现场总线大作业
DCS及现场总线技术大作业题目及评分标准
2015-2016学年上学期DCS及现场总线期末考试要求及评分标准一、考试要求：题目: 某小型工厂想要建设一个小型计算机工业控制系统，其现场设备包括各种检测仪表及执行装置，（其中AI点100个，DI点20个，AO点22个，DO 点8个，PID控制回路8个：其中温度控制回路4个，液位控制回路2个，浓度控制回路2个）。
按照工业控制系统网络标准结构（按DCS三层结构或者FCS 两层结构均可），请画出相应的控制系统结构图，详细阐述控制系统各层的硬件组成，阐述组态软件需要实现的功能。
文档要求：题目，宋体，三号字，加粗，居中。
正文：标题，宋体，四号字，加粗；内容，宋体，四号字，单倍行距。
字数要求3000，图至少２副，表至少１张。
二、评分标准：1、画出整个控制系统结构图40分。
系统结构图正确和合理，阐述清楚控制系统的结构层次，给40分。
每一处没有描述清楚，扣2-5分。
2、详细阐述控制系统各层的硬件组成，现场层配置相应点数的输入输出点，过程控制层配置相应的控制站，阐述相应的机柜――机笼、主控卡，数据转发卡，I/O卡件……。
监控层配置一台操作员站，一台工程师站。
按层次描述主要设备及其功能完整并能正确合理描述，给30分，每漏一处扣5分，每错一处扣3-5分。
3、阐述组态软件需要组态的流程图画面、控制算法组态、报警组态和报表组态等。
完整并能正确描述，给30分，每漏一处扣5分，每错一处扣3-5分。
现场层现场仪表及执行装置1现场仪表及执行装置2现场仪表及执行装置3 控制系统结构图液位控制站PLC温度控制站PLC 浓度控制站PLC控制层通讯接口监控层CC-Link工程师站操作员站LANRS485。
现场总线实训报告
重庆大学研究生专业实验教学实验报告书实验课程名称：实验指导教师：学院：专业及类别：学号：姓名：实验日期：成绩：现场总线控制实验赖俊峰自动化学院控制工程（专业）2012年5月27日重庆大学研究生院制1．了解slc500可编程逻辑控制器的组成结构以及rslinx通信软件，rslogix500编程/调试软件。
2．了解slc500中1747-sdn设备扫描器模块、i/o模块、i/o机架和电源的工作方式。
3．了解devicenet硬件设备的结构以及工作方式。
4．通过将编辑好的程序上传到slc500，控制数字量输出模块(2槽)的显示灯的点亮，关闭以及闪烁以及多个显示灯的循环点亮。
5．通过配置网络，扫描传输线上的设备，达到通过手动控制台控制2槽显示灯的点亮，关闭以及闪烁的目的。
二、实验仪器设备表1 主站硬件配置表图1 硬件装置简图pc机通过串口与cpu连接实现通讯，以进行程序的调试、下载与状态的读取。
扫描器1747-sdn作为plc和devicenet间的接口 ,其作用是进行设备数据的采样和格式转换。
扫描器与设备之间的数据交换通过扫描器 1747-sdn来实现。
网络连接好之后 ,在现场总线上接入一台配置计算机 ,计算机通过一个rs-23接口模块(1770-kfd)与devicenet相连，计算机内装有设备网管理软件 rsnetwork和plc编程软件。
通过rsnetwork软件组态扫描器的数据表 ,来确定扫描器扫描哪些网络现场设备及一些扫描所需的基本参数 ,如扫描的方式与间隔等 ,从而确定哪些设备由plc来监控。
智能化的每个设备的数据和参数都保存在它自己的输出缓冲区中，各设备的数据和状态参数的格式及大小都不尽相同。
工作时, devicenet扫描器1747-sdn以一定的方式依次扫描各个设备 ,采样其参数 ,并将采集到的数据映射到扫描器中与扫描方式相对应的数据缓冲区而转换成plc能接受的数据格式供plc控制器读取。
现场总线大作业
现场总线网络应用及技术实现——基于以太网的现场总线在工控网络中应用姓名：殷文杰学院：电力学院专业：自动化学号： 201110426基于以太网的现场总线在工控网络中的应用摘要：由于以太网具有应用广泛、价格低廉、通信速率高、软硬件产品丰富、应用支持技术成熟等优点，目前它已经在工业企业综合自动化系统中的资源管理层、执行制造层得到了广泛应用，并呈现向下延伸直接应用于工业控制现场的趋势。
加上现场总线在工控网络中的便捷性、统一性，从目前国际、国内工业以太网技术的发展来看，基于以太网的现场总线在制造执行层已得到广泛应用，并成为事实上的标准。
未来工业以太网将在工业企业综合自动化系统中的现场设备之间的互连和信息集成中发挥越来越重要的作用。
关键字：现场总线、工业以太网、工控网络目录摘要1现场总线概述 (4)1.1什么是现场总线 (4)1.2现场总线控制系统的优越性 (4)1.3现场总线的不足 (5)1.4现场总线发展趋势 (5)2工控网络 (6)2.1什么是工控网络 (6)2.2工控网络中现场总线与以太网的结合 (6)2.3基于以太网的现场总线已成为工业控制网络的发展方向 (7)3.基于以太网的现场总线在工控网络中应用（以煤矿电力监控系统为例） (8)3.1系统简介 (8)3.2 基于工业以太网加现场总线的电力监控系统的构成 (8)4 电力监控系统的主要功能 (9)5 结语 (10)4发展愿景 (10)基于以太网的现场总线在工控网络中应用1现场总线概述1.1什么是现场总线它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。
