總復習 現(xiàn)場總線

總復習計算機控制系統(tǒng)集散控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線概述CAN總線（2章）★PROFIBUSCONTROLNET題型：填空：30％簡答題：25％論述題：20％設計題：25％平時成績30%（出勤、作業(yè)、實驗），卷面70％開卷考試1計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展計算機控制系統(tǒng)的結構與組成計算機控制系統(tǒng)的性能指標計算機控制研究的課題計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展方向如何構成一個計算機監(jiān)控系統(tǒng)按照功能，計算機控制系統(tǒng)的分類

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

直接數(shù)字控制系統(tǒng)DDC

計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC)(SupervisoryComputerControl)

分級計算機控制系統(tǒng)

多級計算機分布控制系統(tǒng)(Multi-levelDistributedComputerControlDCS)計算機控制系統(tǒng)的結構與組成

計算機控制系統(tǒng)的基本組成：控制對象（簡稱對象或過程）、執(zhí)行器、測量環(huán)節(jié)和數(shù)字調節(jié)器等組成。控制對象控制對象即所要控制的裝置或設備。控制對象可以用傳遞函數(shù)來表示。傳遞函數(shù)只適用于線性系統(tǒng)，只與系統(tǒng)的結構和參數(shù)有關，與輸入作用的形式無關。傳遞函數(shù)是系統(tǒng)的數(shù)學描述。集散控制系統(tǒng)（DCS）又名分布式計算機控制系統(tǒng)，是利用計算機技術對生產過程進行集中監(jiān)測、操作、管理和分散控制的一種新型控制技術。是由計算機技術、信號處理技術、測量控制技術、通訊網(wǎng)絡技術、CRT技術、圖形技術及人機接口技術相互滲透發(fā)展而產生的。集散控制系統(tǒng)的發(fā)展階段

集散控制系統(tǒng)的技術要點

集散控制系統(tǒng)的基本構成

集散控制系統(tǒng)的結構特征和分類

2集散控制系統(tǒng)（DCS）集散控制集中控制DCS與集控系統(tǒng)區(qū)別DCS特點1）分級遞階結構考慮系統(tǒng)的功能分散、危險分散、提高可靠性，強化系統(tǒng)應用靈活性，降低投資成本，便于維修和技術更新，以系統(tǒng)最優(yōu)化選擇而得出的。2）分散控制

分散控制是集散控制系統(tǒng)的另一特點。分散的含義不單是分散控制，還包含了其他意如人員分散、地域分散、功能分散、危險分散、操作分散等。分散的目的是克服計算機集中控制，危險集中，可靠性低的缺點。分散的基礎是被分散的系統(tǒng)是各自獨立的自治系統(tǒng)。分級遞階結構就是各自完成各自功能，相互協(xié)調，各種條件相互制約。集散控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡是典型的局域通信網(wǎng)絡。信息傳輸速率可達5～10Mb/s，響應時間僅為數(shù)百微秒，誤碼率低于10-8～10-10。大多數(shù)集散控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡采用光纖傳輸媒質，通信的可靠性和安全性大大提高；通信協(xié)議向國際標準化方向前進達到ISO開放系統(tǒng)互連模型標準。集散控制系統(tǒng)采用先進局域網(wǎng)絡技術是它優(yōu)于常規(guī)儀表控制系統(tǒng)和計算機集中控制系統(tǒng)的最大特點之一。

3）局域通信網(wǎng)絡

4）高可靠性

高可靠性是集散控制系統(tǒng)發(fā)展的關鍵?？煽啃砸话闶侵赶到y(tǒng)的一部分(單機)發(fā)生故障時，能否繼續(xù)維持系統(tǒng)全部或部分功能，即部分發(fā)生故障時，利用未發(fā)生故障部分仍可使運行繼續(xù)下去，并且還能迅速地發(fā)現(xiàn)故障，立即或者很快地修復。冗余的作用及實現(xiàn)。2.3集散控制系統(tǒng)的基本構成

集散控制系統(tǒng)按照多級計算機分布控制系統(tǒng)的設計思想，采用功能分層方法，充分反映了分散控制、集中管理的特點。功能分層分為四級：現(xiàn)場控制級；過程裝置控制級；車間操作管理級；全廠優(yōu)化和調度管理級。集散控制系統(tǒng)的基本組成

集散控制系統(tǒng)的產品眾多，但從系統(tǒng)的結構分析，它們都是由三部分組成，即分散過程控制裝置部分、操作管理裝置部分、以及通信系統(tǒng)部分。三部分關系如圖2-3所示。

4現(xiàn)場總線概述

現(xiàn)場總線是應用在生產現(xiàn)場、在微機化測量控制設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡?，F(xiàn)場總線在監(jiān)控系統(tǒng)中起到數(shù)據(jù)、信息傳輸?shù)淖饔茫歉鞣窒到y(tǒng)信息連接的橋梁?，F(xiàn)場總線是當今自動化領域技術發(fā)展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網(wǎng)?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)的技術特點

系統(tǒng)的開放性

互可操作性與互用性

現(xiàn)場設備的智能化與功能自治性

系統(tǒng)結構的高度分散性

對現(xiàn)場環(huán)境的適應性

現(xiàn)場總線的優(yōu)點

現(xiàn)場總線系統(tǒng)結構的簡化，使控制系統(tǒng)從設計、安裝、投運到正常生產運行及其檢修維護，都體現(xiàn)出優(yōu)越性。節(jié)省硬件數(shù)量與投資

