為介質(zhì)的高速網(wǎng)也不斷推出。預(yù)計(jì)將來的幾年中，在工控領(lǐng)域，WorldFip總線將會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。4Ethernet／IP通信適配器硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)EtherNet／IP硬件設(shè)備開發(fā)主要有2種方式：一種是基于單板計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；另外一種是開發(fā)嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，有非常多資源可供設(shè)計(jì)者使用，同時(shí)嵌入式系統(tǒng)硬件制作本錢低，硬件設(shè)備可以設(shè)計(jì)的更為緊湊，有利于系統(tǒng)的小型化。下來介紹采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)Ethernet／IP通信適配器。4.1硬件系統(tǒng)總體架構(gòu)Ethernet／IP通信適配器作為工業(yè)控制中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，對(duì)數(shù)據(jù)處理能力、數(shù)據(jù)收發(fā)的實(shí)時(shí)性、可靠性上較商用以太網(wǎng)有著更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和要求，硬件必須能夠滿足這些功能及要求。而微處理器是系統(tǒng)的控制核心，其性能的好壞直接決定了系統(tǒng)性能的優(yōu)劣；因此，本通信適配器選用三星公司的ARM9S3C2410為CPU，其有豐富的外圍接口功能，強(qiáng)大的處理能力。本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)以S3C2410為核心，外圍擴(kuò)展了64MbitsSRAM、64MbitsNANDFLASH、以太網(wǎng)控制其CS8900、RS232串口、I/O接口、JTAG程序?qū)崟r(shí)仿真接口等。系統(tǒng)總體硬件如圖3圖3系統(tǒng)總體硬件4.2電源設(shè)計(jì)本通信適配器可以接現(xiàn)場(chǎng)I／O模塊(現(xiàn)場(chǎng)I／O模塊分為數(shù)字I／O及模擬I／O)，因此，設(shè)計(jì)電源時(shí)需充分考慮電源的驅(qū)動(dòng)能力。電源不僅要給通信適配器供電，而且，需要給I／O模塊的數(shù)字電路部分供電。本設(shè)計(jì)采用高效的開關(guān)電源設(shè)計(jì)，可滿足8個(gè)擴(kuò)展I／O模塊的驅(qū)動(dòng)能力。通信適配器中，不同的芯片采用的所要求的供電電壓是不一樣的。S3C2410需要的供電電壓有：3．3V的數(shù)字電壓及模擬電壓、1．8V的數(shù)字電壓及模擬電壓、1．8V的PLL源電壓；SRAM、NANDFLASH、I／O采用3．3V電壓；JTAG、以太網(wǎng)控制其采用5V電壓供電。工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)提供24VDC電源，因此，設(shè)計(jì)的電源模塊必須提供把24VDC轉(zhuǎn)換成5V、3．3V及1．8V的能力。4.3復(fù)位電路設(shè)計(jì)由于ARM芯片的高速、低電壓供電和低功耗導(dǎo)致其噪聲容限較低，對(duì)電源的紋波、瞬時(shí)響應(yīng)性能、時(shí)鐘源的穩(wěn)定性和電源監(jiān)控的可靠性等諸多方面提出了更高的要求。