《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)綜述》PPT課件.ppt

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現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)綜述 現(xiàn)場(chǎng)總線 Fieldbus 是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散 全數(shù)字化 智能 雙向 互聯(lián) 多變量 多點(diǎn) 多站的通信網(wǎng)絡(luò) 企業(yè)資源規(guī)劃層制造執(zhí)行層過(guò)程控制層 一 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng) 一 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng) 系統(tǒng)設(shè)備室 監(jiān)控室 廠房 在家或在路上 辦公室 圖1 2 現(xiàn)場(chǎng)總線與上層網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián) 采用專用網(wǎng)關(guān)將現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)卡和以太網(wǎng)卡置入同一臺(tái)PCWEB服務(wù)器置入PLC或現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備內(nèi) 現(xiàn)場(chǎng)總線與局域網(wǎng)的區(qū)別 現(xiàn)場(chǎng)總線主要用于對(duì)生產(chǎn) 生活設(shè)備的控制 一般局域網(wǎng)用于辦公 多媒體通信不同技術(shù)特點(diǎn) 控制網(wǎng) 高度實(shí)時(shí)性 安全性 可靠性 數(shù)據(jù)傳輸量小 局域網(wǎng)相反現(xiàn)場(chǎng)總線為全數(shù)字通信 具有開放式 全分布 互操作等特點(diǎn)具有越來(lái)越緊密聯(lián)系 80年代末 90年代初國(guó)際上發(fā)展形成的 用于過(guò)程自動(dòng)化 制造自動(dòng)化 樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò) 它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ) 溝通了生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系 它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò) 而且還是一種開放式 新型全分布控制系統(tǒng) 這項(xiàng)以智能傳感 控制 計(jì)算機(jī) 數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù) 已經(jīng)受到世界范圍的關(guān)注 成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn) 并將導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革 國(guó)際上許多實(shí)力 有影響的公司都先后在不同程度上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與產(chǎn)品的開發(fā) 現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過(guò)程設(shè)備的底層 作為工廠設(shè)備級(jí)基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò) 要求具有協(xié)議簡(jiǎn)單 容錯(cuò)能力強(qiáng) 安全性好 成本低的特點(diǎn) 具有一定的時(shí)間確定性和較高的實(shí)時(shí)性要求 還具有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載穩(wěn)定 多數(shù)為短幀傳送 信息交換頻繁等特點(diǎn) 由于上述特點(diǎn) 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)到通訊技術(shù) 都具有不同上層高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的特色 二 現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn) 一般把現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)稱為第五代控制系統(tǒng) 也稱作FCS 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) 人們一般把50年代前的氣動(dòng)信號(hào)控制系統(tǒng)PCS稱作第一代 把4 20mA等電動(dòng)模擬信號(hào)控制系統(tǒng)稱為第二代 把數(shù)字計(jì)算機(jī)集中式控制系統(tǒng)稱為第三代 而把70年代中期以來(lái)的集散式分布控制系統(tǒng)DCS稱作第四代 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS作為新一代控制系統(tǒng) 一方面 突破了DCS系統(tǒng)采用通信專用網(wǎng)絡(luò)的局限 采用了基于公開化 標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案 克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷 另一方面把DCS的集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 變成了新型全分布式結(jié)構(gòu) 把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng) 可以說(shuō) 開放性 分散性與數(shù)字通訊是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)最顯著的特征 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在歷經(jīng)了群雄并起 分散割據(jù)的初始階段后 盡管已有一定范圍的磋商合并 但至今尚未形成完整統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 其中有較強(qiáng)實(shí)力和影響的有 FoundationFieldbus FF LonWorks Profibus HART CAN Dupline等 它們具有各自的特色 在不同應(yīng)用領(lǐng)域形成了自己的優(yōu)勢(shì) 本課程將在簡(jiǎn)要描述現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ) 緊扣系統(tǒng)的可靠性 實(shí)用性等 介紹現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 體系結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵技術(shù)及目前較為流行的幾種有實(shí)力的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的現(xiàn)狀 1 系統(tǒng)的開放性 開放系統(tǒng)是指通信協(xié)議公開 各不同廠家的設(shè)備之間可進(jìn)行互連并實(shí)現(xiàn)信息交換 現(xiàn)場(chǎng)總線開發(fā)者就是要致力于建立統(tǒng)一的工廠底層網(wǎng)絡(luò)的開放系統(tǒng) 這里的開放是指對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致 公開性 強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)與遵從 一個(gè)開放系統(tǒng) 它可以與任何遵守相同標(biāo)準(zhǔn)的其它設(shè)備或系統(tǒng)相連 一個(gè)具有總線功能的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須是開放的 開放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權(quán)利交給了用戶 用戶可按自己的需要和對(duì)象把來(lái)自不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統(tǒng) 2 互可操作性與互用性 這里的互可操作性 是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間 系統(tǒng)間的信息傳送與溝通 可實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn) 一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)字通信 而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可進(jìn)行互換而實(shí)現(xiàn)互用 3 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 并可隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài) 4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性 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)成一種新的全分布式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系 簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 提高了可靠性 5 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性 工作在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備前端 作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場(chǎng)總線 是專為在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境工作而設(shè)計(jì)的 它可支持雙絞線 同軸電纜 光纜 射頻 