現(xiàn)場總線技術(shù)概述（第3版）

《現(xiàn)場總線技術(shù)》

（第3版）第一章現(xiàn)場總線技術(shù)概述主要內(nèi)容1.1自動控制系統(tǒng)的發(fā)展及其體系結(jié)構(gòu)1.2DCS的結(jié)構(gòu)及其分類1.3現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)1.4FCS與DCS的比較1.5現(xiàn)場總線技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展前景現(xiàn)場總線（Fieldbus）是20世紀(jì)90年代發(fā)展形成的。用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化、家庭自動化等領(lǐng)域的現(xiàn)場設(shè)備互連的通信網(wǎng)絡(luò)。是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成，并由此產(chǎn)生新一代的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS（FieldbusControlSystem）。自動化領(lǐng)域的現(xiàn)場局域網(wǎng)?，F(xiàn)場總線技術(shù)是為了滿足控制（測控）系統(tǒng)向數(shù)字化發(fā)展的需要而產(chǎn)生的。數(shù)字化的優(yōu)點：信息量更豐富控制系統(tǒng)的4個發(fā)展階段：模擬儀表控制系統(tǒng)；直接數(shù)字控制系統(tǒng)；集散控制系統(tǒng)；現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

1.1自動控制系統(tǒng)的發(fā)展及其體系結(jié)構(gòu)(1)模擬儀表控制系統(tǒng)

AnalogControlSystem出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代之前基地式儀表：簡單測控功能單元組合式儀表：統(tǒng)一的模擬信號，0.02~0.1MPa，0~10mA，1~5V，4~20mA典型的單回路控制系統(tǒng)：控制算法簡單模擬儀表控制系統(tǒng)AnalogControlSystem常規(guī)模擬單回路調(diào)節(jié)（控制）系統(tǒng)調(diào)節(jié)儀表測量儀表執(zhí)行器統(tǒng)一的模擬信號，如4~20mADC(2)直接數(shù)字控制系統(tǒng)

DirectDigitalControlSystem出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代初隨著計算機(jī)的發(fā)展和普及而得到應(yīng)用多回路控制：控制功能增強(qiáng)，算法先進(jìn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、測量變送儀表仍采用模擬量（4~20mA）

需要模/數(shù)（A/D）、數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換計算機(jī)控制生產(chǎn)過程DDC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖用計算機(jī)代替模擬控制儀表可實現(xiàn)復(fù)雜控制算法和協(xié)調(diào)控制

缺點：控制功能集中導(dǎo)致危險性加大(3)集散控制系統(tǒng)

DistributedControlSystem出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代中期隨著大規(guī)模集成電路和微處理器的發(fā)展和成熟而得到應(yīng)用控制功能分散到多個子系統(tǒng)（控制站）組成：包括過程控制站、操作站（人機(jī)界面）和通信系統(tǒng)集中操作、分散控制---集散控制系統(tǒng)典型的DCS結(jié)構(gòu)操作站通信系統(tǒng)過程控制站DCS的缺點是數(shù)字模擬混合系統(tǒng):現(xiàn)場儀表使用模擬信號互換性差:標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一價格貴。(4)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

FieldbusControlSystem出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代后期在DCS的基礎(chǔ)上進(jìn)一步數(shù)字化控制功能進(jìn)一步向下（現(xiàn)場設(shè)備）分散用串行數(shù)字化接口代替測量變送儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的模擬量接口雙向通信方式使傳輸信息量大大豐富FCS的體系結(jié)構(gòu)FCS的新特征FCS用現(xiàn)場總線替代DCS中的I/O總線，并且直接用于生產(chǎn)現(xiàn)場；

FCS用現(xiàn)場總線數(shù)字儀表替代DCS中的現(xiàn)場模擬儀表，實現(xiàn)更復(fù)雜的功能。1.2DCS的結(jié)構(gòu)及其分類一、DCS的結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)方面，DCS都由三部分組成：分散過程控制裝置部分(集中)操作管理裝置部分通信系統(tǒng)部分1.分散過程控制裝置部分

由多回路控制器、多功能控制器、可編程序邏輯控制器及數(shù)據(jù)采集裝置等組成。

主要功能：

分散的過程控制，是系統(tǒng)與過程之間的接口。

結(jié)構(gòu)特征：適應(yīng)惡劣的工業(yè)生產(chǎn)過程環(huán)境分散控制實時性獨立性2.集中操作和管理系統(tǒng)部分主要功能匯集各分散過程控制裝置送來的信息，通過監(jiān)視和操作，把操作和命令下送各分散控制裝置。(信息用于分析、研究、打印、存儲并作為確定生產(chǎn)計劃、調(diào)度的依據(jù)。)特征：信息量大、易操作、容錯性好等。組成：由操作站、管理機(jī)和外部設(shè)備（如打印機(jī)）等組成，相當(dāng)于車間操作管理級和全廠優(yōu)化及調(diào)度管理級，實現(xiàn)人機(jī)接口。3.通信系統(tǒng)部分連接分散過程控制裝置以及集中操作和管理系統(tǒng)等進(jìn)行信息交換和數(shù)據(jù)共享的計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)，是DCS控制系統(tǒng)的中樞。特點：實時性好、動態(tài)響應(yīng)快，可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)等。對通信系統(tǒng)的要求除了傳輸速率和傳輸距離外，還有開放性，所謂“開放性”，就是允許不同廠商的DCS互相通信，各廠商產(chǎn)品的通信應(yīng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)。二、DCS的結(jié)構(gòu)分類根據(jù)分散過程控制裝置、集中操作和管理裝置和通信系統(tǒng)的不同結(jié)構(gòu)，DCS控制系統(tǒng)的分類：1.模塊化控制站+與MAP兼容的寬帶、載帶局域網(wǎng)+信息綜合管理系統(tǒng)2.分散過程控制站+局域網(wǎng)+信息管理系統(tǒng)

3.分散過程控制站+高速數(shù)據(jù)公路+操作站+上位機(jī)4.PLC+通信系統(tǒng)＋操作管理站5.單回路控制器+通信系統(tǒng)+操作管理站1.3現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)一、現(xiàn)場總線的基本概念現(xiàn)場總線的定義：一種應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場，在現(xiàn)場設(shè)備之間、現(xiàn)場設(shè)備與控制裝置之間進(jìn)行雙向、串行、多節(jié)點、數(shù)字式的數(shù)據(jù)交換的通信技術(shù)；廣義上是控制系統(tǒng)與現(xiàn)場檢測儀表、執(zhí)行裝置進(jìn)行雙向數(shù)字通信的串行總線系統(tǒng)；基于智能化儀表及現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)FCS；一種數(shù)字化的串行雙向通信系統(tǒng)。二、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點1.控制功能能夠不依賴控制室的計算機(jī)或控制儀表，直接在現(xiàn)場完成，實現(xiàn)了徹底的分散控制。2.為簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、節(jié)約硬件設(shè)備、節(jié)約連接電纜與各種安裝、維護(hù)費用創(chuàng)造了條件。三、

現(xiàn)場總線的技術(shù)特點（1）系統(tǒng)的開放性通信協(xié)議公開，各不同廠商的設(shè)備之間可實現(xiàn)信息交換。（2）互可操作性與互用性互可操作性是指實現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通；互用性則意味著不同制造商性能類似的設(shè)備可進(jìn)行更換，實現(xiàn)相互替換。（3）現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性將傳感測量、補(bǔ)償計算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場總線設(shè)備中完成。（4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性現(xiàn)場總線已構(gòu)成一種新的全分散性控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。（5）對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等多種傳輸介質(zhì)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，采用兩線制實現(xiàn)供電與通信。四、現(xiàn)場總線的分類總線按照長度分類:

（1）毫米級：芯片內(nèi)總線（2）厘米級：芯片間總線、元件總線（3）分米級：機(jī)箱內(nèi)總線（Multi-bus、STD、PCL、ISA、PCI等）（4）十米級：機(jī)柜間總線（RS232、GPIB、VME、VXI等）（5）千米級：現(xiàn)場總線（FF、Profibus等）現(xiàn)場總線按照數(shù)據(jù)通信寬度分類（1）傳感器現(xiàn)場總線（數(shù)據(jù)寬度為位）：適用于簡單的開關(guān)裝置和輸入輸出位的這類通信：Seriplex總線、AS-i總線等。（2）裝置現(xiàn)場總線（數(shù)據(jù)寬度為字節(jié)）：適用于以字節(jié)為單位的裝置類通信：Interbus總線、DriveNET總線和CAN總線等。（3）全服務(wù)的現(xiàn)場總線（數(shù)據(jù)寬度為數(shù)據(jù)流或模塊Block）：以報文通信為主，除了對裝置進(jìn)行讀取數(shù)據(jù)外，還包括一些對裝置的操作和控制功能：FF總線、Lonworks總線、Hart總線等?，F(xiàn)場總線按照應(yīng)用行業(yè)分類（1）過程控制（連續(xù)生產(chǎn)過程）用現(xiàn)場總線：FF的HI、Profibus-PA等（2）離散控制用現(xiàn)場總線：Profibus-DP、Device-NET等（3）樓宇自動化用現(xiàn)場總線：Lonworks等（4）車輛制造業(yè)用現(xiàn)場總線：CAN等（5）飛機(jī)制造業(yè)用現(xiàn)場總線：SwiftNet等（6）農(nóng)業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)用現(xiàn)場總線：P-Net等1.4FCS與DCS的比較