為了保證系統(tǒng)在上電啟動(dòng)及電壓不穩(wěn)定時(shí)能夠正確工作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了專門的微處理器電源監(jiān)控芯片MAX708TESA。電路如圖4所示。圖4電源監(jiān)控及復(fù)位電路在圖4中，信號(hào)RESET連接到以太網(wǎng)控制器CS8900的復(fù)位引腳，因?yàn)镃S8900的復(fù)位信號(hào)為高有效；信號(hào)RESET連接到S3C2410的復(fù)位引腳／RESET以及芯片內(nèi)部JTAG接口電路的復(fù)位腳TRST。當(dāng)復(fù)位按鍵Sl按下時(shí)，MAX708T立即輸出復(fù)位信號(hào)，其引腳RESET輸出高電平復(fù)位信號(hào)，引腳RESET輸出低電平復(fù)位信號(hào)；此時(shí)S3C2410及以太網(wǎng)控制器CS8900都將復(fù)位。ARM微處理器必須保證在穩(wěn)定的復(fù)位狀態(tài)下啟動(dòng)，當(dāng)微處理器在未知狀態(tài)時(shí)，必須使它保持復(fù)位狀態(tài)。MAX708TESA保證低電壓的時(shí)候處理器處于復(fù)位狀態(tài)，避免系統(tǒng)在上電、掉電及電源狀態(tài)不穩(wěn)定的時(shí)候代碼執(zhí)行出錯(cuò)。當(dāng)上電的時(shí)候，如果電源達(dá)到1V，／RESET引腳輸出邏輯低電平，RESET引腳輸出邏輯高電平。當(dāng)電源超出了復(fù)位的門欄電壓，MAX708TESA的內(nèi)部定時(shí)器保證／RESET和RESET引腳保持200ms的復(fù)位信號(hào)，這就保證了系統(tǒng)在電源不穩(wěn)定或者電源過低的情況下始終維持在復(fù)位狀態(tài)，降低系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)的可能性。4.4以太網(wǎng)通訊接口設(shè)計(jì)4.4.1以太網(wǎng)電路原理以太網(wǎng)控制器是Ethernet／IP通信適配器中一個(gè)非常重要的物理部件，它實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。為了保證設(shè)備能夠很好地滿足工業(yè)應(yīng)用的要求，所選用的以太網(wǎng)控制器需具備以下一些特點(diǎn)：能在工業(yè)環(huán)境中運(yùn)行，對(duì)高溫低溫、噪聲、震動(dòng)等有一定的抵抗能力；支持全雙工通訊；支持10Mbit／s或100Mbit／s傳輸速率等。S3C2410A沒有內(nèi)置的以太網(wǎng)控制器，本文采用CirrusLogic公司開發(fā)的CS8900A—IQ3作為Ethernet／IP通信適配器的以太網(wǎng)控制CS8900A-IQ3主要特點(diǎn)是：lOMbit／s的傳輸速率、支持全雙工運(yùn)作模式、內(nèi)建緩沖區(qū)提供傳送接收訊框(Frames)、可對(duì)錯(cuò)誤的封包自動(dòng)排除等；此外，其特有的PacketPagel”結(jié)構(gòu)可以自動(dòng)調(diào)適網(wǎng)絡(luò)交通的模式以及系統(tǒng)可用的資源。以太網(wǎng)通訊接口設(shè)計(jì)中還需使用隔離變壓器，其主要作用是把設(shè)備的有源部分和其網(wǎng)絡(luò)接口隔離開，以避免干撓網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。隔離變壓器應(yīng)該提供盡可能高的共模抑制比，ODVA／CI推薦采用在30HZ時(shí)共模抑制比在59dB以上的隔離變壓器。