是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。
主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。
主要用于制造业、流程工业、交通、楼宇、电力等方面的自动化系统中。
1.2现场总线控制系统的优越性现场总线控制系统使工业过程控制发生了很大变化，它具有如下优越性：（l）现场总线使得智能变送器中安装的微处理器能够直接与数字控制系统通信，而不要I／O转换，节约了费用；（2）现场总线可以取代每个传感器到控制器的单独布线，减少了连线费用；（3）现场总线可以将一些先进功能，如线性化、工程量转换以及报警处理等赋予现场总线仪表，提高了现场仪表的精度和可靠性；（4）现场总线可提供控制装置与传感器、执行器之间的双向通信，方便了操作员与被控设备之间的交互；（5）现场总线使得专门根据现场总线开发的现场仪表的使用成为可能，并将最终取代单变量模拟仪表，减少了仪表的购置、安装与维修费用；（6）现场总线的开放性将使用户有可能对备仪表厂商的产品任意进行选择，井组成系统，而不必考虑接口是否匹配。
现场总线作业
基于工业以太网的滤棒装盒机控制系统的设计1 简介滤棒装盒机是烟草企业生产线中非常重要，也是比较复杂的机器。
滤棒是香烟生产必需的产品，所以提高自动化程度和生产效率能够更好的匹配香烟的生产速度，有效降低劳动成本。
滤棒装盒机与滤棒成型机相连，完成滤棒生产、装盒、输送，实现滤棒装盒的自动化。
本课题依据现有的机械部分进行滤棒装盒机的控制系统设计。
配合现有的机械部分完成滤棒装盒机的功能。
首先应清楚滤棒装盒机实现的功能。
滤棒装盒机从成型机接料，然后装进空盒，盒满后完成封箱动作并输送到下一个生产流程。
这就需要装盒机能够自动抓取空盒输送到装盒位置进行装盒，在盒满后能自动进行封箱动作并输送到下一个生产流程，完成装盒机的工作。
同时，滤棒装盒机还包括现场总线技术。
根据设计要求，设计电控系统配合机械部分完成滤棒装盒机的功能，即为本课题的主要内容。
2 总体设计方案滤棒装盒机控制系统主要用于滤棒生产线，通过与滤棒成型机连接，完成滤棒生产、装盒、输送，实现滤棒装盒的自动化。
本课题要求使用德国倍福电气公司的软PLC作为控制器，利用工业以太网中的EtherCAT总线、伦茨伺服驱动系统、施耐德变频器和相关的低压电气元器件等实现硬件设计。
2.1滤棒装盒机的结构根据滤棒装盒机的功能可将其分为几大部分：空盒机构、升降机构、装盒机构、封箱机构、满盒直推机构、满盒输送机构、整理机构、输送机构。
对于空盒机构、升降机构、装盒机构、满盒直推机构、满盒机构来说，不仅需要调节速度，而且对位置精度有较高要求。
使用伺服系统满足其要求。
而对于整理机构和输送机构来说，只需调节电机速度即可，所以使用变频器系统即可满足要求。
在滤棒装盒机中的信号传输和控制器，根据要求采用工业以太网中的EtherCAT总线和倍福公司的控制器。
相应的模块和端子也必须采用倍福公司的产品。
从上位机输送的滤棒首先进入料斗，对喂料起缓冲作用，同时装有整理电机。
料斗不同的料位对应不同的动作。
在料位低于最低料位要求时，除上位机输送电机外所有动作停止，等待料位重新上升到正常料位。
现场总线技术的应用分析
现场总线技术的应用分析在设备使用现场和设备控制之间有一个非常重要的连接就是现场总线。
现场总线技术的好坏直接影响设备的电气控制。
因此在设备的使用现场一定要采取适当的现场总线技术来应对现场的设备电气控制。
文章主要针对现场总线技术的具体应用来进行详细的阐述和分析，希望通过文章的阐述和分析能够为我国的设备电气控制方面的发展和创新贡献自己的力量。
标签：现场；总线；技术应用在设备的使用场地现场总线通常也被叫做开放式数字化方式的多点通信控制网络。
现场总线主要是作为一种串联通信系统存在的。
现场的设备控制和中控微机之间的双向连接和控制就是现场总线技术的主要应用。
现场总线在现场的应用过程中具有四个特色的通信系统。
分别是全数字化的通信系统；双向控制通信系统；多变量控制系统和多点多站。
现场的总线技术主要有五个作用。
第一个作用是现场总线技术的应用能够实现现场的通信网络的畅通；第二个作用是现场总线技术的应用能够实现现场设备之间的控制互连；第三个作用是现场总线技术的应用能够实现设备的控制相互互换操作性能；第四个作用是现场总线技术的应用能够有效的实现设备的分散模块处理；第五个作用是现场的总线技术的应用能够有效的实现设备控制方面的开放互连。
现场总线在现场的应用过程中有很多的优点，下面举例说明。
现场总线技术完全实现了现场的全部数字化通信应用；现场总线技术在应用的过程中已经完全实现了现场控制部件的全部互换；现场总线技术在设备的控制过程中能够进行分散式的控制。
现场总线在控制过程中能够一次传送多个变量信号，并且保障变量信号的保真。
在现场总线应用过程中，由于采用了最先进的设备仪表，使用了多变量的信号传送器，这样能够有效的保障测试精准度，提升控制系统的自治能力。
1 现场总线产品类型在上世纪八十年代中期，现场总线在世界范围内有了非常大的发展，欧洲的很多国家都相继推出了属于自己的现场总线产品，同时还不断推出了行业标准，但是行业标准长时间内没有一个统一的标准。
现场总线大作业
Profibus现场总线在现代污水处理厂中的应用姓名：李杰专业：自动化学号：2011104191、Profibus 现场总线系统控制系统的发展经历了模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散性控制系统、现场总线控制系统4个阶段。
