现场总线的原理及应用1
现场总线概述
现场总线概述一、现场总线简介随着操纵、运算机、通信、网络等技术的进展，信息互换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到操纵、治理的各个层次、覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各地的市场。
信息技术的飞速进展，引发了自动化系统结构的变革，慢慢形成以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。
现场总线确实是顺应这一形势进展起来的新技术。
现场总线是现今自动化领域技术进展的热点之一，被誉为自动化领域的运算机局域网。
它的显现，标志着工业操纵领域又一个新时期的开始，并将对该领域的进展产生重要阻碍。
现场总线是应用在生产现场、在微型运算机化测量操纵设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层操纵网络。
它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有普遍的应用背景。
现场总线技术将专用于微处置器置入传统的测量操纵仪表，使它们各自具有数字计算和通信能力，采纳可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量操纵仪表连接成的网络系统，并按公布、标准的通信协议，在位于现场的多个微型运算机化测量操纵设备之间和现场仪表与远程监控运算机之间，实现数据传输与信息互换，形成各类适应实际需要的自动操纵系统。
简而言之，它把单个分散的测量操纵设备变成网络节点，以现场总线为纽带，连接成能够彼此沟通信息、一起完成自控任务的网络系统与操纵系统。
它给自动化领域带来的转变正如众多分散的运算机被网络连接在一路，使运算机的功能、加入到信息网络的行列。
因此把现场总线技术说成是一个操纵技术新时期的开端并只是分。
利用现场总线技术给用户带来的益处：1节省硬件本钱2设计组态安装调试简便3系统的平安靠得住性好4减少故障停机时刻5用户对系统配置设备选型有最大的自主权6系统保护设备改换和系统扩充方便7完善了企业信息系统为实现企业综合自动化提供了基础二、现场总线的种类在过去的10年内，显现了许多的总线产品，较流行的有：德国Bosch公司设计的CAN 网络（Controller Area Network）,美国Echelon公司设计的LonWorks网络（Local Operation Network），按德国标准生产的Profibus(Profess FieldBus)总线，Rosemount公司设计的Hart （Highway Addressable Remote Transducer）总线，罗克韦尔自动化公司的DeviceNet 和ControlNet等。
worldfip现场总线的工作原理
worldfip现场总线的工作原理一、概述WorldFIP是一种高性能的工业自动化网络，主要用于连接自动化系统中的各种设备，如传感器、执行器、控制器等。
WorldFIP现场总线在工业自动化领域中具有广泛的应用，其工作原理是实现设备之间的数据传输和控制。
二、工作原理1.通信协议：WorldFIP现场总线采用标准的通信协议，如HDLC （双环四分组格式）和基于以太网的标准TCP/IP协议。
这种通信协议可以支持高速数据传输，提高通信效率。
2.数据传输：WorldFIP现场总线采用串行通信方式，通过双绞线、光纤或无线通信介质进行数据传输。
数据传输过程中，设备之间交换数据包，每个数据包包含一组特定的信息，如传感器读数、控制指令等。
3.设备接口：WorldFIP现场总线支持多种设备接口，如EtherCAT、Profinet、DeviceNet等。
这意味着不同的设备可以通过WorldFIP现场总线进行互连，实现数据的集中和分散控制。
4.数据交换：WorldFIP现场总线通过实时数据库进行数据交换，将采集到的实时数据存储到数据库中，方便用户查询和处理。
同时，用户还可以通过应用程序对数据进行处理和控制。
5.控制算法：WorldFIP现场总线支持多种控制算法，如PID控制、预测控制等。
这些算法可以根据实时数据对设备进行控制和调整，提高设备的运行效率和稳定性。
6.安全性：WorldFIP现场总线具有较高的安全性，采用加密技术、身份认证等措施，确保数据传输的安全性和可靠性。
三、应用场景WorldFIP现场总线适用于各种工业自动化场景，如生产线自动化、能源管理、物流控制等。
在生产线自动化中，WorldFIP现场总线可以将传感器采集到的实时数据传输到中央控制器，实现设备的集中控制和自动化运行。
在能源管理中，WorldFIP现场总线可以实时监测能源使用情况，提高能源利用效率。
在物流控制中，WorldFIP现场总线可以实现物料输送线的自动化控制，提高生产效率和降低人工成本。
现场总线的协议组成结构及其工作原理
现场总线的协议组成结构及其工作原理
现场总线（Fieldbus）是一种用于现场设备、传感器和执行器
连接的数字通信网络。
它允许现场设备与控制系统进行数据交换和通信，实现自动化系统的远程监控和控制。
现场总线的协议组成结构通常包括：
1. 物理层：现场总线协议的物理层包括了传输介质（如电缆）、连接器和传输速率等，用于传输数据和提供电源等功能。
2. 数据链路层：数据链路层负责数据的传输和错误检测纠正。
它将上层应用数据分成较小的数据包，添加控制信息（如地址、校验等）并将其发送到总线上。
3. 应用层：应用层定义了数据的格式和标准，控制设备之间的通信和交互。
它定义了现场设备和控制系统间的通信协议、数据结构和消息格式等。
现场总线的工作原理如下：
1. 现场设备连接到总线：现场设备（如传感器、执行器等）通过物理层将自己连接到现场总线上，允许其与其他设备进行通信。
