《现场总线及其应用技术》ppt课件解读
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《现场总线及其应用技术》课件
2020/4/15
4
要求及考试
上课认真做笔记 认真完成课后作业
平时成绩
30％
实验成绩
60%
平时表现及作业 40%
期末笔试
70％
2020/4/15
5
第一讲 现场总线概述
1.1 现场总线的现状和发展
现场总线 现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室 之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、 互联、多变量、多点、多站的通信网络。
公司)
2020/4/15
28
1.1.5 现场总线的现状
1. 多种总线共存
世界市场对各种现场总线的需求：
过程自动化：15%(FF,PROFIBUS-PA,WorldFIP) 医药领域：18%(FF,PROFIBUS-PA,WorldFIP) 加工制造：15%(PROFIBUS-DP,DeviceNet) 交通运输：15%(PROFIBUS-DP,DeviceNet) 航空，国防：34%(PROFIBUS-FMS,LonWorks,
2020/4/15
22
典型ABB的AC800M系统组成
iFIX
IFix Client 1
IFix Client 2
Gateway 3 NIC
MIS ERP
ห้องสมุดไป่ตู้
IFix Primary Server
ABB AC800M
AC800M
iFix OPC Client ABB OPC Server
AC800M
IFix Secondary Server
应用层
分为两子层：应用服务层(FMS)，用于为用户提供服务； 现场总线存取层(FAS)，用于实现数据链路的连接。
2020/4/15
现场总线技术及其应用-概述63页PPT
现场总线技术及其应用-概述
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
Hale Waihona Puke 41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
Hale Waihona Puke 41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
现场总线技术及其应用专项培训PPT公开课(32页)
基于CAN现场总线的造气炉智能控制系统的产业化发展，将 为造气炉的高水平自动化提供强有力的技术支持。
13
三 现场总线在锅炉控制系统中的应用
1. 项目概述 我国的锅炉产业发展迅猛，但运行热效率低,浪费能源，
污染环境，自动化改造的任务十分紧迫； 我国工业锅炉控制系统发展大致经过五个阶段：
手工控制阶段； 专用仪表控制阶段 ； 电动单元组合控制阶段； 计算机控制阶段（分布式控制系统DCS）； 现场总线控制阶段 。 经典的PID 控制往往不易达到最佳的控制状态采用更先进 的控制策略势在必行。
工作循环中各阀门开闭状态
阶段 1
吹风 Ο
上吹 Χ
下吹 Χ
二上 Χ 吹净 Ο
阀门开闭情况
2345 ΧΧΟΟ ΟΧΟΧ ΧΟΧΧ ΟΧΟΧ ΧΧΟΧ
67 ΧΧ ΟΧ ΟΟ ΟΧ ΟΧ
8
工艺流程中必须安装足够的阀门，通过对阀门的闭启来控 制间歇制气工艺生产过程，工艺流程如下图所示：
炉口
上行测温装置
空层
炉
现场总线是现场仪表与控制室系统之间的一种开放的、全 数字化、双向、多站的通信系统，主要用于工厂低层设备(传感 器及传动装置等)的数据通信。
3
一 现场总线技术简介
3. 现场总线主要特点
1) 系统可靠性高； 2) 实现开放式互连网络；
3) 安装与接线费用低；
4) 调节性能提高； 5) 系统组态简单。
4. 现场总线国际标准化状况
5. 现场总线结构模型
现场总线的模型结构在低层 (1、2层 )是基本相同的，在上 层各现场总线之间的功能有所不同。
IEC定义为 3层，即采用ISO (国际标准化组织) 的OSI所规 定的7层中的3层，分别为物理层、链路层、应用层。
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三 现场总线在锅炉控制系统中的应用
1. 项目概述 我国的锅炉产业发展迅猛，但运行热效率低,浪费能源，
污染环境，自动化改造的任务十分紧迫； 我国工业锅炉控制系统发展大致经过五个阶段：
手工控制阶段； 专用仪表控制阶段 ； 电动单元组合控制阶段； 计算机控制阶段（分布式控制系统DCS）； 现场总线控制阶段 。 经典的PID 控制往往不易达到最佳的控制状态采用更先进 的控制策略势在必行。
工作循环中各阀门开闭状态
阶段 1
吹风 Ο
上吹 Χ
下吹 Χ
二上 Χ 吹净 Ο
阀门开闭情况
2345 ΧΧΟΟ ΟΧΟΧ ΧΟΧΧ ΟΧΟΧ ΧΧΟΧ
67 ΧΧ ΟΧ ΟΟ ΟΧ ΟΧ
8
工艺流程中必须安装足够的阀门，通过对阀门的闭启来控 制间歇制气工艺生产过程，工艺流程如下图所示：
炉口
上行测温装置
空层
炉
现场总线是现场仪表与控制室系统之间的一种开放的、全 数字化、双向、多站的通信系统，主要用于工厂低层设备(传感 器及传动装置等)的数据通信。
3
一 现场总线技术简介
3. 现场总线主要特点
1) 系统可靠性高； 2) 实现开放式互连网络；
3) 安装与接线费用低；
4) 调节性能提高； 5) 系统组态简单。
4. 现场总线国际标准化状况