4.4.2以太網(wǎng)芯片CS8900A-IQ3功能描述圖5CS8900A-CQ3功能圖在電源開啟或硬件復(fù)位后，CS8900A--IQ3要傳送或接收封包時(shí)必須先芯片內(nèi)部的組態(tài)、控制存放器作參數(shù)的設(shè)置，比方說：存儲(chǔ)器的基底位址、以太網(wǎng)絡(luò)的物理位址、什么形態(tài)的訊框可以被接收和底層媒體介面是什么等等設(shè)置。這些參數(shù)的來源有兩個(gè)地方：一個(gè)是由host透過ISA匯流排寫入CS8900A-CQ3，另一個(gè)則是通過外部EEPROM自動(dòng)載入進(jìn)來。在所有存放器設(shè)置完畢后CS8900A-CQ3便可進(jìn)行相關(guān)動(dòng)作.基本上CS8900A—CQ3的主要運(yùn)作有兩個(gè)部份：封包傳送、封包接收。封包傳送：在CS8900A-CQ3的封包傳送過程中有兩個(gè)階段：(1)封包傳送第一個(gè)階段：主機(jī)將封包數(shù)據(jù)搬移至CS8900A—C03的緩沖存儲(chǔ)器，這樣子的搬移動(dòng)作是在主機(jī)發(fā)出傳送命令時(shí)所發(fā)生的。傳送命令是要通知CS8900A-CQ3有封包數(shù)據(jù)需要被傳送，并且何時(shí)要被傳送(可在CS8900A-CQ3緩存器內(nèi)設(shè)置成5，381，1021或是所有bytes被傳送出去)，以及如何被傳送出去(有無CRC、添加的位數(shù)據(jù)等等)。在傳送命令發(fā)出后，傳送的長(zhǎng)度也要告知，這樣CS8900A-CQ3需要多少的緩沖空間才可被配置出來。當(dāng)足夠的緩沖空間被配置出來后，主機(jī)便可透過I／O模式或是Memory的模式，將封包數(shù)據(jù)寫入CS8900A-CQ3的內(nèi)部存儲(chǔ)器。(2)封包傳送第二個(gè)階段：CS8900A—CQ3將封包數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)絡(luò)訊框，之后送到網(wǎng)絡(luò)CS8900A—CQ3會(huì)在傳送緩沖空間累積到足夠的數(shù)據(jù)(先前在CS8900A—CQ3緩存器內(nèi)設(shè)置成5，381，1021或是所有bytes被傳送出去等情形)，便馬上傳送出去。被傳送出去的數(shù)據(jù)依照IEEE802．3以太網(wǎng)絡(luò)訊框的格式(如下圖所示)傳送到網(wǎng)絡(luò)上，以太網(wǎng)絡(luò)訊框的最大數(shù)據(jù)酬載量(Payload)為1500Bytes，最小為46Bytes，如果上層封包數(shù)據(jù)量(包含CRC即CyclicRedundancyCheck，也就是FCS即FrameCheckSequence)小于46Bytes，那么CS8900A-CQ3會(huì)依照緩存器的設(shè)定來決定是否要填加位以補(bǔ)足訊框的最小量，最后再加上4BytesFCS送出。封包接收：(1)封包接收的第一個(gè)階段：CS8900A-CQ3接收以太網(wǎng)絡(luò)訊框后，將訊框存放在內(nèi)部芯片的內(nèi)存中，將前導(dǎo)的字節(jié)(preamble)以及StartofFrame啟始字節(jié)移除掉，然后利用地址過濾器比對(duì)是否該接收的訊框目的地的地址與網(wǎng)絡(luò)芯片所設(shè)置的地址相同，如果正確的話，便存放在CS8900A—CQ3內(nèi)部存儲(chǔ)器，然后CS8900A-CQ3檢查CRC以及相關(guān)設(shè)定，以更進(jìn)一步確認(rèn)訊框之無誤，然后通知微處理器訊框已被接收的事件。(2)封包接收的第二個(gè)階段：主機(jī)利用ISA總線來傳送已接收的訊框至主機(jī)上的內(nèi)存存放。而這個(gè)傳送的動(dòng)作可以利用I／0模式、Memory模式或DMA模式達(dá)成。