2. 控制系统与现场总线连接：控制系统通过总线接口连接到现场总线上，可以监控和控制现场设备。
3. 数据交换：现场设备通过总线发送数据到控制系统，并从控制系统接收指令和配置信息。
控制系统可以实时地监测现场设备的状态，并进行数据采集和控制。
4. 数据处理：控制系统接收到现场设备发送的数据后，进行处理和分析，将结果提供给操作人员进行监控和决策。
总之，现场总线的协议结构和工作原理允许现场设备与控制系统之间进行数字通信和数据交换，实现自动化系统的监测和控制。
它提供了一种高效、可靠的方式来集成和管理现场设备，提高了自动化系统的可靠性和灵活性。
现场总线技术及其应用-概述
Date: 2020/7/4
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4.现场总线系统的优点
• 节省维护开销 1）现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的
能力，可通过数字通信将相关诊断维护信息发送 到控制室，便于用户查询分析故障原因并快速排 除，缩短了维护停工时间；
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基地式仪表特点：
（1）综合与集中：基地式仪表把必要的功能部件全 集中在一个仪表之内，只需配上调节阀便可构成一 个调节系统；
（2）基地式仪表系统结构简单，不需要变送器，使 用维护方便、防爆。由于安装在现场，因而测量和 输出的管线很短。基地式仪表减少了气动仪表传送 带滞后的缺点，有助于调节性能的改善；
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第1章 概述
1.现场总线的产生、本质与发展 2.现场总线的结构及其特点 3.几种有影响的现场总线 4.现场总线面临的挑战
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学习目标
1.掌握现场总线的概念 2.了解目前市场上最常见的现场总线及 其主要特点 3.了解现场总线技术对未来自动控制系 统的影响
执行器是控制系统必不可少的环节。 手
执行器工作/使用条件恶劣，它也是控制系统最薄弱的环节。
原因：执行器与介质直接接触；
(强)腐蚀性、(高)粘度、(易)结晶、高温、深冷、高压。
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① 分类－－按使用的能源形式：
气动执行器
电动执行器
液动执行器
气动阀
电动阀
CAN总线的原理及使用教程
MSCAN08/MSCAN12
24
MSCAN08通信实现
发送和接收函数
//--------------函数声明--------------------------// //发送1帧远程帧 unsigned char CANsnd1RFrm(unsigned int rid); //CAN发送1帧数据帧(数据长度<=8) unsigned char CANsnd1DFrm(unsigned int rid, unsigned char * databuf,unsigned char len); //查找空闲发送缓冲区 unsigned char GetSndBuf(void); //接收1帧
MSCAN08/MSCAN12
6
位速率
位速率(Bit Rate) 指总线的传输速率，下表列出了距离与 位速率的相关数据。这里的最大距离是指 不接中继器的两个单元之间的距离。
MSCAN08/MSCAN12
7
位定位与同步
标称位速率（Nominal Bit Rate）：理想的发送 器在没有重新同步的情况下每秒发送的位数量。 标称位时间（Nominal Bit Time）：是标称位速 率的倒数。分成几个不重叠的片段：同步段 (SYNC_SEG ） 、 传 播 段 (PROG_SEG) 、 相 位 段 1(PHASE_SEG1)、相位段2(PHASE_SEG2)。
unsigned char CANrcv1Frm(unsigned char * canrcvbuf);
MSCAN08/MSCAN12 25
MSCAN08自环通信测试实例
(1)．回环工作方式测试工程文件列表
表 17-8 回环工作方式测试工程文件列表 工程文件名 所在路径 文件类型 文件名 GZ60C.h Includes.h Type.h 头文件 CANInit.h CAN.h Commsubs.h vectors.c C语言 子函数文件 C语言主函数 MCUInit.c CANInit.c CAN.c Main.c CANSelfTest.prj MC08Ex2007\GP32\GP32C\C16_CAN\01_SelfTest 功能简述 芯片头文件 总头文件 数据类型头文件 声明CAN初始化函数 CAN收发子函数头文件 串行通信等通用子函数头 文件 中断向量表 芯片系统初始化函数定义 MSCAN08初始化函数定义 CAN收发子函数定义 主函数 讲解章节 参见工程实例 [08C工程文件组织] 5.3 [08C工程文件组织]5.3 本章 本章 参见工程实例 参见工程实例 参见工程实例 [本章] [本章] [本章]
现场总线实验报告
现场总线实验报告现场总线实验报告引言：现场总线（Fieldbus）是一种用于工业自动化领域的通信协议，它将传感器、执行器和控制器等设备连接在同一条总线上，实现设备之间的数据交换和控制指令传输。
本实验旨在通过对现场总线的实际应用进行研究和探索，了解其原理和优势。
一、现场总线的基本原理现场总线是一种基于串行通信的网络协议，它使用单根通信线路连接各个设备，通过总线控制器实现数据的传输和设备的控制。
其基本原理是将各个设备连接在同一条总线上，通过总线控制器进行数据的传输和设备的控制，实现实时监测和控制。
