Powerlink课程设计报告-现场总线技术及应用
《现场总线技术及其应用(第3版)》电子课件第二章 现场总线通信基础
Date: 2021/6/10
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三、数据通信基础
4.数据传输技术
数据传输的方式有串行传输和并行传输；单向传输和双向传 输；同步和异步传输。 ➢ 串行传输和并行传输
1）串行通信：计算机中的一个字节由一个8位二进制代码 来表示。将准备传输的每个字节的二进制代码按照由低到高位 的顺序，依次发送。这种数据传输方式称为串行传输.适合远距 离传输，在分散控制系统中数据通信网络几乎全部采用串行通 信。
Date: 2021/6/10
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三、数据通信基础
2．概念和术语
4）误码率
误码率是衡量通信系统线路质量的一个重要参数。它的 定义为：二进制符号在传输系统中被传错的概率，近似等 于被传错的二进制符号数与所传二进制符号总数的比较， 即：
误码率= 接收的错误比特数/传输的总比特数 在计算机网络中误码率要求低于10-6。
Date: 2021/6/10
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三、数据通信基础
Date: 2021/6/10
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一、总线的概念与操作
5.总线操作的基本内容
总线定时 ：主设备获得总线控制权以后，就进入总线 操作，即进行主设备和响应者之间的信息交换，这种信息 可以是地址也可以是数据。定时信号用于指明总线上的数 据和地址何时有效。大多数总线标准都规定主设备可发起 “控制”（Control）信号，指定操作的类型、从设备状态 响应信号。
每一位的中间有一跳变,位中间的跳变既作为时钟信号, 又作为数据信号：从高到低的跳变表示"1",从低到高的跳变 表示 "0"。
现场总线网络课程设计
现场总线网络课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握现场总线网络的基本概念、原理及分类；2. 了解现场总线网络在工业控制系统中的应用；3. 掌握现场总线网络的关键技术及其优缺点。
技能目标：1. 学会使用现场总线网络进行数据通信与设备控制；2. 能够分析现场总线网络在实际应用中遇到的问题，并提出解决方案；3. 培养学生运用所学知识进行现场总线网络设计与调试的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对现场总线网络技术的兴趣，激发他们学习自动化领域的热情；2. 培养学生的团队协作意识，提高他们沟通交流、解决问题的能力；3. 引导学生关注现场总线网络技术的发展趋势，增强他们的创新意识。
分析课程性质、学生特点和教学要求：本课程为自动化专业高年级学生开设，旨在让学生深入了解现场总线网络技术，为后续专业课程学习和工程实践打下基础。
课程性质具有较强的理论性和实践性。
学生已具备一定的自动化基础知识，具备一定的自学和动手能力。
教学要求注重理论与实践相结合，以培养学生的实际应用能力和创新能力为核心。
1. 熟悉现场总线网络的基本理论，为实际应用提供理论支持；2. 掌握现场总线网络的关键技术，为解决实际问题奠定基础；3. 提高团队协作、沟通交流和创新能力，为未来职业发展奠定基石。
二、教学内容1. 现场总线网络基本概念与原理- 现场总线网络定义、特点及分类- 现场总线网络的通信协议与标准2. 现场总线网络关键技术- 现场总线网络的拓扑结构- 数据传输与通信机制- 现场总线网络的设备控制与设备管理3. 现场总线网络在工业控制中的应用- 典型现场总线网络应用案例分析- 现场总线网络在工业控制系统中的优势与局限性4. 现场总线网络设计与实践- 现场总线网络设计与实施步骤- 现场总线网络调试与优化方法- 常用现场总线网络设备与工具的使用5. 现场总线网络发展趋势与新技术- 现场总线网络技术的发展趋势- 新型现场总线网络技术简介教学大纲安排与进度：第1周：现场总线网络基本概念与原理第2周：现场总线网络关键技术第3周：现场总线网络在工业控制中的应用第4周：现场总线网络设计与实践第5周：现场总线网络发展趋势与新技术教学内容与教材关联性：本章节内容紧密结合教材，按照课程目标选择和组织教学内容，保证科学性和系统性。
Powerlink课程设计报告-现场总线技术及应用
大作业题目Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信课程名称现场总线技术及应用院（系、部、中心）自动化学院专业自动化班级学生姓名学号设计地点指导教师目录一、课程设计的目的 (3)二、课程设计题目及要求 (3)1、题目 (3)2、设计要求 (3)三、环境搭建 (3)1、硬件环境： (3)2、软件环境： (3)3、源代码和安装文件： (4)四、powerlink的原理 (4)1、Powerlink是ICE国际标准，通信描述 (4)2、Powerlink网络建构 (5)3、通信过程 (5)3、主站发送参数的配置过程 (8)4、从站接收配置之通信参数配置 (8)5、openCONFIGURATOR介绍 (9)五、操作过程 (9)1、主从站之间的通信 (9)2、openCONFIGURATOR应用 (19)六、实习体会 (28)一、课程设计的目的通过对Powerlink的理论学习和完成Powerlink的主站和从站通信的实践工作，将这门课程的理论知识尤其是Powerlink这种现场总线的理论和应用知识进一步巩固和完善，培养学生较强的工程实践能力，为进一步学习专业知识和从事相关专业工作打下坚实的基础。
二、课程设计题目及要求1、题目Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信2、设计要求掌握Powerlink的工作原理，使用开源的openConfigurator对主站和从站进行配置，对开源的openPOWERLINK代码在Linux系统下进行编译实现主站和从站的通信功能，利用网络诊断工具wireshark检查和验证通信功能。