4.5串行通訊接口設(shè)計(jì)S3C2410A內(nèi)置3通道UART控制器，可以基于DMA模式或中斷模式工作，支持5bits、6bits、7bits或者8bits串行數(shù)據(jù)發(fā)送／接收。本文采用MAXIMG公司為嵌入式低功耗應(yīng)用設(shè)計(jì)的MAX3232作為串口通訊收發(fā)器，MAX3232工作電壓為3．3V，輸出電平完全兼容RS232工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，最大收發(fā)速率為120kbps。本文設(shè)計(jì)Ethernet／IP通訊模塊可通過串口直接與PC機(jī)連接，并使用串口為程序調(diào)試打印信息。串行通訊接口如圖6所示：圖6RS232接口電路圖4.6主從USB接口設(shè)計(jì)包括一個(gè)USB主機(jī)端口和一個(gè)USB設(shè)備端口。主機(jī)端口連接外圍設(shè)備，如鼠標(biāo)等，設(shè)備端口用于連接PC機(jī)。S3C2410A芯片內(nèi)集成了USB主從控制器，因此，電路上只需加效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)即可構(gòu)成完整的USB電路，無需加任何USB芯片，這大大簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。圖7USB接口4.7外部I／0擴(kuò)展接口設(shè)計(jì)Ethernet／IP通信適配器采用總線模式與多個(gè)數(shù)字I／O模塊相連接，在通信適配器內(nèi)部給每個(gè)I／O模塊分配了一個(gè)的物理地址，S3C2410A通過具體的物理地址直接讀寫I／O模塊的數(shù)據(jù)。在S3C2410A與I／O接口之間采用了總線驅(qū)動(dòng)器件，一方面提高主控制器的總線驅(qū)動(dòng)能；另一方面可以隔離S3C2410A系統(tǒng)總線與外部I／O模塊直接連接。外部擴(kuò)展I／O接口原理如圖4．12所示。圖8中／CER為外部I／O模塊的片選信號(hào)，／RW輸出型I／O的寫信號(hào)，／OE為輸入型I／O的讀信號(hào)，T為I／O模塊產(chǎn)生的中斷信號(hào)。對(duì)于比較重要的I／O可以采用中斷的方式進(jìn)行讀寫，正常情況下，以查詢方式讀寫I／O數(shù)據(jù)。圖8外部擴(kuò)展IO接口原理5EtherNet/IP工業(yè)以太網(wǎng)優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展前景EtherNet/IP工業(yè)以太網(wǎng)具有許多優(yōu)點(diǎn),比方由其組成的系統(tǒng)兼容性和互操作性好,資源共享能力強(qiáng),可以很容易的實(shí)現(xiàn)將控制現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)與信息系統(tǒng)上的資源共享;數(shù)據(jù)的傳輸距離長(zhǎng)、傳輸速率高;易與Internet連接,低本錢、易組網(wǎng),與計(jì)算機(jī)、服務(wù)器的接口十分方便,受到了廣泛的技術(shù)支持。基于商業(yè)以太網(wǎng)開發(fā)的各種以太網(wǎng)報(bào)文偵聽和流量?jī)?yōu)化控制軟件，甚至可以不加改變的應(yīng)用到工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)中。但是，工業(yè)以太網(wǎng)也有瓶頸，主要是缺乏實(shí)時(shí)性和確定性、報(bào)文利用率低、回路供電、實(shí)時(shí)性環(huán)境適應(yīng)等問題。