紅外線 電力線等 具有較強(qiáng)的抗干擾能力 能采用兩線制實(shí)現(xiàn)送電與通信 并可滿足本質(zhì)安全防爆要求等 現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)點(diǎn) 由于現(xiàn)場(chǎng)總線的以上特點(diǎn) 特別是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化 使控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 安裝 投運(yùn)到正常生產(chǎn)運(yùn)行及其檢修維護(hù) 都體現(xiàn)出優(yōu)越性 1 節(jié)省硬件數(shù)量與投資 由于現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中分散在設(shè)備前端的智能設(shè)備能直接執(zhí)行多種傳感 控制 報(bào)警和計(jì)算功能 因而可減少變送器的數(shù)量 不再需要單獨(dú)的控制器 計(jì)算單元等 也不再需要DCS系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理 轉(zhuǎn)換 隔離技術(shù)等功能單元及其復(fù)雜接線 還可以用工控PC機(jī)作為操作站 從而節(jié)省了一大筆硬件投資 由于控制設(shè)備的減少 還可減少控制室的占地面積 2 節(jié)省安裝費(fèi)用 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的接線十分簡(jiǎn)單 由于一對(duì)雙絞線或一條電纜上通?？蓲旖佣鄠€(gè)設(shè)備 因而電纜 端子 槽盒 橋架的用量大大減少 連線設(shè)計(jì)與接頭校對(duì)的工作量也大大減少 當(dāng)需要增加現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備時(shí) 無(wú)需增設(shè)新的電纜 可就近連接在原有的電纜上 既節(jié)省了投資 也減少了設(shè)計(jì) 安裝的工作量 據(jù)有關(guān)典型試驗(yàn)工程的測(cè)算資料 可節(jié)約安裝費(fèi)用60 以上 3 節(jié)省維護(hù)開銷 由于現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有自診斷與簡(jiǎn)單故障處理的能力 并通過(guò)數(shù)字通訊將相關(guān)診斷維護(hù)信息送往控制室 用戶可以查詢所有設(shè)備的運(yùn)行 診斷維護(hù)信息 以便早期分析故障原因并快速排除 縮短了維護(hù)停工時(shí)間 同時(shí)由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化 連線簡(jiǎn)單而減少了維護(hù)工作量 4 用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán) 用戶可以自由選擇不同廠商所提供的設(shè)備來(lái)集成系統(tǒng) 避免因選擇了某一品牌的產(chǎn)品被 框死 了設(shè)備的選擇范圍 不會(huì)為系統(tǒng)集成中不兼容的協(xié)議 接口而一籌莫展 使系統(tǒng)集成過(guò)程中的主動(dòng)權(quán)完全掌握在用戶手中 5 提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性 由于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的智能化 數(shù)字化 與模擬信號(hào)相比 它從根本上提高了測(cè)量與控制的準(zhǔn)確度 減少了傳送誤差 同時(shí) 由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化 設(shè)備與連線減少 現(xiàn)場(chǎng)儀表內(nèi)部功能加強(qiáng) 減少了信號(hào)的往返傳輸 提高了系統(tǒng)的工作可靠性 此外 由于它的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化和功能模塊化 因而還具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 易于重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn) 回顧 現(xiàn)場(chǎng)總線 Fieldbus是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散 全數(shù)字化 智能 雙向 互聯(lián) 多變量 多點(diǎn) 多站的通信網(wǎng)絡(luò) 企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)企業(yè)資源規(guī)劃層 制造執(zhí)行層 過(guò)程控制層現(xiàn)場(chǎng)總線與局域網(wǎng)的區(qū)別1 應(yīng)用環(huán)境不同2 不同技術(shù)特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線與上層網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)1 2 3 回顧 80年代末 90年代初國(guó)際上發(fā)展形成的 用于過(guò)程自動(dòng)化 制造自動(dòng)化 樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò) 它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ) 溝通了生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系 第五代控制系統(tǒng) 1 2 3 4 5 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)特點(diǎn)1 系統(tǒng)的開放性2 互可操作性與互用性3 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性5 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性優(yōu)點(diǎn) 1 節(jié)省硬件數(shù)量與投資2 節(jié)省安裝費(fèi)用3 節(jié)省維護(hù)開銷4 用戶具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)5 提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性 三 現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn) 現(xiàn)場(chǎng)總線的基礎(chǔ)是數(shù)字通信 通信則必須有協(xié)議 從這個(gè)意義上說(shuō) 現(xiàn)場(chǎng)總線就是一個(gè)定義了硬件借口和通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn) ISOOSI 7層現(xiàn)場(chǎng)總線多數(shù)采用了1 2 7層 并增設(shè)用戶層 現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn) 1 物理層 定義信號(hào)的編碼與傳送方式 傳送介質(zhì) 接口的電氣及機(jī)械特性 信號(hào)傳輸速率等 2 數(shù)據(jù)鏈路層 加強(qiáng)物理層傳輸原始比特的功能 使之對(duì)網(wǎng)絡(luò)上層顯現(xiàn)出一條無(wú)錯(cuò)線路 3 應(yīng)用層 為用戶應(yīng)用提供接口 功能是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)的傳送及現(xiàn)場(chǎng)總線變量的訪問(wèn) 4 用戶層 定義了從現(xiàn)場(chǎng)裝置中讀 寫信息和向網(wǎng)絡(luò)中其他裝置分派信息的方法 即規(guī)定了供用戶組態(tài)的標(biāo)準(zhǔn) 功能模塊 特性描述 參數(shù)設(shè)定 相互連接的方法一致 四 現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀 1 多種總線共存現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158中采用了8種類型 FF的H1 ControlNet ProfiBus P Net FF的HSE SwiftNet WorldFIP INTERBUS 四 現(xiàn)場(chǎng)總線的現(xiàn)狀 市場(chǎng)還有其他一些現(xiàn)場(chǎng)總線 據(jù)統(tǒng)計(jì)世界市場(chǎng)對(duì)各種現(xiàn)場(chǎng)總線的需求的實(shí)際額為 過(guò)程自動(dòng)化15 FF PROFIBUS PA WorldFIP 醫(yī)藥領(lǐng)域18 FF PROFIBUS PA WorldFIP 加工制造15 交通運(yùn)輸15 PROFIBUS DP DeviceNet 航空 國(guó)防34 PROFIBUS FMS LonWorks DeviceNet ControlNet 農(nóng)業(yè) 未統(tǒng)計(jì) P NET CAN PROFIBUS PA DP DeviceNet ControlNet 樓宇 未統(tǒng)計(jì) LonWorks PROFIBUS PA DP DeviceNet 2 各種總線各有其應(yīng)用領(lǐng)域3 各種總線各有其國(guó)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(gè)總線組織6 多種總線均作為國(guó)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 五 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)展望與發(fā)展趨勢(shì) 1 發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域廣為注的焦點(diǎn)課題 國(guó)際上現(xiàn)場(chǎng)總線的研究 開發(fā) 使測(cè)控系統(tǒng)沖破了長(zhǎng)期封閉系統(tǒng)的禁錮 走上開放發(fā)展的征程 2 具有發(fā)展前景的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)有 智能儀表與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開發(fā)的軟硬件技術(shù) 