现场总线控制系统之所以取代前几种系统成为新一代的控制系统，一方面它突破了集散控制系统( Total Distributed Control System，DCS)采用专用通信网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把 DCS 的集中和分散相结合的集散系统结构变成了新兴的全分布式结构，把控制功能完全放在现场。
与传统的控制系统相比，它具有体系结构开放、系统集成灵活方便、硬件智能化、传输数字化、控制计算机高品质化的特点。
可以说，开放性、分散性、数字通信是现场总线系统最显著的特点．Profibus系列由 Profibus－DP( Decentralized Periphery)，Profibus－FMS( Fieldbus Message Specification)，Profibus － PA( Process Automation) 3 个兼容部分组成。
通常来说，现场级采用 Profibus － DP 现场总线，车间单元级采用 Profibus － FMS 总线，工厂级采用工业以太网。
污水处理厂现场级采用 Profibus－DP 技术来实现水厂的自动控制和现场设备的实时监控。
用户数据在 DPM1 （第Ⅰ类主站）和相关 DP 从站间的传输按照 DPM1 既定的顺序自动执行。
Profibus 可构成单主站或多主站系统，它使得系统配置的灵活性大大增强。
这些主站和各自的从站构成相互独立的子系统，每个子系统都有一个 DPM1 指定的若干从站及可能的 DPM2（第Ⅱ类主站）设备。
任何一个主站都可以读取 DP 从站的输入 /输出影像，但只有一个DP 主站允许对 DP 从站写入、输出数据。
集散控制系统与现场总线试题习题及答案全解
集散控制系统与现场总线试题习题及答案全解本答案仅供参考。
第1章绪论1.1 什么是过程计算机控制系统？它由哪⼏部分组成？通过具体⽰例说明。
答：它是指由被控对象、测量变送装置、计算机和执⾏装置构成，以实现⽣产过程闭环控制的系统，它综合了计算机过程控制和⽣产⼯艺过程。
例如温度控制系统。
1.2 计算机控制⼯业⽣产过程有哪些种类型？答：计算机控制⼯业⽣产过程⼀般有五种类型：操作指导控制系统；直接数字控制系统；监督控制系统；集散控制系统；现场总线控制系统。
1.3 计算机控制系统的硬件⼀般有哪⼏⼤主要组成部分？各部分是怎样互相联系的？其中过程通道有⼏种基本类型？它们在系统中起什么作⽤？答：计算机控制系统的硬件⼀般包括：主机、外部设备、过程输⼊输出设备。
两个过程通道，⼀个是输⼊通道，另⼀个为输出过程通道。
输⼊过程通道包括：A/D通道----把模拟信号转换成数字信号后再输⼊；DI通道-----直接输⼊开关量信号或数字量信号。
输出过程通道包括：D/A通道----把数字信号转换成模拟信号后再输出；DO通道-----直接输出开关量信号或数字量信号。
1.4 直接数字控制系统的硬件由哪⼏部分组成？答：直接数字控制系统的硬件主要有计算机（主机）、过程输⼊输出通道、操作台和计算机辅助设备组成。
如下图所⽰。
1.5 数字PID 控制算法有⼏种形式？各有什么特点？答：数字PID 控制算法有位置式、增量式、速度式三种形式。
PID 位置式根据偏差计算阀门的位置，PID 增量式根据偏差计算阀门的变化；PID 速度式根据偏差变化程度计算阀门的变化。
1.6 试推导计算机控制系统PI 控制算法的位置式、增量式和速度式。
答：模拟PI 控制算法为])(1)([)(0?+=tI p dt t e T t e k t u 其中，p k ----⽐例增益I T ----积分时间常数在采样周期相当短暂时，⽤矩形法近似代替积分项∑?=≈ki t i Te dt t e 00)()(，其中T 为采样周期，k 为采样序号。
现场总线习题及答案
习题及答案第1章1.1简述自动控制系统发展的5个阶段。
答：(1)基地式气动仪表控制阶段PCS（Pneumatic Control System）(2)表控制系统ASC（Analogous Control System ）(3)数字控制系统CCS（Computer Control System ）(4)控制系统DCS（Distributed Control System ）(5总线控制系统FCS（Fieldbus Control System ）1.2什么是现场总线控制技术？答：IEC/SC65C定义：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字、串行和多点通信的数据总线，称为现场总线。
1.3现场总线控制技术的国际标准有哪些？答：1） IEC61158国际标准共有10种类型：(1) Type1 TS61158 现场总线。
(2) Type2 ControlNet 和Ethernet/IP 现场总线。
(3) Type3 Profibus现场总线。
(4) Type4 P-NET现场总线。
(5) Type5 FF HSE现场总线。
(6) Type6 Swift-Net 现场总线。
(7) Type7 WorldFIP现场总线。
(8) Type8 INTERBUS现场总线。
(9) Type9 FF H1现场总线。