二、现场总线的应用领域现场总线广泛应用于工业自动化领域，包括制造业、能源、交通等行业。
它可以实现设备之间的实时通信和数据交换，提高生产效率和质量。
例如，在制造业中，现场总线可以用于机器人控制、生产线监测和设备故障诊断等方面，实现自动化生产和智能制造。
三、现场总线的优势与传统的点对点通信方式相比，现场总线具有以下优势：1. 灵活性：现场总线可以连接多个设备，方便设备的添加和移除，减少了布线和维护的成本。
2. 实时性：现场总线能够实现设备之间的实时通信和数据交换，提高了生产过程的响应速度和准确性。
3. 可靠性：现场总线采用冗余设计和错误检测机制，能够保证数据的可靠传输和设备的可靠运行。
4. 扩展性：现场总线支持多种通信协议和设备接口，可以满足不同设备的需求，便于系统的扩展和升级。
四、实验过程和结果本次实验选取了一台工业机器人和几个传感器作为实验对象，通过现场总线连接它们，并利用总线控制器进行数据的传输和设备的控制。
实验过程中，我们使用了现场总线配置工具对设备进行初始化和参数设置，然后通过编程控制总线控制器发送指令和接收数据。
实验结果显示，通过现场总线，我们能够实时监测机器人的运动状态和传感器的数据，并能够远程控制机器人的动作。
同时，现场总线还能够实现故障诊断和报警功能，及时发现并处理设备故障，保证生产过程的稳定性和安全性。
现场总线的通信原理与应用
现场总线的通信原理与应用1. 现场总线概述现场总线（Fieldbus）是工业自动化中常用的一种通信网络技术，它用于实现各种设备之间的通信与控制。
现场总线可以连接传感器、执行器、控制器等设备，将它们连接起来构成一个整个系统，并提供数据传输和控制命令的功能。
2. 现场总线的通信原理现场总线的通信原理是基于分布式控制系统（DCS）的概念，它采用集中式控制与分散式执行的方式来实现设备的通信和控制。
具体的通信原理如下：2.1 主从通信方式现场总线采用主从通信方式，其中总线主设备负责发送命令和接收数据，而从设备负责接收命令和发送数据。
这种方式使得总线能够灵活地控制设备，实现实时监测和控制。
2.2 数据传输方式现场总线的数据传输方式分为循环传输和报告传输两种。
循环传输是主设备周期性地向从设备发送数据，而报告传输是从设备在需要时向主设备发送数据。
2.3 数据帧格式现场总线的数据帧格式由头部、数据区和尾部组成。
头部包含地址信息和命令信息，数据区是实际的数据内容，尾部用于校验数据的完整性。
3. 现场总线的应用现场总线广泛应用于工业自动化领域，主要用于以下方面：3.1 数据采集与监测现场总线可以连接传感器，实时采集各种数据并传输到控制中心。
控制中心可以对数据进行监测和分析，从而实现对工艺过程的全面控制和调节。
3.2 控制与执行现场总线可以连接执行器，实现对设备的远程控制。
通过总线可以发送控制命令，实现对设备的启动、停止和调节等操作。
3.3 故障诊断与维护现场总线可以实时监测设备的运行状态，并将故障信息传输到控制中心。
控制中心可以通过总线对设备进行诊断和维护，提高故障的及时修复。
3.4 系统集成与扩展现场总线可以连接不同类型和厂家的设备，实现系统的集成和扩展。
通过总线可以将不同设备连接起来，构成一个完整的工业自动化系统。
4. 总结现场总线作为一种常用的工业自动化通信网络技术，具有灵活、可靠性高的特点。
它通过主从通信方式、循环传输和报告传输的数据传输方式，实现了设备之间的实时通信和控制。
FF现场总线的设计和应用
FF现场总线的设计和应用FF现场总线采用了基于半双工串行通讯的设计原理。
它使用了双绞线作为传输介质以及标准电压电流进行数据传输。
FF现场总线采用了分时多路复用的技术，将不同设备之间的通讯分为不同时间片进行交替传输。
这种设计原理可以有效减少通讯冲突和干扰，并提高总线的通讯速度和可靠性。
1.工业自动化：FF现场总线在工业自动化系统中广泛应用。
它可以实现从传感器到执行器的设备之间的数据交换，如温度传感器、压力传感器、电机控制等。
通过FF现场总线，可以实现设备之间的实时数据传输和控制指令的下发，提高生产过程的可操作性和效率。
2.油田领域：FF现场总线在油田领域的应用较为广泛。
从油井的数据采集到管道的监控和控制，FF现场总线承担着重要的角色。
它可以实时采集油井的数据，如压力、温度、液位等，并将数据传输给中央控制系统进行分析和处理。
同时，FF现场总线还可以控制油井的开启和关闭，提高油田生产的自动化程度。
3.电力系统：FF现场总线在电力系统中也有较多的应用。
它可以用于电力设备的监控和控制，如变压器、开关柜、电站等。
通过FF现场总线，可以实现对电力设备的实时监测，及时发现设备故障并进行处理。
同时，FF现场总线还可以实现设备之间的数据交换和控制指令的下发，提高电力系统的可靠性和安全性。
4.化工工艺：在化工工艺生产中，FF现场总线也发挥着重要的作用。
它可以实现对化工生产过程中的设备监控和控制，如压力容器、反应釜、泵阀等。
通过FF现场总线，可以及时监测化工设备的工艺参数，如温度、压力、流量等，并根据需要进行控制调整，提高化工生产的安全性和效率。
总结FF现场总线作为一种高效可靠的通讯协议，广泛应用于工业自动化、油田、电力系统和化工工艺等领域。
它的设计原理基于半双工串行通讯，采用了分时多路复用的技术，具有通讯速度快、传输可靠等优点。
通过FF现场总线，可以实现设备之间的实时数据交换和控制指令的下发，提高生产过程的可操作性和效率。
现场总线总结
总线基本概念部分1、现场总线的概念P1：现场总线是一种应用于生产现场,在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。
2、现场总线的5个发展阶段P2：》基地式气动仪表控制系统》电动单元组合式模拟仪表控制系统》集中式数字控制系统》集散控制系统DCS》现场总线控制系统FCS3、现场总线分类P3：(目前现场总线产品主要是低速总线产品，应用于运行速率较低的领域，对网络的性能要求不是很高。