以太網(wǎng)采用的CSMA/CD協(xié)議，不支持優(yōu)先級(jí)。報(bào)文頭部比較大，載荷數(shù)據(jù)相對(duì)較少，相對(duì)現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的一些現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議而言，報(bào)文利用率較低?？偩€上無電源。這不但增加了重新購(gòu)買電源和布置電源線的費(fèi)用，而且現(xiàn)有以太網(wǎng)線比現(xiàn)場(chǎng)總線更容易受到電磁干擾。缺乏工業(yè)級(jí)的接插件。由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在的腐蝕性氣體，震動(dòng)、維修和檢測(cè)時(shí)的經(jīng)常拔插等問題。因此需要一種通用工業(yè)級(jí)接插件。但是工業(yè)級(jí)接插件的引入勢(shì)必增加設(shè)備的投資。所以，目前EtherNet/IP工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用主要是在自動(dòng)化領(lǐng)域的信息層和控制層。在設(shè)備層則使用ODVA支持的ControlNetDeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線，利用總線在設(shè)備層的抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)作為以太網(wǎng)的補(bǔ)充。隨著網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)、全雙工通信、流量控制等技術(shù)的發(fā)展，EtherNET/IP工業(yè)以太網(wǎng)有一網(wǎng)到底的美景，它可以一直延伸到企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制層，所以被人們普遍認(rèn)為是未來控制網(wǎng)絡(luò)的最佳解決方案。

高考語文試卷一、語言文字運(yùn)用（15分）1．在下面一段話的空缺處依次填入詞語，最恰當(dāng)?shù)囊唤M是（3分）提到桃花源，許多人會(huì)聯(lián)想到瓦爾登湖。真實(shí)的瓦爾登湖，早已成為▲的觀光勝地，梭羅的小木屋前也經(jīng)常聚集著▲的游客，不復(fù)有隱居之地的氣息。然而虛構(gòu)的桃花源一直就在我們的心中，哪怕▲在人潮洶涌的現(xiàn)代城市，也可以獲得心靈的寧靜。A．名聞遐邇聞風(fēng)而至雜居 B．名噪一時(shí)聞風(fēng)而至棲居C．名噪一時(shí)紛至沓來雜居 D．名聞遐邇紛至沓來?xiàng)?．在下面一段文字橫線處填入語句，銜接最恰當(dāng)?shù)囊豁?xiàng)是（3分）在南方，芭蕉栽植容易，幾乎四季常青?！劣谠掠辰队啊⒀簹埲~，那更是詩人畫家所向往的了。①它覆蓋面積大，吸收熱量大，葉子濕度大。②古人在走廊或書房邊種上芭蕉，稱為蕉廊、蕉房，饒有詩意。③因此蕉陰之下，是最舒適的小坐閑談之處。④在旁邊配上幾竿竹，點(diǎn)上一塊石，真像一幅元人的小景。⑤在夏日是清涼世界，在秋天是分綠上窗。⑥小雨乍到，點(diǎn)滴醒人；斜陽初過，青翠照眼。A．①③②④⑥⑤ B．①④②③⑥⑤C．②①④③⑤⑥ D．②③④①⑤⑥3．下列詩句與“憫農(nóng)館”里展示的勞動(dòng)場(chǎng)景，對(duì)應(yīng)全部正確的一項(xiàng)是（3分）①笑歌聲里輕雷動(dòng)，一夜連枷響到明②種密移疏綠毯平，行間清淺縠紋生③分疇翠浪走云陣，刺水綠針抽稻芽④陰陰阡陌桑麻暗，軋軋房櫳機(jī)杼鳴A．①織布②插秧③車水④打稻 B．①織布②車水③插秧④打稻C．①打稻②插秧③車水④織布D．