組態(tài)技術(shù) 包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 網(wǎng)段互連等 網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)管理軟件 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)操作與傳輸 人機(jī)接口 軟件技術(shù) 現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)集成技術(shù) 3 自動(dòng)化系統(tǒng)與設(shè)備將朝著現(xiàn)場(chǎng)總線體系結(jié)構(gòu)的方向前 這一發(fā)展趨勢(shì)是肯定的 4 在從現(xiàn)在起的未來(lái)10年內(nèi) 可能出現(xiàn)幾大總線標(biāo)準(zhǔn)共存 甚至在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)內(nèi) 幾種總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備通過(guò)路由網(wǎng)關(guān)互連實(shí)現(xiàn)信息共享的局面 5 在連續(xù)過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi) 今后10年內(nèi) FF PROFIBUS PA總線將成為主流發(fā)展趨勢(shì) LonWorks將成為有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手 HART作為過(guò)渡性產(chǎn)品也能有一定的市場(chǎng) 這3種技術(shù)是從這一領(lǐng)域的工業(yè)需求出發(fā) 其用戶層的各種功能是專業(yè)連續(xù)過(guò)程設(shè)計(jì)的 而且充分考慮到連續(xù)工業(yè)的使用環(huán)境 如支持總線供電 可滿足本質(zhì)安全防爆要求等 四 典型現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介 1 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線 即FoudationFieldbus 簡(jiǎn)稱FF 這是在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術(shù) 其前身是以美國(guó)Fisher Rousemount公司為首 聯(lián)合Foxboro 橫河 ABB 西門子等80家公司制訂ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首 聯(lián)合歐洲等地的150家公司制訂的WordFIP協(xié)議 屈于用戶的壓力 這兩大集團(tuán)于1994年9月合并 成立了現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì) 致力于開發(fā)出國(guó)際上統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議 它以ISO OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ) 取其物理層 數(shù)據(jù)鏈路層 應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次 并在應(yīng)用層上增加了用戶層 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線分低速H1和高速H2兩種通信速率 H1的傳輸速率為31 25Kbps 通信距離可達(dá)1900m 可加中繼器延長(zhǎng) 可支持總線供電 支持本質(zhì)安全防爆環(huán)境 H2的傳輸速率為1Mbps和2 5Mbps兩種 其通信距離為750m和500m 物理傳輸介質(zhì)可支持比絞線 光纜和無(wú)線發(fā)射 協(xié)議符合IEC1158 2標(biāo)準(zhǔn) 其物理媒介的傳輸信號(hào)采用曼徹斯特編碼 每位發(fā)送數(shù)據(jù)的中心位置或是正跳變 或是負(fù)跳變 正跳變代表0 負(fù)跳變代表1 從而使串行數(shù)據(jù)位流中具有足夠的定位信息 以保持發(fā)送雙方的時(shí)間同步 接收方既可根據(jù)跳變的極性來(lái)判斷數(shù)據(jù)的 1 0 狀態(tài) 也可根據(jù)數(shù)據(jù)的中心位置精確定位 為滿足用戶需要 Honeywell Ronan等公司已開發(fā)出可完成物理層和部分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的專用芯片 許多儀表公司已開發(fā)出符合FF協(xié)議的產(chǎn)品 1總線已通過(guò) 測(cè)試和 測(cè)試 完成了由13個(gè)不同廠商提供設(shè)備而組成的FF現(xiàn)場(chǎng)總線工廠試驗(yàn)系統(tǒng) 2總線標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)形成 1996年10月 在芝加哥舉行的ISA96展覽會(huì)上 由現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)組織實(shí)施 向世界展示了來(lái)自40多家廠商的70多種符合FF協(xié)議的產(chǎn)品 并將這些分布在不同樓層展覽大廳不同展臺(tái)上的FF展品 用醒目的橙紅色電纜 互連為七段現(xiàn)場(chǎng)總線演示系統(tǒng) 各展臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間可實(shí)地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)互操作 展現(xiàn)了基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的成就與技術(shù)實(shí)力 2 CANCAN是控制網(wǎng)絡(luò)ControlAreaNetwork的簡(jiǎn)稱 最早由德國(guó)BOSCH公司推出 用于汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信 其總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 得到了Motorola Intel Philips Siemens NEC等公司的支持 已廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)域 CAN協(xié)議也是建立在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連模型基礎(chǔ)上的 不過(guò) 其模型結(jié)構(gòu)只有3層 只取OSI底層的物理層 數(shù)據(jù)鏈路層和頂上層的應(yīng)用層 其信號(hào)傳輸介質(zhì)為雙絞線 通信速率最高可達(dá)1Mbps 40m 直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km 5kbps 可掛接設(shè)備最多可達(dá)110個(gè) CAN的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu) 每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè) 因而傳輸時(shí)間短 受干擾的概率低 當(dāng)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí) 具有自動(dòng)關(guān)閉的功能以切斷該節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)系 使總線上的其它節(jié)點(diǎn)及其通信不受影響 具有較強(qiáng)的抗干擾能力 CAN支持多主方式工作 網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點(diǎn)均在任意時(shí)刻主動(dòng)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息 支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn) 一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和全局廣播方式接收 發(fā)送數(shù)據(jù) 它采用總線仲裁技術(shù) 當(dāng)出現(xiàn)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸信息時(shí) 優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù) 而優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)則主動(dòng)停止發(fā)送 從而避免了總線沖突 已有多家公司開發(fā)生產(chǎn)了符合CAN協(xié)議的通信芯片 如Intel公司的82527 Motorola公司MC68HC908AZ60Z Philips公司的SJA1000等 還有插在PC機(jī)上的CAN總線接口卡 具有接口簡(jiǎn)單 編程方便 開發(fā)系統(tǒng)價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn) 3 DeviceNet Devicenet是90年代中期發(fā)展起來(lái)的一種基于CAN ControllerAreaNetwork 技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò) 最初由美國(guó)Rockwell公司開發(fā)應(yīng)用 Devicenet是一種低成本的通訊總線 它將工業(yè)設(shè)備 如 限位開關(guān) 光電傳感器 閥組 馬達(dá)啟動(dòng)器 過(guò)程傳感器 條形碼讀取器 變頻驅(qū)動(dòng)器 面板顯示器和操作員接口 連接到網(wǎng)絡(luò) 從而消除了昂貴的硬接線成本 直接互連性改善了設(shè)備間的通訊 并同時(shí)提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級(jí)診斷功能 這是通過(guò)硬接線I O接口很難實(shí)現(xiàn)的 DeviceNet Devicenet是一個(gè)開放的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)范和協(xié)議都是開放的 供貨商將設(shè)備連接到系統(tǒng)時(shí) 無(wú)需為硬件 軟件或授權(quán)付費(fèi) 