高速现场总线主要应用于控制网内的互连,连接控制计算机、PLC 等智能程度较高、处理速度快的设备，以及实现低速现场总线网桥间的连接,它是充分实现系统的全分散控制结构所必须的。
) 传感器总线和设备总线统称为现场总线；按通信帧的长短，把数据传输总线分为：传感器总线,设备总线和现场总线；ASI总线，传感器总线，位级数据总线；CAN总线，设备总线，字节级数据总线；ControlNet，PROFIBUS，Foundation Fieldbus总线，现场总线，数据块级数据总线；4、现场总线的技术特点P8:•1.系统的开放性•2.可操作性与互用性•3.现场设备的智能化与功能自治性•5。
对现场环境的适应性5、现场总线的优势与劣势P9：优势：1.节省硬件数量与投资；2。
节省安装费用;3.节约维护开销；3.用户具有高度的系统集成主动权；4.提高了系统的准确性与可靠性劣势：网络通信中数据包的传输延迟，通信系统的瞬时错误和数据包丢失，发送与到达次序的不一致等，都会破坏传统控制系统原本具有的确定性，是的控制系统的分析和综合变得更复杂，使控制系统的性能受到负面影响。
6、总线操作、总线仲裁概念P15总线操作：总线上数据发送者与接受者之间的连接-〉数据传送—〉脱开这一操作序列成为一次总线操作。
这里的连接指在相同或不同设备内，通信对象之间的逻辑绑定。
连接完成之后通信报文的发送与接收过程，或者数据的读写操作过程，称为数据传送.而脱开则指完成一次或多次总线操作后，断开发送者与接受者之间的连接关系，放弃对总线的占有权。
浅析profibus现场总线的应用
浅析profibus现场总线的应用计算机技术, 网络技术和数字通信技术的迅速发展引起了工业自动控制系统结构的巨大变化。
Profibus作为一种由智能化设备组成的计算机网络，近年来，凭借其独特的优势已成为自动控制领域研究的热点，应用于众多领域。
在我国冶金工艺中，profibus现场总线主要应用在炼焦配煤优化系统、焦炉加热计算机控制及管理系统、烧结过程智能控制管理系统、烧结终点判断与智能控制系统、炼铁优化专家系统、高炉人工智能系统中，通过对这些子系统的控制，确保了整个冶金工作的自动化流程的实现。
1Profibus现场总线简介随着自动化工业发展，总线分布式机械臂控制系统在工业生产得到了广泛的应用，随着机器人自动化程度的提高，控制技术逐步增大，在工业生产环节的机械臂操作需要多个机械臂的相互协调工作，操作之间的机械需要总线控制，采用机器人实现流水工作，可以有效解决生产精密设备的工作，总线控制技术在工业控制中得到广泛应用，网络通信与信息管理在机器人工业控制中得到了应用，将分散测控设备组合成变成网络节点，融合成总线通信网络，实现设备之间的有效沟通信息、完成自控工作的网络系统与控制系统，CAN总线分布式机械臂控制是一种有效的实时控制，串行通信网络，具有性能搞、可靠强、实时交互便利的特点，被广泛用于控制系统中机械设备之间的数据通信与自动化仪器控制，主要考虑将高速实时处理与分布式工业控制领域中的高可靠性相结合。
PR0FIBUS现场总线是以开放式系统互联网络作为参考模型，采用的是德国国家标准DIN19245和欧洲EN50170现场总线标准，定义了物理传输特性、总线取协议和应用功能的一种计算机网络系统，由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、和PROFIBUS-FMS三个兼容部分组成。
Profibus-DP是一种高速低成本通信, 用于设备级控制系统与分散的I/O形式的通信；Profibus-PA是专为过程控制自动化设计的, 将传感器和执行机构接到一根总线上, 并具有本质安全规范，Profibus-FMS是具有令牌结构的监控网络、具有实时多主的特征。
LonWorks现场总线
用于对LonWorks节点设备进行调试和故障排除， 提高开发效率。
04
LonWorks应用案例
智能家居系统
智能家居系统是利用LonWorks技术 的典型应用之一。通过LonWorks总 线，各种智能家居设备可以互联互通 ，实现集中控制和远程监控。
智能家居系统可以实现的功能包括： 自动控制家电、远程监控家庭安全、 调节室内环境等，从而提高居住的舒 适度和便利性。
03
LonWorks设备与工具
LonWorks节点设备
智能节点设备
具备数据采集、控制和通 信功能的设备，如传感器、 执行器等。
网关节点设备
用于连接不同总线网络的 设备，实现不同总线协议 之间的转换。
路由器节点设备
用于扩展总线网络的通信 范围，实现多跳通信。
LonWorks网络设备
总线网络
由多个节点设备组成的通信网络， 采用LonWorks技术实现设备间
城市照明系统还可以根据天气、交通等因素自动调节灯光亮 度、开关时间等，提高城市照明的智能化水平。
楼宇自动化系统
01
楼宇自动化系统是利用 LonWorks技术实现楼宇设备的 集中监控和管理的应用。通过 LonWorks总线，可以实现设备
02 的互联互通和智能化控制。
楼宇自动化系统可以提高楼宇的 能源利用效率和管理效率，降低 运营成本，提高楼宇的安全性和 舒适性。
应用编程接口
为了方便设备开发，LonWorks提 供了应用编程接口（API），开发人 员可以通过API进行设备开发。
通信速率与距离
通信速率
LonWorks网络的通信速率可以根据实际需要进行配置，常见的通信速率为 1.25-500kbps。
通信距离
现场总线实验报告
一、实验目的1. 理解现场总线的基本概念和原理。
2. 掌握现场总线的硬件连接和软件配置方法。
3. 学习使用现场总线进行数据传输和设备控制。
4. 分析现场总线在实际应用中的优缺点。
二、实验原理现场总线（Field Bus）是一种用于工业自动化领域的通信网络，主要用于连接现场设备和控制系统。
它具有以下特点：1. 串行通信：现场总线采用串行通信方式，可以实现多节点之间的数据传输。
2. 多点通信：现场总线支持多点通信，可以实现多个设备之间的数据交换。