FCS相對于DCS具有如下優(yōu)越性：1．FCS實現(xiàn)全數(shù)字化通信2．FCS實現(xiàn)徹底的全分散式控制3.FCS實現(xiàn)不同廠商產(chǎn)品互聯(lián)、互操作FCS的現(xiàn)場設(shè)備只要采用同一總線標(biāo)準(zhǔn)，不同廠商的產(chǎn)品既可互聯(lián)也可互換，并可以統(tǒng)一組態(tài)，從而徹底改變傳統(tǒng)DCS控制層的封閉性和專用性。4.FCS增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性FCS采用總線連接方式替代傳統(tǒng)的DCS一對一的I/O連線，減少了由接線點造成的不可靠因素。同時，數(shù)字化的現(xiàn)場設(shè)備替代模擬儀表，F(xiàn)CS具有現(xiàn)場設(shè)備的在線故障診斷、報警、記錄功能，可完成現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定、參數(shù)修改等工作，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性。5.FCS降低系統(tǒng)工程成本對于大范圍、大規(guī)模分布式控制系統(tǒng)，F(xiàn)CS節(jié)省了電纜、I/O裝置及電纜敷設(shè)費用。FCS和DCS的詳細(xì)對比FCSDCS結(jié)構(gòu)一對多：一對傳輸線接多臺儀表，雙向傳輸多個信號。一對一：一對傳輸線接一臺儀表，單向傳輸一個信號?？煽啃钥煽啃院茫簲?shù)字信號傳輸抗干擾能力強(qiáng)，精度高?？煽啃圆睿耗M信號傳輸不僅精度低，而且容易受干擾。失控狀態(tài)操作員在控制室既可以了解現(xiàn)場設(shè)備過現(xiàn)場儀表的工作情況，也能對設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，還可以預(yù)測或?qū)ふ夜收?，使設(shè)備始終處于操作員的過程監(jiān)控與可控狀態(tài)之中。操作員在控制室既不了解模擬儀表的工作情況，也不能對其進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，更不能預(yù)測故障，導(dǎo)致操作員對儀表處于“失控”狀態(tài)。FCSDCS控制功能控制功能分散在各個智能儀器中。所有的控制功能集中在控制站中?；Q性用戶可以自由選擇不同制造事故內(nèi)提供的性能價格比最優(yōu)的現(xiàn)場設(shè)備和儀表，并將不同品牌的儀表互連，實現(xiàn)“即插即用”。盡管模擬儀表統(tǒng)一了信號標(biāo)準(zhǔn)（4~20mADC），可是大部分技術(shù)參數(shù)仍由制造廠自定，致使不同品牌的儀表不能互換。儀表智能儀表除了具有模擬儀表的檢測、變換、補(bǔ)償?shù)裙δ芡?，還具有數(shù)字通信能力，并且具有控制和運算能力。模擬儀表只具有檢測、變換、補(bǔ)償?shù)裙δ堋?.5現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀及發(fā)展前景一、現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的制定制定標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)世界上國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO(InternationalStandardOrganization)國際電工委員會IEC(InternationalElectrotechnicalCommission)國際電信聯(lián)盟ITU（InternationalTelegraphyUnion）歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會CENELEC（歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN）國內(nèi)制訂國家標(biāo)準(zhǔn)GB的組織是全國標(biāo)準(zhǔn)化委員會二、現(xiàn)有的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)2004年4月，IEC公布了現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)第三版（即IEC61158Ed.3），規(guī)定了10種類型的現(xiàn)場總線，分別是：Type1TS61158現(xiàn)場總線Type2ControlNet和Ethernet/IP現(xiàn)場總線Type3Profibus現(xiàn)場總線Type4P-NET現(xiàn)場總線Type5FFHSE現(xiàn)場總線Type6Swift-Net現(xiàn)場總線Type7WorldFIP現(xiàn)場總線Type8INTERBUS現(xiàn)場總線Type9FFH1現(xiàn)場總線Type10PROFInet現(xiàn)場總線2006年11月，全國工業(yè)測量和控制標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會發(fā)布了中國第一個工業(yè)通信領(lǐng)域現(xiàn)場總線技術(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)：國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20540-2006Profibus規(guī)范國家標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性技術(shù)文件GB/Z20541-2006Profibus規(guī)范三、現(xiàn)場總線技術(shù)的現(xiàn)狀1.多種總線共存2.每種總線各有其應(yīng)用領(lǐng)域3.每種總線各有其國際組織4.每種總線均有其支持背景5.設(shè)備制造商參加多個總線組織

6.多種總線均作為國家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)7.協(xié)調(diào)共存8.工業(yè)以太網(wǎng)引入工業(yè)領(lǐng)域四、多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)并存帶來的問題

現(xiàn)場總線自出現(xiàn)以來，一直以開放性、全數(shù)字化、互可操作性、智能化等特點著稱，用戶對現(xiàn)場總線的應(yīng)用與推廣充滿信心。而現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的門戶之爭日見白熱化，多種現(xiàn)場總線互不兼容，不同協(xié)議的產(chǎn)品之間無法實現(xiàn)高速的實時數(shù)據(jù)傳輸，“自動化孤島"現(xiàn)象并未真正得到解決。而且近20年的標(biāo)準(zhǔn)之爭和市場大戰(zhàn)最終形成了多種標(biāo)準(zhǔn)共存的局面，這種情況無論在技術(shù)層面還是市場層面都給用戶帶來了疑問和困惑。

（1）多標(biāo)準(zhǔn)共存與現(xiàn)場總線的開放性相背離

一般認(rèn)為DCS和PLC屬于封閉性系統(tǒng)，而FCS是開放性系統(tǒng)。但實際上FCS的開放性是針對自己來說是開放的，異種現(xiàn)場總線之間卻不是開放的。因此，多種標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線的共存使得現(xiàn)場總線事實上并不具備開放性的特點。（2）多標(biāo)準(zhǔn)共存難以體現(xiàn)現(xiàn)場總線的互操作性

現(xiàn)場設(shè)備種類繁多，一個制作商不可能提供生產(chǎn)過程的全部設(shè)備，用戶也不希望受制于某一個制作商?；タ刹僮餍詿o疑受到用戶青睞，但現(xiàn)有的10種現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)中，不同的現(xiàn)場級現(xiàn)場總線之間是不能進(jìn)行互操作的。雖說可以通過網(wǎng)關(guān)（Gateway）通信或通過OPC協(xié)議進(jìn)行互操作，但這種互操作不能直接在現(xiàn)場儀表間進(jìn)行，而且不能滿足系統(tǒng)對實時性的要求。（3）現(xiàn)場總線的局限性過程控制層PCS（ProcessControlSystem）包含了現(xiàn)場總線；中間的制造執(zhí)行層MES（ManufacturingExecutionSystem）主要用于監(jiān)控、優(yōu)化和調(diào)度，在管控一體化中起到承上啟下的作用；最上層是企業(yè)資源規(guī)劃管理層ERP（EnterpriseResourcePlanning）用于企業(yè)的計劃、銷售、庫存、財務(wù)、人事及企業(yè)的經(jīng)營、管理和決策等。（4）多標(biāo)準(zhǔn)共存阻礙現(xiàn)場總線技術(shù)的推廣

目前的現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158Ed．3規(guī)定中7類經(jīng)典現(xiàn)場總線，它們各具特點，但又都有不足之處，沒有一種能覆蓋所有的應(yīng)用范圍。因此，可以說多標(biāo)準(zhǔn)形同無標(biāo)準(zhǔn)，在這種情況給儀表制造商、設(shè)計部門和用戶帶來了很大不便。用戶要隨時注意國際上各種現(xiàn)場總線及相關(guān)技術(shù)的動態(tài)，承擔(dān)著由國際標(biāo)準(zhǔn)的變化給用戶帶來的風(fēng)險，這種態(tài)勢使得一些打算進(jìn)行技術(shù)改造的企業(yè)處于觀望狀態(tài)，這樣勢必影響現(xiàn)場總線技術(shù)的推廣。習(xí)題1.簡述自動控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史。2.什么是現(xiàn)場總線？現(xiàn)場總線出現(xiàn)的歷史背景是怎樣的？3.與DCS系統(tǒng)相比，F(xiàn)CS有哪些特點？有哪些優(yōu)越性？4.分析現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀，展望其發(fā)展前景。數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)第二章第2章網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.1總線的基本概念與操作2.2通信系統(tǒng)簡介2.3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及傳輸介質(zhì)2.4通信系統(tǒng)的協(xié)議模型2.5差錯控制2.6網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)及互聯(lián)設(shè)備2.1總線的基本概念與操作

一、

基本概念1.總線的基本術(shù)語（1）總線與總線段(bussegment)。從廣義說，總線就是傳輸信號或信息的公共路徑，是遵循同一技術(shù)規(guī)范的連接與操作方式。一組設(shè)備通過總線連在一起稱為“總線段”。