任何對(duì)DeviceNet技術(shù)感興趣的組織或個(gè)人都可以從開放式DeciceNet供貨商協(xié)會(huì) ODVA 獲得DeviceNet規(guī)范 并可以加入ODVA 參加對(duì)DeviceNet規(guī)范進(jìn)行增補(bǔ)的技術(shù)工作組 Devicenet的許多特性沿襲于CAN 4 LonWorksLonWorks是又一具有強(qiáng)勁實(shí)力的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) 它是由美國(guó)Ecelon公司推出并由它們與摩托羅拉 東芝公司共同倡導(dǎo) 于1990年正式公布而形成的 它采用了ISO OSI模型的全部七層通訊協(xié)議 采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置 通訊速率從300bps至1 5Mbps不等 直接通信距離可達(dá)到2700m 78kbps 雙絞線 支持雙絞線 同軸電纜 光纖 射頻 紅外線 電源線等多種通信介質(zhì) 并開發(fā)相應(yīng)的本安防爆產(chǎn)品 被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò) LonWorks技術(shù)所采用的LonTalk協(xié)議被封裝在稱之為Neuron的芯片中并得以實(shí)現(xiàn) 集成芯片中有3個(gè)8位CPU 一個(gè)用于完成開放互連模型中第1 2層的功能 稱為媒體訪問(wèn)控制處理器 實(shí)現(xiàn)介質(zhì)訪問(wèn)的控制與處理 第二個(gè)用于完成第3 6層的功能 稱為網(wǎng)絡(luò)處理器 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變量處理的尋址 處理 背景診斷 函數(shù)路徑選擇 軟件計(jì)量 網(wǎng)絡(luò)管理 并負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)通信控制 收發(fā)數(shù)據(jù)包等 第三個(gè)是應(yīng)用處理器 執(zhí)行操作系統(tǒng)服務(wù)與用戶代碼 芯片中還具有存儲(chǔ)信息緩沖區(qū) 以實(shí)現(xiàn)CPU之間的信息傳遞 并作為網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)和應(yīng)用緩沖區(qū) 如Motorola公司生產(chǎn)的神經(jīng)元集成芯片MC143120E2就包含了2KRAM和2KEEPROM LonWorks技術(shù)的不斷推廣促成了神經(jīng)元芯片的低成本 每片價(jià)格約5 9美元 而芯片的低成本又返過(guò)來(lái)促進(jìn)了LonWorks技術(shù)的推廣應(yīng) 形成了良好循環(huán) 據(jù)Ecelon公司的有關(guān)資料 到1996年7月 已生產(chǎn)出500萬(wàn)片神經(jīng)元芯片 LonWorks公司的技術(shù)策略是鼓勵(lì)各OEM開發(fā)商運(yùn)用LonWorks技術(shù)和神經(jīng)元芯片 開發(fā)自己的應(yīng)用產(chǎn)品 據(jù)稱目前已有2600多家公司在不同程度上卷入了LonWorks技術(shù) 1000多家公司已經(jīng)推出了LonWorks產(chǎn)品 并進(jìn)一步組織起LonWork互操作協(xié)會(huì) 開發(fā)推廣LonWorks技術(shù)與產(chǎn)品 它被廣泛應(yīng)用在樓宇自動(dòng)化 家庭自動(dòng)化 保安系統(tǒng) 辦公設(shè)備 運(yùn)輸設(shè)備 工業(yè)過(guò)程控制等行業(yè) 為支持LonWorks與其它協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)之間的互連與互操作 該公司正在開發(fā)各種網(wǎng)關(guān) 以便將LonWorks與以太網(wǎng) FF Modbus DeviceNet Profibus Serplex等互連為系統(tǒng) 另外 在開發(fā)智能通信接口 智能傳感器方面 LonWorks神經(jīng)元芯片也具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì) LonWorks技術(shù)已經(jīng)被美國(guó)暖通工程師協(xié)會(huì)ASRE定為建筑自動(dòng)化協(xié)議BACnet的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)剛剛收到的消息 美國(guó)消費(fèi)電子制造商協(xié)會(huì)已經(jīng)通過(guò)決議 以LonWorks技術(shù)為基礎(chǔ)制定了EIA 709標(biāo)準(zhǔn) 這樣 LonWorks已經(jīng)建立了一套從協(xié)議開發(fā) 芯片設(shè)計(jì) 芯片制造 控制模塊開發(fā)制造 OEM控制產(chǎn)品 最終控制產(chǎn)品 分銷 系統(tǒng)集成等一系列完整的開發(fā) 制造 推廣 應(yīng)用體系結(jié)構(gòu) 吸引了數(shù)萬(wàn)家企業(yè)參與到這項(xiàng)工作中來(lái) 這對(duì)于一種技術(shù)的推廣 應(yīng)用有很大的促進(jìn)作用 回顧 ISOOSI 7層1 2 7層 并增設(shè)用戶層 現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)狀 1 2 3 4 5 6 7 8現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158 FF的H1 ControlNet ProfiBus P Net FF的HSE SwiftNet WorldFIP INTERBUS 回顧 典型現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介 FF 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線 即FoudationFieldbusISP WordFIP物理層 數(shù)據(jù)鏈路層 應(yīng)用層 用戶層 H1 31 25Kbps 1900m 可支持總線供電 可支持本質(zhì)安全H2 1Mbps 2 5Mbps 750m 500m 傳輸信號(hào)采用曼徹斯特編碼 CAN 控制網(wǎng)絡(luò)ControlAreaNetwork最早應(yīng)用于汽車行業(yè) 現(xiàn)廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)域物理層 數(shù)據(jù)鏈路層 應(yīng)用層1Mbps 40m 最遠(yuǎn)可達(dá)10km 5kbps 可掛接設(shè)備最多可達(dá)110個(gè)短幀結(jié)構(gòu) 具有自動(dòng)關(guān)閉功能 具有較強(qiáng)的抗干擾能力 支持多主方式通信芯片 回顧 典型現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介 DeviceNet 基于CAN它將工業(yè)設(shè)備限位開關(guān) 光電傳感器 閥組 馬達(dá)啟動(dòng)器 過(guò)程傳感器 條形碼讀取器 變頻驅(qū)動(dòng)器 面板顯示器等設(shè)備級(jí)診斷功能LonWorks Ecelon公司 層結(jié)構(gòu)從300bps至1 5Mbps 直接通信距離可達(dá)到2700m 78kbps 雙絞線 支持本安防爆LonTalk協(xié)議 Neuron芯片 3個(gè)8位CPU 媒體訪問(wèn)控制處理器 網(wǎng)絡(luò)處理器 應(yīng)用處理器美國(guó)暖通工程師協(xié)會(huì)ASRE定為建筑自動(dòng)化協(xié)議BACnet的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 美國(guó)消費(fèi)電子制造商協(xié)會(huì) EIA 709標(biāo)準(zhǔn) 5 ProfibusProfibus是作為德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)prEN50170的現(xiàn)場(chǎng)總線 ISO OSI模型也是它的參考模型 由Profibus Dp Profibus FMS Profibus PA組成了Profibus系列 DP型用于分散外設(shè)間的高速傳輸 適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用 FMS意為現(xiàn)場(chǎng)信息規(guī)范 適用于紡織 樓宇自動(dòng)化 可編程控制器 低壓開關(guān)等一般自動(dòng)化 而PA型則是用于過(guò)程自動(dòng)化的總線類型 它遵從IEC1158 2標(biāo)準(zhǔn) 該項(xiàng)技術(shù)是由西門子公司為主的十幾家德國(guó)公司 研究所共同推出的 它采用了OSI模型的物理層 數(shù)據(jù)鏈路層 由這兩部分形成了其標(biāo)準(zhǔn)第一部分的子集 DP型隱去了3 7層 而增加了直接數(shù)據(jù)連接擬合作為用戶接口 FMS型只隱去第3 6層 采用了應(yīng)用層 作為標(biāo)準(zhǔn)的第二部分 PA型的標(biāo)準(zhǔn)目前還處于制定過(guò)程之中 其傳輸技術(shù)遵從IEC1158 2 1 標(biāo)準(zhǔn) 可實(shí)現(xiàn)總線供電與本質(zhì)安全防爆 Porfibus支持主 從系統(tǒng) 純主站系統(tǒng) 多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式 主站具有對(duì)總線的控制權(quán) 可主動(dòng)發(fā)送信息 對(duì)多主站系統(tǒng)來(lái)說(shuō) 主站之間采用令牌方式傳遞信息 得到令牌的站點(diǎn)可在一個(gè)事先規(guī)定的時(shí)間內(nèi)擁有總線控制權(quán) 并事先規(guī)定好令牌在各主站中循環(huán)一周的最長(zhǎng)時(shí)間 按Profibus的通信規(guī)范 令牌在主站之間按地址編號(hào)順序 沿上行方向進(jìn)行傳遞 主站在得到控制權(quán)時(shí) 可以按主 從方式 向從站發(fā)送或索取信息 實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信 主站可采取對(duì)所有站點(diǎn)廣播 不要求應(yīng)答 或有選擇地向一組站點(diǎn)廣播 Profibus的傳輸速率為9 6K 12Mbps 最大傳輸距離為1200m 1 5Mbps時(shí)為400m 可用中繼器延長(zhǎng)至10km 其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線 