(10) Type10 PROFInet现场总线，2）IEC TC17B有3种国际标准：(1) SDS（Smart Distributed）(2) ASI(Actuator Sensor Interface)(3) Device Net3）ISO-OSI11898有1种国际标准：CAN(Control Area Network)1.4典型的现场总线控制技术有哪些？答：（1）PROFIBUS现场总线控制技术。
（2）基金会现场总线控制技术（FF）。
（3）LonWorks现场总线控制技术。
现场总线作业 CAN论文
基于CAN总线的变电站监控系统的设计摘要现场总线是自动化领域的计算机网络，是当今自动化领域技术发展的热点之一。
它以总线为纽带，将现场设备连接起来成为一个能够相互交换信息的控制网络，是一种双向串行多节点数字通信的系统。
CAN总线是现场总线的一种，它最初被应用于汽车的控制系统中。
由于其卓越的性能，CAN总线的应用范围已不再局限于汽车工业，被广泛应用到自动控制、楼宇自动化、医学设备等各个工业控制领域。
本文介绍了现场总线及其特点，然后以CAN总线为重点，说明了CAN总线的特点及工作原理。
接着分析了CAN总线在电气控制领域的应用，以在变电站监控系统中的应用为重点，根据变电站监控系统通信网络的特点和要求提出自己的设计思想。
关键字：现场总线、CAN总线、控制系统、变压器第一章现场总线介绍现场总线是应用于现场智能设备之间的一种通信总线，广泛应用于制造工业自动控制和过程工业自动控制领域。
按现场应用的不同要求和规模，现场总线可分为执行器传感器现场总线、设备现场总线和全服务现场总线。
按照国际电工委员会IEC/SC65C的定义，安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行和多点通信的数据总线称为现场总线。
现场总线是应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的网络，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。
这种网络是用作现场控制系统的、直接与所有受控(设备)节点串行相连的通信网络。
现场总线网络既是一个开放的通信网络，又是一个全分布式控制系统。
它作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线上、作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化系统，实现基本的控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及控制、管理一体化的综合自动化功能。
因此，现场总线是一项集嵌入式系统、控制、计算机、数字通信、网络技术为一体的综合技术。
现场总线的优点：①节约硬件数量和投资。
安装在现场的现场总线仪表具有一表多能的特色。
现场总线作业打印
传统DCS与FCS在现场布线方面有什么区别?1、DCS显示、操作、管理集中；控制、负载、危险分散；自封闭、信息孤岛；FCS开放，全分布式的控制系统。
FCS取消了控制站，DCS控制依赖控制站。
2、现场总线多块仪表共用一块安全栅，DCS每块仪表均配一块安全栅。
3、FCS控制在现场中完成，DCS控制在控制站中完成。
4、FCS信息是双向的；DCS信息是单向的。
什么是完整的现场总线定义？现场总线是以测量控制设备作为网络节点，以双绞线等传输介质作为纽带，把位于生产现场、具备了数字计算和数字通信能力的测量控制设备连接成网络系统，按照公开、规范的网络协议，在多个测量控制设备之间、以及现场设备与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成适应各种应用需要的自动控制系统。
现场总线有哪些特点？结构特点：1、设备之间采用网络式连接是其在结构上最显著的特征之一。
2、现场总线中，由于设备增强了数字计算能力，有条件将各种控制计算功能模块、输入输出功能模块置入到现场设备之中。
借住现场设备所具备的通信能力，直接在现场完成测量变送仪表与阀门等执行机构之间的信息传送，实现了彻底分散在现场的全分布式控制。
技术特点：1系统的开放性；2互可操作性；3通信的实时性和确定性；4现场设备的智能与功能自治性，智能体现在现场设备的数字计算与数字通信能力；5对现场环境的适应性.现场总线有哪些优点？1节省硬件数量与投资；2节省安装费用；3节省维护开销；4用户具有系统集成主动权；5提高系统的准确性和可靠性；6更少的设计，简化图纸；7简化控制系统的工程实施；8减少导线、端子排、机柜、分线盒、桥架；9简化接线；10组态简单；11可查看的信息增加；12完整的诊断信息；13可在线校验，量程调整，调零；14减少停机时间，降低费用；15系统具有开放性。
IEC规定的国际现场总线标准主要包括哪些现场总线？1：IEC 61158技术规范；2:Control Net现场总线；3:Profibus 现场总线；4：P-net 现场总线；5：FF HSE；6：Swift Net现场总线；7：World FIP现场总线；8：Interbus 现场总线。
现场总线控制技术作业
现场总线控制技术作业1. 为了实现数据的可靠传输，在通信过程中常采取一些差错检测措施。
常用的检错方式有奇偶校验、求和校验、纵向冗余校验、循环冗余校验等。