可以通過總線段相互連接把多個總線段連接成一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（2）總線主設(shè)備可在總線上發(fā)起信息傳輸?shù)脑O(shè)備叫做“總線主設(shè)備”(busmaster)，又稱命令者。（3）總線從主設(shè)備不能在總線上主動發(fā)起通信、只能掛接在總線上、對總線信息進(jìn)行接收查詢的設(shè)備稱為總線從設(shè)備(busslaver)，也稱基本設(shè)備。在總線上可能有多個主設(shè)備，某一設(shè)備既可以是主設(shè)備，也可以是從設(shè)備，但不能同時既是主設(shè)備又是從設(shè)備。（4）控制信號（三種類型）（a）控制連在總線上的設(shè)備，讓它進(jìn)行所規(guī)定的操作，如設(shè)備清零、初始化、啟動和停止等。（b）用于改變總線操作的方式，如改變數(shù)據(jù)流的方向，選擇數(shù)據(jù)字段的寬度和字節(jié)等。（c）表明地址和數(shù)據(jù)的含義，如對于地址，可用于指定某一地址空間，或表示出現(xiàn)了廣播操作；對于數(shù)據(jù)，可用于指定它能否轉(zhuǎn)譯成輔助地址或命令。（5）總線協(xié)議管理主、從設(shè)備使用總線的一套規(guī)則稱為“總線協(xié)議”(busprotocol)。這是一套事先規(guī)定的、必須共同遵守的規(guī)約。2.總線操作的基本內(nèi)容

（1）總線操作總線上命令者與響應(yīng)者之間的連結(jié)→數(shù)據(jù)傳送→脫開這一操作序列稱為一次總線“交易”(transaction)，或者叫做一次總線操作?！懊撻_”(disconnect)是指完成數(shù)據(jù)傳送操作以后，命令者斷開與響應(yīng)者的連接。（2）總線傳送“讀”(read)數(shù)據(jù)操作是讀來自響應(yīng)者的數(shù)據(jù)；“寫”(write)數(shù)據(jù)操作是向響應(yīng)者寫數(shù)據(jù)。讀寫操作都需要在命令者和響應(yīng)者之間傳遞數(shù)據(jù)。（3）請求通信通信請求是由總線上某一設(shè)備向另一設(shè)備發(fā)出的請求信號，要求后者給予注意并進(jìn)行某種服務(wù)。它們有可能要求傳送數(shù)據(jù)，也有可能要求完成某種動作。（4）尋址尋址過程是命令者與一個或多個從設(shè)備建立起聯(lián)系的一種總線操作。通常有以下三種尋址方式:（a）物理尋址用于選擇某一總線段上某一特定位置的從設(shè)備作為響應(yīng)者。（b）邏輯尋址用于指定存儲單元的某一個通用區(qū)，而并不顧及這些存儲單元在設(shè)備中的物理分布。（c）廣播尋址廣播尋址用于選擇多個響應(yīng)者。（5）總線仲裁總線在傳送信息的操作過程中有可能會發(fā)生“沖突”(contention)。為解決這種沖突，就需進(jìn)行總線占有權(quán)的“仲裁”（arbitration)?？偩€仲裁是用于裁決哪一個主設(shè)備是下一個占有總線的設(shè)備。總線仲裁操作和數(shù)據(jù)傳送操作是完全分開且并行工作的，因此總線占有權(quán)的交接過程不會耽誤總線操作。（6）總線定時總線操作用“定時”(timing)信號進(jìn)行同步。定時信號用于指明總線上的數(shù)據(jù)和地址在什么時刻是有效的。定時信號有異步和同步兩種。（7）出錯檢測在總線上傳送信息時會因噪聲和干擾而出錯，因此在高性能的總線中一般設(shè)有出錯碼產(chǎn)生和校驗機(jī)構(gòu)，以實現(xiàn)傳送過程的出錯檢測。（8）容錯設(shè)備在總線上傳送信息出錯時，如何減少故障對系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)的重配置能力是十分重要的。故障對分布式仲裁的影響就比菊花鏈?zhǔn)街俨眯?。后者在設(shè)備出故障時，會直接影響它后面設(shè)備的工作?？偩€系統(tǒng)應(yīng)能支持軟件利用一些新技術(shù)，如動態(tài)重新分配地址，把故障隔離開來，關(guān)閉或更換故障單元。

通信系統(tǒng)是傳遞信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和。它一般由信息源和信息接收者，發(fā)送、接收設(shè)備，傳輸媒介幾部分組成。2.2通信系統(tǒng)簡介一、通信系統(tǒng)的組成1.信息源和接收者信息源和接收者是信息的產(chǎn)生者和使用者。在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸?shù)男畔⑹菙?shù)據(jù)，是數(shù)字化了的信息。這些信息可能是原始數(shù)據(jù)，也可能是經(jīng)計算機(jī)處理后的結(jié)果，還可能是某些指令或標(biāo)志。信息源可根據(jù)輸出信號的性質(zhì)不同分為模擬信息源和離散信息源。2.發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信息源和傳輸媒介匹配起來，即將信息源產(chǎn)生的消息信號經(jīng)過編碼，并變換為便于傳送的信號形式，送往傳輸媒介。信源編碼：把連續(xù)消息變換為數(shù)字信號；信道編碼：使數(shù)字信號與傳輸介質(zhì)匹配，提高傳輸?shù)目煽啃曰蛴行?。發(fā)送設(shè)備還要包括為達(dá)到某些特殊要求所進(jìn)行的各種處理，如多路復(fù)用、保密處理、糾錯編碼處理等。3.傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)指發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備之間信號傳遞所經(jīng)媒介。它可以是無線的，也可以是有線的(包括光纖)。有線和無線均有多種傳輸媒介，如電磁波、紅外線為無線傳輸介質(zhì)，各種電纜、光纜、雙絞線等為有線傳輸介質(zhì)。介質(zhì)在傳輸過程中必然會引入某些干擾，如熱噪聲、脈沖干擾、衰減等。媒介的固有特性和干擾特性直接關(guān)系到變換方式的選取。4.接收設(shè)備接收設(shè)備的基本功能是完成發(fā)送設(shè)備的反變換，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解密等。它的任務(wù)是從帶有干擾的信號中正確恢復(fù)出原始信息來，對于多路復(fù)用信號，還包括解除多路復(fù)用，實現(xiàn)正確分路。以上所述是單向通信系統(tǒng)，但在大多數(shù)場合下，信源兼為收信者，通信的雙方需要隨時交流信息，因此要求雙向通信。二、數(shù)據(jù)通信原理1、傳輸方式通信方式按照信息的傳輸方向分為：(1)單工(simplex)方式信息只能沿單方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為單工方式；。(2)半雙工(Halfduplex)方式信息可以沿著兩個方向傳輸，但在某一時刻只能沿一個方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為半雙工方式；(3)全雙工(Fullduplex)方式信息可以同時沿著兩個方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為全雙工方式。單工、半雙工和全雙工通信方式

2、傳輸模式基帶傳輸

載波（帶）傳輸

寬帶傳輸

異步轉(zhuǎn)移模式ATM（1）基帶傳輸

基帶傳輸是指在基本不改變數(shù)據(jù)信號頻率的情況下，在數(shù)字通信中直接傳送數(shù)據(jù)的基帶信號，即按數(shù)據(jù)波的原樣進(jìn)行傳輸，不采用任何調(diào)制措施。它是目前廣泛應(yīng)用的最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式。局域網(wǎng)、控制局域網(wǎng)特點（2）載波（帶）傳輸載波傳輸是先用數(shù)字信號對載波進(jìn)行調(diào)制，然后進(jìn)行傳輸?shù)膫鬏斈Ｊ?。最基本的調(diào)制方式有幅值鍵控(ASK)，頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)3種。在載波傳輸中，發(fā)送設(shè)備首先要產(chǎn)生某個頻率的信號作為基波來承載信息信號，這個基波就稱為載波信號，基波頻率就稱為載波頻率;然后按幅值鍵控、頻移鍵控、相移鍵控等不同方式改變載波信號的幅值、頻率、相位，形成調(diào)制信號后發(fā)送。（3）寬帶傳輸

由于基帶網(wǎng)不適于傳輸語言、圖像等信息，隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)、文字、語音、圖像等多種信號的任務(wù)愈來愈重，因此提出了寬帶傳輸?shù)囊?。寬帶傳輸與基帶傳輸?shù)闹饕獏^(qū)別:一是數(shù)據(jù)傳輸速率不同，基帶網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率范圍為0一l0Mbit/s，寬帶網(wǎng)可達(dá)0~400Mbit/s;二是寬帶網(wǎng)可劃分為多條基帶信道，能提供良好的通信路徑。一般寬帶局域網(wǎng)可與有線電視系統(tǒng)共建，以節(jié)省投資。

（4）異步轉(zhuǎn)移模式ATMATM(AsynchronousTransferMode)是一種新的傳輸與交換數(shù)字信息的技術(shù)，也是實現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)，被規(guī)定為寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(B-ISDN)的傳輸模式。這里的轉(zhuǎn)移包含傳輸與交換兩方面的內(nèi)容。ATM是一種在用戶接入、傳輸和交換級綜合處理各種通信問題的技術(shù)。它支持多媒體通信，包括數(shù)據(jù)、語音和視頻信號，按需分配頻帶，具有低延遲特性，速度可達(dá)155Mbit/s一2.4Gbit/s,也有25Mbit/s和50Mbit/s的ATM技術(shù)。

3、二進(jìn)制表示方法（1）基帶傳輸中數(shù)據(jù)的表示方法信息傳輸有平衡傳輸和非平衡傳輸。根據(jù)對零電平的關(guān)系，信息傳輸可以分為歸零傳輸和不歸零傳輸。根據(jù)信號的極性，信息傳輸分為單極性傳輸和雙極性傳輸。單極性碼雙極性碼常用的數(shù)據(jù)表示方法1)平衡、歸零、雙極性2)平衡、歸零、單極性3)平衡、不歸零、單極性4)非平衡、歸零、雙極性5)非平衡、歸零、單極性6)非平衡、不歸零、單極性數(shù)據(jù)表示方法