也可以是光纜 最多可掛接127個(gè)站點(diǎn) 6 HARTHART是HighwayAddressableRemoteTransduer的縮寫 最早由Rosemout公司開發(fā)并得到80多家著名儀表公司的支持 于1993年成立了HART通信基金會(huì) 這種被稱為可尋址遠(yuǎn)程傳感高速通道的開放通信協(xié)議 其特點(diǎn)是現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信 屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過(guò)程中工業(yè)過(guò)程控制的過(guò)渡性產(chǎn)品 因而在當(dāng)前的過(guò)渡時(shí)期具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力 得到了較好的發(fā)展 HART通信模型由3層組成 物理層 數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層 物理層采用FSK FrequencyShiftKeying 技術(shù)在4 20mA模擬信號(hào)上迭加一個(gè)頻率信號(hào) 頻率信號(hào)采用Bell202國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)據(jù)傳輸速率為1200bps 邏輯 0 的信號(hào)頻率為2200Hz 邏輯 1 的信號(hào)傳輸頻率為1200Hz 數(shù)據(jù)鏈路層用于按HART通信協(xié)議規(guī)則建立HART信息格式 其信息構(gòu)成包括開頭碼 顯示終端與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備地址 字節(jié)數(shù) 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)與通信狀態(tài) 數(shù)據(jù) 奇偶校驗(yàn)等 其數(shù)據(jù)字節(jié)結(jié)構(gòu)為1個(gè)起始位 8個(gè)數(shù)據(jù)位 1個(gè)奇偶校驗(yàn)位 1個(gè)終止位 應(yīng)用層的作用在于使HART指令付諸實(shí)現(xiàn) 即把通信狀態(tài)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信息 它規(guī)定了一系列命令 按命令方式工作 它有3類命令 第一類稱為通用命令 這是所有設(shè)備理解 執(zhí)行的命令 第二類稱為一般行為命令 它所提供的功能可以在許多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 盡管不是全部 中實(shí)現(xiàn) 這類命令包括最常用的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的功能庫(kù) 第三類稱為特殊設(shè)備命令 以便在某些設(shè)備中實(shí)現(xiàn)特殊功能 這類命既可以在基金會(huì)中開放使用 又可以為開發(fā)此命令的公司所獨(dú)有 在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中通?？砂l(fā)現(xiàn)同時(shí)存在這3類命令 HART支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)主從應(yīng)答方式和多點(diǎn)廣播方式 按應(yīng)答應(yīng)方式工作時(shí)的數(shù)據(jù)更新速率為2 3次 按廣播方式工作時(shí)的數(shù)據(jù)更新速率為3 4次 它還可支持兩個(gè)通信主設(shè)備 總線上可掛設(shè)備數(shù)多達(dá)15個(gè) 每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可有256個(gè)變量 每個(gè)信息最大可含4個(gè)變量 最大傳輸距離3000m HART采用統(tǒng)一的設(shè)備描述語(yǔ)言DDL 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備開發(fā)商采用這種標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言來(lái)描述設(shè)備特性 由HART基金會(huì)負(fù)責(zé)登記管理這些設(shè)備描述并把它們編為設(shè)備描述字典 主設(shè)備運(yùn)用DDL技術(shù) 來(lái)理解這些設(shè)備的特性參數(shù)而不必為這些設(shè)備開發(fā)專用接口 但由于這種模擬數(shù)字混信號(hào)制 導(dǎo)致難以開發(fā)出一種能滿足各公司要求的通信接口芯片 HART能利用總線供電 可滿足本安防爆要求 7 其他 INTERBUS 德國(guó)Phoenix 汽車 煙草 倉(cāng)儲(chǔ)等行業(yè) 1 2 7 INTERBUSCLUBCC LINK 日本三菱 汽車等行業(yè) 符合亞洲人思維 CLPAControlNet 美國(guó)Rockwell 交通運(yùn)輸 汽車 冶金 石油化工等行業(yè) 控制網(wǎng)國(guó)際組織CIWorldFIP P Net SwiftNet AS i FF時(shí)間分布確定的通信用戶層 功能塊 控制功能分布到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備用于互操作的DD與行規(guī)文件高速數(shù)據(jù)通信總線為HSE SlowSpeedH1 HighSpeedHSE LinkDevice SlowSpeedH1 FoundationFieldbus PROFIBUS簡(jiǎn)單 快速通信機(jī)制通信冗余支持 高速DP 用于互操作的GSD與行規(guī)文件FISCO認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)用于IS標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)高速數(shù)據(jù)總線支持RS485或F O技術(shù) GenericDiagram PROFIBUSFIELDBUS CAN DeviceNet SDS ASI bus Interbus S FF PROFIBUSPA WorldFIP P Net LON ControlNet FastFF HighspeedPROFIBUS ControlNet TCPIP EthernetFastFF Sensors simpleswitchesetc 各總線應(yīng)用層分析 FoundationFieldbus標(biāo)準(zhǔn)H1用于過(guò)程自動(dòng)化儀表HSE用于高速通信設(shè)備ProfibusPA DP標(biāo)準(zhǔn)PA用于過(guò)程自動(dòng)化儀表DP用于高速通信設(shè)備LonWorks 工廠電氣設(shè)備LVMCC INSUM2gatewaytoDP MODBUS MV HVMCC ABB過(guò)程自動(dòng)化總線市場(chǎng)定位 支持 您選擇的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議統(tǒng)一的編程體系廣泛自由的產(chǎn)品選擇系統(tǒng)全局?jǐn)?shù)據(jù)一致性資產(chǎn)優(yōu)化管理完善的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) YourfieldbusVantagePoint 現(xiàn)場(chǎng)總線策略 FieldIT 全方位的標(biāo)準(zhǔn)總線智能設(shè)備 Pressure Flow Level Temperature Positioners Actuators Valves Controllers Recorders FieldIT 設(shè)備總覽 HART PROFIBUSPA PROFIBUSDP FIELDBUSFOUNDATION Temperature TF02 202 Temperature TF12 212 Flow MagXE XM Vortex Swirl V A UltraSonic MassMeter1210 TRIOMASS Pressure P DP 600 T AF800MultivariableMV2000T Positioner TZID Fcomp PH TB82PH Actuator RemoteI O S900 Ex HandTerminalHTT04 ModulatingContrac Pressure P DP 600 T Flow Flow COPAXE XM Vortex Swirl TRIOMASS Pressure P DP 600 T AF800MultivariableMV2000TLevel MultiBarrier MB204Positioner TZID F COPAXE XM MAGXE Vortex Swirl TRIOMASS Controllers Recorders Protronic Digitric PointMaster LineMaster Actuatorson off Contracmodulating Ontrac RemoteI O S900 Ex MultiBarrier MB204 Configurationtools PCbased SMARTVISION Configurationtool Configurationtool PCbased SMARTVISION PCbased SMARTVISION Positioner TZID F Configurationtool AC800Fcontrolbuilder SMARTVISION Multi variableMV2000T Temperature TF12 202 標(biāo)準(zhǔn)ProfiBus設(shè)備組態(tài)GSD文件模板技術(shù) ABB現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) Profibus PA Profibus DP DigiTool Controller DigiVis DevicespecificDatainGSD Files 使用GSD files組態(tài) 導(dǎo)入設(shè)備GSD文件 選擇設(shè)備使用的功能塊及模塊進(jìn)行I O編輯 對(duì)照手冊(cè)選擇輸入 輸出 診測(cè)變量 設(shè)備非周期參數(shù)的設(shè)定 標(biāo)準(zhǔn)ProfiBus設(shè)備的組態(tài) PROFIBUS在線設(shè)備診測(cè) 查詢掃描新設(shè)備 遠(yuǎn)程設(shè)定設(shè)備地址 顯示總線掃描周期 現(xiàn)場(chǎng)總線與設(shè)備的診測(cè) ProfiBus設(shè)備在線參數(shù)設(shè)定 