现场总线工业通信基础(精)
工业数据通信和控制网络(现场总线)
工业数据通信和控制网络（现场总线）现场总线技术现场总线控制系统（简称FCS）其结构模式为“工作站――现场总线智能仪表”二层结构，成本低、可靠性高，可实现真正的开放式互连系统结构。
操作站LANH2H1服务器H1现场总线现场设备124H1网桥H1H132现场设备H1现场总线现场总线FCS控制层32现场设备原理图控制系统应用图示例使用控制系统分布确定现场总线的接线H1现场总线#3网段控制室PCGreenLiquorStorageLT111LT112H1现场总线#2网段LT101Re-BurnedPurchasedLimeLimeDT109FT11019SC11124IP102IP104AIP104BCoolerSC11225SC1102320FT102AT10321TT104HeaterCV-101A/OAT106AT107AAT107BLT108SC10822H1现场总线#1网段TT105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。
网络节点网络体系包括IPC、PLC以及各种智能化的现场控制设备基于统一、规范的通信协议通过同一总线实现相互间的数据传输与信息共享位于生产控制的底层网络结构通信总线在现场设备中的延伸现场总线的发展1996年到1998年，国际性组织FF（现场总线基金会）和PNO（Profibus国际组织）先后发布了适于过程自动化的现场总线标准H1、H2（HSE）和Profibus-PA,H1和PA都在实际工程中开始应用。
1999年底，包含8种现场总线标准在内的国际标准IEC-61158开始生效，除H1、HSE和PA外，还有WorldFIP、Interbus、ControlNet、P-NET、SwiftNet等五种。
Profibus较适合于工厂自动化，CAN适用于汽车工业，FF总线(FoundationFieldbus)主要适用于过程控制现场总线的网络结构现场总线的星形网络结构现场总线的网络结构特点Ethernet/HighwayFiledbusIPC、PLC。
什么是现场总线现场总线的本质
什么是现场总线现场总线的本质现场总线是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。
那么你对现场总线了解多少呢?以下是由店铺整理关于什么是现场总线的内容，希望大家喜欢!现场总线的简介现场总线是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它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。
由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。
简单说，现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输，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。
现场总线的本质通信网络用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络。
设备互联依据实际需要使用不同的传输介质把不同的现场设备或者现场仪表相互关联。
互操作性用户可以根据自身的需求选择不同厂家或不同型号的产品构成所需的控制回路，从而可以自由地集成FCS。
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，彻底地实现了分散控制。
通信线供电通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上摄取能量, 这种方式提供用于本质安全环境的低功耗现场仪表, 与其配套的还有安全栅。
开放式互联网现场总线为开放式互联网络，既可以与同层网络互联，也可与不同层网络互联，还可以实现网络数据库的共享。
从以上内容我们可以看到，现场总线体现了分布、开放、互联、高可靠性的特点，而这些正是DCS系统的缺点。
DCS通常是一对一单独传送信号，其所采用的模拟信号精度低，易受干扰，位于操作室的操作员对模拟仪表往往难以调整参数和预测故障，处于“失控”状态，很多的仪表厂商自定标准，互换性差，仪表的功能也较单一，难以满足现代的要求，而且几乎所有的控制功能都位于控制站中。
FCS则采取一对多双向传输信号，采用的数字信号精度高、可靠性强，设备也始终处于操作员的远程监控和可控状态，用户可以自由按需选择不同品牌种类的设备互联，智能仪表具有通信、控制和运算等丰富的功能，而且控制功能分散到各个智能仪表中去。
现场总线助力工业ppt课件
第四次 工业革命
解放“师” 机器替代部分 可创造性劳动
复杂程度
1784 年，出现了第一 台机械织布机
1969 年，美国 Modicon 公司
传送带方式于 1870 年开始在辛
推出 084 PLC
辛那提屠宰场使用
1800
1900
2000 今天
从工业 1.0 到工业 4.0 工业发展史的解放人的工作程度
推出 084 PLC
辛那提屠宰场使用
1800
1900
2000 今天
从工业 1.0 到工业 4.0
时间轴 8
2.2 工业发展史
第一次 工业革命
机械化
第二次 工业革命
机械化电气化
第三次 工业革命
电气化自动化
第四次 工业革命
复杂程度
自动化智能化
1784 年，出现了第一 台机械织布机
1800
从工业 1.0 到工业 4.0
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2.3.2 工业4.0架构—四大主题
智能工厂：
有四大关键点：
一是要连接所有网络以拿到数据。
二是要有智能机器。
三是大数据，将所有设备、所有人连接后，所有数据都大批量传 送到 智能终端上。
四是分析，得到数据后从中抓取出应用趋势来，提高设备状态的 检测和预测水平。
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三.现场总线助力工业4.0之智能工厂
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二、工业4.0概述
2.1 什么是工业4.0？ 2.2 工业发展史 2.3 工业4.0架构
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2.1 什么是工业4.0
工业4.0是德国政府推行的“新一轮智能 工厂计划”，是以智能制造为主题的第 四次工业革命。
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2.2 工业发展史
第一次 工业革命
1-现场总线基础知识
一.现场总线基础知识
现场总线简介 现场总线的发展 现场总线的特点与优点 几种有影响的现场总线
1.现场总线简介（FieldBus）
当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉 为自动化领域的计算机局域网。它的出现标志着 工业控制技术领域又一个新时代的开始。 为什么要引入现场总线？
现场设备，为提高其性能价格比，在实现其 内部操作时都采用微处理器和数字化元件，提出 了必须在这些领域的数字设备之间实现数字通信 的要求。现场总线满足这种要求。
• 全分布
各现场设备有足够的自主性，它们彼此 之间相互通信，完全可以把各种控制功能 分散到各种设备中，而不再需要一个中央 控制计算机，实现真正的分布式控制。
现场总线的优点2
• 全开放 – 1999年底现场总线协议已被IEC 批准正式成 为国际标准，从而使现场总线成为一种开放 的技术。
• 双向传输 – 传统的4~20mA电流信号，一条线只能传递 一路信号。现场总线设备则在一条线上既可 以向上传递传感器信号，也可以向下传递控 制信息。
现场总线与DCS的网络结构比较
3.现场总线的结构特点
按照国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互连（OSI） 参考模型建立。将七层简化成三层，分别由OSI参考模型 的第一层物理层，第二层数据链路层，第七层应用层组 成，流量与差错控制由数据链路层完成。考虑现场总线 的通信特点，有些现场总线还设置了一个现场总线访问
4-20mA信号是DCS系统及现场设备相互连接的最本质 特点.网关通讯程序开发工作量大.
控制计算机
CRT操作站
通道指挥器
基本调节器1 基本调节器2 基本调节器3
输入/输出
DCS结构示意图
信号要送到控制站,需要很多连线
论文-现场总线概述
现场总线概述1 前言现场总线的技术基础是一种全数字化、双向、多站的通信系统，是应用于各种计算机控制领域的工业总线。
用现场总线将现场各控制器及仪表设备互连，构成现场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维护费用。
当今现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域，由于现场总线技术的不断创新，过程控制系统由第四代的DCS发展至今的FCS（Fieldbus Control System）系统，已被称为第五代过程控制系统。
而FCS和DCS的真正区别在于其现场总线技术。
现场总线技术以数字信号取代模拟信号，在3C（Computer计算机、Control控制、Commcenication 通信）技术的基础上，大量现场检测与控制信息就地采集、就地处理、就地使用，许多控制功能从控制室移至现场设备。
2 现场总线控制系统的结构及其特点国际电工协会（IEC）的SP50委员会对现场总线有以下三点要求：同一数据链路上过程控制单元（PCU）、PLC 等与数字1/ O设备互连；现场总线控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取；通信媒体安装费用较低。
现场总线是一种串行的数字数据通讯链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（即现场级设备）与更高层次自动控制领域的自动化控制设备（即车间级设备）之间的联系。
现场总线控制系统主要包括一些实际应用的设备，如PLC、扫描器、电源、输入输出站、终端电阻等。
其它系统也可以包括变频器、智能仪表、人机界面等。
系统中的主控器（Host）可以是PLC或PC，通过总线接口对整个系统进行管理和控制。
其总线接口，有时可以称为扫描器。
可以是分别的卡件，也可以集成于PLC中。
总线接口作为网络管理器和作为主控器到总线的网关，管理来自总线节点的信息报告，并且转换为主控器能够读懂的某种数据格式传送到主控器。
总线接口的缺省地址通常设为“0”电源，是网络上每个节点传输和接收信息所必需的。
现场总线
1、什么是现场总线？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、多点通信的数据总线称为现场总线。
现场总线一般是指一种用于连接现场设备，如传感器（sensors）、执行器以及像PLC、调节器（regulators）、驱动控制器等现场控制器的网络。
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、数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。
现场总线是一种串行的数字数据通信链路，它沟通了生产过程领域的基本控制设备（现场设备）之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备（车间级设备）之间的联系。
现场总线是连接控制系统中现场装置的双向数字通信网络；现场总线是从控制室连结到现场设备的双向全数字通信总线。
现场总线是用于过程自动化和制造自动化（最底层）的现场设备或现场仪表互连的现场数字通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成。
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。
由此网络构成的系统称为现场总线控制系统。
2、现场总线的结构特点是什么？现场总线系统中，各现场设备分别作为总线上的网络节点，设备之间采用网络式连接是现场总线系统在结构上最显著的特征之一。
（1）系统的开放性开放系统是指通信协议公开，不同制造商提供的设备之间可实现网络互连与信息交换，现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。
（2）互可操作性与互用性互可操作性，是指网络中互连设备间的信息传送与交换，可实行点对点，一点对多点的数字通信。
而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。
（3）通信的实时性与确定性现场总线系统的基本任务是实现测量控制。
现场总线系统中的媒体访问机制、通信模式、网络管理与调度方式等都将保证通信的实时性、有效性与确定性。
（4）现场设备的智能化与功能自治性智能主要体现在现场设备的数字计算与数字通信能力上。
现场总线(重点)
一章1、现场总线：应用在生产现场，在测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的技术。
2、现场总线技术特点：系统的开放性、互可操作性、通信的实时性和确定性、现场设备的智能与功能自治性、对现场环境的适应性。
3、现场总线的优越性：节省硬件数量与投资、节省安装费用、节省维护开销、用户具有系统集成主动权、提高系统的准确性与可靠性。
4、企业网络系统按功能结构划分为：企业资源规划层ERP、制造执行层MES、现场控制层FCS。
二章1、总线协议：总线上的设备如何使用总线的一套规划。
2、总线主设备：有能力在总线上发起通信的设备。
3、总线仲裁：对总线冲突的处理过程，根据某种裁决规则来确定下一个时刻具有总线占有权的设备。
有集中仲裁和分布式仲裁两种。
4、数据通信系统中，无线传输媒体：电磁波、红外线。
有线媒体：双绞线、电缆、电力线、光缆。
5、工业数据通信中常用数据传输速率9600b/s、31.25kb/s、500kb/s、1mb/s、2.5mb/s、10mb/s、100mb/s。
6、误码率pe：数字通信中二进制码元出现传输出错的概率。
用处：7、增加带宽w并不能无限制地是信道容量增大。
8、模拟数据编码：采用模拟信号的不同幅度、不同频率、不同相位来表达数据的0、1状态。
数字数据编码：用低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0、1状态。
9、模拟数据编码的三种编码方法：幅值键控ASK、频移键控FSK、相移键控PSK。
10、曼彻斯特编码定义：数据通信中最常用的一种基带信号编码。
好处：在一个位时间内，其中间点总有一次信号电平的变化，这一信号电平的变化可用来作为节点间的同步信息，无需另外传送同步信息。
11、串行传输：数据流以串行方式逐位地在一条信道上传输。
并行传输：将数据以成组的方式在两条以上的并行通道上传输。
12、同步传输和异步传输是指通信处理中使用时钟信号的不同方式。
13、同步原因：接收方为了能正确恢复位串序列，必须能正确区分出信号中的每一位，区分出每个字符的起始与结束位置，区分出报文帧的起始与结束位置。
PROFINET总线技术基础ppt
三、硬件电路
四、组态过程 ➢ 第一步组态I/O控制器。 ➢ 第二步组态PROFINET IO网络。 ➢ 第三步组态I/O设备。
三、通信通道模型 IT应用 HTTP
SNMP DHCP
PROFINET应用 标准数据 实时数据
TCP/IP RTC1/RTC2/RTC3
Ethernet SRT
IRT
➢ IT的应用协议用于设备的参数化、诊断数据读取。 ➢ 实时SRT用于高性能的数据通信。 ➢ 等时通信IRT用于抖动时间小于1us的等时模式。 ➢ RTC1适合于周期性数据传输，可满足大部分工厂自
组态I/O控制器
双击
组态PROFINET IO网络
更改网络名称
分配IP地址
双击
更名
单击 单击
单击
组态PROFINET IO网络
组态I/O设备
选中
选中后双击 选中并拖 拽到线上
组态I/O设备 单击
更改设 备名称
双击 单击后更 改IP地址
五、程序编写
端口分配
输入装置 SB11 SB12 SB21 SB22
3. 可以通过Internet对企业生产进行远程监控。实现 办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接，实现 企业管控一体化。
4. 抗干扰能力强，适应严酷的工业生产环境。
5. 快速的网络故障定位与诊断。
三、传输介质和连接器 目前采用多芯双绞线作为短距离信息传输，无线作
为中距离信息传输，光纤作为远距离信息传输。
通信速率略低于PROFINET IO。
现场总线技术基础典型现场总线及其应用
太航科技
二、现场总线标准现状
1. IEC 61158国际标准 8种 2. 以太网技术对IEC 61158标准的扩充 12种 3. 特殊行业的现场总线国际标准 4种
三、现场总线在我国的应用概况
现场总线应用近年来有长足、全方位发展。 但开发技术还相对不足。 现场总线技术的开发、应用过程中，有效做法有如下几点： 1.选择在国际上影响较大、有市场应用前景的总线作为我国现场总 线开发的技术标准。 2.标准的文本可借鉴欧洲现场总线标准的文本构成方式，各个总线 标准分开，便于使用。 3.尽快建立总线应用技术支持服务机构。
二、现场总线协议模型
全新的IEC 61158现场总线协议模型，省去了OSI模型中间的3~6层，增加了 面向用户的第八层用户层。现场总线结构模型统一为四层，即：物理层、数据 链路层、应用层和用户层。
用户层 应用层 表示层 7 6 5 4 3 2 数据链路层 2 应用层 （3-6）层 不用 8 7
OSI与现场 总线结构 模型比较
用户层用户层88应用层应用层77应用层应用层表示层表示层663366层不用不用会话层会话层55传输层传输层44网络层网络层33数据链路层数据链路层22数据链路层数据链路层22物理层物理层11物理层物理层11osiosi协议协议模型模型现场总线协现场总线协议模型议模型osi与现场总线结构模型比较太航科技taihangcom三现场总线仪表三现场总线仪表智能仪表在通信上配置相应的总线标准接口前提下为了在智能仪表在通信上配置相应的总线标准接口前提下为了在fcsfcs系统集成中灵活配置还必须符合下列要求
太航科技
多功能智能化现场仪表开发的一些常用功能：
1.通信功能：支持一种或多种通信模式或总线协议 。 2.多变量监测：支持多个物理量的监测功能，一个变送器可以同时测量 温度、压力与流量等参数 。 3.复合控制功能：可以完成诸如信号线性化、工程单位转换、阀门特性 补偿、流量补偿、过程装置监视与诊断以及PID控制等多个功能 。 国内某款智能型电容式压力变送器：
CAN-bus现场总线基础教程【第1章】现场总线CAN-bus-CAN-bus物理层(2)
文库资料 ©2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd.第1章 现场总线CAN-bus1.1 CAN-bus 物理层物理层主要是完成设备间的信号传送，把各种信息转换为可以传输的物理信号（通常为电信号或光信号），并将这些信号传输到其他目标设备。
基于该目的，CAN-bus 对信号电平、通信时使用的电缆及连接器等做了详细规定。
CAN-bus 由ISO 标准化后发布了两个标准，分别是ISO11898（125kbps~1Mbps 的高速通信标准）和ISO11519（小于125kbps 的低速通信标准）。
这两个标准仅在物理层不同，在数据链路层是相同的。
1.1.1 CAN 收发器与信号电平位于CAN-bus 物理层的器件要完成逻辑信号与电缆上物理信号的转换，该器件被称为收发器，其外形如图1.1所示。
图1.1 CAN 收发器的引脚与实物图CAN-bus 使用两根线缆进行信号传输，如图1.2所示，这两根线缆的名称分别为CAN_High 和CAN_Low （简称CAN_H 和CAN_L ）。
CAN 收发器根据两根线缆之间的电压差来判断总线电平，这种传输方式被称为差分传输。
线缆上传输的电平信号只有两种可能，分别为显性电平和隐性电平，其中显性电平代表逻辑0，隐性电平代表逻辑1。
ISO11898和ISO11519-2电信号数据对比如表1.1所示。
表1.1 ISO11898和ISO11519-2电信号数据对比图1.2 双绞线文库资料 ©2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd.双绞线（屏蔽/非屏蔽）双绞线（屏蔽/非屏蔽）CAN-bus 采用双绞线连接，并配合差分传输方式，可以有效的抑制共模干扰。
共模干扰是指信号线上的干扰信号的幅度和相位都相同，如图1.3所示。
例如通信电缆被一个电磁脉冲辐射了，根据中学的物理知识我们知道交变的磁场能感应出产生交变的电场，反映在信号电位上就是出现了瞬间的电压跌落或尖峰。
CAN-bus现场总线基础教程【第7章】CAN总线应用层协议(DeviceNet)-DeviceNet规范及简介(28)
文库资料 ©2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd.第7章 CAN 总线应用层协议——DeviceNet1.1 DeviceNet 规范DeviceNet 是全球使用最广泛的现场总线之一。
DeviceNet 是基于CAN 总线技术并符合全球工业标准的开放型通信网络。
虽然定位于工业控制的设备级网络，但是它采用了先进的通信概念和技术，仅通过一根电缆将工业设备接成网络。
网络中不仅有底端的工业设备，还有像变频器、HMI 这样复杂的设备，这样不仅降低了系统的复杂性，还减少了设备通信的电缆硬件接线，提高系统可靠性，降低安装、维护成本，是分布式控制系统的理想解决方案，因而在世界范围内获得了大力推广和广泛应用，并已成为国际标准、欧洲标准和我国的国家标准。
1.1.1 DeviceNet 规范简介DeviceNet 规范定义了一个网络通信标准，以便组成工业控制系统的各个设备之间可以进行数据通信。
DeviceNet 规范除了提供ISO 模型的应用层定义之外，还定义了部分物理层和数据链路层。
规范中不仅对DeviceNet 节点的物理连接也作了规定，连接器、电缆类型、长度以及与通信相关的指示器、开关、相关的室内铭牌都作了详细规定。
DeviceNet 是建立在CAN 协议基础之上，沿用了CAN 协议所规定的物理层和数据链路层，并补充了不同的报文格式、总线访问仲裁规则及故障检测和隔离方法。
DeviceNet 的功能和特点如表7.1所示。
表7.1 DeviceNet 特点DeviceNet 的应用层协议则采用的是通用工业协议（CIP ）。
CIP 是一个在高层面上严格面向对象的协议。
每个CIP 对象具有属性（数据），服务（命令），连接和行为（属性值与服务间的关系），其主要功能有两个：一是面向连接的通信；二是定义了标准的工业应用对象。
下文详细介绍通信部分。
CIP 通信最重要的特点是它用不同的方式传输不同类型的报文，根据报文质量要求将需要发送的报文分为：显式报文和隐式报文。
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。
工业现场总线技术
工业现场总线技术现场总线技术是实现现场级设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术。
这是一次工业现场级设备通信的数字化革命。
现场总线技术可用一条电缆将现场设备（智能化、带有通信接口）连接，使用数字化通信代替4-20mA/24VDC信号，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。
传统的现场级自动化监控系统采用一对一连线的4-20mA/24VDC信号，信息量有限，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交接，使自控系统成为工厂中的“信息孤岛”，严重制约了企业信息集成及企业综合自动化的实现。
基于现场总线的自动监控系统采用计算机数字化通信技术，使自控系统与设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。
在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。
现场总线技术可概括如下：1．制定出国际现场总线通信及技术标准。
2．自动化厂商按照标准生产各种自动化类产品，包括控制器、传感器、执行机构、驱动装置及控制软件。
3．实际应用中，使用一根通信电缆，将所有现场设备连接到控制器，形成设备及车间级的数字化通信网络。
在现场级（Field Level），即金字塔形的自动化层次模型的最底层所进行的串行数据传输通讯系统称为现场总线系统（Fieldbus Systems）。
基于现场总线的自动化监控及信息集成系统主要优点：1．增强了现场级信息集成能力现场总线可从现场设备获取大量丰富信息，能够更好的满足工厂自动化及CIMS系统的信息集成要求。
现场总线是数字化通信网络，它不单纯取代4-20mA信号，还可实现设备状态、故障、参数信息传送。
系统除完成远程控制，还可完成远程参数化工作。
2．开放式、互操作性、互换性、可集成性不同厂家产品只要使用同一总线标准，就具有互操作性、互换性，因此设备具有很好的可集成性。
系统为开放式，允许其它厂商将自已专长的控制技术，如控制算法、工艺流程、配方等集成到通用系统中去，因此，市场上将有许多面向行业特点的监控系统。
CAN-bus现场总线基础教程【第7章】CAN总线应用层协议(DeviceNet)-DeviceNet传感器从站设备的开发(29)
文库资料 ©2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd.第7章 CAN 总线应用层协议——DeviceNet1.1 DeviceNet 传感器从站设备的开发传感器设备是工业自动化、仪器仪表及其它的生产活动中使用最广泛的设备之一。
使用传感器也是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