5. 现场总线结构模型
现场总线的模型结构在低层 (1、2层 )是基本相同的，在上 层各现场总线之间的功能有所不同。
IEC定义为 3层，即采用ISO (国际标准化组织) 的OSI所规 定的7层中的3层，分别为物理层、链路层、应用层。
现场总线技术3-4 CAN总线 现场总线技术及其应用 教学课件
Dependent Interface-MDI）构成媒体访问单元（MAU ）
2020/7/2
12
物理层信号（PLS）
Physical Layer Signal Sublayer 物理层信号实现与位表示、位定时和同步相关
的功能
2020/7/2
13
PLS－位定时
标称位速率（Nominal Bit Rate）：理想发送器在没有 重同步的情况下，发送的位数/秒
CAN采用非破坏性逐位仲裁技术，优先级发送，可以 大大节省总线冲突仲裁时间，在重负荷下表现出良好 的性能；CAN可以点对点、一点对多点（成组）及全 局广播等几种方式传送和接收数据。
CAN的直接通信距离最远可达10 km（传输速率为5 Kbit/s）；最高通信速率可达1 Mbit/s（传输距离为 40m）。
11
物理媒体连接（PMA）子层
Physical Medium Attachment Sublayer 功能：实现总线发送/接收的功能电路，并可提供总线
故障检测方法 CAN技术规范2.0B中没有定义该层的驱动器/控制器特
性，以便在具体应用中进行优化设计。 由物理媒体连接（PMA）和媒体从属接口（Physical
现场总线技术及其应用
第3讲
胡青松
2020/7/2
1
3.4.1 CAN总线概述
CAN是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通 信网络。
CAN协议遵循ISO/OSI模型，采用了其中的物理层、 数据链路层与应用层。
CAN可以多主方式工作，本质上也是一种CSMA/CD 方式，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地 向网络上的其它节点发送信息，而不分主从，节点之 间有优先级之分，因而通信方式灵活；
2020/7/2
12
物理层信号（PLS）
Physical Layer Signal Sublayer 物理层信号实现与位表示、位定时和同步相关
的功能
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PLS－位定时
标称位速率（Nominal Bit Rate）：理想发送器在没有 重同步的情况下，发送的位数/秒
CAN采用非破坏性逐位仲裁技术，优先级发送，可以 大大节省总线冲突仲裁时间，在重负荷下表现出良好 的性能；CAN可以点对点、一点对多点（成组）及全 局广播等几种方式传送和接收数据。
CAN的直接通信距离最远可达10 km（传输速率为5 Kbit/s）；最高通信速率可达1 Mbit/s（传输距离为 40m）。
11
物理媒体连接（PMA）子层
Physical Medium Attachment Sublayer 功能：实现总线发送/接收的功能电路，并可提供总线
故障检测方法 CAN技术规范2.0B中没有定义该层的驱动器/控制器特
性，以便在具体应用中进行优化设计。 由物理媒体连接（PMA）和媒体从属接口（Physical
现场总线技术及其应用
第3讲
胡青松
2020/7/2
1
3.4.1 CAN总线概述
CAN是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通 信网络。
CAN协议遵循ISO/OSI模型，采用了其中的物理层、 数据链路层与应用层。
CAN可以多主方式工作，本质上也是一种CSMA/CD 方式，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地 向网络上的其它节点发送信息，而不分主从，节点之 间有优先级之分，因而通信方式灵活；
现场总线技术及其应用 第2版 教学课件 ppt 作者 郭琼 第1章
Page: 28
4.现场总线系统的优点
• 提高了系统的准确性与可靠性 1）现场总线设备的智能化、数字化，与模拟 信号相比，从根本上提高了测量与控制的精确度， 减少了传送误差； 2）系统的结构简化、设备与连线减少，现场 仪表内部功能加强，减少了信号的往返传输，提 高了系统的工作可靠性； 3）设备标准化，功能模块化，使系统具有设 计简单，易于重构等优点。
Date: 2019/1/30
Page: 19
4.现场总线系统的优点
• • • • • 节省硬件数量与投资 节省安装费用 节省维护开销 用户具有高度的系统集成主动权 提高了系统的准确性与可靠性
Date: 2019/1/30
Page: 20
4.现场总线系统的优点
• 节省硬件数量与投资 1）智能现场设备直接执行多参数测量、控制、 报警、累计计算等功能，减少了变送器的数量； 2 ）不需要 DCS 系统的信号调理、转换等功能， 节省硬件投资，减少控制室的占地面积。
（2）Profibus:离散工业，机械制造业自动化 （3）WorldFIP:交通行业自动化 （4）LonWorks:楼宇自动化
现场总线技术 --现场总线技术把单个分散的仪表或设 备变成了网络的节点
Date: 2019/1/30
Page: 3
1.现场总线简介
现场总线控制系统FCS
----以现场总线为纽带，连接分散的现场仪表或设备， 使之成为可以相互沟通信息、共同完成自动控制任务的网 络系统与控制系统.