①打稻②車水③插秧④織布4．閱讀下圖，對(duì)VR（即“虛擬現(xiàn)實(shí)”）技術(shù)的解說不正確的是一項(xiàng)是（3分）A．VR技術(shù)能提供三個(gè)維度的體驗(yàn)：知覺體驗(yàn)、行為體驗(yàn)和精神體驗(yàn)。 B．現(xiàn)有的VR技術(shù)在精神體驗(yàn)上發(fā)展較快，而在知覺體驗(yàn)上發(fā)展較慢。C．VR技術(shù)的未來方向是知覺體驗(yàn)、行為體驗(yàn)和精神體驗(yàn)的均衡發(fā)展。D．期許的VR體驗(yàn)將極大提高行為體驗(yàn)的自由度和精神體驗(yàn)的滿意度。二、文言文閱讀（20分）閱讀下面的文言文，完成5—8題。臨川湯先生傳鄒迪光先生名顯祖，字義仍，別號(hào)若士。豫章之臨川人。生而穎異不群。體玉立，眉目朗秀。見者嘖嘖曰：“湯氏寧馨兒?！蔽鍤q能屬對(duì)。試之即應(yīng)，又試之又應(yīng)，立課數(shù)對(duì)無難色。十三歲，就督學(xué)公試，補(bǔ)邑弟子員。每試必雄其曹偶。庚午舉于鄉(xiāng)，年猶弱冠耳。見者益復(fù)嘖嘖曰：“此兒汗血，可致千里，非僅僅蹀躞康莊也者。”丁丑會(huì)試，江陵公①屬其私人啖以巍甲而不應(yīng)。曰：“吾不敢從處女子失身也。”公雖一老孝廉乎，而名益鵲起，海內(nèi)之人益以得望見湯先生為幸。至癸未舉進(jìn)士，而江陵物故矣。諸所為附薰炙者，骎且澌沒矣。公乃自嘆曰：“假令予以依附起，不以依附敗乎？”而時(shí)相蒲州、蘇州兩公，其子皆中進(jìn)士，皆公同門友也。意欲要之入幕，酬以館選，而公率不應(yīng)，亦如其所以拒江陵時(shí)者。以樂留都山川，乞得南太常博士。至則閉門距躍，絕不懷半刺津上。擲書萬卷，作蠹魚其中。每至丙夜，聲瑯瑯不輟。家人笑之：“老博士何以書為？”曰：“吾讀吾書，不問博士與不博士也?！睂ひ圆┦哭D(zhuǎn)南祠部郎。部雖無所事事，而公奉職毖慎，謂兩政府進(jìn)私人而塞言者路，抗疏論之，謫粵之徐聞尉。居久之，轉(zhuǎn)遂昌令。又以礦稅事多所蹠戾②，計(jì)偕之日，便向吏部堂告歸。雖主爵留之，典選留之，御史大夫留之，而公浩然長(zhǎng)往，神武之冠竟不可挽矣。居家，中丞惠文，郡國(guó)守令以下，干旄往往充斥巷左，而多不延接。即有時(shí)事，非公憤不及齒頰。人勸之請(qǐng)托，曰：“吾不能以面皮口舌博錢刀，為所不知后人計(jì)?！敝复采蠒局骸坝写瞬回氁印！惫跁鵁o所不讀，而尤攻《文選》一書，到掩卷而誦，不訛只字。于詩若文無所不比擬，而尤精西京六朝青蓮少陵氏。公又以其緒余為傳奇，若《紫簫》、《還魂》諸劇，實(shí)駕元人而上。每譜一曲，令小史當(dāng)歌，而自為之和，聲振寥廓。識(shí)者謂神仙中人云。公與予約游具區(qū)靈巖虎丘諸山川，而不能辦三月糧，逡巡中輟。然不自言貧，人亦不盡知公貧。公非自信其心者耶？予雖為之執(zhí)鞭，所忻慕焉。（選自《湯顯祖詩文集》附錄，有刪節(jié)）[注]①江陵公：指時(shí)相張居正，其為江陵人。②蹠戾：乖舛，謬誤。5．對(duì)下列加點(diǎn)詞的解釋，不正確的一項(xiàng)是（3分）A．每試必雄其曹偶 雄：稱雄B．酬以館選 酬：應(yīng)酬C．以樂留都山川 樂：喜愛D．為所不知后人計(jì) 計(jì)：考慮6．下列對(duì)原文有關(guān)內(nèi)容的概括和分析，不正確的一項(xiàng)是（3分）A．湯顯祖持身端潔，拒絕了時(shí)相張居正的利誘，海內(nèi)士人都以結(jié)識(shí)他為榮幸。B．因?yàn)樯蠒u(píng)當(dāng)權(quán)者徇私情、塞言路，湯顯祖被貶官至廣東，做了徐聞尉。C．湯顯祖辭官回家后，當(dāng)?shù)毓賳T爭(zhēng)相與他交往，而湯顯祖不為私事開口求人。D．湯顯祖與鄒迪光相約三月份到江南一帶游玩，但沒準(zhǔn)備好糧食，因而作罷。7．把文中畫線的句子翻譯