（2）載帶傳輸中的數(shù)據(jù)表示方法調(diào)幅方式調(diào)幅方式AM(AmplitudeModulation)又稱為幅移鍵控法ASK(Amplitude-ShiftKeying)調(diào)頻方式調(diào)頻方式FM(FrequencyModulation)又稱為頻移鍵控法FSK(Frequency-ShiftKeying)調(diào)相方式調(diào)相方式PM(PhaseModulation)又稱為相移鍵控法PSK(Phase-ShiftKeying)

數(shù)據(jù)調(diào)制方式（a）調(diào)幅（b）調(diào)頻（c）調(diào)相三、數(shù)據(jù)交換方式數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中通常采用三種數(shù)據(jù)交換方式：

線路交換方式

報文交換方式

報文分組交換方式報文分組交換方式包含：虛電路數(shù)據(jù)報1．線路交換方式在需要通信的兩個節(jié)點之間事先建立起一條實際的物理連接，然后再在這條實際的物理連接上交換數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)交換完成之后再拆除物理連接。因此，線路交換方式將通信過程分為三個階段:即線路建立、數(shù)據(jù)通信和線路拆除階段。2．報文交換方式報文交換以及報文分組交換方式不需要事先建立實際的物理連接，而是經(jīng)由中間節(jié)點的存儲轉(zhuǎn)發(fā)功能來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，有時又將其稱為存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式。3．報文分組交換方式報文分組交換方式交換的基本數(shù)據(jù)單位是一個報文分組。報文分組是一個完整的報文按順序分割開來的比較短的數(shù)據(jù)組。由于報文分組比報文短的多，傳輸時比較靈活。特別是當(dāng)傳輸出錯需要重發(fā)時，它只需重發(fā)出錯的報文分組，而不必像報文交換方式那樣重發(fā)整個報文。(1)虛電路方法(2)數(shù)據(jù)報方法

2.3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及傳輸介質(zhì)一、通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)之一：三層控制單元之間的通信，中央控制室高層設(shè)備之間的通信，控制室設(shè)備與現(xiàn)場設(shè)備之間的通信。通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)之二：三層局部子網(wǎng)，廠級子網(wǎng)和高端子網(wǎng)二、通信網(wǎng)鉻的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在分布控制系統(tǒng)中應(yīng)用較多的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是星型、環(huán)型和總線型。

通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(a)星形結(jié)構(gòu)；(b)環(huán)型結(jié)構(gòu)；(c)總線型結(jié)構(gòu)1．星型結(jié)構(gòu)在星型結(jié)構(gòu)中，每一個節(jié)點都通過一條鏈路連接到一個中央節(jié)點上去。任何兩個節(jié)點之間的通信都要經(jīng)過中央節(jié)點。中央節(jié)點有一個開關(guān)裝置來接通兩個節(jié)點之間的通信路徑。因此，中央節(jié)點的構(gòu)造是比較復(fù)雜的，一旦發(fā)生故障，整個通信系統(tǒng)就要癱瘓。因此，這種系統(tǒng)的可靠性是比較低的，在分散控制系統(tǒng)中應(yīng)用得較少。

2．環(huán)型結(jié)構(gòu)在環(huán)型結(jié)構(gòu)中，所有的節(jié)點通過鏈路組成一個環(huán)形。需要發(fā)送信息的節(jié)點將信息送到環(huán)上，信息在環(huán)上只能按某一確定的方向傳輸。當(dāng)信息到達(dá)接收節(jié)點時，該節(jié)點識別信息中的目的地址與自己的地址相同，就將信息取出，并加上確認(rèn)標(biāo)記，以便由發(fā)送節(jié)點清除。3．總線型結(jié)構(gòu)所有的站都通過相應(yīng)的硬件接口直接接到總線上。由于所有的節(jié)點都共享一條公用的傳輸線路，所以每次只能由一個節(jié)點發(fā)送信息，信息由發(fā)送它的節(jié)點向兩端擴(kuò)散。這種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)又稱為廣播式網(wǎng)絡(luò)。某節(jié)點發(fā)送信息之前，必須保證總線上沒有其他信息正在傳輸。當(dāng)這一條件滿足時，它才能把信息送上總線。三、鏈路控制網(wǎng)上的許多設(shè)備彼此之間需要頻繁的交換信息，通過鏈路進(jìn)行傳輸。涉及到鏈路的控制。鏈路控制方式：集中式：網(wǎng)絡(luò)中有單獨的集中式控制器，由它控制各節(jié)點之間的通信；星形結(jié)構(gòu)一般采用分散式：網(wǎng)絡(luò)中沒有集中式控制器，節(jié)點之間的通信由它們自身的控制器來控制，環(huán)形及總線型網(wǎng)絡(luò)一般采用。四、網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中連接收發(fā)雙方的物理通路，實際傳送信息的載體。網(wǎng)絡(luò)中常用的傳輸介質(zhì)有電話線、同軸電纜、雙絞線、光導(dǎo)纖維、無線與衛(wèi)星通信。1）物理特性:傳輸介質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的描述;2）傳輸特性:傳輸介質(zhì)允許傳送數(shù)字或模擬信號以及調(diào)制技術(shù)、傳輸容量、傳輸?shù)念l率范圍;3）連通特性:允許點-點或多點連接4）地理范圍:傳輸介質(zhì)最大傳輸距離5）抗干擾性:傳輸介質(zhì)防止噪聲與電磁干擾對傳輸數(shù)據(jù)影響的能力。1.雙絞線的主要特性(1)物理特性雙絞線由按規(guī)則螺旋結(jié)構(gòu)排列的2根或4根絕緣線組成。一對線可以作為一條通信線路，各個線對螺旋排列的目的是使各線對之間的電磁干擾最小。(2)傳輸特性雙絞線最普遍的應(yīng)用是語音信號的模擬傳輸。在一條雙絞線上使用頻分多路復(fù)用技術(shù)可以進(jìn)行多個音頻通道的多路復(fù)用。數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)9600bit，24條音頻通道總的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)230Kbit。(3)連通特性用于點-點連接，也可用于多點連接。(4)地理范圍雙絞線用作遠(yuǎn)程中繼線時，最大距離可達(dá)15km;用于l0Mbit/s局域網(wǎng)時，與集線器的距離最大為100m。(5)抗干擾性雙絞線的抗干擾性取決于一束線中相鄰線對的扭曲長度及適當(dāng)?shù)钠帘巍Ｔ诘皖l傳輸時，其抗干擾能力相當(dāng)于同軸電纜。在10—100kHz時，其抗干擾能力低于同軸電纜。2·同軸電纜的主要特性(1)物理特性它由內(nèi)導(dǎo)體、外屏蔽層、絕緣層及外部保護(hù)層組成。同軸介質(zhì)的特性參數(shù)由內(nèi)、外導(dǎo)體及絕緣層的電參數(shù)和機(jī)械尺寸決定。(2)傳輸特性根據(jù)同軸電纜通頻帶，同軸電纜可以分為基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜兩類?；鶐S電纜一般僅用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號傳輸。寬帶同軸電纜可以使用頻分多路復(fù)用方法，將一條寬帶同軸電纜的頻帶劃分成多條通信信道，使用各種調(diào)制方案，支持多路傳輸。寬帶同軸電纜也可以只用于一條通信信道的高速數(shù)字通信，此時稱之為單通道寬帶。(3)連通特性同軸電纜支持點-點連接，也支持多點連接。寬帶同軸電纜可支持?jǐn)?shù)千臺設(shè)備的連接;基帶同軸電纜可支持?jǐn)?shù)百臺設(shè)備的連接。(4)地理范圍基帶同軸電纜最大距離限制在幾km范圍內(nèi)，而寬帶同軸電纜最大距離可達(dá)幾十km。(5)抗干擾性同軸電纜的結(jié)構(gòu)使得它的抗干擾能力較強(qiáng)。3.光纜的主要特性光纜是網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)中性能最好、應(yīng)用最廣泛的一種。(1)物理特性光纖是一種直徑為50一100件m的柔軟、能傳導(dǎo)光波的介質(zhì)，各種玻璃和塑料可以用來制造光纖，其中用超高純度石英玻璃纖維制作的光纖可以得到最低的傳輸損耗。在折射率較高的單根光纖外面用折射率較低的包層包裹起來，就可以構(gòu)成一條光纖通道，多條光纖組成一束就構(gòu)成光纖電纜。(2)傳輸特性光導(dǎo)纖維通過內(nèi)部的全反射來傳輸一束經(jīng)過編碼的光信號。由于光纖的折射系數(shù)高于外部包層的折射系數(shù)，因此可以形成光波在光纖與包層界面上的全反射。光纖可以看作頻率從10'。一1O"Hz的光波導(dǎo)線，這一范圍覆蓋了可見光譜與部分紅外光譜。以小角度迸人的光波沿光纖按全反射方式向前傳播。光纖傳輸分為單模與多模兩類。所謂單模光纖是指光纖的光信號僅與光纖軸成單個可分辨角度的單光纖傳輸。而多模光纖的光信號與光纖軸成多個可分辨角度的多光纖傳輸。單模光纖性能優(yōu)于多模光纖。(3)連通特性光纖最普遍的連接方法是點-點方式，在某些實驗系統(tǒng)中也可采用多點連接方式。(4)地理范圍光纖信號衰減極小，它可以在6~8km距離內(nèi)不使用中繼器，實現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸。(5)抗干擾性光纖不受外界電磁干擾與噪聲的影響，能在長距離、高速度傳輸中保持低誤碼率。雙絞線典型的誤碼率在10"'一10"。之間，基帶同軸電纜為10"'，寬帶同軸電纜為10-。而光纖誤碼率可以低于10"'。。光纖傳輸?shù)陌踩耘c保密性極好。2.4通信系統(tǒng)的協(xié)議模型一、OSI參考模型為了實現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備之間的互聯(lián)操作與數(shù)據(jù)交換，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/TC97于1978年建立了“開放系統(tǒng)互聯(lián)”分技術(shù)委員會，起草了開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI(opensysteminterconnection)的建議草案，形成OSI參考模型。"開放"并不是指對特定系統(tǒng)實現(xiàn)具體的互聯(lián)技術(shù)或手段，而是對標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)同。一個系統(tǒng)是開放系統(tǒng)，是指它可以與世界上任一遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其他系統(tǒng)互聯(lián)通信。OSI參考模型二、物理層協(xié)議物理層(physicallayer)涉及到通信在信道上傳輸?shù)脑急忍亓?。設(shè)計上必須保證一方發(fā)出二進(jìn)制“1”時，另一方收到的也是“1”而不是“0”。典型問題（1）用多少伏特電壓表示“1”，多少伏特電壓表示“0”（2）一個比特持續(xù)多少微秒（3）傳輸是否在兩個方向上同時進(jìn)行（4）最初的連接如何建立和完成通信后連接如何終止（5）網(wǎng)絡(luò)接插件有多少針以及各針的用途。主要是處理機(jī)械的、電氣的和過程的接口，以及物理層下的物理傳輸介質(zhì)等問題。三、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層(datalinklayer)的主要任務(wù)是加強(qiáng)物理層傳輸原始比特的功能，使之對網(wǎng)絡(luò)層顯現(xiàn)為一條無錯線路。（1）通過在幀的前面和后面附加上特殊的二進(jìn)制編碼模式來產(chǎn)生和識別幀邊界。（2）解決由于幀的破壞、丟失和重復(fù)所出現(xiàn)的問題。