与传统仪表的不同之处 现场总线技术的关键
Date: 2019/1/30 Page: 43
三、现场总线技术的标准化
制定现场总线标准的国际标准化组织： 1）IEC---国际电工委员会
现场总线技术 第5章 DeviceNet 现场总线技术及其应用 教学课件
卷，内容如下：
2020/7/2
14
卷1：
DeviceNet通信协议和应用（第7层—应用层）。 CAN以及它在DeviceNet中的应用（第2层—数
据链路层）
DeviceNet物理层和介质（第1层—物理层）
卷2：
为实现同类产品之间的互操作性和可互换性进 行设备描述
2020/7/2
15
除第7层（应用层）外，DeviceNet规范还对一部分第1 层（收发器）以及第0层（传输介质）进行了规定，这 就为DeviceNet节点的物理连接提供了标准。协议对连 接器、电缆类型、电缆长度以及基于通信的显示、操 作元素及其相应的封装形式等等都进行了规定。
现场总线技术及其应用
第5讲
胡青松
2020/7/2
1
2、DeviceNet简介
DeviceNet是二十世纪九十年代中期发展起来的一种基于 CAN总线技术的符合全球工业标准的开放型通信网络， 它是一种低成本的通信总线。
它既可以连接底端工业设备，又可连接像变频器、操作 员终端这样的复杂设备。
它将工业设备（如限位开关、光电传感器、阀组、马达 启动器、过程传感器、变频驱动器、面板显示器和操作 员接口等）连接到网络，从而消除了昂贵的硬接线成本。 （见图）
2020/7/2
36
5.3.3.物理层信号
采用CAN的物理层信号 逻辑电平的物理状态
隐性—逻辑0—电位差0V 显性—逻辑1—电位差2.5V
2020/7/2
37
5.4DeviceNet的数据链路层
➢ 数据链路层是完成两个相连的机器数据链路层 进行可靠、有效通信的方法。
➢ 数据链路层，负责从网络层向物理层发送数据 帧（存放数据的有组织的逻辑结构）。在接收 端，将来自物理层的比特流打包为数据帧。
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卷1：
DeviceNet通信协议和应用（第7层—应用层）。 CAN以及它在DeviceNet中的应用（第2层—数
据链路层）
DeviceNet物理层和介质（第1层—物理层）
卷2：
为实现同类产品之间的互操作性和可互换性进 行设备描述
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除第7层（应用层）外，DeviceNet规范还对一部分第1 层（收发器）以及第0层（传输介质）进行了规定，这 就为DeviceNet节点的物理连接提供了标准。协议对连 接器、电缆类型、电缆长度以及基于通信的显示、操 作元素及其相应的封装形式等等都进行了规定。
现场总线技术及其应用
第5讲
胡青松
2020/7/2
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2、DeviceNet简介
DeviceNet是二十世纪九十年代中期发展起来的一种基于 CAN总线技术的符合全球工业标准的开放型通信网络， 它是一种低成本的通信总线。
它既可以连接底端工业设备，又可连接像变频器、操作 员终端这样的复杂设备。
它将工业设备（如限位开关、光电传感器、阀组、马达 启动器、过程传感器、变频驱动器、面板显示器和操作 员接口等）连接到网络，从而消除了昂贵的硬接线成本。 （见图）
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5.3.3.物理层信号
采用CAN的物理层信号 逻辑电平的物理状态
隐性—逻辑0—电位差0V 显性—逻辑1—电位差2.5V
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5.4DeviceNet的数据链路层