傳感器參數(shù)定義 傳感器功能塊參數(shù)定義 傳感器仿真功能定義 ProfiBus組態(tài)摸板技術(shù) 提供標(biāo)準(zhǔn)用戶參數(shù)對(duì)話框提供標(biāo)準(zhǔn)用戶操作面板 摸板技術(shù)支持大量第3方設(shè)備形成標(biāo)準(zhǔn)摸板庫(kù) 模板技術(shù)支持所有標(biāo)準(zhǔn)ProfiBus設(shè)備 2 多種設(shè)備配套組態(tài)工具軟件 tool1 Standalonetooln 用戶必須熟悉使用各自工具軟件不能實(shí)現(xiàn)流程化工作無(wú)一致的質(zhì)量保證 3 大量信息傳輸 OptimizeIT EngineerIT OperateIT ControlIT 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備FieldIT 組態(tài)參數(shù)設(shè)定在線調(diào)試 操作監(jiān)控信號(hào)報(bào)警處理 過(guò)程變量值時(shí)間同步功能變量狀態(tài)信息 大量數(shù)據(jù)交換復(fù)雜的編程要求 解決方案 FDT DTM EngineerIT DTMDeviceTypeManager Theuserinterfaceisthesameforalldevicesforallsuppliersforallprotocols FDTFieldDeviceTool 對(duì)照 MS Office環(huán)境 Printer驅(qū)動(dòng) MicrosoftWindowsNovellNetware ProfibusFoundationFieldbus Device驅(qū)動(dòng) 目前CBF已支持FDT DTM組態(tài) FieldDeviceTool CBF 減少項(xiàng)目整體費(fèi)用 基于總線技術(shù)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì) 設(shè)計(jì) 安裝 調(diào)試 工廠運(yùn)行 傳統(tǒng)4 20mA 14 26 53 7 總成本 11 17 3 44 現(xiàn)場(chǎng)總線 25 Saving 100 調(diào)試階段 使用遠(yuǎn)程操作進(jìn)行設(shè)備測(cè)試與維護(hù) 安裝階段 簡(jiǎn)單的布線與機(jī)柜設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)階段P ID流程圖設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)文檔 工廠運(yùn)行節(jié)省大量電源及EExi隔離器節(jié)省大量控制柜車間及電纜費(fèi)用 75 Source McDermottEngineering 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) 數(shù)據(jù)通信技術(shù) 基本概念 1 總線的基本術(shù)語(yǔ) 1 總線 傳輸信號(hào)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 總線段 一組設(shè)備通過(guò)總線連接在一起 2 總線主設(shè)備 BusMaster 命令者 3 總線從設(shè)備 BusSlaver 基本設(shè)備 4 控制信號(hào) 三種類型 控制連在總線上的設(shè)備 改變總線操作的方式 表明地址和數(shù)據(jù)的含義 5 總線協(xié)議 管理主從設(shè)備使用總線的一套規(guī)則 PROTOCOL 2 總線操作的基本內(nèi)容 1 總線操作 命令者與響應(yīng)者之間的 連接 數(shù)據(jù)傳送 脫開 2 總線傳送 命令者與響應(yīng)者之間的數(shù)據(jù)傳遞 讀 寫 操作 3 通信請(qǐng)求 某一設(shè)備向另一設(shè)備發(fā)出的請(qǐng)求信號(hào) 4 尋址 命令者與一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備建立起連接的操作方式 物理尋址 邏輯尋址 廣播尋址 5 總線仲裁 解決沖突 裁決哪一個(gè)主設(shè)備是下一個(gè)占有總線的設(shè)備 6 總線定時(shí) 總線操作用 定時(shí) 信號(hào)進(jìn)行同步 用于指明總線上的數(shù)據(jù)和地址在什么時(shí)刻是有效的 7 出錯(cuò)檢測(cè) 8 容錯(cuò) 通信系統(tǒng)的組成 通信系統(tǒng)是傳輸信息所需的一切設(shè)備的綜合信息源 信息接收者 發(fā)送設(shè)備 接收設(shè)備 傳輸介質(zhì)單向數(shù)字通信系統(tǒng) 信息源 編碼 調(diào)制 傳輸介質(zhì) 解調(diào) 譯碼 接收者 數(shù)據(jù)編碼 碼元是傳輸數(shù)據(jù)的基本單位 二元碼 數(shù)據(jù)編碼是指通信系統(tǒng)中以何種物理信號(hào)的方式來(lái)表達(dá)數(shù)據(jù) 模擬數(shù)據(jù)編碼 用模擬信號(hào)的幅度 頻率 相位表達(dá)數(shù)據(jù) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼 用高低電平的矩形脈沖信號(hào)表達(dá)數(shù)據(jù)基帶傳輸 采用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 在基本不改變數(shù)據(jù)信號(hào)頻率的情況下 直接傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸方式單極性碼 雙極性碼歸零碼 非歸零碼差分碼 用電平的變化與否在代表 1 和 0 回顧 PROFIBUS SIMENSDp FMS PA 可支持總線供電 可支持本質(zhì)安全 1 2 79 6K 12Mbps 1200m 1 5Mbps時(shí)為400m 127個(gè)站點(diǎn) 主 從系統(tǒng) 純主站系統(tǒng) 多主多從混合系統(tǒng)令牌HART HighwayAddressableRemoteTransduer Rosemout1 2 7過(guò)渡形 FSK FrequencyShiftKeying 4 20mA模擬信號(hào)上迭加一個(gè)頻率信號(hào)15個(gè)站點(diǎn) 最大傳輸距離3000m 可支持總線供電 可滿足本安防爆 其他 INTERBUS CC LINK ControlNet WorldFIP P Net SwiftNet AS i 減少項(xiàng)目整體費(fèi)用 回顧 基于總線技術(shù)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì) 設(shè)計(jì) 安裝 調(diào)試 工廠運(yùn)行 傳統(tǒng)4 20mA 14 26 53 7 總成本 11 17 3 44 現(xiàn)場(chǎng)總線 25 Saving 100 調(diào)試階段 使用遠(yuǎn)程操作進(jìn)行設(shè)備測(cè)試與維護(hù) 安裝階段 簡(jiǎn)單的布線與機(jī)柜設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)階段P ID流程圖設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)文檔 工廠運(yùn)行節(jié)省大量電源及EExi隔離器節(jié)省大量控制柜車間及電纜費(fèi)用 75 Source McDermottEngineering 回顧 基本概念1 總線的基本術(shù)語(yǔ)總線 總線主設(shè)備 總線從設(shè)備 控制信號(hào) 總線協(xié)議2 總線操作的基本內(nèi)容總線操作 總線傳送 通信請(qǐng)求 尋址 總線仲裁 總線定時(shí) 出錯(cuò)檢測(cè) 容錯(cuò)通信系統(tǒng)的組成信息源 編碼 調(diào)制 傳輸介質(zhì) 解調(diào) 譯碼 接收者數(shù)據(jù)編碼 指通信系統(tǒng)中以何種物理信號(hào)的方式來(lái)表達(dá)數(shù)據(jù) 碼元是傳輸數(shù)據(jù)的基本單位 二元碼 模擬數(shù)據(jù)編碼 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼基帶傳輸 單極性碼 雙極性碼 歸零碼 非歸零碼 差分碼 數(shù)據(jù)編碼 曼徹斯特編碼基帶信號(hào)編碼內(nèi)置時(shí)鐘信號(hào) 可自同步每位 比特 傳輸時(shí)間為等間隔時(shí)間段 傳輸時(shí) 時(shí)間段前半部分傳輸反碼 后半部分傳輸原碼 通信系統(tǒng)的性能指標(biāo) 1 有效性指標(biāo) 傳輸速率 頻帶利用率 協(xié)議效率 通信效率2 可靠性指標(biāo) 誤碼率3 信道頻率特性4 介質(zhì)帶寬5 信道容量 某種傳輸介質(zhì)單位時(shí)間內(nèi)所能傳輸?shù)淖畲蟊忍財(cái)?shù)6 信噪比 局域網(wǎng)及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 將地理位置不同且具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 通過(guò)通信設(shè)備和線路將它們連接起來(lái) 有功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 信息交換方式 控制程序和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源 硬件 軟件 信息 的共享 這樣的系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 一個(gè)互連的自主的計(jì)算機(jī)設(shè)備集合體 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的連接形式 局域網(wǎng)及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 可分為星形 總線形 環(huán)形 樹形等結(jié)構(gòu) 星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 總線形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì) 傳輸介質(zhì)是通信網(wǎng)絡(luò)傳輸信息的物理媒介 也稱為 通信媒體 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接時(shí) 一條傳輸鏈路兩端連接兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn) 發(fā)送設(shè)備通過(guò)適當(dāng)硬件接口 