在總線和環(huán)形拓?fù)渲?，網(wǎng)上設(shè)備必須共享傳輸線路。為解決在同一時間有幾個設(shè)備同時爭用傳輸介質(zhì)，需有某種介質(zhì)訪問控制方式，以便協(xié)調(diào)各設(shè)備訪問介質(zhì)的順序，在設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)。通信中對介質(zhì)的訪問可以是隨機(jī)的，即各工作站可在任何時刻，任意地點訪問介質(zhì);也可以是受控的，即各工作站可用一定的算法調(diào)整各站訪問介質(zhì)順序和時間。在隨機(jī)訪問方式中，常用的爭用總線技術(shù)為CSMA/CD；在控制訪問方式中則常用令牌總線、令牌環(huán)，或稱之為標(biāo)記總線、標(biāo)記環(huán)。1.CSMA/CD(載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測)

工作站的發(fā)送是隨機(jī)的，必須在網(wǎng)絡(luò)上爭用傳輸介質(zhì)，故稱之為爭用技術(shù)。若同一時刻有多個工作站向傳輸線路發(fā)送信息，則這些信息會在傳輸線上相互混淆而遭破壞，稱為"沖突"。為盡量避免由于競爭引起的沖突，每個工作站在發(fā)送信息之前，都要監(jiān)聽傳輸線上是否有信息在發(fā)送，這就是"載波監(jiān)聽"。載波監(jiān)聽CSMA的控制方案是先聽再講。一個站要發(fā)送，首先需監(jiān)聽總線，以決定介質(zhì)上是否存在其他站的發(fā)送信號。如果介質(zhì)是空閑的，則可以發(fā)送。如果介質(zhì)是忙的，則等待一定間隔后重試。

三種CSMA堅持退避算法:1）不堅持CSMA。假如介質(zhì)是空閑的，則發(fā)送;假如介質(zhì)是忙的，則等待一段隨機(jī)時間，重復(fù)第一步。2）1-堅持CSMA。假如介質(zhì)是空閑的，則發(fā)送;假如介質(zhì)是忙的，繼續(xù)監(jiān)聽，直到介質(zhì)空閑，立即發(fā)送;假如沖突發(fā)生，則等待一段隨機(jī)時間，重復(fù)第一步。3）P-堅持CSMA。假如介質(zhì)是空閑的，則以P的概率發(fā)送;假如介質(zhì)是忙的，繼續(xù)監(jiān)聽，直到介質(zhì)空閑，重復(fù)第一步。2.令牌(標(biāo)記)訪問控制方式CSMA的訪問存在發(fā)報沖突問題，產(chǎn)生沖突的原因是由于各站點發(fā)報是隨機(jī)的。為了解決沖突問題，可采用有控制的發(fā)報方式，令牌方式是一種按一定順序在各站點傳遞令牌(Token)的方法。誰得到令牌，誰才有發(fā)報權(quán)。令牌訪問原理可用于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成令牌環(huán)形網(wǎng);也可用于總線網(wǎng)，構(gòu)成令牌總線網(wǎng)絡(luò)。(1)令牌環(huán)(Token-Ring)方式

某一瞬間可以允許發(fā)送報文的站點只有一個，令牌在網(wǎng)絡(luò)環(huán)路上不斷地傳送，只有擁有此令牌的站點，才有權(quán)向環(huán)路上發(fā)送報文，而其他站點僅允許接收報文。站點在發(fā)送完畢后，便將令牌交給網(wǎng)上下一個站點，如果該站點沒有報文需要發(fā)送，便把令牌順次傳給下一個站點。因此，表示發(fā)送權(quán)的令牌在環(huán)形信道上不斷循環(huán)。環(huán)上每個相應(yīng)站點都可獲得發(fā)報權(quán)，而任何時刻只會有一個站點利用環(huán)路傳送報文，因而在環(huán)路上保證不會發(fā)生訪問沖突。(2)令牌傳遞總線(Token-PassingBus)方式這種方式和CSMA/CD方式一樣，采用總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，但不同的是在網(wǎng)上各工作站按一定順序形成一個邏輯環(huán)。每個工作站在環(huán)中均有一個指定的邏輯位置，末站的后站就是首站，即首尾相連。每站都了解先行站(PS)和后繼站(NS)的地址，總線上各站的物理位置與邏輯位置無關(guān)。四、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層(networklayer)關(guān)系到子網(wǎng)的運行控制，其中一個關(guān)鍵問題是確定分組從源端到目的端如何選擇路由。過多分組，相互阻塞通路——擁塞控制網(wǎng)絡(luò)層設(shè)有記賬功能，軟件必須對每一個顧客究竟發(fā)送了多少分組、多少字符或多少比特進(jìn)行記數(shù)，以便于生成賬單。分組跨越網(wǎng)絡(luò)：尋址方法完全不同，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也不同，異種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。五、傳輸層協(xié)議傳輸層(transportlayer)的基本功能是從會話層接收數(shù)據(jù)，并且在必要時把它分成較小的單元，傳遞給網(wǎng)絡(luò)層，并確保到達(dá)對方的各段信息正確無誤。會話層每請求建立一個傳輸連接，傳輸層就為其創(chuàng)建一個獨立的網(wǎng)絡(luò)連接。最流行的傳輸連接是一條無錯的、按發(fā)送順序傳輸報文或字節(jié)的點到點的信道。傳輸層是真正的從源到目標(biāo)"端到端"的層。六、會話層協(xié)議會話層(Sessionlayer)允許不同機(jī)器上的用戶建立會話(session)關(guān)系。管理對話：（1）方式：會話層允許信息同時雙向傳輸，或任一時刻只能單向傳輸。（2）令牌管理(tokenmanagement)：令牌可以在會話雙方之間交換，只有持有令牌的一方可以執(zhí)行某種關(guān)鍵操作。（3）同步(synchronization)：在數(shù)據(jù)流中插人檢查點，每次網(wǎng)絡(luò)崩潰后，僅需要重傳最后一個檢查點以后的數(shù)據(jù)。

七、表示層協(xié)議表示層(presentationlayer)完成某些特定功能：所傳輸?shù)男畔⒌恼Z法和語義。為了讓采用不同表示法的計算機(jī)之間能進(jìn)行通信，交換中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以用抽象的方式來定義，并且使用標(biāo)準(zhǔn)的編碼方式。表示層管理這些抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且在計算機(jī)內(nèi)部表示法和網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)表示法之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。八、應(yīng)用層協(xié)議應(yīng)用層(applicationlayer)包含大量人們普遍需要的協(xié)議。虛擬終端軟件都位于應(yīng)用層。解決不同的系統(tǒng)之間傳輸文件所需處理的各種不兼容問題。文件傳輸、電子郵件、遠(yuǎn)程作業(yè)輸入、名錄查詢和其他各種通用和專用的功能。

2.5差錯控制分布控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)是在條件比較惡劣的工業(yè)環(huán)境下工作的，因此，在信息傳輸過程中，各種各樣的干擾可能造成傳輸錯誤。這些錯誤輕則會使數(shù)據(jù)發(fā)生變化，重則會導(dǎo)致生產(chǎn)過程事故。因此必須采取一定的措施來檢測錯誤并糾正錯誤，檢錯和糾錯統(tǒng)稱為差錯控制。突發(fā)錯誤；由突發(fā)噪聲引起的，誤碼連續(xù)成片出現(xiàn)；隨機(jī)錯誤：由隨機(jī)噪聲引起的，誤碼與其前后的代碼是否出錯無關(guān)。差錯控制方法：在傳輸信息中附加冗余度在傳輸方法中附加冗余度2.6