3. 抗干扰能力强：现场总线具有较好的抗干扰能力，可以在恶劣的工业环境中稳定运行。
本实验采用CAN总线（Controller Area Network）作为现场总线的通信协议，其基本原理如下：1. CAN总线采用双绞线作为传输介质，具有较高的抗干扰能力。
2. CAN总线采用多主从通信方式，任何一个节点都可以主动发送数据。
3. CAN总线采用帧结构进行数据传输，包括标识符、数据、校验和等字段。
三、实验内容1. 硬件连接（1）连接CAN总线模块和单片机开发板。
（2）连接电源线和地线。
（3）连接杜邦线，将CAN模块的TXD、RXD、GND等引脚与单片机开发板的相应引脚连接。
2. 软件配置（1）编写单片机程序，初始化CAN控制器，配置波特率、消息ID、接收滤波器等参数。
（2）编写数据发送和接收程序，实现节点之间的数据传输。
3. 实验步骤（1）启动单片机程序，初始化CAN控制器。
（2）发送数据：在主节点上编写发送程序，发送一个数据帧。
（3）接收数据：在从节点上编写接收程序，接收主节点发送的数据帧。
（4）分析接收到的数据，验证数据传输的正确性。
四、实验结果与分析1. 数据传输成功通过实验，成功实现了主从节点之间的数据传输。
发送的数据帧被从节点正确接收，验证了现场总线通信的正确性。
2. 波特率设置实验中，根据实际需求设置了不同的波特率。
结果表明，在不同波特率下，数据传输仍然稳定可靠。
现场总线的原理与应用
现场总线的原理与应用1. 引言现场总线（Fieldbus）是指用于工业自动化领域的数字通信总线技术，广泛应用于工厂自动化控制系统中。
现场总线连接了各种感应器、执行器和控制设备，实现数据传输、实时控制和监测功能。
本文将介绍现场总线的原理和应用。
2. 现场总线的原理现场总线通过将数据进行数字化和通信，实现了系统的联网和集成化。
其原理主要包括以下几个方面：2.1 数据传输方式现场总线采用异步传输方式进行数据的传输，每个节点都具有唯一的地址。
数据传输可以是双向的，节点可以发送和接收数据。
现场总线支持点对点或多点通信方式，节点之间可以直接进行数据交互。
2.2 数据传输协议现场总线使用特定的数据传输协议，确保数据的可靠传输和完整性。
常见的现场总线协议包括Profibus、Foundation Fieldbus、Modbus等。
这些协议定义了数据的格式、传输速率、校验等参数。
2.3 总线拓扑结构现场总线可以采用不同的拓扑结构，常见的有星型、环型、总线型等。
选择合适的拓扑结构可以根据系统需求和通信距离来确定。
拓扑结构的选择影响了总线的可靠性和性能。
3. 现场总线的应用现场总线在工业自动化领域有广泛的应用，以下列举了一些常见的应用场景：3.1 工厂自动化控制系统现场总线可以应用于工厂自动化控制系统中，连接和控制各种设备，如传感器、执行器、PLC等。
通过现场总线，可以实现实时数据的采集、设备的控制和监测，提高工厂的自动化程度和生产效率。
3.2 智能建筑系统现场总线可以用于智能建筑系统中，连接和控制照明、空调、安防等设备。
通过现场总线，可以实现对设备的集中控制和监测，提高建筑的能耗管理和智能化水平。
3.3 交通信号控制系统现场总线可以用于交通信号控制系统中，连接和控制交通信号灯、指示器等设备。
通过现场总线，可以实现实时的信号控制和交通流量的监测，提高交通效率和安全性。
3.4 水处理控制系统现场总线可以应用于水处理控制系统中，连接和控制水泵、阀门等设备。
现场总线模块原理
现场总线模块原理
现场总线模块是现代自动化系统中常用的一种通信模块，它的作用是将不同的设备和组件连接并进行数据交换。
现场总线模块可以通过一根物理总线连接多个设备，并且这些设备可以双向通信，实现数据的传输和控制。
现场总线模块的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 总线通信协议：现场总线模块通过一种特定的通信协议与其他设备进行通信。
这个通信协议定义了数据的格式和传输方式，确保各个设备之间的数据交换可靠和准确。
2. 数据传输：现场总线模块可以将控制命令、传感器数据、状态信息等数据传输到其他设备。
它会以一定的频率从传感器或其他设备读取数据，并将这些数据通过总线发送给其他设备。
3. 设备地址和识别：现场总线模块在通信过程中，需要知道要发送数据的设备或者接收数据的设备。
每个设备都有一个唯一的地址，通过这个地址，现场总线模块可以将数据准确地发送给对应的设备。
4. 主从节点：现场总线模块中，通常会存在一个主节点和多个从节点。
主节点负责控制总线上的数据传输和通信，而从节点则负责接收和处理主节点发送的数据。
总的来说，现场总线模块通过定义通信协议、进行数据传输、设置设备地址和识别、以及主从节点的工作模式，实现了多个
设备之间的数据交换和控制。
这种模块化的设计使得自动化系统更加灵活和可扩展，提高了系统的运行效率和可靠性。
现场总线技术及其应用
典型控制网络结构：罗克韦尔公司
现场总线的实质
现场总线的协议 制定协议依据：ISO的开发系统互联协议(OSI)。 实际制定的协议：OSI中的某些层 OSI协议：7层协议结构
现场总线系统的组成：
7 6 5 4 3 2 1
应用层 表达层 会话层 传输层 网络层 数据链路 层 物理层
应用层
现场设备 形成系统的传输介质
－－控制层现场总线ControlNet
网络目标功 能 网络拓扑 端到端设备和I/O网络 在同一链路上传递I/O，编程和系统组 态信息 总线、星形、树形 网络节点数 99个可编地址 单段最多48个 模型对象设计；设备对象模型，类/ 实例/属性，设备描述
几种典型的现场总线
应用层设计
最大通讯速 率
通讯方式 网络刷新时 间 数据分组大 小 网络最大拓 扑
电源
网络模型
外部供电
生产者/消费者
连接器
物理层介质
标准同轴电缆BNC
RG6同轴电缆；光纤
其他几种典型现场总线