編碼和信號(hào)變換等 把信號(hào) 模擬或數(shù)字的 注入到傳輸介質(zhì)中去 接收設(shè)備則以相反的過(guò)程從另一端取出信號(hào) 廣播方式連接時(shí) 同一條傳輸鏈路上連接了多臺(tái)通信設(shè)備 任何一臺(tái)設(shè)備發(fā)送的信號(hào)都可能被別的設(shè)備所接收 用于DCS計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的主要傳輸介質(zhì)有 雙絞線 同軸電纜和光纖雙絞線 由兩根絕緣銅導(dǎo)線組成 一對(duì)線作為一條通信鏈路 通常 一定數(shù)量的這樣的雙絞線捆成一電纜 外面包著硬的保護(hù)性護(hù)套 單個(gè)雙絞線的兩個(gè)導(dǎo)線絞扭 可減少雙絞線之間的電磁干擾 RJ45接口 單段最大傳輸距離100米 網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì) 雙絞線常見的有3類線 5類線和超5類線 以及最新的6類線 前者線徑細(xì)而后者線徑粗 型號(hào)如下 1 三類線 用于語(yǔ)音傳輸及最高傳輸速率為10Mbps的數(shù)據(jù)傳輸 2 五類線 該類電纜增加了繞線密度 外套一種高質(zhì)量的絕緣材料 用于語(yǔ)音傳輸和最高傳輸速率為10Mbps的數(shù)據(jù)傳輸 是最常用的以太網(wǎng)電纜 3 超五類線 超5類具有衰減小 串?dāng)_少 并且性能得到很大提高 超5類線主要用于千兆位以太網(wǎng)1000Mbps 4 六類線 它提供2倍于超五類的帶寬 六類布線的傳輸性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于超五類標(biāo)準(zhǔn) 最適用于傳輸速率高于1Gbps的應(yīng)用 同軸電纜 分內(nèi) 外兩個(gè)導(dǎo)體組成 外導(dǎo)體 是一個(gè)空心圓柱形導(dǎo)體 它包裹著一個(gè)內(nèi)心線導(dǎo)體 兩者之間是絕緣材料 同軸電纜的這種結(jié)構(gòu) 使它具有高帶寬和極好的噪聲抑制特性 網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì) 基帶同軸電纜 如50 同軸電纜 用于基帶傳輸 寬帶同軸電纜 如75 電視天線電纜 用于寬帶傳輸 從外形和性能上說(shuō) 又分為粗纜和細(xì)纜 同軸電纜的數(shù)據(jù)傳輸速率 傳輸距離 可支持的節(jié)點(diǎn)數(shù) 抗干擾等性能優(yōu)于雙絞線 成本也高于雙絞線 但低于光纖 單段最大距離 細(xì)纜185米 粗纜500米接口 細(xì)纜 T型頭 粗纜 AUI 網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì) 光纖 即光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱 由內(nèi)外兩種折射率不同的材料構(gòu)成 內(nèi)層折射率高 外層折射率低 通過(guò)光的全反射進(jìn)行傳輸 有多模光纖與單模光纖之分 光收發(fā)器 將光信號(hào)轉(zhuǎn)成電信號(hào) 光端機(jī) 光端盒 一個(gè)連接光纜線路和尾纖的盒子 單模 多模光纖單模光纖僅能傳輸一個(gè)模式 而多模光纖能傳輸多個(gè)模式 單段最大距離 單模 傳輸4000多米 1000 2000米 介質(zhì)訪問(wèn)控制技術(shù) 各個(gè)站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送信息的基本關(guān)系 就是源 發(fā)送 站將信息送上網(wǎng)絡(luò) 然后目的 接收 站從網(wǎng)絡(luò)讀取信息 為了迅速正確地實(shí)現(xiàn)這些對(duì)網(wǎng)絡(luò)的存取訪問(wèn)過(guò)程 要有合理的存取控制方法 為解決同一時(shí)間多個(gè)設(shè)備爭(zhēng)用傳輸介質(zhì)則需要介質(zhì)訪問(wèn)技術(shù)常用的方法有 輪詢 Poll 令牌傳送 TokenPassing 帶有碰撞檢測(cè)的載波偵聽多重訪問(wèn) CSMA CD 1 輪詢 Poll 它是由主站向其他站逐個(gè)查詢 根據(jù)查詢到站的應(yīng)答信息 確定該站是否要發(fā)信 并確定是否讓其發(fā)信 這一站發(fā)送我按信息后通知主站 再繼續(xù)查詢 適用于集中控制的網(wǎng)絡(luò) 星形網(wǎng) 樹形網(wǎng) 總線網(wǎng) 在DCS中稱為1對(duì)N的控制方式 2 令牌傳送 TokenPassing 采用令牌傳送技術(shù)的有環(huán)形網(wǎng)或在邏輯序列上將節(jié)點(diǎn)連接成環(huán)的總線網(wǎng) 通信響應(yīng)時(shí)間具有確定性 實(shí)時(shí)性好 系統(tǒng)總的信息吞吐量大 令牌傳送為N對(duì)N通信中最好的 2 令牌傳送 TokenPassing 工作原理 環(huán)上有一個(gè)稱為令牌的信息包沿環(huán)中各節(jié)點(diǎn)依次傳送 該令牌有空 忙兩個(gè)狀態(tài) 在網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)時(shí) 由指定節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)空令牌送到網(wǎng)上傳送 對(duì)要傳送信息的節(jié)點(diǎn) 都要在令牌傳到自己并判斷為空時(shí) 才能把令牌置成忙 并發(fā)送含有數(shù)據(jù) 源地址 目的地址 檢錯(cuò)碼的信息包 然后發(fā)送到網(wǎng)上 目的站讀取該信息包后 仍然轉(zhuǎn)發(fā)該包 再回到發(fā)送站時(shí) 才撤消該包 并把令牌置成空 并將它傳給下一節(jié)點(diǎn) 如果令牌丟失或信息包在環(huán)上無(wú)限制循環(huán) 則由指定的監(jiān)視節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)中注入一個(gè)新令牌或?qū)⑿畔废?3 碰撞檢測(cè)的載波偵聽多重訪問(wèn) CSMA CD 網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)站共享一條傳輸線 就有可能發(fā)生傳輸線上的信息 碰撞 這種競(jìng)爭(zhēng)必須用一定策略消解 首先是載波偵聽多重訪問(wèn) 即 先聽后講 先進(jìn)行偵聽 判斷空閑發(fā)送數(shù)據(jù) 然后等待應(yīng)答信號(hào) 但仍然有可能發(fā)生碰撞 那么還需要加上 邊聽邊說(shuō) CD 即在發(fā)數(shù)據(jù)的同時(shí) 繼續(xù)對(duì)線路進(jìn)行偵聽 當(dāng)發(fā)現(xiàn)聽和說(shuō)的內(nèi)容不一致時(shí) 立即停止發(fā)送數(shù)據(jù) 而改發(fā)堵塞信號(hào) 等待一定時(shí)間后 再重復(fù)一邊上述過(guò)程 競(jìng)爭(zhēng)發(fā)送 廣播式傳輸 載波偵聽 碰撞檢測(cè) 等待時(shí)機(jī) 再試發(fā)送 特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 算法簡(jiǎn)單 成本低 可靠性高 負(fù)荷輕時(shí)延遲少 而總吞吐量也較好 負(fù)荷重時(shí)也能工作 缺點(diǎn) 通信延遲不確定 為檢測(cè)碰撞 要求在總線上任何位置 各站發(fā)出信號(hào)的幅度差別不能大 這在有時(shí)會(huì)增加技術(shù)難度適合突發(fā)性通信 以太網(wǎng) Ethernet 常用 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成 主機(jī) HOST 可帶終端 節(jié)點(diǎn)通信鏈路節(jié)點(diǎn)與通信鏈路統(tǒng)稱為通信子網(wǎng)主機(jī) 終端等統(tǒng)稱為資源子網(wǎng) 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按照覆蓋地域范圍的不同分為 廣域網(wǎng) 遠(yuǎn)程網(wǎng) 數(shù)公里以上局域網(wǎng) 局部網(wǎng) 幾米至幾千米 分布式多處理機(jī) 幾米以內(nèi) 回顧 曼徹斯特編碼通信系統(tǒng)的性能指標(biāo) 有效性指標(biāo) 可靠性指標(biāo) 信道頻率特性 介質(zhì)帶寬 信道容量 信噪比局域網(wǎng)將地理位置不同且具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 通過(guò)通信設(shè)備和線路將它們連接起來(lái) 有功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 信息交換方式 控制程序和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源 硬件 軟件 信息 的共享 這樣的系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì) 點(diǎn)對(duì)點(diǎn) 廣播方式 雙絞線 同軸電纜 光纖 回顧 介質(zhì)訪問(wèn)控制技術(shù)輪詢 Poll 令牌傳送 TokenPassing 帶有碰撞檢測(cè)的載波偵聽多重訪問(wèn) CSMA CD 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)廣域網(wǎng) 遠(yuǎn)程網(wǎng) 局域網(wǎng) 局部網(wǎng) 分布式多處理機(jī) 幾米以內(nèi) 現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)場(chǎng)總線又稱現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò) 特殊計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 是用于完成自動(dòng)化任務(wù)的網(wǎng)絡(luò) 特殊性表現(xiàn)在 設(shè)備類型 具有計(jì)算及通信能力的測(cè)控設(shè)備 性能較低信息類型 信息量低 傳輸速率低 數(shù)據(jù)幀短 實(shí)時(shí)性高 可靠性高網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行任務(wù) 連接現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控裝置工作環(huán)境 現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性 現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)不同于通用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的最大特點(diǎn)在于實(shí)時(shí)性要求 即網(wǎng)絡(luò)需要現(xiàn)場(chǎng)通訊實(shí)時(shí)性的要求 在確定的時(shí)限內(nèi)完成信息的傳送 這里所說(shuō)的 確定 的時(shí)限是指 無(wú)論在何種情況下 信息傳送都能在這個(gè)時(shí)限內(nèi)完成 而這個(gè)時(shí)限則是根據(jù)被控制過(guò)程的實(shí)時(shí)性要求確定的 同步通信和異步通信 1 異步通信 每次傳送一個(gè)字符 5 8比特 每個(gè)字符前面加1位起始位 0 后面加1位校驗(yàn)位和1 2位停止位 1 不傳送字符時(shí)連續(xù)傳送 1 接受器根據(jù) 1 到 0 的跳變識(shí)別起始位 確定有新的字符發(fā)送時(shí) 啟動(dòng)定時(shí)器 2 同步通信 同步通信是比異步通信更有效的通信方式 在字符之間不加起始位 校驗(yàn)位和停止位等 而成塊 數(shù)據(jù)禎 的傳送字符或比特流 單工通信和雙工通信 1 單工通信 數(shù)據(jù)只能沿單一方向進(jìn)行發(fā)送或接收 為了保證數(shù)據(jù)正確接收提供是否重發(fā)的信息 還要有一個(gè)反向的應(yīng)答信號(hào) 2 雙工通信半雙工通信 數(shù)據(jù)可沿兩個(gè)方向交替?zhèn)魉?