说简要明这些检错方式的原理及其实现方法，并编写程序代码(C语言编写)。
答：（1）奇偶校验：奇偶检验是常用的检错方法。
其原理是在7单位的ASCII 代码后增加一位，是码中“1”的个数成奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。
经过传输后，如果其中一位（包括奇数个位）出错，则接收端按同样的规则就能发现错误。
例如，规定收发双方采用偶校验，在接收端收到的包括校验位在内的各单位数据域中，如果出现的1的个数是偶数，就表明传输是正确的，数据可用。
如果某个数据域中1的个数不是偶数，就表明出现传输错误。
程序代码：int even_parity（int value，int n_bits）；%party初始值为0 {while（n_bits>0）{parity+=value&1;value>>=1;n_bits-=1;}return(parity%2)==0;}（2）求和检验：求和校验在发送端将数据分为k段，每段均为等长的n比特。
将分段1与分段2做求和操作，再逐一与分段3至k做求和操作，得到长度为n 比特的求和结果。
将该结果取反后作为校验和放在数据块后面，与数据块一起发送到接收端。
在接收端对接收到的、包括校验和在内的所有k+1段数据求和，如果结果为零，就认为传输过程没有错误，所传数据正确，如果结果不为零，则表明发生了错误。
程序代码：unsigned short checksum(unsigned short *buf,int nword){ unsigned long sum;for(sum=0;nword>0;nword--)sum += *buf++;sum = (sum>>16) + (sum&0xffff);sum += (sum>>16);return ~sum; }（3）纵向冗余校验：纵向冗余校验(LRC)是一种从纵向通道上的特定比特串产生校验比特的错误检测方法。
现场总线作业
基于CAN总线的楼宇智能环境检测系统的设计某楼宇有多个房间（如下图所示），其中一个房间可用于集中监测室，每个房间都安装温度传感器并通过CAN总线检测到的温度，温度信号，发送到监控室中的上位机（PC）用于随时监测个房间的环境状况。
PC1 2 3 41），介绍CAN网络层次结构。
2），介绍CAN总线通信协议的报文格式。
3），在总线上传输的报文以帧结构进行传输，与CAN总线传输相关的关键技术是什么？实施过程是什么？4），进行测量结点的硬件设计（基于AT89S51，SJA1000的CAN总线智能结点的总结设计）。
5），进行软件设计，包括AT89S51编程，CAN通讯协议等（CAN结点初始化，报文发送和报文接收三部分的设计做一个描述）。
一，介绍CAN 网络层次结构。
参照OSI 标准模型，CAN 分为数据链路层和物理层。
而数据链路层又包括逻辑链路层LLC （Logic Link Control ）和媒体访问控制层MAC （Medium Access Control ）。
CAN 通信模型的分层结构。
（《现场总线技术及其原理》P62）图二：OSI 七层模型 图一：CAN 的通信参考模型MAC 子层是CAN 协议的核心。
MAC 子层要为开始一次新的发送确认总线是否可用，在确认总线空闲后开始发送。
物理层规定了结点的全部电气特性，并规定了信号如何发送，因而涉及位定时，位编码和同步的描述。
一般来说，在一个总线段内，要实现不同结点间的数据传输，所有结点的物理层应该是相同的。
数据链路层LLC接收滤波 超载通州 恢复管理MAC 数据封装 / 拆装帧编码（填充 / 解除填充） 媒体访问管理 错误检测 出错标定 应答串行化 / 解除串行化 物理层位编码 / 解码 位定时 同步驱动器 / 接收器特性 连接器应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层二，介绍CAN总线通信协议的报文格式。
CAN的技术规范包括A和B两个部分，CAN2.0A规范所规定的报文帧被称为标准格式的报文帧，他具有11位标示符。
现场总线技术作业
现场总线技术作业二P1031.构成H1网段的基本硬件有哪些？答：H1的参考模型具备物理层、数据链路层、应用层和用户层。
其通信模型分为三个部分：通信实体、系统管理内核和功能块应用进程，各部分之间通过虚拟通信关系VCR来沟通信息。
2.H1网段中周期性通信和非周期性通信分别用于传输什么类型的参数？哪种参数是有通信实时性要求的参数？答：周期性通信一般用于在控制回路内部的设备间传送定时刷新的控制数据，例如：现场变送器传送测量值，执行器之间或者控制输出信号。
非周期性通信用于传递令牌协议数据单元PT DLPDU。
周期性通信传输的参数是有通信实时性要求的。
3.H1网段上链路活动调度器LAS的作用有哪些？答：链路活动调度器LAS向现场设备发送强制数据CD。
按照链路活动调度器内保留的调度时间表，向网络上的现场设备发送CD，使得现场设备有机会周期性的发送需要定时刷新的数据。
按照规范规定，调度表内只保存发送强制数据协议数据单元CD DLPDU的请求。
LAS还向设备发送传递令牌PT，是设备得到发送非周期性数据的权利，为他们提供发送非周期数据的机会。
LAS为新入网的设备探测未被采用过的地址。
并定期对总线段发布数据链路调度时间。
LAS监视设备对传递令牌PT的响应，当某设备在得到令牌后既不发送数据，也不返还令牌，就从活动表中去掉这些设备。