设备层现场总线DeviceNet：
基于CAN技术的开放标准，三层协议结构。罗克韦 尔 非完全开放的标准。德国
ProfiBus协议：
FF总线
由FF组织提出。三层协议结构。国际
端到端的控制系统解决方案。七层协议结构。 Echleon公司
－－控制层现场总线ControlNet
概述：ControlNet是一种面向控制层的实时性现场总线网络，在 同一物理介质上提供时间关键性I/O数据和报文数据：包括程序上、 下载，组态数据，和端到端报文传递。具有高度的确定性和可重 复性。适用于控制关系复杂关联、要求控制信息同步、协调实时 控制、输出数据速率高的应用场合。 7 应用层 对象和对象模型 ControlNet协议规范
CAN-bus现场总线基础教程【第1章】现场总线CAN-bus-CAN-bu数据链路层(3)
文库资料 ©2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd.第1章 现场总线CAN-bus1.1 CAN-bus 数据链路层我们已经知道物理层实现了信号的传输，那么信号是如何运送数据的、多个节点同时发送时怎么办、如何保证数据的可靠性、发生错误时怎么办、以及发送与接收目标如何选择呢？这些工作都是在数据链路层完成的。
1.1.1 CAN 帧类型CAN-bus 通信是通过五种类型的帧进行的，它们分别是数据帧、远程帧、错误帧、过载帧和帧间隔，其种类及用途如表1.1所示。
表1.1 帧的种类及用途1.1.2 数据帧CAN-bus 的用途就是在各个节点之间建立起交换数据的桥梁，数据帧就像卡车一样，承担了运送数据的功能。
目前使用最广泛的CAN-bus 标准是V2.0版本，该标准在发布之初就制定了A 和B 两部分，称为CAN2.0A 和CAN2.0B 。
这两个部分的主要区别是仲裁区域的ID 码长度不同，CAN2.0A 为11位ID ，称为标准帧。
CAN2.0B 为29位ID ，称为扩展帧。
这两种标准的设备一般不会在同一个物理网络中混合使用。
数据帧由7个段组成，帧结构如图1.1所示，各段的结构如图1.2所示，作用如表1.2所示。
帧起始控制段数据段CRC 段应答段帧结束图1.1 数据帧结构文库资料 ©2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd.图1.2 数据帧各段组成 表1.2 数据帧各段功能1． 帧起始表示数据帧的开始，由单个显性位构成，在总线空闲时才允许发送。
所有节点必须同步于首先开始发送帧的起始位。
2． 仲裁段我们知道一个CAN-bus 线缆上会挂接很多CAN 节点，它们都可以主动发送报文。
我们可以想象如果在同一时刻有多个节点同时发送数据帧，则可能出现数据互相干扰的问题，就像一条铁轨不能在同一时刻跑多列火车一样。
现场总线第1讲FieldbusControlSystemFCS
1.现场总线概述
现场总线(Fieldbus)的概念： 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、楼宇等方面的自动化 系统中。
※50年代之前的气动仪表控制系统称作第一代 ※单元组合仪表为基础的常规仪表控制系统称为第二代 ※集中型计算机控制系统称为第三代 ※第四代控制系统是指70年代中期以后发展起来的DCS
作为新一代控制系统： 一 方 面：FCS突破了DCS采用专用通信网络的局限，采用了基于开
放式、标准化的通信技术，克服了封闭系统所造成的缺陷； 另一方面：FCS进一步变革了DCS中“集散”系统结构，形成了全分
H1
H1 H1
H2 现场总线
现 场 设 备 124
H1 现场总线 网桥
32 现场设备 H1 现场总线
32 现场设备
FCS控制层原 理图
FieldBus） 1
现场总线的概述（ 例如，智能化变送器除了具有 常规意义上的信号测量和变送
功能以外，往往它还具有自诊
a.包含CPU 传统控制bc系..具能统有直很接强数的字功通能信现场仪表
现场总线定义
现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双 向传输、多分支结构的通信网络。 它的关键标志是能支持 双向、多节点、总线式的全数字通讯。
网
包括IPC、PLC以及各种智能化的现场控制设备
络 节
基于统一、规范的通信协议
点
通过同一总线实现相互间的数据传输与信息共享
网 络
位于
生产控制 网络结构
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第三章 CAN控制器SJA1000
3.2 独立CAN芯片SJA1000概述 支持CAN2.0A和CAN2.0B两种协议/28个引脚 24MHz的时钟和最高1Mbps的数据传输率 有两种工作模式： 默认模式CAN2.0A（BasicCAN）/11位标识符 扩展模式CAN2.0B（PeliCAN）/29位标识符 每种工作模式又有两种状态：运行状态和复位状态，在 不同的状态下对寄存器的访问结果不一样. 可与不同的微处理器接口。对于微处理器来说，SJA1000 是一个类似于存储器编址的I/O器件，可以像访问RAM一 样访问SJA1000片内控制寄存器和数据寄存器。
第一章 计算机网络与现场总线
1.2.1 什么是现场总线 生产底层(生产现场)的总线型拓扑网络. 1.2.3 现场总线技术 信息化社会的产物 工业控制与计算机网络的结合 属于总线型局域网 要求所有入网的设备有智能有通讯能力 传输的信息短小,要求实时性强,可靠性高 集嵌入式系统/控制/计算机/数字通讯/网络为一体的 综合技术
第二章 CAN技术规范的介绍
2.7 错误处理 有5种错误: 位错误:发送与检测不一致 填充错误:指定区域出现连续6个相同的位 CRC错误 格式错误 应答错误:在应答间隙检测到的位不为显性 错误信号的发出:检测到错误的站点通过在错误帧中发送 错误标志通知其它站点.