三、环境搭建1、硬件环境：一台PC机，安装两台虚拟机，一台作为主站，另一台作为从站2、软件环境：a)安装虚拟机VMware player；b)安装Linux操作系统Ubuntu；c)安装程序文件产生器Doxygen；d)安装编译安装工具CMakee)安装网路数据包捕获函数库libpcap作为网卡驱动3、源代码和安装文件：a）openPowerlink源代码，需要在Linux下编译；b）openConfigurator源代码，需要在Linux下编译；c）可以不编译openConfigurator源代码，直接在32位Windows环境下运行openConfigurator可执行文件，用来配置网络参数和映射参数。
现场总线技术及应用课件：现场总线技术概述
现场总线技术概述
现场总线的主要任务，就是通过自动化系统的数据信息 来完成生产的执行。这些数据信息包括电机的电流、电机的 转速、管道的流量、阀门的状态、温度的高低、压力的大小 等，还包括控制电机的启动和停止、打开和关闭阀门、发送 警报等。现场总线传递的数据信息，是现场控制流程能够正 常进行下去的基础，也是企业级网络非常重要的部分。
接上。 现场总线的主站和子站有内置或外加的通信模块、通信
卡，而且支持相同的通信协议以实现互连。
现场总线技术概述
当然，如果现场总线的规模较大，也可能出现包含多个 不同通信协议的子网的情况，但每个子网使用的一定是同一 个通信协议。子网和子网之间，可以通过网关来实现协议的 转换，以组成大的主网。主站除了具备通信能力之外，还具 有强大的运算能力，因为在每一个扫描周期，主站都需要对 通信的数据进行处理并做出响应。通信的速度越快，主站的 运算能力的需求就越大，否则通信的实时性就无法体现出来。 子站作为受控设备，相对来说运算能力的要求比主站要小得 多，但也要能够及时执行主站的控制命令、监视命令并及时 反馈信息。当
现场总线技术概述
最后是降低了生产的稳定性。开关量信号和模拟量信号 都是纯粹的电信号，极易受到干扰。如果现场设计或施工不 当，则在信号受到干扰时很容易出现设备误动、信息错误、 无法安全停机等问题。如果是在施工阶段，技术人员尚可花 费大量的时间对其进行排查；如果已进入生产阶段才发现类 似问题，则需要花费大量的人力和物力来进行二次改造。
现场总线技术概述
现场总线的安全性则分为两个方向，一个是面向安全设 备的，另一个是面向通信本身的。面向安全设备方面，现在 很多通信协议都在自己的规范中单独加入了安全设备的部分， 牵涉安全设备的冗余、自检等，其目的是和安全设备做到更 优的适配，保证在出现安全问题时可以正常地停机。面向通 信本身方面，在前面稳定性的部分有必要的设置，如数据校 验、心跳协议等，其目的是保证通信自身信息的安全，并在 出现故障时可以做出正确的动作，如停机、报警等。得益于 通信速度的加快，目前这一部分的内容在整个通信协议的交 换信息中的占比越来越大，就是为了提高通信自身的安全性。
Powerlink课程设计报告-现场总线技术及应用
Powerlink课程设计报告-现场总线技术及应用大作业题目Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信课程名称现场总线技术及应用院（系、部、中心）自动化学院专业自动化班级学生姓名学号设计地点指导教师目录一、课程设计的目的 (4)二、课程设计题目及要求 (4)1、题目 (4)2、设计要求 (4)三、环境搭建 (4)1、硬件环境： (4)2、软件环境： (4)3、源代码和安装文件： (5)四、powerlink的原理 (5)1、Powerlink是ICE国际标准，通信描述 (5)2、Powerlink网络建构 (6)3、通信过程 (6)3、主站发送参数的配置过程 (9)4、从站接收配置之通信参数配置 (9)5、openCONFIGURATOR介绍 (10)五、操作过程 (10)1、主从站之间的通信 (10)2、openCONFIGURATOR应用 (22)六、实习体会 (30)一、课程设计的目的通过对Powerlink的理论学习和完成Powerlink的主站和从站通信的实践工作，将这门课程的理论知识尤其是Powerlink这种现场总线的理论和应用知识进一步巩固和完善，培养学生较强的工程实践能力，为进一步学习专业知识和从事相关专业工作打下坚实的基础。
二、课程设计题目及要求1、题目Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信2、设计要求掌握Powerlink的工作原理，使用开源的openConfigurator对主站和从站进行配置，对开源的openPOWERLINK代码在Linux系统下进行编译实现主站和从站的通信功能，利用网络诊断工具wireshark检查和验证通信功能。
三、环境搭建1、硬件环境：一台PC机，安装两台虚拟机，一台作为主站，另一台作为从站2、软件环境：a)安装虚拟机VMware player；b)安装Linux操作系统Ubuntu；c)安装程序文件产生器Doxygen；d)安装编译安装工具CMakee)安装网路数据包捕获函数库libpcap作为网卡驱动3、源代码和安装文件：a）openPowerlink源代码，需要在Linux下编译；b）openConfigurator源代码，需要在Linux下编译；c）可以不编译openConfigurator源代码，直接在32位Windows环境下运行openConfigurator可执行文件，用来配置网络参数和映射参数。
现场总线技术及应用教程课程设计 (2)
现场总线技术及应用教程课程设计课程介绍本课程旨在介绍现场总线技术及其在实际应用中的重要性和作用。
学生将了解现场总线技术的基本原理、通信协议和网络结构，并通过案例分析和实践操作深入掌握其设计与应用技巧。
学习目标1.掌握现场总线技术的基本原理和实现方式。
2.理解常见的现场总线通信协议，并对比其特点和优缺点。