4.H1网段上有哪几种虚拟通信关系？传送给定值、PID参数应采用哪种虚拟通信关系？传送测量参数、控制输出值应采用哪种虚拟通信关系？哪种虚拟通信关系需要借助传递令牌？答：H1网段有三种虚拟通信关系：客户/服务器型；报告分发型；发布/预定接收型。
传送给定值、PID参数应采用客户/服务器型虚拟通信关系。
传送测量参数、控制输出值应采用发布/预定接收型虚拟通信关系。
发布/预定接收型虚拟通信关系需要借助传递令牌。
5.什么是总线供电？简述H1网段上电源调理器的作用。
答:总线供电是现场总线设备的一种供电方式，总线供电设备在9-32V电压下需要10-30mA的电流，所有设备的总电流值应不超过总线供电电源的额定电流值。
现场总线习题答案
现场总线习题答案作者：张磊第一章现场总线技术概述1.自动控制系统的发展经历了哪几个阶段？大致经历了四个发展阶段，具体如下：20世纪50年代以前是模拟仪表控制系统；直接数字控制系统；70年代中期出现集散控制系统；90年代后期现场总线控制系统。
2.DCS控制系统的结构包括哪几部分？包括三部分：分散过程控制装置部分，操作管理装置部分，通信系统部分3.现场总线的基本定义？现场总线(Fieldbus)：是用于过程自动化或制造自动化中的，实现智能化现场设备（例如，变送器、执行器、控制器)与高层设备(例如主机、网关、人机接口设备)之间互联的，全数字、串行、双向的通信系统。
5. 现场总线控制系统的技术特点。
1.开放性；2.全数字化；3.双向通信；4.互可操作性与互用性；5.现场设备的智能化与功能自治性6.系统结构的高度分散性7.对现场环境的适应性6. FCS相对于DCS具有哪些优越性？1．FCS实现全数字化通信2．FCS实现彻底的全分散式控制3．FCS实现不同厂商产品互联、互操作4．FCS增强系统的可靠性、可维护性5．FCS降低系统工程成本7. 分析现场总线的现状，展望其发展前景。
第二章数据通信基础与网络互联1.何谓现场总线的主设备、从设备？可在总线上发起信息传输的设备叫做“总线主设备”，又称命令者。
不能在总线上主动发起通信、只能挂接在总线上、对总线信息进行接收查询的设备称为总线从设备(bus slaver)，也称基本设备。
2.总线操作过程的内容是什么？总线上命令者与响应者之间的连结→数据传送→脱开，这一操作序列称为一次总线“交易”(transaction)，或者叫做一次总线操作。
3.寻址方式有几种？物理寻址逻辑寻址广播寻址4.通信系统由哪几部分组成?各自具有什么功能?通信系统是传递信息所需的一切技术设备的总和。
它一般由信息源和信息接收者，发送、接收设备，传输媒介几部分组成。
信息源和接收者是信息的产生者和使用者发送设备的基本功能是将信息源和传输媒介匹配起来，即将信息源产生的消息信号经过编码，并变换为便于传送的信号形式，送往传输媒介。
广东工业大学-现场总线大作业
现场总线大作业课程名称现场总线学院自动化学院专业班级 14自动化班学号姓名指导老师廉迎战2017年5月28日PROFIBUS+WINCC+生产过程控制小车综合设计一．设计目的1.巩固和掌握对“现场总线控制技术”课程内容的认识和理解，提高应用水平。
2.掌握PROFBUS总线应用方法。
3.初步掌握西门子WINCC开发环境的使用4.能用WINCC设计简单的人机界面并与PLC交互。
二．系统结构1.结构框图1.1系统硬件设计1.1.1系统原理图1..1.2 系统工作原理分析实验中的生产线运输车模拟系统是一个基于Profinet及Profibus DP通讯的系统。
Profinet是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准，可以通过集成Profinet接口，把分布式现场设备直接连接到Profinet上，通过上位机实现远程监控的目的。
Profibus DP用于设备级控制系统与分散式I/O的通信有多种通信方式可选。
主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。
S7-300PLC作为Profibus 总线的主站，S7-200PLC做Profibus总线的从站。
主站读取从站的数据并在进行相应的逻辑运算后向它输出控制信息，通过S7-200PLC来控制现场的工作情况。
同时，S7-300PLC通过Profinet与上位机通信，由上位机负责监控现场工作情况并作出相应操作。
1.1.3 PLC对生产线运输车控制原理PLC控制系统可分为三个部分。
1.输入采样：收集并保存被控对象实际运行的数据和信息，对于此系统而言，负责收集现场传感器以及各按钮的状态信息；2.逻辑运算：把需要的信号或数据收集后进行相应的逻辑运算和算术运算，并按照被控对象实际动作要求作出反映。
3.输出控制：把运算后的结果，通过输出端口控制相应的设备。
1.1.4 主要部件功能1.上位机：通过Profinet与S7-300PLC互相通信，通过WinCC组态监控生产线运输车模拟系统的工作情况。
现场总线网络控制技术结课作业
现场总线⽹络控制技术结课作业CAN总线技术及其在汽车中的应⽤1．引⾔控制器局域⽹CAN(Controller Area Network)是由Bosch公司在20世纪80年代初开发的⼀种串⾏多主总线通讯协议。
它具有⾼传输速率，⾼抗电磁⼲扰性，并且能够检测出发⽣的⼏乎任何错误。
CAN总线可以作为现场设备级的通信总线，并且与其他总线相⽐，具有很⾼的可靠性和CAN总线的数据通信具有⾼性能、⾼可靠性、灵活性的特点。
由于其卓越性能，CAN已⼴泛应⽤于交通⼯具、⼯业⾃动化、航天、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多领域。
CAN技术在我国也正迅速普及推⼴。
现代汽车越来越多地采⽤电⼦装置控制，如发动机控制、加速/刹车控制、防抱死系统（ABS）、防滑控制系统(ASR)、废⽓再循环系统、巡航系统、空调系统、车⾝电⼦控制系统（包括照明指⽰和车窗，⾬刮器等）等。
汽车内部所具有的控制器、执⾏器以及传感器的数量很多，要实现汽车的控制就必需检测及交换⼤量数据。
使⽤CAN通信技术组成汽车内部⽹络，可满⾜汽车各ECU（Electronic Control Unit，电⼦控制单元）对控制和数据通信的需要。
2．CAN总线技术概述2.1 CAN简介CAN总线是⼀种现场总线，它是为解决现代汽车中ECU之间的数据交换⽽开发的，可⽤来连接汽车和⼯业应⽤中的各种电⼦控制模块。
任何⼀个需要稳定、可靠的低成本⽹络系统或设备，都有可能成为CAN节点。
迄今为⽌，全球的CAN节点已达1.5亿个。
2.2 CAN总线技术特点CAN总线可有效⽀持分布式控制或实时控制，通信介质可以是双绞线，同轴电缆或光纤，其主要特点是：（1）CAN总线为多主站总线，各节点可在任意时刻向⽹络上的其他节点发送信息，不分主从，通信灵活；（2）CAN总线采⽤独特的⾮破坏性总线仲裁技术，优先级⾼的节点优先传送数据，可满⾜实时性要求；（3）CAN总线具有点对点、⼀点对多点及全局⼴播传送数据的功能；（4）CAN总线采⽤短帧结构，每帧有效字节数最多为8个，数据传输时间短，并有CRC 及其他校验措施，数据出错率极低；（5）CAN总线上某⼀节点出现严重错误时，可⾃动脱离总线，⽽总线上的其他操作不受影响；（6）CAN总线系统扩充时，可直接将新节点挂在总线上，因⽽⾛线少，系统扩充容易，改型灵活；（7）CAN总线最⼤传输速率可达1Mb/s（此时通信距离最长为40m），直接通信距离最远可达10km（速率5kbps以下）；（8）CAN总线上的节点数主要取决于总线驱动电路。
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南京工程学院
现场总线大作业
课程名称基于CANopen总线的温度测量节点的设计
院（系、部、中心）自动化学院
专业自动化
班级、姓名数控133 吴雅雯
起止日期 2016/11/4 -2016/12/14
3
7
目录
一、设计任务 3
二、总体方案 3
三、硬件设计 4
四、软件设计 6
五、设计总结 8
六、参考文献 8
一、设计任务
1．系统整体方案设计，包括
（1）课题分析，方案选择；
（2）主控制器和通信控制器的选择；
（3）温度传感器的选择
（4）系统总体结构框图及各模块功能。
2．系统硬件设计，包括：
2.1测量对象的数据采集
（1）测量电路的设计；
（2）数据采集电路的设计；
2.2 CAN通信最小系统的设计
（ 1）主控制器最小系统电路
（2）根据主控制器的类型（是否集成CAN控制器功能）设计CAN通信接口与驱动电路；
3．CANopen通信节点的软件设计；
（1）数据采集模块程序流程；
（2）主程序流程设计；
（3）底层CAN通信程序流程设计，及各功能模块子程序设计，包括：初始化程序设计、接收报文程序设计、发送
报文程序设计；
（4）应用层的CANopen协议程序设计；
（5）CANopen对象字典部分的程序设计，依据DS301和DS401对CANopen 对象字典进行配置；
二、总体方案
CAN是 Contro l erAreaNetwork的缩写, 即控制器局部网,通常称为CANbus(CAN总线),是一种支持分布式控制的串行通信协议。
CAN最初出现在汽车工业中,是20世纪80年代德国 Bosch 公司为汽车的监控、控制系统而设计的,主要是解决汽车中的电子控制装置之间的通信,减少不断增加的信号线。
CAN总线的直接通信距离最远可以达到10 km, 此时通信速率为 5 kbps以下;而通信速率最高可达1 Mbps, 此时通信距离长为 40 m。
同时 CAN总线的通信媒介采用双绞线或光纤,选择灵活,其结构较简单,总线接口芯片支持8位、16位的CPU。
由于CAN总线采用短帧结构,在标准格式中,短帧的字节数为8个,因此传输时间短,受干扰的概率低,重新发数据帧的时间短,并且每帧信息都有CRC校验及其他检错措施,这样可以保证极低的数据出错率。
CAN总线上的节点在错误严重时,可以自动关闭总线的功能,使总线上的其它操作不受到影响。
由于CAN总线的数据通信具有卓越的特性及极高的可靠性,因而非常适合工业过程监控设备互连,也是最有前途的现场总线之一[2]。
由于CAN 总线的特点,使得其广泛地应用于电力、航空航天、治金、交通工具、机器人、医疗设备、环境监控和家用电器等众多领域。
本文提出基于CAN总线的温度测量节点的设计。
1系统总体结构设计
图1分布式温度测量节点结构框图
根据系统的设计要求,其总体设计结构如图1所示。
整个系统由主站节点、分布式温度测量节点两部分组成。
由于基于CAN总线的温度测量节点是一种分布式、实时的通信系统,可采用主从方式通信,其特点就是系统中任一节点设一为主站节点,其余均为从站节点,主站节点通过CAN总线与各个从站节点进行通信。