第二章 CAN技术规范的介绍
2.8 故障界定 一个单元的故障状态为以下三种之一: 故障激活(Error Active):有故障,但不严重(故障计数 器的值小于128),仍处于激活状态,能发能收. 故障认可(Error Pasitive):有故障,而且严重(故障计 数器的值大于128但小于256),传送挂起 (暂停)或者进 入只听模式(只收不发). 总线关闭(Bus Off):故障十分严重(故障计数器的值大 于256),节点关闭. 每次检测到错误时,视故障大小故障计数器的值加1或 加8;每次正确传送后,故障计数器减1,动态变化.
第三章 CAN控制器SJA1000
十个控制寄存器是:控制/命令/状态/中断/验收代码/验收 屏蔽/总线时序0/总线时序1/输出控制 注意运行状态和复位状态的区别 注意寄存器的地址0-31，只有8位地址线的低5位参与 译码，考虑到片选CS接P2.7,不难写出它们的访问地址 (比如7F00-7F1FH） 控制/状态寄存器地址：7F00-7F09H 发送缓冲器地址：7F10-7F19H 接受缓冲器地址：7F20-7F29H 验收代码寄存器(ACR)/验收屏蔽寄存器(AMR)：满足下 列两等式之一则报文被接受 （ID.10-ID.3)=(AC.7-AC.0)或(AM.7-AM.0)=11111111
第三章 CAN控制器SJA1000
验收代码位(AC.7-AC.0)和报文标识符的高8位 (ID.10-ID.3)必须相等,而这些位被验收屏蔽位 (AM.7-AM.0)的相应位屏蔽.AM.X=1表示“无关”; AM.X=0表示“相关”,“相关”的位必须相等. 总线时序寄存器0：设定波特率和同步跳转宽度 总线时序寄存器1：设定相位缓冲段1、2的时间单位 数及采样次数（1次或3次） 输出控制寄存器: 设定 四种输出模式:正常/时钟/双相/测试 四种输出引脚配置:悬空/下拉/上拉/推挽 时钟分频寄存器：
第二章 CAN技术规范的介绍
2.3 报文传输 2.3.1 帧格式:有两种不同的帧格式,含有11位标识符的 帧称之为标准帧,而含有29位标识符的帧称之为扩展帧. 2.3.2 帧类型: 数据帧:(用户自己组织) 远程帧:某一节点发出远程帧,请求另一节点发送具有 同一标识符的数据帧.(用户自己组织) 错误帧:任何单元检测到总线错误就发出错误帧.(自动) 过载帧:过载帧用在相邻数据帧或者远程帧之间提供附 加的延时.(自动)
第一章 计算机网络与现场总线
CAN的每帧都有CRC校验和其他检错措施,具有极好的检 错效果. CAN节点在严重出错的情况下具有自动关闭输出功能, 以使总线上的其他节点的工作不受影响. 具有较高的性价比.它结构简单,器件容易购置,每个节 点的价格较低,开发技术容易掌握,能充分利用现有的 单片机开发工具. 推广程度较高,51系列/96系列单片机的某些类型和DSP 芯片上集成有CAN接口电路.
第一章 计算机网络与现场总线
CC-Link 日本三菱 物理层使用485 1.3 CAN总线 1.3.1 CAN的发展历程 1986年德国的Bosch公司推出了CAN,称之为汽车串行控制局 域网(Automotive Serial Controller Area Networks) 1987年Intel推出第一块CAN芯片,其后Philips也推出了CAN 芯片82C200 现在,几乎每一辆欧洲生产的轿车上都装配有CAN网络系统, 已经扩展到了其他应用领域,包括纺织机械. 90年代美国在CAN的基础上增加了高层协议形成DeviceNet 同时欧洲则在CAN的基础上增加高层协议形成CANOpen
第二章 CAN技术规范的介绍
同步段:用于同步总线上不同的节点,这一段内要有一个 跳变沿. 传播段:用于补偿总线上的传输时间延迟. 相位缓冲段1/相位缓冲段2:这两个段可以通过重新同步 来加长或缩短. 采样点:采样点为读取总线电平并转换为对应值的一个 时间点.采样点位于相位缓冲段1的结尾. 为了检测总线上的电平,借此判断有无冲突/错误发生, 采样时刻点应该随着总线长度的增加向后推移.这可以 解释为什么CAN总线的最高传输率不超过1Mbps.