3.了解现场总线系统的基本架构和组成模块。
4.学会使用相关软件工具设计和模拟现场总线系统。
5.实践操作现场总线系统，掌握常见的故障排除方法和检测手段。
课程大纲第一章现场总线概述1.1 现场总线技术的发展历史和应用现状 1.2 现场总线技术的基本原理和通信方式 1.3 现场总线系统的优点和局限性第二章现场总线通信协议2.1 传统现场总线通信协议介绍（例如：Profibus、Modbus、CAN） 2.2 现代现场总线通信协议介绍（例如：EtherCAT、Profinet IO） 2.3 通信协议的特点和应用场景比较第三章现场总线系统架构和组成模块3.1 现场总线系统结构分层介绍（例如：物理层、数据链路层、应用层） 3.2 现场总线系统组成模块介绍（例如：IO模块、控制器、传感器、执行机构等）3.3 现场总线系统实例分析第四章现场总线系统设计和模拟4.1 现场总线系统设计要点和流程介绍 4.2 现场总线系统仿真软件（例如：SIMATIC STEP 7、CODESYS、TwinCAT等）介绍及使用实例 4.3 现场总线系统实验环节第五章现场总线系统实践操作5.1 现场总线系统故障排除方法介绍 5.2 实践操作现场总线系统 5.3 现场总线系统检测手段介绍及使用实例学习评估方式本课程采用以下方式进行学习评估：1.平时学习表现（综合考虑作业、课堂表现等）占总成绩的20%。
2.课程设计成果报告占总成绩的40%。
3.现场总线系统实验占总成绩的40%。
参考资料1.现场总线技术（第三版），肖邦卿著，人民邮电出版社；2.现场总线技术及应用，赵波等著， XiTiChEN出版社；3.现场总线技术及其应用，谢玉庆等著，清华大学出版社。
现场总线技术实验报告范文
现场总线技术实验报告范文实验报告课程名称《现场总线技术》题目名称现场实验报告学生学院信息工程学院专业班级学生学号学生姓名指导教师2022年1月1日实验一0STEP7V5.0编程基础及S7--C300PLC组态一、实验目的通过老师讲解STEP7软件和硬件组态的基础知识，使同学们掌握使用STEP7的步骤和硬件组态等内容，为后续实验打下基础。
二、实验内容1、组合硬件和软件STEP7V5.0是专用于SIMATICS7-300/400PLC站的组态创建及设计PLC控制程序的标准软件。
按照以下步骤：（1）运行STEP7V5.0的软件，在该软件下建立自已的文件。
（3）使用STEP7V5.0软件中的梯形逻辑、功能块图或语句表进行编程，还可应用STEP7V5.0对程序进行调试和实时监视。
2、使用STEP7V5.0的步骤图1-1STEP7的基本步骤3、启动SIMATIC管理器并创建一个项目（1）新建项目首先在电脑中必须建立自己的文件：File→New→写上Name（2）通信接口设置为保证能正常地进行数据通信，需对通信接口进行设置，方法有2种：1）所有程序SIMATICSTEP7设置PG/PC接口PCAdapter(Auto)属性本地连接USB/COM（根据适配器连接到计算机的方式选择）；2）SIMATIC 管理器界面选项PCAdapter(Auto)属性本地连接USB/COM（根据适配器连接到计算机的方式选择）。
（3）硬件组态在自己的文件下，对S7-300PLC进行组态，一般设备都需有其组态文件，西门子常用设备的组态文件存在STEP7V5.0中，其步骤如下;插入→站点→SIMATIC300站点；选定SIMATIC300（1）的Hardwork（硬件）右边Profi→标准→SIMATIC300将轨道、电源、CPU、I/O模块组态到硬件中：轨道：RACK-300→Rail；，插入电源：选中（0）UR中11,插入电源模块PS-300→PS3075A；插入CPU：选中（0）UR中22，插入CPU模块CPU-300→CPU315-2DP→配置CPU的型号（CPU模块的最下方）；插入输入/输出模块DI/DO：1)选中（0）UR中4，插入输入/输出模块SM-300→DI/DO→配置输入/输出模块的型号（CPU模块的最上方）；2)S7-300PLC中有些CPU自带输入/输出模块，此时不需进行DI/DO组态。
《现场总线技术及应用》课件1现场总线技术概述
随着生产规模的扩大，操作人员需要同时按多点的信息 对生产过程实行操作控制，于是出现了气动、电动系列的 单元组合式仪表，这些仪表采用统一的模拟信号。
3、集中式数字控制系统
模拟控制系统中的模拟信号的传递需一对一的物理 连接，信号变化缓慢，很难提高控制系统的速度和精度， 随着计算机技术的发展，控制系统实现了集中数字控制。
• 数字信号的精确性：数字信息可排除模拟信息传输和转换中 所产生的误差。
• 由于现场总线是双向的，因此能够从中心控制室对现场智能 仪表进行控制，使远程调整、诊断和维护成为可能，甚至能 够在故障发生前进行预测。
四、现场总线控制系统的技术特点
系统的开放性 2. 互操作性与互用性 3. 现场设备的智能化与功能自治性 4. 系统结构的高度分散性 5. 对现场环境的适应性
第一章 现场总线技术概述
现场总线的发展背景 现场总线控制系统 几种有影响的现场总线 现场总线技术的现状及其发展前景
第一节 现场总线的发展背景
自动控制系统：在无人直接参与下可使生产过程或其他过 程按期望规律或预定程序进行的控制系统。自动控制系统 是实现自动化的主要手段。自动控制系统已被广泛应用于 人类社会的各个领域。在工业方面，对于冶金、化工、机 械制造等生产过程中遇到的各种物理量，包括温度、流量、 压力、厚度、张力、速度、位置、频率、相位等，都有相 应的控制系统；在农业方面的应用包括水位自动控制系统、 农业机械的自动操作系统等。在军事技术方面，自动控制 的应用实例有各种类型的伺服系统、火力控制系统、制导 与控制系统等。在航天、航空和航海方面，除了各种形式 的控制系统外，应用的领域还包括导航系统、遥控系统和 各种仿真器。
现场总线的发展趋势
网络结构趋向简单化
powerlink大作业