➢ 数据链路层是完成两个相连的机器数据链路层 进行可靠、有效通信的方法。
➢ 数据链路层，负责从网络层向物理层发送数据 帧（存放数据的有组织的逻辑结构）。在接收 端，将来自物理层的比特流打包为数据帧。
现场总线技术及其应用专项培训课件演示(84张)
– FF基金会汇集了世界著名仪表、自动化设备和DCS制造厂商，研 究机构和最终用户。现有基金会成员120余家，以及诸多最终用户 组成的顾问委员会。FF的宗旨是促进产生一个单一的国际现场总 线标准。
2021/1/20
5
FF标准系列
用于低速，过程自动化中现场设备和控制设备之间的联接 的H1（31.25K）
2021/1/20
7
3.1.2 基金会现场总线通信系统的构成
系统管理内核
（SMK）
对象 系统管理 字典 信息库
（OD） （SMIB）
设备描述 功
（OD） 能
对象字典
（OD）
块 对 象
系统管 理内核 协议
（SMKP）
现场总线报文规范子（FMS） 现场总线访问子层(FAS)
数据链路层（DLL） 物理层（PHY）
现场总线技术及其应用 第3讲
2021/1/20
1
第3章 几种流行的现场总线
3.1基金会现场总线 3.2Profibus现场总线 3.3 LonWorks 3.4CAN总线 3.5 小节
2021/1/20
2
3.1 基金会现场总线
3.1.1基金会现场总线概述 3.1.2 基金会现场总线通信系统的构成 3.1.3 基金会现场总线网络拓扑 3.1.4 基金会现场总线通信模型 3.1.5 基金会现场总线的功能块 3.1.6 基金会现场总线通信控制器FB3050 3.1.7基金会现场总线的组态 3.1.8一致性与互操作性测试 3.1.9基金会现场总线的应用设计与实例
2021/1/20
9
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10
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11
系统管理和网络管理
网络管理者与网络管理代理 网络管理负责以下工作：
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FF标准系列
用于低速，过程自动化中现场设备和控制设备之间的联接 的H1（31.25K）
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3.1.2 基金会现场总线通信系统的构成
系统管理内核
（SMK）
对象 系统管理 字典 信息库
（OD） （SMIB）
设备描述 功
（OD） 能
对象字典
（OD）
块 对 象
系统管 理内核 协议
（SMKP）
现场总线报文规范子（FMS） 现场总线访问子层(FAS)
数据链路层（DLL） 物理层（PHY）
现场总线技术及其应用 第3讲
2021/1/20
1
第3章 几种流行的现场总线
3.1基金会现场总线 3.2Profibus现场总线 3.3 LonWorks 3.4CAN总线 3.5 小节
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3.1 基金会现场总线
3.1.1基金会现场总线概述 3.1.2 基金会现场总线通信系统的构成 3.1.3 基金会现场总线网络拓扑 3.1.4 基金会现场总线通信模型 3.1.5 基金会现场总线的功能块 3.1.6 基金会现场总线通信控制器FB3050 3.1.7基金会现场总线的组态 3.1.8一致性与互操作性测试 3.1.9基金会现场总线的应用设计与实例
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系统管理和网络管理
网络管理者与网络管理代理 网络管理负责以下工作：
现场总线技术及其应用PPT.
这方面的知识,冬冬会不会食物中毒？
满足工业现场应用的性能要求。与OSI参考模型 2、中毒还有化学性的食物中毒。如：吃了沾有残留的农药的蔬菜就会引起中毒。
彬彬有礼地介绍
33.根与据客学户生建回立的答互，信列关相出系以应下几层点： 次相比，现场总线标准的物理层、数据
师：这就是要链求同学路们一层日三与餐要定其时定有量。相同的含义。从总线访问子层看，
分层的，但层次之间的调用关系不一定象OSI那样
严格，层次也可简化，以提高协议的工作效率；
既要遵循OSI模型体系结构原则，又要考虑FCS的
特点，满足FCS的特殊要求；在现场总线参数模型
中，既遵循开放系统集成的原则，又充分体现FCS
的特点和特殊要求。
10
1
应用层
2
表达层
3
会话层
4
传输层
5
网络层
6 数据链路层
➢ 70年代末，随着大规模集成电路的出现，微处 理器技术得到很大发展。微处理器功能强、体积 小、可靠性高、通过适当的接口电路用于控制系 统，控制效果得到提高，但是尽管如此，还是属 于集中式控制系统。
2
➢ 20世纪80年代初期，计算机和（Direct Digital Control，DDC）技术。随后在计算机网 络技术的带动下，产生了各种以DDC技术为基础的 集散控制系统（Distributed Control System， DCS）。
4
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：
1.节省硬件数量与投资 2.节省安装费用 3.节省维护开销
5
4．系统具有优异的远程监控功能和强大的 （远程）故障诊断功能
满足工业现场应用的性能要求。与OSI参考模型 2、中毒还有化学性的食物中毒。如：吃了沾有残留的农药的蔬菜就会引起中毒。
彬彬有礼地介绍
33.根与据客学户生建回立的答互，信列关相出系以应下几层点： 次相比，现场总线标准的物理层、数据
师：这就是要链求同学路们一层日三与餐要定其时定有量。相同的含义。从总线访问子层看，
分层的，但层次之间的调用关系不一定象OSI那样
严格，层次也可简化，以提高协议的工作效率；
既要遵循OSI模型体系结构原则，又要考虑FCS的
特点，满足FCS的特殊要求；在现场总线参数模型
中，既遵循开放系统集成的原则，又充分体现FCS
的特点和特殊要求。
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1
应用层
2
表达层
3
会话层
4
传输层
5
网络层
6 数据链路层
➢ 70年代末，随着大规模集成电路的出现，微处 理器技术得到很大发展。微处理器功能强、体积 小、可靠性高、通过适当的接口电路用于控制系 统，控制效果得到提高，但是尽管如此，还是属 于集中式控制系统。
2
➢ 20世纪80年代初期，计算机和（Direct Digital Control，DDC）技术。随后在计算机网 络技术的带动下，产生了各种以DDC技术为基础的 集散控制系统（Distributed Control System， DCS）。
4
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：
1.节省硬件数量与投资 2.节省安装费用 3.节省维护开销
5
4．系统具有优异的远程监控功能和强大的 （远程）故障诊断功能
《现场总线技术及应用》课件7CAN总线
② 超载通告：如果接收器内部条件要求延迟下一 个LLC数据帧或LLC远程帧，则通过LLC子层开始 发送超载帧，最多可产生两个超载帧，以延迟 下一个数据帧或远程帧。
③ 恢复管理：发送期间，对于丢失仲裁或被错误 干扰的帧，LLC子层具有自动重发送功能，在发 送成功完成前，帧发送服务不被用户认可。
MAC子层
(7)出错误管理逻辑(EML)：按照CAN协议进行 传输层出错界定。
2、SJA1000的寄存器结构及地址分配表
3、SJA1000的工作原理与硬件接口电路
发送缓冲区用于存贮由微处理器至SJA1000的发送报 文，它可分为描述符和数据场，发送缓存器可借助微控 制器写入或读出。描述符为两个字节：包括标识符、远 程发送请求位（RTR）和数据长度码（DLC）。数据场 为8个字节空间，存贮0～8个数据。
⑶接收缓存器0和1(RXB、RXFIFO)：均由10个字节组成， 交替存贮由总线接收到的报文，当一个缓存器被分配 给CPU，位流处理器可以对另一个进行写操作。
⑷接收过滤器(ACF): 将接收到的标识符与接收过滤寄 存器中的内容比较，并决定是否接受该条消息。如果 该条消息通过接收测试，则将其存入接收缓冲器。
时钟分频寄存器控制SJA1000向CPU输出CLKOUT频率。
SJA1000由微处理器通过8位地址数据复用总线 和基本读写控制信号进行控制。SJA1000的中断 请求信号INT连至微处理器的外部中断输入端， CAN控制器可通过中断进行数据通信。
在网络通信中所涉及的数据链路层和物理层的操 作由SJA1000芯片自动完成，无需微处理器的干 预。例如总线的定时与同步、总线的仲裁、CRC 与其它填充位的插入等均由SJA1000自动完成。
第二节 CAN技术规范
一种多主总线，采用OSI的三层网络结构——物理 层、数据链路层和应用层。
③ 恢复管理：发送期间，对于丢失仲裁或被错误 干扰的帧，LLC子层具有自动重发送功能，在发 送成功完成前，帧发送服务不被用户认可。
MAC子层
(7)出错误管理逻辑(EML)：按照CAN协议进行 传输层出错界定。
2、SJA1000的寄存器结构及地址分配表
3、SJA1000的工作原理与硬件接口电路
发送缓冲区用于存贮由微处理器至SJA1000的发送报 文，它可分为描述符和数据场，发送缓存器可借助微控 制器写入或读出。描述符为两个字节：包括标识符、远 程发送请求位（RTR）和数据长度码（DLC）。数据场 为8个字节空间，存贮0～8个数据。
⑶接收缓存器0和1(RXB、RXFIFO)：均由10个字节组成， 交替存贮由总线接收到的报文，当一个缓存器被分配 给CPU，位流处理器可以对另一个进行写操作。
⑷接收过滤器(ACF): 将接收到的标识符与接收过滤寄 存器中的内容比较，并决定是否接受该条消息。如果 该条消息通过接收测试，则将其存入接收缓冲器。
时钟分频寄存器控制SJA1000向CPU输出CLKOUT频率。
SJA1000由微处理器通过8位地址数据复用总线 和基本读写控制信号进行控制。SJA1000的中断 请求信号INT连至微处理器的外部中断输入端， CAN控制器可通过中断进行数据通信。
在网络通信中所涉及的数据链路层和物理层的操 作由SJA1000芯片自动完成，无需微处理器的干 预。例如总线的定时与同步、总线的仲裁、CRC 与其它填充位的插入等均由SJA1000自动完成。
第二节 CAN技术规范
一种多主总线，采用OSI的三层网络结构——物理 层、数据链路层和应用层。
现场总线技术综合概述PPT(59张)
Association） – 工业自动化开放网络联盟IAONA（ Industrial
Automation Open Network Alliance） – 汽车工程师协会SAE（Society of Automotive
Engineers ）
制定现场总线标准的国际标准化组织
–IEC：国际电工委员会 –ISO：国际标准化组织
沟通现场设备之间及其与 更高控制管理层之间的联
系
要求
适时性强、可靠性高。
主要内容
1.1 现场总线定义 1.2 现场总线发展现状 1.3 现场总线特点 1.4 现场总线发展趋势 1.5 现场总线应用系统
1.2 测控系统的发展
50年代以前，基地式气动仪表控制系统 各仪表处于封闭状态，现场巡视
电动单元组合式模拟仪表: 出现控制室，可以组织复杂系统 集中式数字控制系统 70\80年代，数字式比模拟式精度高，计算机代替众多仪表盘 集散控制系统DCS 80\90年代，集中管理，分散控制，模拟数字混合，封闭系统 • 80年代中期，现场总线控制系统FCS 网络集成式、分布式、互操作、标准化，数字式，开放系统
且至今仍有较大影响的总线技术
几种有影响的现场总线
• Foundation Fieldbus，FF • LonWorks • Profibus • CAN • Hart
现场总线组织
– 现场总线基金会（Fieldbus Foundation） – LonMark协会 – Profibus协会 – 工业以太网协会IEA（ Industrial Ethernet
现场总线技术概述
主要内容
1.1 现场总线定义 1.2 现场总线发展现状 1.3 现场总线特点 1.4 现场总线发展趋势 1.5 现场总线应用系统
Automation Open Network Alliance） – 汽车工程师协会SAE（Society of Automotive
Engineers ）
制定现场总线标准的国际标准化组织
–IEC：国际电工委员会 –ISO：国际标准化组织
沟通现场设备之间及其与 更高控制管理层之间的联
系
要求
适时性强、可靠性高。
主要内容
1.1 现场总线定义 1.2 现场总线发展现状 1.3 现场总线特点 1.4 现场总线发展趋势 1.5 现场总线应用系统
1.2 测控系统的发展
50年代以前，基地式气动仪表控制系统 各仪表处于封闭状态，现场巡视
电动单元组合式模拟仪表: 出现控制室，可以组织复杂系统 集中式数字控制系统 70\80年代，数字式比模拟式精度高，计算机代替众多仪表盘 集散控制系统DCS 80\90年代，集中管理，分散控制，模拟数字混合，封闭系统 • 80年代中期，现场总线控制系统FCS 网络集成式、分布式、互操作、标准化，数字式，开放系统
且至今仍有较大影响的总线技术
几种有影响的现场总线
• Foundation Fieldbus，FF • LonWorks • Profibus • CAN • Hart
现场总线组织
– 现场总线基金会（Fieldbus Foundation） – LonMark协会 – Profibus协会 – 工业以太网协会IEA（ Industrial Ethernet
现场总线技术概述
主要内容
1.1 现场总线定义 1.2 现场总线发展现状 1.3 现场总线特点 1.4 现场总线发展趋势 1.5 现场总线应用系统
现场总线技术及其应用 第2版 教学课件 作者 郭琼 第7章
第7章现场总线控制系统集成及其应用一、系统集成概述二、系统集成方法三、OPC技术四、现场总线控制系统集成的应用Date:2015-5-29 Page: 1一、系统集成概述系统集成的概念系统集成可以理解为按系统整体性原则，将原来没有联系或联系不紧密的元素组合起来，成为具有一定功能的、满足一定目标的、相互联系、彼此协调工作的新系统的过程。
通过系统集成，可实现最大限度地提高系统的有机构成、系统的效率、系统的完整性、系统的灵活性，同时简化系统的复杂性，并最终为企业提供一套切实可行的完整的解决方案。