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)及互聯(lián)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)分類的標(biāo)準(zhǔn)很多，按照網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)分類，可以分為：廣播式網(wǎng)絡(luò)和點到點式網(wǎng)絡(luò)1.廣播式網(wǎng)絡(luò)(broadcastnetwork)廣播式網(wǎng)絡(luò)僅有一條通信信道，由網(wǎng)絡(luò)上的所有機(jī)器共享，按某種語法組織的分組或包

(packet)，可以被任何機(jī)器發(fā)送并被其他所有的機(jī)器接收。分組的地址字段指明此分組應(yīng)被哪臺機(jī)器接收。一旦收到分組，各機(jī)器將檢查它的地址字段。如果是發(fā)送給它的，則處理該分組，否則將它丟棄。（一對一）一對多廣播(broadcasting)：廣播系統(tǒng)也允許在地址字段中使用一段特殊代碼，以便將分組發(fā)送到所有目標(biāo)。使用此代碼的分組發(fā)出以后，網(wǎng)絡(luò)上的每一臺機(jī)器都會接收和處理它。某些廣播系統(tǒng)還支持向機(jī)器的一個子集發(fā)送的功能，即多點播送(muIticasting)。2.點到點網(wǎng)絡(luò)(point-to-pointnetwork)由一對對機(jī)器之間的多條連接構(gòu)成。為了能從源到達(dá)目的地，這種網(wǎng)絡(luò)上的分組可能必須通過一臺或多臺中間機(jī)器。通常是多條路徑，并且可能長度不一樣，因此在點到點網(wǎng)絡(luò)中路由算法十分重要。網(wǎng)絡(luò)類型的選擇：小的、地理上處于本地的網(wǎng)絡(luò)采用廣播方式，而大的網(wǎng)絡(luò)則采用點到點方式。另一個網(wǎng)絡(luò)分類的標(biāo)準(zhǔn)連接距離。數(shù)據(jù)流機(jī)器(datafIowmachine)多計算機(jī)(muItiComputers)網(wǎng)絡(luò)：

局域網(wǎng)

城域網(wǎng)

廣域網(wǎng)

互聯(lián)網(wǎng)距離是重要的分類尺度，因為在不同的連接距離下所使用的技術(shù)是不一樣的。按連接距離分類的多處理器系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是將分布在不同地理位置的網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接起來，構(gòu)成更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)資源共享。相互連接的網(wǎng)絡(luò)可以是同種類型的網(wǎng)絡(luò)，也可以是運行不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的異型系統(tǒng)。

一、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)基本概念網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)要求：不改變原有子網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、通信速率、硬件和軟件配置等，通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)使原先不能相互通信和共享資源的網(wǎng)絡(luò)間有條件實現(xiàn)相互通信和信息共享。每個子網(wǎng)：整個網(wǎng)絡(luò)的共享資源，屏蔽各子網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、服務(wù)類型、網(wǎng)絡(luò)管理等方面的差異。

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)規(guī)范網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)必須遵循一定的規(guī)范，局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員會(IEEE802委員會)，建立了802課題，制定了開放式系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。局域網(wǎng)(LocalAreaNetwork)，簡稱LAN，是處于同一建筑、同一大學(xué)或方圓幾公里遠(yuǎn)地域內(nèi)的專用網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)常被用于連接公司辦公室或工廠里的個人計算機(jī)和工作站，以便共享資源

(如打印機(jī))和交換信息。LAN有和其他網(wǎng)絡(luò)不同的三個特征:范圍、傳輸技術(shù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。1、局域網(wǎng)(LocalAreaNetwork)LAN的覆蓋范圍比較小，即使是在最壞情況下其傳輸時間也是有限的，簡化了網(wǎng)絡(luò)的管理。LAN的傳輸技術(shù)：用用一條電纜連接所有的機(jī)器。傳統(tǒng)的LAN速度為10-1OOMbit/s，傳輸延遲低(幾十個ms)，并且出錯率低。新的LAN運行速度更高，可達(dá)到每秒數(shù)百兆位。廣播式LAN可以有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如總線形、環(huán)形。2、城域網(wǎng)城域網(wǎng)(MetropolitanAreaNetwork)，簡稱MAN，基本上是一種大型的LAN，通常使用與LAN相似的技術(shù)。它可能覆蓋一組鄰近的公司辦公室和一個城市，既可能是私有的也可能是公用的。MAN可以支持?jǐn)?shù)據(jù)和聲音，并且可能涉及到當(dāng)?shù)氐挠芯€電視網(wǎng)。MAN僅使用一條或兩條電纜，并且不包含交換單元，即把分組分流到幾條可能的引出電纜的設(shè)備。3、廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)(WideAreaNetwork)，或者稱WAN，是一種跨越大的地域的網(wǎng)絡(luò)，通常包含一個國家或州。它包含想要運行用戶(即應(yīng)用)程序的機(jī)器的集合。4、無線網(wǎng)移動計算機(jī)，例如筆記本計算機(jī)和個人數(shù)字助理PDA(PersonalDigitalAssistant)，是計算機(jī)工業(yè)增長最快的一部分。許多擁有這種計算機(jī)的人在他們的辦公室里都有連接到LAN上的桌面計算機(jī)，并且希望當(dāng)他們不在辦公室或在路途中時，仍然能連接到自己的大本營。顯然在汽車或飛機(jī)中不可能使用有線連接，這時，無線網(wǎng)絡(luò)可滿足用戶的需要。無線網(wǎng)絡(luò)有很多用處：移動式辦公室，旅途中的人通常希望使用他們的便攜式電子設(shè)備來發(fā)送和接收電話、傳真和電子郵件，閱讀遠(yuǎn)程文件，登錄到遠(yuǎn)程計算機(jī)上等，并且不論是在陸地、海上和天空中都可以工作。無線網(wǎng)絡(luò)對于卡車、出租車、公共汽車和維修人員與基地保持聯(lián)系極其有用。5、互聯(lián)網(wǎng)世界上有許多網(wǎng)絡(luò)，而且常常使用不同的硬件和軟件。在一個網(wǎng)絡(luò)上的用戶經(jīng)常需要和另一個網(wǎng)絡(luò)上的用戶通信。這就需要連接不同的、而且往往是不兼容的網(wǎng)絡(luò)。使用網(wǎng)關(guān)

(gateway)來完成連接，并提供硬件和軟件的轉(zhuǎn)換?；ヂ?lián)的網(wǎng)絡(luò)集合就稱為互聯(lián)網(wǎng)(internetwrork或internet)。常見的互聯(lián)網(wǎng)是通過WAN連接起來的LAN集合。

二、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和操作系統(tǒng)局域網(wǎng)操作系統(tǒng)是實現(xiàn)計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)連接的重要軟件。局域網(wǎng)操作系統(tǒng)通過網(wǎng)卡驅(qū)動程序與網(wǎng)卡通信實現(xiàn)介質(zhì)訪問控制和物理層協(xié)議。對不同傳輸介質(zhì)、不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、不同介質(zhì)訪問控制協(xié)議的異型網(wǎng)，要求計算機(jī)操作系統(tǒng)能很好地解決異型網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的問題。Netware，WindowsNTServer,LANManager都是局域網(wǎng)操作系統(tǒng)的范例。

三、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備不同層次采用不同的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備：物理層使用中繼器(Repeater)，通過復(fù)制位信號延伸網(wǎng)段長度數(shù)據(jù)鏈路層使用網(wǎng)橋(bridge)，在局域網(wǎng)之間存儲或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀網(wǎng)絡(luò)層使用路由器(Router)在不同網(wǎng)絡(luò)間存儲轉(zhuǎn)發(fā)分組信號傳輸層及傳輸層以上，使用網(wǎng)關(guān)(gateway)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，提供更高層次的接口

1、中繼器中繼器(repeater)又稱重發(fā)器。由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間存在一定的傳輸距離，網(wǎng)絡(luò)中攜帶信息的信號在通過一個固定長度的距離后，會因衰減或噪聲干擾而影響數(shù)據(jù)的完整性，影響接收節(jié)點正確的接收和辨認(rèn)，因而經(jīng)常需要運用中繼器。中繼器接受一個線路中的報文信號，將其進(jìn)行整形放大、重新復(fù)制，并將新生成的復(fù)制信號轉(zhuǎn)發(fā)至下一網(wǎng)段或轉(zhuǎn)發(fā)到其他介質(zhì)段。中繼器不同于放大器：放大器從輸人端讀入舊信號，然后輸出一個形狀相同、放大的新信號；而中繼器則不同，它并不是放大信號，而是重新生成它；中繼器是一個再生器，而不是一個放大器。中繼器放置在傳輸線路上的位置是很重要的，中繼器必須放置在任一位信號的含義受到噪聲影響之前。2、網(wǎng)橋網(wǎng)橋是存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，用來連接同一類型的局域網(wǎng)。網(wǎng)橋?qū)?shù)據(jù)幀送到數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行差錯校驗，再送到物理層，通過物理傳輸介質(zhì)送到另一個子網(wǎng)或網(wǎng)段。它具有尋址與路徑選擇的功能，在接收到幀之后，要決定正確的路徑將幀送到相應(yīng)的目的站點。網(wǎng)橋能夠互聯(lián)兩個采用不同數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議、不同傳輸速率、不同傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)。它要求兩個互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)鏈路層以上采用相同或兼容的協(xié)議。網(wǎng)橋同時作用在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。網(wǎng)橋比中繼器多了一點智能。中繼器不處理報文，它沒有理解報文中任何東西的智能，它們只是簡單地復(fù)制報文。而網(wǎng)橋有一些小小的智能，它可以知道兩個相鄰網(wǎng)段的地址。