现场总线实习报告——powerlink班级：工业测控111姓名：***学号：*********目录一、设计任务（要求） (3)二、总体方案 (4)三、软件框图 (22)四、设计总结 (23)五、参考文献 (23)六、程序清单 (23)一、设计任务（要求）1、题目Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信2、设计要求使用开源的openConfigurator对主站和从站进行配置，对开源的openPOWERLINK代码在Linux系统下进行编译实现主站和从站的通信功能，利用网络诊断工具wireshark 检查和验证通信功能。
3、任务A．整体方案设计，课题分析。
B．环境搭建：（1）硬件环境：一台PC机，安装两台虚拟机，一台作为主站，另一台作为从站（2）软件环境：a)安装虚拟机VMware player；b)安装Linux操作系统Ubuntu；c)安装程序文件产生器Doxygen；d)安装编译安装工具CMakee)安装网路数据包捕获函数库libpcap作为网卡驱动3．主站和从站软件编译运行。
4. 网路配置：利用开源工具openConfigurator配置网路参数和映射参数。
5. 主站和从站通信功能完成：通过wireshark进行功能演示。
二、总体方案1、安装虚拟机VMware player以及Linux操作系统Ubuntu 选择自定义，点击下一步点击下一步选择好安装程序的压缩包，点击下一步取好用户名、密码，点击下一步选择好安装的位置，点击下一步点击下一步点击下一步点击下一步点击下一步点击下一步点击下一步选择单个文件，点击下一步点击下一步点击完成即可开始安装，等待较长时间即可。
2、进行更新打开终端输入指令3、下载编译安装工具cmake下载网路数据包捕获函数库libpcab-dev作为网卡驱动下载wireshark工具下载程序文件产生器doxygen4、进入project/openPOWERLINK-V2.0.2-2/stack/bulid/linux 目录下Building Stack Librabies（1）creating debug librabiesA、cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug ../..B、makeC、make install(2)Creating release LibrariesA、cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release ../..B、makeC、make install5、Building Demo Applications首先(1)对主站进行建立：进入project/openPOWERLINK-V2.0.2-2/apps/demo_mn_console/b ulid/linux目录下A、cmake ../..B、makeC、make install(2)对从站进行建立：进入project/openPOWERLINK-V2.0.2-2/apps/demo_cn_console/bul id/linux目录下A、CmakeB、makeC、make install6、建立从站，将主站的文件夹复制到另一个盘中，作为从站的文件夹，在这里我将从站取名为Ubuntu1.7、在主站中对主站进行运行8、在从站中对从站进行运行9、sudo wireshark选择eth0、点击stark主从站通信完成，结果如下：10、openCONFIGURATOR 的使用编译：创建新的openCONFIGURATOR 工程(1)打开openCONFIGURATOR(2)在弹出的页面中有２个选项：“Create New Project ”和“Open Existing Project”。
现场总线课程总结报告
现场总线课程总结报告尊敬的领导、各位教师：大家好！我是某某某学校的一名教师，近日我参加了某某培训机构举办的现场总线课程，今天我就此进行一次总结报告。
本次现场总线课程是为期三天的培训，内容主要包括现场总线概述、现场总线设备与技术原理、现场总线通信协议、现场总线应用与实践等。
课程从基础理论到实际应用相结合，循序渐进、系统全面，使我对现场总线有了更深入的了解。
首先，课程中的现场总线概述部分帮助我对现场总线的背景、发展历程有了全面的了解。
我了解到现场总线技术是为了解决过去工业现场控制系统存在的种种问题而发展起来的一种新型通信技术。
与传统的点对点连接方式相比，现场总线通过串行通信的方式实现了设备之间的连接，大大简化了系统结构，提高了信息传输的效率和可靠性。
接下来的课程中，我学习了现场总线设备与技术原理。
通过案例分析，我了解到现场总线设备包括现场总线主站和现场总线从站，主站负责管理和控制从站，从站则完成具体的数据采集和操作任务。
学习了现场总线设备的组成和工作原理，对于我理解现场总线的工作机制和常见问题的排查修复有了很大的帮助。
随后的课程中，我深入学习了现场总线通信协议。
现场总线通信协议主要包括物理层、数据链路层、网络层和应用层四个层次，通过学习这四个层次的各种协议和规范，我对现场总线的通信流程和机制有了更加清晰的认识。
学习了常用的现场总线协议，如Profibus、Modbus、CAN等，了解了它们的特点和适用范围，为今后实际工作提供了很多参考。
最后，课程中的现场总线应用与实践环节给我留下了深刻的印象。
通过实际案例分析和实操操作，我更具体地了解了现场总线在工业自动化控制领域的应用。
现场总线凭借其高效的通信能力和灵活的拓扑结构，在工业生产和设备监控中发挥着越来越重要的作用。
我通过模拟实际案例中的问题，学习了如何配置和调试现场总线系统，提高了自己的实践能力。
通过这次现场总线课程的学习，我对现场总线这一通信技术有了更深入的了解，对于如何应用于实际工作中也有了更多的思考。
现场总线技术及其应用
2.CAN总线的控制方式
CAN自诞生以来，以其独特的设计思想，良好的功能特性和极高的可靠性越来越受到工业界的青睐。 CAN总线作为一种建筑电气总线在智能楼宇中的控制方式见图3-4。
*
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图3-4 CAN总线控制方式
3.2.4 BACNET总线
BACnet是A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Network的简称，是一种为楼宇自控网络制定的数据通讯协议。
现场总线是开放互连网络
现场总线是现场通信网络
现场总线是数字通信网络
现场总线是现场设备互连网络
现场设备的互操作性与互用性
现场总线是结构和功能高度分散的系统
对现场环境的适应性
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3.1.3 现场总线技术的优点
现场总线具有的数字化、开放性、分散性、互操作性和互换性及对现场设备环境的适应性等特点决定和派生了其一系列优点： 节省硬件数量与投资 节省安装费用 节省维护开销
CAN协议遵循 ISO/OSI模型，采用了其中的物理层，链路层与应用层的三层结构。
*
CAN采用点对点，一点对多点及全局广播几种发送和接收数据方式，可实现全分布式多机系统，且无主从之分。 CAN总线可以工作在多主方式，网络上任一节点均可以在任意时刻向其他节点发送信息，从不分主从，通信方式灵活。 CAN采用非破坏性的总线仲裁技术。 CAN不能支持防爆区。
通常将用于楼宇自动化领域的现场总线，如LonWorks、EIB、CAN、BACnet、DeviceNet、Modbus等总线，称之为建筑电气总线。
*
3.1.1 现场总线的演变过程
20世纪70年代以前，控制系统中多采用模拟量对传输及控制信号进行转换、传递。由于其精度差、受干扰信号影响大，因而整个控制系统的控制效果及系统稳定性都很差。
现场总线技术及其应用
01
现场总线技术的应用领域
工业自动化
总结词
现场总线技术在工业自动化领域的应用非常广泛，它 简化了工业控制系统的结构，提高了控制精度和可靠 性，降低了设备和系统的维护成本。
详细描述
现场总线技术最初是为了满足工业生产现场的需求而 发展起来的。在工业自动化领域，现场总线技术被广 泛应用于各种生产设备之间的通信和控制系统，如数 控机床、机器人、温度控制器等。通过现场总线技术 ，这些设备可以相互连接并进行数据交换，从而实现 更加精确和可靠的生产控制。此外，现场总线技术还 可以用于工业生产现场的远程监控和管理，使得管理 人员可以随时了解生产现场的情况，及时发现并解决 问题。
现场总线技术及其应用
汇报人： 日期:
contents
目录
• 现场总线技术概述 • 现场总线技术的体系结构 • 现场总线技术的通信协议 • 现场总线技术的应用领域 • 现场总线技术的展望与发展趋势 • 现场总线技术应用案例分析
01
现场总线技术概述
定义和特点
定义
现场总线是一种用于工业自动化领域的数据通信协议，它允许设备之间进行数字通信，以实现设备间 的数据交换和控制操作。
01
现场总线技术的体系结构
物理层
物理层的定义
物理层是现场总线技术的最底层 ，负责在通信设备之间传输原始 比特流，涉及机械、电气、定时
和同步等方面。
物理层的特性
物理层具有规范化的物理设备接 口，如电缆、连接器、终端电阻 等，并规定了通信设备的电气特
性，如电压、电流等。
物理层的关键技术
物理层的关键技术包括信号编码 、同步和传输技术等，以保证信
网络安全问题
随着现场总线技术的广泛应用，网络安全问题也变得越来 越重要。需要采取有效的措施来确保数据的安全性和可靠 性。
现场总线技术及其应用
案例三：城市交通信号控制系统应用
总结词
利用现场总线技术实现城市交通信号的智能控制，提高 交通流畅度和安全性。
详细描述
在城市交通管理中，采用现场总线技术构建交通信号控 制系统，实现各个路口信号灯的实时通信和控制。通过 实时数据采集和智能算法，优化信号灯的配时方案，提 高交通流畅度和安全性，缓解城市交通拥堵问题。
在工业自动化领域，常见的现场总线 技术包括PROFIBUS、Modbus、 EtherNet/IP等。
智能建筑
智能建筑是现场总线技术的另一个重 要应用领域。通过现场总线，可以实 现建筑物内各种设备（如照明、空调 、安防等）的集中控制和管理，提高 建筑物的能源利用效率和舒适度。
VS
在智能建筑领域，常见的现场总线技 术包括LonWorks、CAN等。
智能交通系统
智能交通系统是现场总线技术的重要应用方 向之一。通过现场总线，可以实现交通信号 灯、监控摄像头等交通设施的集中控制和数 据传输，提高交通效率和安全性。
在智能交通系统领域，常见的现场总线技术 包括FlexRay、TTCAN等。
医疗设备
医疗设备是现场总线技术的重要应用 领域之一。通过现场总线，可以实现 医疗设备的集中控制和数据传输，提 高医疗设备的可靠性和安全性。
02
现场总线技术种类
PROFIBUS
德国标准总线
PROFIBUS是一种用于工业自动化的现场总线标准，由德国标准委员会制定。它 支持多种通信协议，广泛应用于制造业、过程控制和楼宇自动化等领域。
CAN总线
控制器局域网
CAN总线是一种用于汽车和工业自动化领域的现场总线标准。它支持分布式实时控制，具有高可靠性和灵活性，广泛应用于 汽车电子、智能交通和工业自动化等领域。
现场总线技术与应用课程设计
现场总线技术与应用课程设计一、前言现场总线技术是现代工厂自动化控制系统中的重要技术，具有通讯协议统一、设备互换性强、系统稳定可靠等优势。
本课程设计旨在通过学生个人知识掌握能力的培养，对学生的专业素养进行全面提高，达到在实践课程中向理论课程过渡的目标。
本文将对课程设计的内容、方法、预期目标和评估方法进行详细阐述。
二、课程设计内容1.介绍现场总线技术的基础知识和发展历程，并对不同类型的现场总线进行比较。
2.学习现场总线通讯协议的编写、应用及调试方法。
3.利用PLC编程软件进行实验设计，实现现场总线各种通讯方式的模拟、调试和数据采集。
4.能够针对具体的工业现场，设计现场总线控制系统，并能完成系统的调试和运行。
5.讲授现场总线控制自动化系统在智能工厂方面的应用实现。
三、课程设计方法本课程设计采用理论讲授、实验操作相结合的教学方法，强调理论与实践相结合，让学生在实验中去掌握课程设计的基础和应用，课程内容主要采用PPT陈述结合案例分析等方式进行讲授，实例部分主要通过下面几个方面进行实验探究：1.通过实验来深入学习不同类型现场总线；2.利用PLC编程软件进行相关实验模拟；3.对不同平台的智能控制系统进行实验搭建和调试；4.利用实例来讲述现场总线控制自动化系统在智能工厂方面的应用实现。
四、预期目标1.掌握现场总线技术的基础理论；2.熟悉现场总线通讯协议的编写、应用及调试方法;3.熟练掌握PLC编程软件的操作；4.了解现场总线控制自动化系统在智能工厂方面的应用实现。
五、评估方法课程设计的核心目标是让学生通过实验操作来掌握现场总线技术的基础应用，所以实验操作部分占据了课程评估的主要比重。
评估方式主要以考试和实验报告的形式进行：1.组织课内考试，检查学生的基础知识和理论掌握情况，占评估总分50％；2.学生通过实验操作进行实验探究并撰写实验报告，报告占评估总分50％；3.本课程目的是提高学生的综合能力，所以学生参与实验操作的态度和实际能力也会被纳入到评估范畴内。
Powerlink总线型多轴运动控制系统技术方案和实现
Powerlink总线型多轴运动控制器技术方案与实现数控技术和数控机床是制造业现代化的基础，是一个国家综合国力的重要体现。
我国在从制造大国向制造强国转变的过程中，大力发展数控技术具有重要意义。
国产数控系统经过半个多世纪的发展，在技术和市场上都有了长足的进步。
然而纵观国内外数控系统技术现状，尚与国外存在较大的差距。
主要体现在国产数控产品主要占据中低端数控市场，在高档数控系统方面，由于技术水平的限制，国产数控系统的市场占有率较少，绝大部分市场被法那科、西门子、三菱、德马吉等国外品牌占领。
近几年美国和德国分别提出了“工业互联网”和“工业 4.0”高科技战略计划，中国紧随其后，于2015年两会提出“中国制造2025”发展战略。
事实上，这三个概念殊途同归，数控技术都是其最重要的一环，国务院总理李克强在2015年3月25日主持召开的国务院常务会议中明确指出，重点发展包括高档数控机床在内的10大领域。
为此，国家连续出台了一系列政策，以期为我国数控技术的发展创造良好的外部条件。
在这里我依据自己十多年从事数控系统的经验，与大家分享一下如何搭建完成一款总线型多轴控制系统，以期能给本领域研发人员一定的启发，共同为“中国制造2025”交上一份满意的答卷。
我将从系统性能和实现方案，实现效果三方面进行阐述。
一、系统性能性能有：1.采用先进的软件设计技术和理念，包括跨平台和组件技术，利用C语言的面向对象的设计模式进行开发，便于系统开发调试、功能扩展和维护。
2.结合嵌入式计算机和实时工业以太网技术，硬件集成度高、成本相对较低，满足市场上对国产数控系统的定位需求。
3.综合RS274标准G代码、B类宏程序、运动控制、软PLC、速度前瞻、小线段连续加工等技术，满足通用型数控系统的技术要求。
4.具备S型加减速、刀具半径补偿、反向间隙和螺距误差补偿，满足平稳和精密加工。
具体参见/v_show/id_XMTQwMzIwNTQ5Ng==.html?from=y1.7-1.2#paction 1.1 G指令表代码功能G00 快速定位功能代码支持POWERLINK实时总线，支持多驱动器和IO扩展1.2技术参数二、实现方案2.1硬件平台1.实时任务控制采用德州仪器TMS320C6748处理器，主频360M。
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
《现场总线技术及其应用(第3版)》电子课件第五章 Modbus总线及其应用
Date: 2021/6/10
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三、实现S7-200PLC之间的Modbus RTU通信
4．主站寻址
所有Modbus地址都是从地址1开始编号。
Date: 2021/6/10
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三、实现S7-200PLC之间的Modbus RTU通信
4．从站寻址
所有Modbus地址都是从地址1开始编号。
4. FX3U系列PLC通信参数设置
本 例 中 ， PLC 作 为 主 站 与 智 能 仪 表 （ 从 站 1,2 ） 进 行 MODBUS RTU通信， 因此PLC侧按照按照上表内容含义，将 D8421（通道2）设置为H1（二进制数0000,0000,0000,0001 ）。
1）b0=1，采用MODBUS协议； 2）b4=0，将该台PLC设为主站； 3）b8=0，选择MODBUS RTU通信方式。
Date: 2021/6/10
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三、实现S7-200PLC之间的Modbus RTU通信
8．程序编写
3）从站程序编写
Date: 2021/6/10
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三、实现S7-200PLC之间的Modbus RTU通信
8．程序编写
4）注意事项 利用主从站指令库编
程前首先应为其分配存 储区，否则 Step7Micro/Win 编译时会报 错。
其中一台作为 Modbus 通信主站，另一台作为Modbus通信从
站。当主站 I0.1为 ON时，主站给从站发送信息，并使从站 的输出Q0.0～Q0.7随主站﹠VB1000的值变化。
Date: 2021/6/10
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三、实现S7-200PLC之间的Modbus RTU通信
现场总线技术及其应用教学设计
现场总线技术及其应用教学设计前言现场总线技术是当今工业自动化领域的关键技术之一，它在工业控制系统、机器人控制、智能制造等领域都得到了广泛应用。
因此，在工科相关专业的教学中，对现场总线技术的教学也显得尤为重要。
本文旨在探讨如何进行现场总线技术的应用教学设计。
课程目标知识要点•现场总线技术原理及其应用；•常见的现场总线协议，如Profibus、CANbus、DeviceNet等；•现场总线参数配置；•软件工具的使用，如STEP 7、PROFIBUS DP Configurator等。