Date:2015-5-29 Page: 2一、系统集成概述系统集成框架Date:2015-5-29 Page: 3Date:2015-5-29 Page: 4一、系统集成概述系统集成框架位于生产控制和网络结构底层的低带宽网络，可与局域网、Internet 、Intranet 相连，构成开放的网络。
一、系统集成概述系统集成框架•现场控制层：集成系统的底层，由现场控制设备作为网络节点构成整个系统的控制网段。
主要实现对生产过程的常规检测和基本控制，包括传感变送、PID调节等功能的集成。
•过程监控层：一般由担任监控任务的工作站、PC机或控制器作为网络节点构成局域网段，主要用于完成对控制系统的组态，执行对控制系统的监视、报警、维护，将采集到的现场信息置入实时数据库，进行优化计算和先进控制。
•企业管理层：集成系统的最上层，由高性能计算机、工作站、PC 机等网络节点构成，是实现企业信息集成和管、控一体的重要组成部分，主要用于企业的计划、销售、生产、库存以及企业经营等方面信息的传输，从而在分布式网络环境下构建一个安全的远程监控系统。
Date:2015-5-29 Page: 5一、系统集成概述系统集成框架目前，控制网络与上层网络的连接方式一般有以下三种：1）采用专用网关完成不同通信协议的转换，把控制网段或DCS连接到以太网。
2）将现场总线网卡和以太网卡都置入工业PC。
《现场总线技术》PPT课件
典型的FCS组成结构
三、现场总线设备
• 现场总线设备的类型可以是现场总线基金会制 定的几种类型中的任意一种，每种类型的物理 设备都具有通信能力。 • 5种设备类型： • 1、临时设备 • 工作在现场总线网络上，用于对网络组态和排 除设备故障 • 2、静态块现场设备 • 是一种包含功能块应用进程的现场设备，所有 的功能块在静态下被确定
三种CSMA坚持退避算法 • 1、不坚持CSMA。介质空闲，则发送， 否则等待随机时间，重试。 • 2、1－坚持CSMA。介质空闲，则发送， 介质忙，继续监听，直到介质空闲，立 即发送。 • 3、P－坚持CSMA。介质空闲，以P的概 率（随机算法）发送，介质忙，继续监 听，直到介质空闲，立即发送。
2.5.2 令牌访问控制方式 • 基本方式：按一定顺序在各站点传递令 牌，谁得到令牌，谁才有发报权。 • 两种令牌方式： • 1、令牌环方式
2、令牌传递总线方式 • 网上各工作站按一定顺序形成逻辑环， 首尾相连。
fcs由控制系统软件测量系统网络系统和管理系统组成ppt课件151控制系统软件包括监控组态软件维护软件仿真软件和设备管理软件等4在网络运行过程中对系统实时采集处理数据优化控制逻辑控制监控显示输出报表等ppt课件162测量系统多变量高性能的测量使测量仪表具有计算能设备制造等信息硬件含
1.1.1 什么是现场总线 • 定义： • 应用在生产现场，在计算机控制设备之 间实现双向串行多点数字通信的系统。 • 特点： • 1、传统测量仪器仪表微机化，具有数字 计算、通信能力 • 2、可用双绞线作为总线，连接现场仪器 仪表成网络系统；
特点： • 3、执行公开、规范的通信协议 • 4、现场仪表、控制设备与远程监控计算 机之间，实现数据传输、信息交换，形 成各种适应实际需要的自动控制系统
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1.1.3 现场总线的特点和优点
---FCS与DCS的详细对比
1. 结构
FCS: 一对多：一对传输线接多台仪表，双 向传输多个信号 DCS: 一对一：一对传输线接一台仪表， 单向传输一个信号
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1.1.3 现场总线的特点和优点
15
1.1.3 现场总线的特点和优点
---现场总线的结构特点
由于采用智能现场设备，能够把DCS系统中 处于控制室的控制模块、各输入输出模块置 入现场设备中，在现场直接完成采集和控制。 由于不需要其他的模数转换器件，且一对电 线能传输多个信号，因而简化了系统结构， 节约了设备及安装维护费用。
现场总线 现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室 之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、 互联、多变量、多点、多站的通信网络。 IEC对现场总线的定义 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。 涉及智能仪表、控制、计算机、数据通信技术
参考书目
1. 李正军.《现场总线及其应用技术》 2. 阳宪惠. 《现场总线技术及其应用》
清华大学出版社，1998 3. 甘永梅.《现场总线技术及其应用》 机械工业出版社，2000 4. 杨宁.《集散控制系统及现场总线》 北航出版社，2001 5. 邬宽明.《现场总线技术应用选编》 北航出版社，2001
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传统的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统
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DCS与FCS