但同一時(shí)刻只能沿一個(gè)方向傳送 兩個(gè)方向的應(yīng)答信號(hào)使用同一信道 因此要有控制信號(hào)流向的設(shè)備 RS485 全雙工通信 在兩個(gè)方向上的數(shù)據(jù)和應(yīng)答信號(hào)均可同時(shí)傳輸 有四條獨(dú)立的信道 RS422 B A B A B A 數(shù)據(jù) 應(yīng)答 應(yīng)答 應(yīng)答 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) a b c 數(shù)據(jù)傳送中的差錯(cuò)控制 例如 發(fā)送端碼元序列 C 01001101011接收端碼元序列 R 01100110001錯(cuò)誤碼元序列 E C R 00101011010 1 表示錯(cuò)誤 0 表示正確 突發(fā)錯(cuò)誤的特點(diǎn) 某一碼元出錯(cuò)與其前后碼元有相關(guān)性 往往使錯(cuò)誤成串密集的產(chǎn)生 成串的突發(fā)錯(cuò)誤中第一個(gè)錯(cuò)誤位到最后一個(gè)錯(cuò)誤位之間的長(zhǎng)度 中間可以有不錯(cuò)的位 稱為突發(fā)長(zhǎng)度 采取屏蔽措施 選擇合理的調(diào)制方法 如調(diào)相 提高信噪比等 可以大大降低但不能完全消除差錯(cuò) 目前一般通訊電路中 傳輸率為600 2400bps之間 誤碼率為10 4 10 6 高速傳輸?shù)恼`碼率為10 2 10 4 對(duì)DCS系統(tǒng)的傳輸 誤碼率要求低于10 9 數(shù)據(jù)通信中為實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)傳送而使用的技術(shù)稱為差錯(cuò)控制 應(yīng)用抗干擾碼和糾錯(cuò) 差錯(cuò)噪聲 白噪聲 分子熱運(yùn)動(dòng)引起 隨機(jī)錯(cuò)誤 沖擊噪聲 電磁干擾引起 突發(fā)錯(cuò)誤 1 抗干擾編碼的基本思想 人們交談時(shí) 有時(shí)并沒(méi)有聽懂對(duì)方講話的每個(gè)字 每個(gè)名 但是卻能夠懂得對(duì)方講話的含義 因?yàn)檎Z(yǔ)言中的字與字 名與名之間存在著相關(guān)性和規(guī)律性 抗干擾編碼就是基于這種思想 使原來(lái)不帶規(guī)律性或規(guī)律性不強(qiáng)的信息序列I 變換為帶上規(guī)律性或使其規(guī)律性加強(qiáng)的序列C 接收端在接收時(shí) 可利用這種規(guī)律性進(jìn)行檢驗(yàn) 解碼 從而發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤 告訴發(fā)送端重發(fā) 或自行糾正錯(cuò)誤 在具體編碼時(shí) 就是在原始序列I的后面 以一定的規(guī)則加入一些冗余碼元 加入的冗余碼元稱監(jiān)督碼元或校驗(yàn)碼元 因此 用抗干擾編碼的方法提高數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的可靠性是以犧牲有效性作代價(jià)的 檢錯(cuò)碼 指能檢查出差錯(cuò)的碼 糾錯(cuò)碼 不僅能發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)而且能自動(dòng)糾正差錯(cuò)的碼 2 差錯(cuò)控制的基本方式 1 自動(dòng)糾錯(cuò) 方式 發(fā)送端發(fā)送能夠糾錯(cuò)的碼 接收端收到這些碼后 通過(guò)糾錯(cuò)碼譯碼器不僅能自動(dòng)的發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤 而且能自動(dòng)的糾正傳輸中的錯(cuò)誤 然后再把已糾正的數(shù)據(jù) 或信息 送給接收端 稱為前向糾錯(cuò) 簡(jiǎn)稱FEC 優(yōu)點(diǎn) 不需貯存和反饋信道 能用于單向通信 適合不延遲實(shí)時(shí)通信系統(tǒng) 缺點(diǎn) 編碼必須與信道的噪聲干擾情況緊密對(duì)應(yīng) 要求附加的監(jiān)督碼元多 傳輸效率低 解碼設(shè)備復(fù)雜 2 檢錯(cuò)重發(fā) 方式 發(fā)送端發(fā)送能檢測(cè)差錯(cuò)的碼 接收端檢驗(yàn)傳輸中有無(wú)差錯(cuò)產(chǎn)生 并把檢驗(yàn)結(jié)果經(jīng)反饋信道送回到發(fā)送端 發(fā)送端根據(jù)反饋信息把接收端認(rèn)為有錯(cuò)信息再次發(fā)送 直到接收端判定無(wú)錯(cuò)為止 稱為反饋重發(fā)糾錯(cuò) 簡(jiǎn)稱ARQ 優(yōu)點(diǎn) 比自動(dòng)糾錯(cuò)能力強(qiáng) 編碼與信道的噪聲干擾情況無(wú)關(guān) 要求附加的監(jiān)督碼元少 傳輸效率低 解碼設(shè)備簡(jiǎn)單 缺點(diǎn) 需貯存器和反饋信道 只能用于雙向通信 有時(shí)需要多次重發(fā) 實(shí)時(shí)性不強(qiáng) 而且不論錯(cuò)誤多少 一有錯(cuò)就要反饋重發(fā) 效率低 3 自動(dòng)糾錯(cuò)與檢錯(cuò)重發(fā)結(jié)合的混合糾錯(cuò)方式 3 檢錯(cuò)碼 糾錯(cuò)碼 2 循環(huán)冗余碼 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和DCS中主要應(yīng)用的抗干擾碼 A 線性碼 r個(gè)校驗(yàn)碼元的每一個(gè)都是該碼字中某些信息碼元的模2和 即按照線性關(guān)系相加 這樣組成的長(zhǎng)度為n k r的碼 稱為線性碼 表示為 n k 例如 7 3 三個(gè)信息碼元C6C5C4 四個(gè)校驗(yàn)碼元C3C2C1C0 可按以下線性關(guān)系求得C3 C6 C4C2 C6 C5 C4C1 C6 C5一致檢驗(yàn)方程組C0 C5 C4封閉性 許用碼字對(duì)應(yīng)位模2相加 仍為許用碼字 3 檢錯(cuò)碼 糾錯(cuò)碼 B 循環(huán)碼 n k 線性碼 V V0 V1 V2 VN 1 各位循環(huán)右移 仍為許用碼字 碼多項(xiàng)式V x 把碼字V的各位看作是一個(gè)多項(xiàng)式的系數(shù) 而X的冪次指出每一系數(shù)在碼字中所處的位置 即 V x Vn 1xn 1 Vn 2xn 2 V0可以證明存在g x 在 n k 循環(huán)碼中 每個(gè)碼多項(xiàng)式C x 都是g x 的倍式 而每個(gè)為g x 倍式且次數(shù)小于或等于 n 1 的多項(xiàng)式 必是一個(gè)碼多項(xiàng)式 生成多項(xiàng)式g x V x m x g x 3 檢錯(cuò)碼 糾錯(cuò)碼 系統(tǒng)碼 每一個(gè)碼字的前K位為信息位 后面n k位為校驗(yàn)位C 系統(tǒng)循環(huán)碼的生成 用m個(gè)數(shù)據(jù)位對(duì)應(yīng)的碼多項(xiàng)式乘以x的 n k 次冪后 再除以生成多項(xiàng)式g x 模2運(yùn)算 把所得余式對(duì)應(yīng)的碼字和數(shù)據(jù)碼接在一起 例 m 101 g x 1 x x x則 m x 1 x 乘以x 得到x x 除以g x 得余式 x 1 及碼多項(xiàng)式V X x x x 1V 1010011 2 4 6 4 6 4 3 4 2 3 檢錯(cuò)碼 糾錯(cuò)碼 D 循環(huán)碼檢錯(cuò) 發(fā)送端把碼字發(fā)送出去 接受端把收到的信息所對(duì)應(yīng)的碼多項(xiàng)式除以同一個(gè)生成多項(xiàng)式 若能整除則無(wú)差錯(cuò) n k 循環(huán)碼可以檢查出 全部單錯(cuò) 全部雙錯(cuò) 全部奇數(shù)個(gè)錯(cuò)全部不大于r位的突發(fā)錯(cuò) r n k 1 2 100 的r 1位突發(fā)錯(cuò) 1 2 100 的多于r 1位突發(fā)錯(cuò) r 1 r 3 檢錯(cuò)碼 糾錯(cuò)碼 D 循環(huán)碼檢錯(cuò) 常用循環(huán)冗余瑪?shù)纳啥囗?xiàng)式 CRC 12 X X X X X 1CRC 16 X X X 1CRC CCITT X X X 1DCS常用16位的CRC碼 12 11 3 2 16 15 2 16 12 5 例 不同編碼位數(shù)發(fā)送天氣預(yù)報(bào)的糾錯(cuò)情況從表中可知 情形1用1個(gè)bit表示兩種狀態(tài) 沒(méi)有冗余狀態(tài) 因此沒(méi)有任何檢 糾錯(cuò)能力 情形2用2個(gè)bit表示兩種狀態(tài)11 晴 00 雨 常把11 00稱為許用碼字 還有兩種不被使用的狀態(tài)01 10稱為禁用碼字 當(dāng)許用碼字錯(cuò)一位 就變成禁用碼字 因此可以判斷有一位錯(cuò)了 但還是不知道到底哪位錯(cuò)了 情形3用3個(gè)bit表示兩個(gè)許用碼字111 晴 000 雨 因此還有6個(gè)禁用碼字 此時(shí)當(dāng)發(fā)生一位錯(cuò)碼時(shí) 例如111錯(cuò)成110 不僅可以檢測(cè)錯(cuò)誤 而且根據(jù)最大似然法可以糾正錯(cuò)誤 當(dāng)發(fā)生兩位錯(cuò)碼時(shí) 例如000錯(cuò)成101 仍然可以檢測(cè)出有錯(cuò)誤 多路復(fù)用技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù)