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现场总线技术期中考试复习要点
一、现场总线技术基本概念部分
什么是现场总线、常用现场总线的名称、工业控制系统发展过程中典型的控制系统及结 构特点、
现场总线的技术特点与结构特点、企业管理层与现场总线控制系统的关系与网络体
系结构。

1. 相关作业的内容。

什么是现场总线：现场总线是应用在纶产现场、在微机化测量控制设备之间实现双 向
串行多节点数宁通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网
2. 3.
常用现场总线的名称：基金会现场总线（FF ）, Lonworks, profibus, can, harto 工业控制系统发展过程中典型的控制系统及结构特点：
• 基地式气动仪表控制系统：各测控点形成自封闭状态，无法与外界沟通信息, 操作
人员只能通过生产现场的巡视，了解生产的过程。

• 集中式数字控制系统：用一台计算机取代控制室的几乎所有的仪表盘，可靠性 还
较差，一旦计算机出现某种故障，就会造成所有控制回路瘫痪、生产停产的 严重局面。

• DCS 分布式控制系统：集中与分散相结合，不同厂家的设备不能互连在一起, 难以
实现互换与互操作，组成更大范围信息共享的网络系统存在很多休1难。

• 新型现场总线控制系统：遵守同一协议规范，新型全分布式结构，把控制功能 彻
底下放到现场，依靠现场智能设备本身便可实现基本控制功能。

4. ■
■ 现场总线的技术特点与结构特点：
• 结构特点：
1. 分散控制，全分布。

2.
相互数字通信
• 技术特点：
1. 系统的开放性（统一协议）
2. 互可操作性与互用性
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
企业管理层与现场总线控制系统的关系：以现场总线为基础的企业信息系统，企业 网
络屮的信息是多层次的，要把多层次的信息互联成网络，实现信息的沟通汇集与 数据
分享，则需要结合现场总线控制系统。

企业管理层与现场总线控制系统的网络体系结构：
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矗陌 其他工作屹
二、MODBUS 协议与应用部分
功能码1〜6的定义、根据产品说明书写th MODBUS报文、对给出的主站或从站报文分析其中的意义。

相关作业的内容。

三、CAN总线概念部分
CAN总线的应用领域、RS232、RS485与CAN总线的区别、CAN总线有哪些帧、数据帧与远程帧的组成与区别。

CAN总线仲裁的特点、数据帧中各场的作用、位填充与作用、CAN 标准报文的构成及各部分的作用。

相关作业内容。

1. 其应用范围目前己不再局限于汽车行业，而向过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、
机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域发展。

2. CAN总线的帧：数据帧，请求帧，出错帧，超载帧。

数据帧由7个不同的位场组成，即帧起
始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场和帧结束。

数据场长度可为0。

远程帧则包括帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场和帧结束。

•帧起始由一个显位构成
•仲裁场由标识符和远程发送请求位(RTR)组成。

•控制场包括数据长度码和两个保留位，这两个保留位必须发送显性位，但接收器认可显位与隐位的全部组合。

数据长度码DLC指出数据场的字节数目。

数据长度码为4位，
在控制场中被发送。

•数据场由数据帧小被发送的数据组成，它可包括0〜8个字节，每个字节8位。

首先发送的是最高有效位。

•CRC场包括CRC序列，后随CRC界定符。

CRC界定符，它只包括一个隐位。

•应答场(ACK)为两位，包括应答间隙和应答界定符。

在应答场中，发送器送出两个隐位。

一个正确地接收到有效报文的接收器，在应答间隙，将此信息通过发送一个显位报告
给发送器。

所有接收到匹配CRC序列的站，通过在应答间隙内把显位写入发送器的隐
位来报告，应答界定符是应答场的第二位，并且必须是隐位
•帧结朿：每个数据帧和远程帧均由7个隐位组成的标志序列界定。

数据帧与远程帧的区别：远程帧比数据帧少一个数据场，远程帧的RTR为1即隐位。

远程帧的DLC是独立的，对应于数据帧的DLC
3. 仲裁场的特点：当总线开放时，任何单元均可开始发送报文，若同时有两个或更多的单元开
始发送，总线访问冲突运用逐位仲裁规则，借助标识符ID解决。

这种仲裁规则可以使信息和时间均无损失。

若具有相同标识符的一个数据帧和一个远程帧同时发送，数据帧优先于远程帧。

仲裁期间，每一个发送器都对发送位电平与总线上检测到的电平进行比较，若相同则该单元可继续发送。

当发送一个“隐性”电平(recessive level ),而在总线上检测为“显性”电平(dominant level)时，该单元退出仲裁，并不再传送后续位。

4. 位填充的作用：当发送器在发送的位流中检测到5位连续的相同数值时，将自动地在实际发
送的位流中插入一个补码位。

(连续六个相同的表示出错)。

CAN协议的位填充机制除实现仲裁场、控制场、数据场和C RC序列的数据的透明性夕卜，还增加了从“隐性位”到“显性位”跳变的机会，也就是增多重同步的数量，提高同步质量。

5. 标准报文构成及作用：头两个字节为信息部分，其前十一位为标识符，标识符中的前八位用作接收判断，接收节点可依此判断是否接收这个报文。

然后是一位RTR位（为0 吋表示为数据帧，为1时表示为请求帧），最后是四位的DLC （数据长度位，即所发数据的实际长度，单位：字
节），其余八个字节是数据部分，存有实际要发的数据。

6. 应答场的作用：应答场（ACK）为两位，包括应答间隙和应答界定符，在应答场中，发送器
送出两个隐位。

一个正确地接收到有效报文的接收器，在应答间隙，将此信息通过发送一个显位报告给发送器。

所有接收到匹配CRC序列的站，通过在应答间隙内把显位写入发送器的隐位来报告。

即判断接收器是否成功接受到一个正确报文。

7. 硬同步，重同步，重同步跳转宽度：硬同步只在总线空闲时通过一个下降沿（帧起始）來完
成，此时不管有没有相位误差，所有节点的位时间重新开始。

强迫引起硬同步的跳变沿位于重新开始的位时间的同步段之内。

重同步：在消息帧的随后位屮，每当有从“隐性位”到“显性位”的跳变，并且该跳变落在了同步段之外，就会引起一次重同步。

重同步机制可以根据跳变沿增长或者缩短位时I'可以调整采样点的位置，保证正确采样
重同步跳转宽度：它定义了重同步时为偿相位误差位时间中相位缓冲段1或者相位缓冲段2被增长或缩短的最大基本时间单元数（时间份额）。

8. 一个时间份额被划分为哪儿个部分：同步段，传播段，相位缓冲段1，相位缓冲段2。

9. 终端负载电阻的作用：终端电阻的作用是使阻抗连续，消除反射，提高数据通信的抗干扰性
及可靠性
10. RS232, RS485 与CAN 的区别：
CAN总线特点：
1、国际标准的工业级现场总线,传输可靠,实时性高；
2、传输距离远（最远10Km ）,传输速率快（最高1MHz bps ）;
3、单条总线最多可接110个节点”并可方便的扩充节点数；
4、多主结构，各节点的地位平等，方便区域组网，总线利用率高；
5、实时性高,非破坏总线仲裁技术”优先级高的节点无延时；
6、出错的CAN节点会自动关闭并切断和总线的联系,不影响总线的通讯；
7、报文为短帧结构并有硬件CRC校验,受干扰概率小,数据出错率极低;
8、自动检测报文发送成功与否，可硬件自动重发，传输可靠性很高；
9、硬件报文滤波功能”只接收必要信息Q咸轻cpu负担”简化软件编制；
10、通讯介质可用昔通的双绞线,同轴电缆或光纤等；
11、CAN总线系统结构简单z有极高的性价比。

« 9-2 RS-422A/RS-485 的比较
RS485接口标准特点：
(1 ) RS-485的电气特性:逻辑T以两线间的电压差为+ ( 2-6 ) V表示；逻辑"0"以两线间的电压差为-(2-6 ) V表示。

接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。

(2 ) RS-485的数据最高传输速率为10Mbps
(3 ) RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强.即坑噪声干扰性好。

CAN总线与RS485的比较:
1 ,速度与距离：CAN与RS485以IMbit/S的高速率传输的距离都不超过100M ,可谓高速上的距离差不多。

但是在低速时CAN以5Kbit/S时，距离可达10KM ,而485再低的速率也只能到1219米左右（都无中继）。

可见CAN在长距离的传输上拥有绝对的优势。

2，总线利用率：RS485是单主从结构,就是一个总线上只能有一台主机，通讯都由它发起的，它没有下命令,下面的节点不能发送，而且要发完即答，受到答复后，主机才向下Y节点询问，这样是为了防止多个节点向总线发送数据，而造成数据错乱。

而CAN - bus是多主从结构，每个节点都有CAN控制器，多个节点发送时，以发送的ID号自动进行仲裁，这样就可以实现总线数据不错乱，而且一个节点发完，另一个节点可以探测到总线空闲，而马上发送，这样省去了主机的询问，提高了总线利用率，增强了快速性。

所以在j气车等实性要求高的系统，者8是用CAN总线,或者其他类似的总线。

3 ,错误检测机制，RS485只规定了物理层，而没有数据链路层，所以它对错误是无法识别的，除非一些短路等物理错误。

这样容易造成一个节点破坏了，拼命向总线发数据（一直发1 ）,这样造成整个总线瘫痪。

所以RS485—旦坏一个节点，这个总线网络都挂。

而CAN总线有CAN控制器,可以对总线任何错误进行检测，如果自身错误超过128个，就自动闭锁。

保护总线。

如果检测到其他节点错误或者自身错误,都会向总线发送错误帧，来提示其他节点，这个数据是错误的。

大家小心。

这样CAN总线一旦有一个节点CPU程序跑飞了，它的控制器自动闭锁。

保护总线。

所以在安全性要求高的网路，CAN是很强的。

4，价格与培训成本:CAN器件的价格大约是485的2倍这样，485的通讯从软件上是很方便的，只要谨串行通讯，就可以编程,而CAN需要底层工程师了解CAN复杂的层,编写上位臧件也要了解CAN的协议。