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1.1.1 现场总线的产生---产生背景
微处理器技术的迅猛发展和广泛应用，使 仪表和现场控制设备在性能和功能上有显 著的提高； 对系统维护管理、测试和监视需求的日益 增加； 控制领域在控制精度、可操作性、可维护 性、可移植性等方面的要求。
---FCS与DCS的详细对比
2. 可靠性
FCS: 可靠性好：数字信号传输抗干扰能力 强，精度高； DCS: 可靠性差：模拟信号传输不仅精度 低，而且容易受干扰
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1.1.3 现场总线的特点和优点
---FCS与DCS的详细对比
3. 失控状态 FCS: 操作员在控制室既可以了解现场设备 或现场仪表的工作状况，也能对设备进行 参数调整，还可以预测或寻找故障，使设 备始终处于操作员的远程监视与可控状态 之中； DCS:操作员在控制室既不能了解模拟仪表 的工作状态，也不能对其进行参数调整， 更不能预测故障，导致操作员对仪表处于 “失控”状态
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1.1.2 现场总线的本质
5. 通信线供电 允许现场仪表直接从通信线上获取能量， 对于要求本征安全的低功耗现场仪表，可 采用这种供电方式 6. 开放式互连网络 既可与同层网络互连，也可以与不同层网 络互连，还可以实现网络数据库的共享
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1.1.1 现场总线的产生
---控制系统的发展趋势 第一代：气动信号控制系统(50年代之前) 第二代：电动模拟信号控制系统(50年代 至今),4－20mA的模拟量标准信号。 第三代：计算机集中控制系统(70年代) 第四代：集散式分布控制系统(80年代)
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机械工业出版社，2005
参考书目
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要求及考试
上课认真做笔记 认真完成课后作业
平时成绩
实验成绩 平时表现及作业
30％
60% 40%
期末笔试
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70％
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第一讲 现场总线概述
1.1 现场总线的现状和发展
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1.1.2 现场总线的本质
1. 现场通信网络
用于过程及制造自动化的现场设备或现场仪表互连 的通信网络
2. 现场设备互连
现场设备或仪表指传感器、变送器和执行器等。这 些设备通过一对传输线互连，传输线可以使用双绞 线、同轴电缆、光纤和电源线等
3. 互操作性
对不同厂商不同品牌的现场设备统一组态，构成所 需要的控制回路，并且具备相互操作的功能
现场总线与控制网络
Field Bus and Control Network
长安大学
王会峰 2013年9月
主要内容
现场总线简介、特点与优点 数据通信基础与网络互联 主要现场总线的介绍 现场总线的典型应用 现场总线控制系统 现场总线与工业以太网的互连技术
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1.1.3 现场总线的特点和优点
---FCS与DCS的详细对比
4. 互换性 FCS: 用户可以自由选择不同制造商提供的 性能价格比最优的现场设备和仪表，并将 不同品牌的仪表互连； DCS:尽管模拟仪表统一了信号标准(420mA DC)，可大部分参数仍由制造厂自 定，致使不同品牌的仪表互换难度较大
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1.1.1 现场总线：现场总线控制系统(FCS)
突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，
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； 把DCS的集中与分散相结合的集散系统结 构，变成了新型全分布式结构，把控制功能 彻底下放到现场。 开放性、分散性与数字通讯是现场总线系 统最显著的特征。
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1.1.2 现场总线的本质
4. 分散功能块 FCS废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，把 DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表，从 而构成虚拟控制站 例如： 流量变送器不仅具有流量信号变换、补偿和累加 输入模块，而且有PID控制和运算功能块。 调节阀的基本功能是信号驱动和执行，还内含输 出特性补偿模块，或PID控制和运算模块，甚至 阀门特性自检验和自诊断功能。