能力目标•能够选用合适的现场总线协议，搭建现场总线网络，完成数据采集和控制任务；•能够进行现场总线设备的参数配置；•能够使用相应的软件工具进行编程和调试。
教学内容理论教学1.现场总线技术原理及其应用；2.常见的现场总线协议，如Profibus、CANbus、DeviceNet等；3.现场总线参数配置。
1.搭建现场总线网络；2.完成数据采集和控制任务；3.进行现场总线设备的参数配置；4.编程和调试。
教学方法1.理论教学采用讲授、提问及分组讨论等教学方法；2.实践教学采用“理论结合实践”的教学方法，以项目为主线，分阶段开展实践操作；3.教学实践和纸上演练相结合，通过模拟实验、实验指导和实验报告等形式，逐步提高学生的实际操作能力。
教学过程理论教学1.现场总线技术原理及其应用–现场总线技术的发展历程；–现场总线技术的基本概念及其应用领域；–现场总线技术的基本原理。
2.常见的现场总线协议–常见的现场总线协议，如Profibus、CANbus、DeviceNet等；–不同现场总线协议的特点和应用场景。
3.现场总线参数配置–现场总线设备的参数配置；–现场总线网络配置；–现场总线故障排除。
1.搭建现场总线网络–确定现场总线网络的拓扑结构；–配置现场总线网络物理层和数据链路层参数。
2.完成数据采集和控制任务–完成数据采集和控制任务，如温度、湿度、压力等数据的采集、开关量的控制。
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大作业题目Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信课程名称现场总线技术及应用院（系、部、中心）自动化学院专业自动化班级学生姓名学号设计地点指导教师目录一、课程设计的目的 (3)二、课程设计题目及要求 (3)1、题目 (3)2、设计要求 (3)三、环境搭建 (3)1、硬件环境： (3)2、软件环境： (3)3、源代码和安装文件： (4)四、powerlink的原理 (4)1、Powerlink是ICE国际标准，通信描述 (4)2、Powerlink网络建构 (5)3、通信过程 (5)3、主站发送参数的配置过程 (8)4、从站接收配置之通信参数配置 (8)5、openCONFIGURATOR介绍 (9)五、操作过程 (9)1、主从站之间的通信 (9)2、openCONFIGURATOR应用 (19)六、实习体会 (28)一、课程设计的目的通过对Powerlink的理论学习和完成Powerlink的主站和从站通信的实践工作，将这门课程的理论知识尤其是Powerlink这种现场总线的理论和应用知识进一步巩固和完善，培养学生较强的工程实践能力，为进一步学习专业知识和从事相关专业工作打下坚实的基础。
二、课程设计题目及要求1、题目Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信2、设计要求掌握Powerlink的工作原理，使用开源的openConfigurator对主站和从站进行配置，对开源的openPOWERLINK代码在Linux系统下进行编译实现主站和从站的通信功能，利用网络诊断工具wireshark检查和验证通信功能。
三、环境搭建1、硬件环境：一台PC机，安装两台虚拟机，一台作为主站，另一台作为从站2、软件环境：a)安装虚拟机VMware player；b)安装Linux操作系统Ubuntu；c)安装程序文件产生器Doxygen；d)安装编译安装工具CMakee)安装网路数据包捕获函数库libpcap作为网卡驱动3、源代码和安装文件：a）openPowerlink源代码，需要在Linux下编译；b）openConfigurator源代码，需要在Linux下编译；c）可以不编译openConfigurator源代码，直接在32位Windows环境下运行openConfigurator可执行文件，用来配置网络参数和映射参数。
将生成的mnobd.cdc文件和xap.h文件拷贝到openPowerlink 源代码的指定目录下，供主站配置整个网络。
四、powerlink的原理1、Powerlink是ICE国际标准，通信描述– IEC 61784- - 2服务和协议– IEC 61158- - 300– IEC 61158- - 400– IEC 61158- - 500– IEC 61158- - 600设备描述– ISO 15745- -1 1目前中国唯一实时以太网的国家标准（ GB/T- - 27960 ）2、Powerlink网络建构Powerlink是一个三层的通讯网络，它规定了物理层、数据链路层和应用层3、通信过程本次课程设计我们安装两个ubuntu操作系统，一个作为主站，一个作为从站。
其中，主站发送一个数据给从站，同时从从站接收一个数据。
如下图所示：POWERLINK 的主站和从站事先定义了一些对象，这些对象的声明在objdict.h中。
这些对象的作用就是用来存储通信数据的。
下图为通信模型。
节点i节点k通信过程为：1、主站把需要通信的object 的数据，组成发送数据桢，发送给从站。
从站接收到该数据桢，将数据桢中的数据解析，放到从站自身的object 中。
2、同样道理从站把需要通信的object 的数据，组成发送数据桢，以广播的方式发送的网络上。
主站或其他从站接收到该数据桢，将数据桢中的数据解析，放到从站自身的object 中。
3、因此，POWERLINK 的通信，实际上就是主站上的object 与从站上的object 之间相互通信。
需要注意的是，相互通信的两个object，在数据长度上最好相同，否则，容易产生错误。
例如主站上某一个object 的数据长度为16bits, 而某个从站上的object 为8bits，这两个object 要通信，可能会出现主站发来的16bits 的数据要被保存到从站的8bits 的object 上，这就造成了数据的丢失。