可谓培训成本较高。

5 , CAN总线通过CAN控制器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连,而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态，CANL端只能是低电平或悬浮状态。

这就保证不会出现象在RS-485网络中，当系统有错误，出现多节点同时向总线发送数据时，导致总线呈现短路,从而损坏某些节点的现象。

而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响，从而保证不会出现象在网络中，因个别节点出现问题，使得总线处于" 死锁"状态。

6 , CAN具有完善的通信协议，可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低了系统的开发难度，缩短了开发周期,这些是只仅仅有电气协议的RS-485所无法比拟的。

RS232, RS485：
1.从接线上,RS232是三线制，RS485是两线制；
2从传输距离上，RS232只能传输15米，RS485最远可以传输1200米；
3. 从速率上，RS232是全双工传输，RS485是半双工传输；
4. 从协议层上,RS232只支持点对点通讯（1:1） , RS485支持总线形式通讯（1:N ）;
RS-232C采用所谓单端驱动、单端接收的单端双极性电路标准，即当信号传输线上的是5V以下电平信号时为逻辑“1”，+5V以上电平信号时为逻辑“0”；且仅用一条线路传输一种信号。

对于多条信号线来讲，它们的地线是公共的，这种共地传输方式，抗干扰能力很差。

RS-422A标准规定了差分平衡的电气接口，它采用平衡驱动和差分接收的方法，从根本上消除了信号地线。

RS-422A能在长距离、高速率下传输数据，差分平衡结构可以从地线的干扰中分离出有效信号，一般不受地电位的波动和共模电磁干扰。

四、CAN 总线实验部分
实验设备构成与作用、各iCAN 功能模块是编号名称与作用、各功能模块的具体参数（通 道数、位数、电压电流等）、实验中连接的设备。

VC 程序中主要变量的定义、主站库的名称 与作用、各函数的作用及函数中各参数的意义。

相关实验内容。

1.
实验设备构成与作用：iCAN 实验目标箱：8个指示灯、8个按钮、4个继电器、1个温 湿度传感器、1个直流电机及驱动器。

2.
各lean 功能模块：
模块名称
模块功能
MACID ICAN4055 8入/8出I/O 模块 1 ICAN42I0 2路D/A 模块 2
iCAN4017 8路A/D 模块 3
iCAN2404 4路继电输出模块 4 iCAN5502 5路热电阻模块 5
ICAN7202
2路计数/测频模块
6
ICAN55020,ptlOO ZCAN-4210
COMO RTDO ・
RTD0+
RTDIrl
Ru
COM2
RTD2・
RTD2+
COM3
RTD3・
RTD3*
2通道模拟畳输出模块
m电源供电，供电电压：+10V- + 30VDC：
CAN・BusV2.0B协议，疋AN应用层协议：输岀通道数：2路；
电压输出范围：0-10 V；
电流输出范围：0-20 IIL A/4-20 niA：
分辨率：16位：
输出精度:W±0.01% （满ht程〉：
输岀斜率控制：0.03-1000 V/s / 0.06-2000 niA/s：
隔离度：^2500 Vdc：
工作温度范围：・25〜+70 -C：
町设定上电安全值：
输出短路保护；
6lno>
・
01no> ★olno- •olnQ OQN0
二
1DO>
•
匚
no>
+
匚
no-
丄
-no-
szo
s>+
QNe
」
N<O XZ5 +S<DM oooooooooooo
CZJ = ra c=3 <=> =3 C=j =□= (=□CQOOOOOOOOO
ZCAN-4017
8通道AI模块
•单电源供电，供电电压：+10V〜+30VDC；
•输入通道数^ 6路羞分输入，2路单端输入；
•输入倍号范际±10V（默认）、±5V、±2・5V、
±1V、±500mV. ±150mV；
•电流输入：±20mA （需外接125。

精密电阻）；
•AD转换分辨率：16位：
•转换速率：2次/每秒（8通道每次）：
•输入低通滤波.过压保护：
•隔离电压：1000VDC （信号输入）。

A、B端接5000电阻，可得到：
2〜10V电压。

对应：
湿度0〜100%RH, 温度0°C〜50°Co 电阻两
端的电压接入4017A/D模块的输入端。

VC程序：从iCAN主站函数库的iCANLib'Lib
目录中，拷贝VC头文件及库文件到所建工程
目录下，包括有 1 个kerneldlls 文件夹和
ControlCAN.dlk icandll.dlL icandll.lib、icandllheader.h 四个文件。

四、CAN总线实验部分
实验设备构成与作用、各SCAN功能模块是编号名称与作用、各功能模块的具体参数（通道数、位数、电压电流等）、实验中连接的设备。

VC程序中主要变量的定义、主站库的名称与作用、各函数的作用及函数屮各参数的意义。

相关实验内容。

• 两线制4mA〜20mA电流远传（NWSF-1AT）可
以独龙供电（温度和湿度两路信号彼此隔离）
1 20mA
DC 24V
试题形式均为简答题。