我们只需设一个主站节点作为主监控器,以点对点方式进行通信,其余的从站均为各个温度测量节点。
各个节点都通过CAN 总线实现信号数据的连接,各个温度测量节点具有较强的独立性,具有工作可靠性、性能稳定、测量精确、安装调试方便、造价低廉等特点。
三、硬件设计
CAN总线温度测量节点主要任务是温度采集与 CAN通信,其硬件结构框图如图2所示。
硬件电路由微处理器STC89C52、总线控制器 SJA1000、总线驱动器 PCA82C50和传感器DS18B20四个部份组成。
微处理器负责对SJA1000和DS18B20进行初始化,通过总线控制器SJA1000实现数据的接收和发送等通信任务。
图2温度测量节点硬件电路结构框图
2.1温度传感器 DS18B20
DS18B20是美国DALLAS公司推出的第一片支持“一线总线”接口的温度传感器[3],该传感器只需一个端口引脚进行通信,就可以实现多点分布的应用,具有低功耗、高性能、抗干扰强等优点。
其传感器的特性为:
(1)温度测量范围宽, 能测到-55 ℃～125 ℃的温度, 在-10℃ ～+85℃时精度为正负0.5℃。
(2)提供9 -12位的测量分辩率, 对应的温度精度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃,实现了高精度的测量。
(3)接口方式独特, 仅需一条信号线就可以实现与微处理器的双向通信。
(4)测量出的温度能直接转化成串行数字信号供 CPU 处理,同时还传送CRC校验码,具有很强的抗干扰纠错能力。
温度传感器的电路设计由单片机的引脚P3.5与传感器DS18B20的DQ脚相连, 实现微处理器与传感器的双向数据的通信。
同时DQ单总线外接一 4.7k的上拉电阻。
温度传感器的电路图如图3所示。
2.2CAN通信电路的设计
CAN通信电路是整个系统实现通信的关键部分, 系统中各个节点和节点控制器是通过CAN通信电路接入CAN总线网络上的,
实现信号数据的传输。
CAN通信电路采用STC89C52 处理器、PHILIPS公司的总线控制器 SJA1000、NXP公司的总线收发器
82C250和高速光电耦合器 6N137 等器件组成。
在CAN通信电路中微处理器负责对SJA1000进行初始化,各信号通过CAN总线控制器实现信号数据的接收和发送等通信任务。
同时为了增加CAN 总节点的抗干扰能力,更好地实现了总线上各CAN节点间的电气隔离,SJA1000的 TX和 RX引脚通过连接光耦 6N137 后再与总线收发器PCA82C250相连,总线收发器82C250的TXD和RXD 分别接光耦 6N137的输出 OUT和输入 IN端, 再通过具有差动发送和接收功能的总线终端CAN H和CAN L连接入总线电缆中,完成通信的传输。
图3温度传感器电路
四、软件设计
温度测量节点的软件设计包括CAN总线初始化、发送子程序及中断接收程序软件设计和温度传感器DS18B20的程序设计。
其节点流程图如图4所示。
图4温度测量节点流程图
3.1CAN初始化程序
CAN初始化即初始化CAN节点。
要保证通信正确可靠则必须先对控制器SJA1000进行初始化参数设置。
初始化设置是通过微处理器对SJA1000的寄存器进行初始化,这些初始化包括控制寄存器的配置、命令寄存器的配置、状态寄存器的配置、中断管理寄存器的设置、总线定时寄存器的配置、输出控制寄存器的设置以及时钟分频寄存器的设置等。
系统上电后,对CAN初始化只有在复位模式下才可以开始,初始化设置完成后, CAN控制器就可以回到工作状态,即进入工作模式,执行正常的通信任务。
CAN控制器初始化流程图如图5所示。
图5CAN控制器初始化流程图
3.2CAN通信电路程序
CAN总线节点要完成通信任务则还必须包括发送子程序及中断接收程序[4]。
发送子程序负责各节点报文的发送任务。
发送时只需将待发送的数据信息按特定的格式组合成一帧报文,送入CAN控制器SJA1000的发送缓冲器中,启动SJA1000发送即可完成发送报文任务。
在向SJA1000发送缓冲器发送报文之前,可先做一些判断,判断其是否正在接收数据、先前发送是否成功以及发送缓冲器是否锁定等等,以确保数据发送的可靠性。
中断接收程序主要是负责节点报文的接收以及其它中断情况的处理。
当进入中断后要进行是否有数据的判断,以防干扰误中断。
3.3温度传感器的程序设计
温度测量节点电路上电后也要进行初始化设置,初始化完成后,温度测量节点中的温度传感器对采集到的数据信息实时处理、现场数据实时显示,并判断采集的信息是否超过正常值,如出现异常,则报警提示并通过CAN通信电路进行通信。
五、设计总结
本文主要介绍了以DS1820为传感器测温的程序及SJA1000 部分程序流程图。
基于 CAN 总线温度测量节点的设计具有良好的可靠性和实时性，得到了广泛的应用，已广泛应用于工业现场，化工、食品生产、温室温度控制等。
六、参考文献
[ 1] 杨春杰, 王曙光, 亢红波.CAN总线技术[ M] .北京:北京航空航天大学出版社,2010.
[ 2] 章欢.基于 CAN总线的火灾报警系统的设计与实现[ D] .武汉理工大学, 2008.5.
[ 3] 戴明.基于 CAN总线的温度监控系统 [ D] .南京理工大学, 2006.12.
[ 4] 雷霖.现场总线控制网络技术[ M] .北京:电子工业出版社, 2004.。