網(wǎng)橋與中繼器的區(qū)別在于:網(wǎng)橋具有使不同網(wǎng)段之間的通信相互隔離的邏輯，或者說網(wǎng)橋是一種聰明的中繼器。它只對包含預(yù)期接收者網(wǎng)段的信號包進(jìn)行中繼。這樣，網(wǎng)橋起到了過濾信號包的作用，利用它可以控制網(wǎng)絡(luò)擁塞，同時隔離出現(xiàn)了問題的鏈路。

3、路由器路由器工作在物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，在路由器所包含的地址之間，可能存在若干路徑，路由器可以為某次特定的傳輸選擇一條最好的路徑。路由器如同網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點那樣工作，同時連接到兩個或更多的網(wǎng)絡(luò)中，并同時擁有它們所有的地址。路由器從所連接的節(jié)點上接收包，同時將它們傳送到第二個連接的網(wǎng)絡(luò)中。4、網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)又被稱為網(wǎng)間協(xié)議變換器，用以實現(xiàn)不同通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間、包括使用不同網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)。由于它在技術(shù)上與它所連接的兩個網(wǎng)絡(luò)的具體協(xié)議有關(guān)，因而用于不同網(wǎng)絡(luò)間轉(zhuǎn)換連接的網(wǎng)關(guān)是不相同的。網(wǎng)關(guān)允許在具有不同協(xié)議和報文組的兩個網(wǎng)絡(luò)之間傳輸數(shù)據(jù)。在報文從一個網(wǎng)段到另一個網(wǎng)段的傳送中，網(wǎng)關(guān)提供了一種把報文重新封裝形成新的報文組的方式。網(wǎng)關(guān)需要完成報文的接收、翻譯與發(fā)送。它使用兩個微處理器和兩套各自獨立的芯片組。每個微處理器都知道自己本地的總線語言，在兩個微處理器之間設(shè)置一個基本的翻譯器。I/O數(shù)據(jù)通過微處理器，在網(wǎng)段之間來回傳遞數(shù)據(jù)。在工業(yè)數(shù)據(jù)通信中網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用：把一個現(xiàn)場設(shè)備的信號送往另一類不同協(xié)議或更高一層的網(wǎng)絡(luò)。例如，把ASI網(wǎng)段的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)送往PROFIBUS-DP網(wǎng)段。

（3）防止高速發(fā)送方的數(shù)據(jù)把低速的接收方“淹沒”。采用某種流量調(diào)節(jié)機(jī)制，使發(fā)送方知道當(dāng)前接收方還有多少緩存空間。（4）雙向傳輸數(shù)據(jù)：從A到B數(shù)據(jù)幀的確認(rèn)幀將同從B到A的數(shù)據(jù)幀競爭線路的使用權(quán)。（5）廣播式網(wǎng)絡(luò)：控制對共享信道的訪問，數(shù)據(jù)鏈路層的一個特殊的子層介質(zhì)訪問子層。第二章復(fù)習(xí)題1.何謂現(xiàn)場總線的豬設(shè)備、從設(shè)備？2.通信系統(tǒng)由哪幾部分組成?各自具有什么功能?3.通信方式按照信息的傳輸方向分為哪幾種?4.通信的傳輸模式分為哪幾種?5.載帶傳輸中數(shù)據(jù)的表示方法有哪幾種?6.數(shù)據(jù)交換方式有那幾種?7.介質(zhì)訪問控制方式主要有哪兩種?說明各自的含義。8.什么樣的現(xiàn)場設(shè)備可以作為現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點？舉出幾個例子。9.現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)完成哪些通信任務(wù)？10.現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)與普通計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有哪些不同？其特點是什么？11.ISO的OSI參考模型為哪7層？各層的主要功能是什么？12.常用的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備有哪些？各自對應(yīng)OSI參考模型的哪一層？13.中繼器與放大器有何區(qū)別？

結(jié)束第三章

PROFIBUS現(xiàn)場總線3.1PROFIBUS的通信模型和協(xié)議類型3.2PROFIBUS的數(shù)據(jù)傳輸和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3.3PROFIBUS的總線存取控制機(jī)制3.4PROFIBUS-DP技術(shù)簡介3.5PROFIBUS-PA技術(shù)簡介3.6PROFIBUS-FMS技術(shù)簡介3.7PROFIBUS的應(yīng)用PROFIBUS概述PROFlBUS(ProcessFieldbus的縮寫)是一種國際化的、開放的、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。它廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通、電力等自動化領(lǐng)域。

PROFIBUS技術(shù)的發(fā)展歷程1987年由德國SIEMENS公司等13家企業(yè)和5家研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合開發(fā)；1989年成為德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN19245；1996年成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170V.2(PROFIBUS-FMS-DP);1998年P(guān)ROFIBUS-PA被納入EN50170V.2；1999年P(guān)ROFIBUS成為國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的組成部分(TYPEIII)；2001年成為中國的機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T10308-3-2001。3.1PROFIBUS的通信模型和協(xié)議類型

PROFIBUS通信模型PROFIBUS通信模型參照了ISO/OSI參考模型的第1層（物理層）和第2層（數(shù)據(jù)鏈路層），其中FMS還采用了第7層（應(yīng)用層）,另外增加了用戶層。PROFIBUS－DP和PROFIBUS－FMS的第1層和第2層相同，PROFIBUS-FMS有第7層，PROFIBUS－DP無第7層。PROFIBUS－PA有第1層和第2層，但與DP/FMS有區(qū)別，無第7層。PROFIBUS通信模型

PROFIBUS協(xié)議類型三個兼容部分1.PROFIBUS-DP:用于傳感器和執(zhí)行器級的高速數(shù)據(jù)傳輸，它以DIN19245的第一部分為基礎(chǔ)，根據(jù)其所需要達(dá)到的目標(biāo)對通信功能加以擴(kuò)充，DP的傳輸速率可達(dá)12Mbit/s，一般構(gòu)成單主站系統(tǒng)，主站、從站間采用循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸方式工作。2.PROFIBUS-

PA：具有本質(zhì)安全特性，它實現(xiàn)了IEC1158-2規(guī)定的通信規(guī)程。PROFIBUS-PA是PROFIBUS的過程自動化解決方案，PA將自動化系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備，如壓力、溫度和液位變送器等連接起來，代替了4-20mA模擬信號傳輸技術(shù)。因此，PA尤其適用于石油、化工、冶金等行業(yè)的過程自動化控制系統(tǒng)。3.PROFIBUS-FMS:解決車間一級通用性通信任務(wù)，F(xiàn)MS提供大量的通信服務(wù)，用以完成以中等傳輸速率進(jìn)行的循環(huán)和非循環(huán)的通信任務(wù)。由于它是完成控制器和智能現(xiàn)場設(shè)備之間的通信以及控制器之間的信息交換，因此它考慮的主要是系統(tǒng)的功能而不是系統(tǒng)響應(yīng)時間，應(yīng)用過程通常要求的是隨機(jī)的信息交換(如改變設(shè)定參數(shù)等)?？捎糜诖蠓秶蛷?fù)雜的通信系統(tǒng)。PROFIBUS協(xié)議的特點1)不支持長信息段>235B2)不支持短信息組塊功能3)本規(guī)范不提供由網(wǎng)絡(luò)層支持運行的功能4)除規(guī)定的最小組態(tài)外，根據(jù)應(yīng)用需求可以建立任意的服務(wù)子集。5)其他功能是可選的，如口令保護(hù)方法等。6)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫强偩€形，兩端帶終端器或不帶終端器。7)介質(zhì)、距離、站點數(shù)取決于信號特性。8)傳輸速率取決于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜涂偩€長度，從9.6kbit/s到l2Mbit/s不等。9)可選第二種介質(zhì)(冗余)。10)在傳輸時，使用半雙工，異步，滑差(Slipe)保護(hù)同步。11)報文數(shù)據(jù)的完整性，用海明距離(HD)=412)地址定義范圍為:0~127(對廣播相群播而言，127是全局地址)。13)使用兩類站:主站(主動站，具有總線存取控制權(quán))和從站(被動站，沒有總線存取控制權(quán))。14)總線存取基于混合、分散、集中3種方式。15)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)有兩類:

非循環(huán)的:有/無應(yīng)答要求的發(fā)送數(shù)據(jù);有應(yīng)答要求的發(fā)送和請求數(shù)據(jù)。循環(huán)的(輪詢):有應(yīng)答要求的發(fā)送和請求數(shù)據(jù)。3.2PROFIBUS的數(shù)據(jù)傳輸和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)物理層1.DP/FMS(RS-485)的物理層2.DP/FMS(光纖電纜)的物理層3.PA的物理層一.用于DP/FMS的RS-485傳輸技術(shù)屏蔽雙絞電纜符合EIARS-485標(biāo)準(zhǔn)(也稱H2)總線段的兩端各有一個終端器傳輸速率從9.6kbit/s到12Mbit/s可選RS-485總線段的結(jié)構(gòu)

RS485總線段的結(jié)構(gòu)....BA

最多32個站

VP(6)390Ω220Ω390ΩDGND(5)

VP(6)390Ω220Ω390ΩDGND(5)RS485段

（1）傳輸程序半雙工、異步、無間隙同步NRZ（不歸零）編碼“1”——RXD/TXD-P（Receive/Transmit-Data-P）線上的正電位，而在RXD/TXD-N線上則正相反。各報文的空閑（idle）狀態(tài)對應(yīng)于二進(jìn)制“1”信號A線對應(yīng)于RXD/TXD-N信號，而B線對應(yīng)于RXD/TXD-P信號。（2）總線連接國際性的PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)EN50170推薦使用9針D型連接器用于總線站與總線的相互連接（9針頭）。D型連接器的插座與總線站相連接，而D型連接器的插頭與總線電纜相連接。

594837261連接器外形針腳號信號名稱信號含義1SHIELD屏蔽或邏輯地2M2424V輸出電壓邏輯地（輔助電源）3RxD/TxD－P接收/發(fā)送數(shù)據(jù)－正，RS485信號B線4CNTR－P方向控制信號P5DGND數(shù)據(jù)基準(zhǔn)電位（邏輯地）6VP供電電壓（正）7P24+24V輸出電壓（輔助電源）8RxD/TxD－N接收/發(fā)送數(shù)據(jù)－負(fù)，RS485信號A線9CMTR－N方向控制信號N連接器外殼屏蔽機(jī)殼接地(3)總線終端器根據(jù)EIARS-485標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)據(jù)線A和B兩端均加接總線終端器?？臻e狀態(tài)：確定的空閑電位。可以由跳接器或開關(guān)來啟動。傳輸速率大于1.5Mbit/s時，由于所連接站的電容性負(fù)載而引起導(dǎo)線反射，因此必須使用附加有軸向電感的總線連接插頭。（4）傳輸技術(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌壕€性總線，兩端有有源的總線終端電阻；傳輸速率：9.6kbit/s—12Mbit/s；介質(zhì)：屏蔽雙絞電纜，也可取消屏蔽，取決于環(huán)境條件（EMC）；站點數(shù)：每段32站（無中繼），127站（有中繼）；插頭連接：9針D型插頭（5）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

二、用于PA的IEC61158-2傳輸技術(shù)PROFIBUS-PA采用符合IECl158-2標(biāo)準(zhǔn)的傳輸技術(shù)。這種技術(shù)確保本質(zhì)安全并通過總線直接給現(xiàn)場設(shè)備供電。（1）數(shù)據(jù)傳輸非直流傳輸?shù)奈煌?、曼徹斯特編碼(也稱H1編碼)。數(shù)據(jù)的發(fā)送采用對總線系統(tǒng)的基本電流IB調(diào)節(jié)±9mA的方法實現(xiàn)。PROFIBUS-PA的數(shù)據(jù)傳輸（2）總線連接（PA總線段的結(jié)構(gòu)）（3）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹型結(jié)構(gòu)是典型的現(xiàn)場安裝技術(shù)，現(xiàn)場分配器負(fù)責(zé)連接現(xiàn)場設(shè)備與主干總線，所有連接在現(xiàn)場總線上的設(shè)備通過現(xiàn)場分配器進(jìn)行并行切換?？偩€型結(jié)構(gòu)：提供了與供電電路安裝類似的沿現(xiàn)場總線電纜的連接點，現(xiàn)場總線電纜可通過現(xiàn)場設(shè)備連接成回路，其分支線也可連接一個或多個現(xiàn)場設(shè)備。樹型與線型的組合結(jié)構(gòu)：基于IEC61158-2傳輸技術(shù)總線段與基于RS485傳輸技術(shù)總線段可以通過DP/PA耦合器或鏈接器相連，耦合器使RS485信號和IEC61158-2信號相適配。

（4）IECl158-2傳輸技術(shù)特性數(shù)據(jù)傳輸:數(shù)字式、位同步、曼徹斯特編碼;傳輸速率:31.25kbit/s，電壓式;數(shù)據(jù)可靠性:前同步信號，采用起始和終止界定符避免誤差;電纜:雙絞線，屏蔽式或非屏蔽式;遠(yuǎn)程電源供電:可選附件，通過數(shù)據(jù)線;防爆型:能進(jìn)行本征及非本征安全操作;拓?fù)?總線形或樹形，或兩者相組合;站數(shù):每段最多32個，總數(shù)最多為126個;中繼器:最多可擴(kuò)展至4臺。

三.光纖傳輸技術(shù)DP/FMS(光纖電纜)的物理層PROFIBUS第1層的另一種類型是通過光纖導(dǎo)體中光的傳輸來傳送數(shù)據(jù)。站之間的距離最大到15km。用玻璃或塑料纖維制成的光纖電纜可用作傳輸介質(zhì)。玻璃光纖能處理的連接距離達(dá)到15km，而塑料光纖只能達(dá)到80m。連接技術(shù)

(1)OLM技術(shù)(OpticalLinkModule)(2)OLP技術(shù)(OpticalLinkPlug)（3）集成的光纖電纜連接使用集成在設(shè)備中的光纖接口將PROFIBUS節(jié)點與光纖電纜直接連接。（4）OBT（OpticalFiberBusTerminal，光纖總線終端）

一個不帶集成纖維光纜接頭的PROFIBUS站或一個RS-485段可以通過OBT連接到一個光纖電路。3.3PROFIBUS的總線存取控制機(jī)制PROFIBUS（DP、PA、FMS）使用一致的總線存取控制機(jī)制。數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定總線存取控制、數(shù)據(jù)安全性以及傳輸協(xié)議和報文的處理。在PROFIBUS中，數(shù)據(jù)鏈路層(第2層)稱為FDL層(現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層)。介質(zhì)存取控制（MAC，MediumAccessControl）具體控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦?。PROFIBUS的總線存取控制要滿足介質(zhì)控制的兩

個基本要求：（1）主站（PLC或PC）間的通信必須使每個總線站在確定的時間內(nèi)能獲得足夠的時間處理自己的通信任務(wù)。（2）復(fù)雜的控制器與簡單的分散的過程I/O設(shè)備（從站）間的數(shù)據(jù)交換必須快速簡單。PROFIBUS在主站間采用令牌傳送方式，主站與從站間采用主從方式。令牌傳遞程序保證每個主站在一個確切規(guī)定的時間內(nèi)得到總線存取權(quán)(令牌)。在PROFIBUS中，令牌傳遞僅在各主站之間進(jìn)行。主站得到總線存取令牌時可與從站通信。每個主站均可向從站發(fā)送或讀取信息。PROFIBUS總線存取控制機(jī)制3.4PROFIBUS-DP技術(shù)簡介PROFIBUS-DP用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳輸。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期性地向從站發(fā)送輸出信息，總線循環(huán)時間必須要比主站(PLC)程序循環(huán)時間短，除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFlBUS-DP還提供智能化設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報警處理。

l.PROFIBUS-DP的基本功能(1)傳輸技術(shù)1)RS-485雙絞線或光纜2)波特率從9.6kbit/s-l2Mbit/s(2)總線存取1)各主站間為令牌傳輸，主站與從站間為主-從傳輸;2)支持單主或多主系統(tǒng);3)主-從設(shè)備，總線上最多站點數(shù)為126(3)功能1)DP主站和DP從站間的循環(huán)用戶數(shù)據(jù)傳輸;2)各DP從站的動態(tài)激活和撤消;3)DP從站組態(tài)的檢查;4)強(qiáng)大的診斷功能，三級診斷信息;5)輸入或輸出的同步;6)通過總線給DP從站賦予地址;7)通過總線對DP主站(DPM1)進(jìn)行配置;8)每個DP從站最大為246字節(jié)的輸入和輸出數(shù)據(jù)。

(4)設(shè)備類型1)第一類DP主站(DPMl):可編程控制器，如PLC、PC等;2)第二類DP主站(DPM2):可編程、可組態(tài)、可診斷的設(shè)備;3)DP從站:帶二進(jìn)制或模擬輸入、輸出的驅(qū)動器、閥門等。

(5)診斷功能（分為3類）本站診斷操作:本站設(shè)備的一般操作狀態(tài)，如溫度過高，電壓過低。模塊診斷操作:一個站點的某個具體I/O模塊出現(xiàn)故障(如8位的輸出模塊)。通道診斷操作:一個單獨的輸入、輸出位的故障(如輸出通道7短路)。

(6)系統(tǒng)配置PROFIBUS-DP允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)，這就為系統(tǒng)配置組態(tài)提供了高度的靈活性。系統(tǒng)配置的描述包括:站點數(shù)目、站點地址和輸入輸出數(shù)據(jù)的格式，診斷信息的格式以及所使用的總體參數(shù)。

(7)運行模式1)運行:輸入和輸出數(shù)據(jù)的循環(huán)傳輸。DPM1由DP從站讀取輸入信息并向DP從站寫入輸出信息。2)清除:DPM1讀取DP從站的輸入信息，并使輸出信息保持為故障-安全狀態(tài)。3)停止:只能進(jìn)行主-主數(shù)據(jù)傳輸，DPM1和DP從站之間沒有數(shù)據(jù)傳輸。

(8)通信1)點對點(用戶數(shù)據(jù)傳輸)或廣播(控制指令)。2)循環(huán)主-從用戶數(shù)據(jù)傳輸和非循環(huán)主-主數(shù)據(jù)傳輸。DPM1和DP從站之間的數(shù)據(jù)傳輸分為3個階段:參數(shù)設(shè)定、組態(tài)配置、數(shù)據(jù)交換。PROFIBUS-DP主-主之間的數(shù)據(jù)通信(9)同步1)控制指令允許輸入和輸出的同步。2)同步模式:輸出同步。3)鎖定模式:輸入同步。(10)可靠性和保護(hù)機(jī)制1)所有信息的傳輸在海明距離HD=4進(jìn)行。2)DP從站帶看門