通信模型的要点：1．对象字典由通信模型可知，要通信，首先需要有object，所有object 的集合，就成为对象字典。
通信之前，首先要定义对象字典。
2．映射参数（mapping）：描述object 与数据桢中数据段对应关系的参数叫做映射参数（mapping ).这个参数描述了object 如何组建成数据桢；以及如何将数据桢解析，将数据桢中的数据存放到object 中。
3．应用程序中对object 的访问通信的最终目的是为应用程序服务，将通信的数据交给应用程序使用。
Object 是通信协议与应用程序之间的接口，通信协议将数据保存至object 或者从object 把数据取走。
应用程序从另外一测与object 打交道。
3、主站发送参数的配置过程主站和从站的区别：每个循环周期，从站只需要发送一个TPDO 的数据帧。
而主站如果基于请求/应答模式，一个循环周期需要向网络中所有的节点都发送一次请求数据帧Preq，而且相应的也会收到从站的回复Pres，一个Preq 数据帧就是一个TPDO,而一个Pres 数据帧，就是一个RPDO。
这也就意味着主站在发送时，需要有多个发送TPDO的通道；在接收时，需要有多个接收RPDO 的通道。
举例来说，假如一个系统里，有1 个主节点和3 个从节点。
此时主站需要3 个发送通道和3 个接收通道。
4、从站接收配置之通信参数配置参数0x14XX 描述接收配置的通信参数，XX 的取值范围为0x00 至0xFF。
该参数描述了此节点需要接收来自哪个节点的数据。
从前面讲述的POWERLINK 基本原理可知，POWERLINK 支持交叉通信，因此每一个节点都可以接收来自另外一个或多个节点的数据。
所以一个节点可以有多个接收通道。
例如0x1400 是一个通道，接收来自主节点的数据，那么就把0x1400/0x01 的值设为0（默认值设为0，表示接收来自主站的请求数据）；0x1401 是一个通道，接收来自3 号节点的数据，那么就把0x1401/0x01 的值设为3，这样该节点在同一个循环周期你既接收来自主站的数据，也接收来自 3 号节点的数据。
5、openCONFIGURATOR介绍如果使用手动配置网络，那么每次修改网络参数，都要重新编译程序，重新下载，显然在某些场合是不能接受的。
而且手动配置的过程过于复杂。
因此手动配置适合用于产品开发和调试阶段。
当产品开发完成，交付给客户时，就不适合使用手动配置的方式来配置网络。
为此我们提供了一个工具openCONFIGURATOR，使用此工具可以方便快速的组建一个网络轻松地配置各个节点的网络参数和映射参数。
openCONFIGURATOR 是一个POWERLINK 的组网工具或者组态工具。
该工具的输入为网络设备的XDD 文件，输出文件主要是后缀名.cdc的网络配置文件。
该cdc 文件是一个二进制文件，保存了整个网络的配置信息。
主站会根据这个cdc 文件来配置网络主站的参数，以及各个从站的网络参数和映射参数以及循环周期等参数，这个文件不是程序的一部分，他只是一个存储文件。
五、操作过程1、主从站之间的通信1.在vm虚拟机下安装Ubuntu操作系统按下图的步骤进行配置填写用户名密码并且配置完成后，系统会自动安装并打开，填写密码登陆后进入操作系统桌面，打开终端进行操作。
2.下载程序文件产生器doxygen3.下载编译安装工具cmake4.下载网路数据包捕获函数库libpcap作为网卡驱动5.下载wireshark工具6.将下载好的openCONFIGURATO文件以及openPOWERLINK源代码复制到虚拟机的磁盘中。
7.进入prj/openPOWERLINK-v2.0.2-2/doc/software-manual文件夹下运行doxygen文件产生指导书，过程及结果如下图8.生成底层配置文件并进行编译，过程及结果如下所示底层文件配置成功9.按照指导书上的过程生成可执行文件由上图可知主站的可执行文件已经生成，此时进入安装文件夹下，复制该虚拟机作为从站，然后进行如下配置生成可执行文件。
可知从站可执行文件已生成。
10.运行主站的可执行文件，进行主站和从站之间的通信。
A）配置主站通信选择eth0网卡通信成功，主站传输数据B）配置从站通信选择相应与主站相同的网卡eth0通信成功，从站接收到来自主站的数据。
11.打开wireshark，通过此工具观察主从站之间的通信过程A）打开wiresharkB）在界面中选择主从站配置时选择的网卡eth0，点击start开始通信C）如下图所示，可以观察到主从站之间通信的数据信息2、openCONFIGURATOR应用1.openCONFIGURATOR的安装进入openCONFIGURATOR-v1.3.1-linux-i386文件夹运行confiture可执行文件，系统就会自动下载安装所需文件编译成功可以在gui文件夹下看到可执行文件openCONFIGURATOR,运行此文件。
可打开openCONFIGURATOR如下图进行配置在此页面的“choose save option”下的三个选项中选择poompt选项，其作用是当用户修改了配置或退出时，openCONFIGURATOR会淡出一个窗口询问是否保存。
接下来如上图所示，导入主站的XDD文件，我们选择import XDD/XDC选项，是因为此选项用于用户自己开发的主站或者第三方提供的主站，来导入与主站相对应的XDD文件。
并在接下来弹出的窗口中选择“yes”选项，openCONFIGURATOR会自动计算并填写主站中如下参数的配置信息，完成了添加一个网络配置的工程，并在网络里添加了一个默认的主站的工作。
然后进行从站的添加工作，如下图进行配置在弹出的窗口中填好相应的从站名称，节点号以及与主站相似的选项。
观察从节点，单击某个从节点，显示如下界面，如下图进行配置“pollResponse Timout”选项是指主站接收该从站pollresponse数据帧的超时时间，也可看作主站为该从站发送数据所分配的时间片然后配置接收和发送的网络参数和映射参数首先配置从站的发送PDO的映射信息，发送PDO的映射信息，描述了如何将该节点对字典中的object打包成一个数据帧，单击cm中的PDO的TPDO，按下图进行配置。