第二章 CAN技术规范的介绍
2.4 报文滤波 验收码寄存器:与标识符一致的帧通过验收 验收屏蔽寄存器:为了多标识符接受,可用验收屏蔽寄 存器将标识符的某些位设定为不相关(高为不相关). 2.6 编码 帧的如下部分:帧起始/仲裁域/控制域/数据域/CRC序 列,均通过位填充的方法编码.无论何时,发送器只要检 测到位流里有5个连续相同值的位,便自动在位流里插 入一个反码位.
第二章 CAN技术规范的介绍
2.3.2.1 数据帧 数据帧有以下7个不同的位域组成:帧起始/仲裁域/控制 域/数据域/CRC域/应答域/帧结尾. 帧起始:一个显性位 仲裁域:11位或者29位标识符(Identifier名子)ID 控制域:DLC指明数据长度,RTR指明数据帧或是远程帧 数据域:0-8个字节 CRC域:循环冗余码 应答域:应答域长度为2位.第一位为应答间隙,第二位 为应答界定符.在应答域里发送方发送两个隐性位,所 有接受到匹配CRC的节点会在应答间隙期间用一显性位 写在发送器隐性位上来作回应. 帧结尾:7个隐性位(配合使用位填充技术加以区别)
第二章 CAN技术规范的介绍
2.3.2.2 远程帧 作为数据接收的站,通过发送远程帧可以启动其资源节点 传送它们各自的数据(类似于485主从结构).远程帧有6个 不同的位域组成:帧起始/仲裁域/控制域/CRC域/应答域/ 帧结尾.仲裁域的RTR位决定了所发送的帧是数据帧(显性 RTR位)还是远程帧(隐性RTR位). 2.3.2.3 错误帧(对用户透明) 2.3.2.4 过载帧(对用户透明)
第三章 CAN控制器SJA1000
3.1 CAN控制器的作用 在一块可编程芯片上借逻辑电路的组合来实现CAN物 理层/数据链路层协议. 通过对它的编程,CPU可以设置它的工作方式,控制它的 工作状态,进行数据的发送和接收,把应用层建立在它的 基础上. 有两种类型,一种是独立的,一种是和微处理器(51系列 /96系列/DSP等)做在一起的. 独立的CAN控制器使用上比较灵活,可以和多种单片机/ 微处理器接口. 做在一起的CAN控制器使电路设计紧凑/简化,效率提高.
CAN收发器 82C250
ＴＸＤ ＣＡＮＨ
ＲＸＤ
ＣＡＮＬ
复 位 电 路
XTAL1 RST
SJA1000的典型应用接口电路
第三章 CAN控制器SJA1000
3.6.3 BasicCAN (执行CAN2.0A协议)寄存器 共有32个寄存器,详见表3.2 10个(字节)控制寄存器(地址:0-9) 10个(字节)发送缓冲器(地址10-19) 10个(字节)接收缓冲器(地址20-29) 1个(字节)时钟分频器(地址31),1个备用(地址30) 通过对控制寄存器的初始化来配置通讯参数,控制总线 上的通讯(只有在复位状态下才可能访问控制寄存器). 应发送的报文必须写入发送缓冲器,通过设定命令寄存 器中的发送请求位启动发送. 微控制器从接收缓冲器中读取接收的报文,以此释放接 收缓冲器以供下一次使用,否则会引起溢出.
第一章 计算机网络与现场总线
1.2.4 现场总线简介: Profibus 现场总线：1 、 2 、7层, ，德国Siemens， 制造业，20%的市场占有率,物理层使用RS485 LonWorks现场总线：1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 、 7层，美国,楼宇自动化,市场发展快,能在电源线上传 输数字信号. CAN：1 、2层，德国Bosh，智能交通，无高层协议， 使用灵活，受欢迎 HART：1 、 2 、 7层,美国，智能仪表，过渡产品 （在模拟信号线上传输数字信号） DeviceNet：1 、2层使用CAN，增加第7层，美国 Rockwell,20%的市场占有率
第二章 CAN技术规范的介绍
信息路由:报文的寻址内容由标识符(Identifier)指定.标 识符不指明报文的目的地址,但是这个数据的特定含义 使得网络上的所有节点可以通过报文滤波来判断该数 据是否发给它们的.标识符实际上是报文(帧)的名字. 多点传送:由于报文滤波的作用,任何节点都可以接收同 一报文并对此作出相应. 错误标定和恢复时间:任何检测出错误的节点都会标志 出损坏的报文.此报文会失效并自动重新传送.如果不再 出现错误,那么从检测到错误到下一个报文的传送开始 为止,恢复时间最多为31个位时间. 故障界定:CAN节点能把永久性的故障和短暂的干扰区 别开来.永久故障的节点会被关闭.
VCAN-H t
第二章 CAN技术规范的介绍
2.2 基本概念 多主机:总线空闲时,任何单元都可以开始发送报文.具 有较高优先权的单元可以获得总线访问权. 仲裁:如果两个或两个以上的单元同时开始传送报文, 发生总线访问冲突.通过使用标识符的逐位仲裁可以解 决这个冲突.仲裁机制保证报文和时间均不受损失.在 仲裁期间,每一个发送器都对发送位的电平与被监控的 总线电平进行比较.如果电平相同,则这个单元可以继 续发送.如果发送的是一隐性电平而监测到的是一显性 电平,那么这个单元就失去了仲裁,必须退出发送状态. 远程数据请求:通过发送远程帧,需要数据的节点可以 请求另Байду номын сангаас节点发送相应的数据帧.