節(jié)省安裝費用節(jié)省維護開銷用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動權

提高了系統(tǒng)的準確性與可靠性

4.4幾種有影響的現(xiàn)場總線技術

現(xiàn)場總線發(fā)展的種類較多，約有40余種。2000年初宣布，IEC現(xiàn)場總線國際標準子集有八種：IEC61158；ControlNet；Profibus；P-Net；HighSpeedEthernet；NewcomerSwiftNet；WorldFIP；Interbus-SHART協(xié)議

HART(HighwayAddressableRemoteTransducer)，可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，是美國Rosemount公司于1985年推出的一種用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設備之間的通信協(xié)議。實現(xiàn)4－20mA模擬信號與數(shù)字通訊兼容的標準，是現(xiàn)場總線的過渡性標準。專家們預計，HART在國際上的使用壽命為15－20年，在國內由于客觀條件所限，這個時間會更長一些。HART協(xié)議物理層采用基于Bell202標準的FSK頻移鍵控信號，在低頻的4－20mA模擬信號上疊加幅度為0.5mA的音頻數(shù)字信號進行雙向數(shù)字通訊，數(shù)據(jù)傳輸率為1.2Mbps。由于FSK信號的平均值為0，不影響傳送給控制系統(tǒng)模擬信號的大小，保證了與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)的兼容性。

5控制器局域網(wǎng)總線CAN

CAN(ControllerAreaNetwork)即控制器局域網(wǎng)絡。CAN的性能特點CAN為多主方式工作不同的優(yōu)先級非破壞性總線仲裁技術報文濾波采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低5.2CAN的技術規(guī)范

1991年9月PhilipsSemiconductors制訂并發(fā)布了CAN技術規(guī)范(Version2.0)。該技術規(guī)范包括A和B兩部分。2.0A給出了CAN報文標準格式；2.0B給出了標準的和擴展的兩種格式。5.2.2CAN節(jié)點的分層結構

遵循ISO／OSI標準模型，CAN分為：數(shù)據(jù)鏈路層

(包括邏輯鏈路控制子層LLC和媒體訪問控制子層MAC)物理層。報文傳送由4種不同類型的幀表示和控制：

1、數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器至接收器；2、遠程幀通過總線單元發(fā)送，以請求發(fā)送具有相同標識符的數(shù)據(jù)幀；3、出錯幀由檢測出總線錯誤的任何單元發(fā)送；4、超載幀用于提供當前的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀的附加延遲。數(shù)據(jù)幀和遠程幀借助幀間空間與當前幀分開。

5.2.3.1數(shù)據(jù)幀

數(shù)據(jù)幀由7個不同的位場組成，即幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC場、應答場和幀結束。數(shù)據(jù)場長度可為0。CAN2.0A數(shù)據(jù)幀的組成如圖5-2所示。

SJA1000CAN的通信協(xié)議主要由CAN控制器完成。CAN控制器主要由實現(xiàn)CAN總線協(xié)議部分和與微控制器接口部分電路組成。82C250收發(fā)器將CAN控制器的邏輯電平信號轉換為CAN總線上的實際電平，同時也將總線上的實際電平轉換為CAN控制的邏輯電平。5.3CAN總線有關器件介紹

SJA1000管腳作用外圍電路連接寄存器的作用、分布BASICCAN與PELICAN不同SJA1000獨立CAN控制的器一般均介于微控制器與收發(fā)器之間。

CAN接點結構一般而言，每一個CAN模塊可以被分成不同的功能塊；第一層：與CAN總線相聯(lián)的部分，一般由CAN收發(fā)器構成。這樣可以優(yōu)化系統(tǒng)的應用性能，收發(fā)器將CAN控制器的邏輯電平信號轉換為CAN總線上的實際電平，同時也將總線上的實際電平轉換為CAN控制的邏輯電平。第二層就是CAN控制器，它完成CAN技術規(guī)范定義的完整的CAN協(xié)議，通常還包括報文的緩沖和認可濾波功能。第三層，所有的CAN功能完全由模塊控制器(CPU)來控制，它完成應用公共的控制功能，如控制一個執(zhí)機構，采集傳感器的信息及處理人-機接口等等。硬件：微處理器（8051等單片機）、CAN總線控制器（SJA1000）、CAN總線收發(fā)器（80C250）、A/D轉換器、外圍擴展電路等。基于CAN總線的監(jiān)控節(jié)點：硬件＋軟件（★

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）軟件初始化：設置各個寄存器波特率設置、輸出方式設置、認可濾波等。數(shù)據(jù)接收：讀取接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)；采用查詢還是中斷。

數(shù)據(jù)發(fā)送：向CAN總線控制器發(fā)送緩沖器中寫數(shù)據(jù)。

波特率＝1/（tTseg1+tTseg2+tSYN）tSYN＝

tSCL例：24MHz晶振，BTR0=0C5H，BTR1=0A5H。BTR0＝11000101;BTR1=1010

0101tSCL＝2×（4×1＋2×0＋1＋1）/24×106＝0.5×10-6tTseg1=（8×0＋4×1＋2×0＋1＋1）×tSCL＝6tSCLtTseg2=（4×0＋2×1＋1×0＋1）×tSCL＝3tSCL波特率＝1/（tTseg1+tTseg2+tSCL）＝1/10tSCL=200×103認可濾波器借助接收認可濾波器，CAN控制器就可以只將接收標識符與接收濾波器中接收碼相同的報文送入接收棧。認