早期传感器设备都是直接与控制器进行连接，并且各个传感器设备之间无法进行通信。
在一个庞大的控制系统中，可能拥有各种各样的传感器设备，采用传统的点对点通信方式，会导致整个系统布线复杂、运行效率低、维护成本高等缺点。
CAN 总线的推出使得系统布线得到最大程度的改善，基于CAN 总线应用层的DeviceNet协议不仅改变了设备与控制系统之间的通信方式，更增加了设备级的诊断功能。
1.1.1 XGate-DVN10简介广州致远电子股份有限公司长期致力于DeviceNet 产品的研发，推出了一款非常易于使用、稳定可靠的DeviceNet 从站协议转换模块——XGate-DVN10。
作为通用DeviceNet 从站设备，其内部已经集成了从站协议栈代码，且所有功能通过ODVA 的一致性测试软件（A21）的测试，保证了与其它DeviceNet 设备的良好兼容性。
XGate-DVN10为DIP24封装，拥有较小的占位面积（6cm 2），使其更容易集成到用户设备中。
其硬件设计比较简单，图7.1所示为XGate-DVN10应用简图，用户只需要将模块嵌入到传感器设备中，与CPU 的串口连接便可完成设计。
图7.1 XGate 设计框图本小节将介绍如何利用XGate-DVN10模块设计一款基于DeviceNet 从站协议的多功能传感器模块。
1.1.2 传感器模块硬件设计本节所设计的传感器系统包含了4路温度和8路霍尔传感器信号。
温度传感器使用线性度较好的模拟温度传感器，并采用12位的模拟数字转换芯片（A/D ）对信号进行采集。
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2007.2 V2.0
现场总线技术及应用教程 Copyright by Wang yanfen
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
4. 差错控制
循环冗余校验（CRC,Cyclic Redundancy Check）
一种通过多项式除法检测错误的方法。
检错思想 校验和计算方法
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2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
4. 差错控制
如何提高通信质量？
采用差错控制方法
一种软的控制技术。它容忍差错的存在，但能够发现，并设法加以 纠正。这是普遍采用的提高通信质量的方法。
原理 检测码 纠错码
2007.2 V2.0
现场总线技术及应用教程 Copyright by Wang yanfen
12
2.1 工业网络通信基础
●工业网络与通信
基础知识
3. 数据传输
数据传输方式
在数据通信系统中，各种处理工作都是在一定的时序脉冲控制下 进行的，收发端工作的协调一致性是实现信息传输的关键，这就 是数据通信系统中的传输同步问题。
并行通信 串行通信
异步传输和同步传输是解决串行通信同步传输的方法。
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2.1 工业网络通信基础
3. 数据传输 数据传输方式
异步传输
异步传输使用的是字符同步方式。
同步传输
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基础知识
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什么是双绞线？作用？ 计算机局域网中经常使用的双绞线有屏蔽和非屏蔽之分。
屏蔽双绞线(STP，Shielded Twisted Pair) • 特点
非屏蔽双绞线(UTP，Unshielded Twisted Pair) • 分类和特点
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主要由数据信息的发送设备、接收设备、传输介质、传输报文、通 信协议等组成。
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●工业网络与通信
基础知识
1. 工业数据通讯的基本概念
数据通信的一些基本术语
数据(Data)：数据是任何描述物体概念、情况、形势的事实、数字、字 母和符号。也可以说数据是传递（携带）信息的实体，信息 (Information)则是数据的内容或解释
误码率(Bit error rate)：信道传输的可靠性指标
P= 错误的位数 / 传输的总位数
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●工业网络与通信
基础知识
2. 数据编码
为什么要进行数据编码？
工业数据通信的系统的任务
若G(x)为r阶，原帧为m位，其多项式为M(x)，则在原帧后面 添加r个0，帧成为m+r位，相应多项式xr M(x)
按模2除法用对应于G(x)的位串去除对应于xr M(x) 的位串， 得出余数
按模2加法把xr M(x) 的位串与余数相加，结果就是要传送的 带校验和的帧的多项式T(x)
T(x) = xrM(x) + [ xrM(x) MOD2 G(x) ]
通过编码把一种组合与一个确定的内容联系起来。编码要得到通 信各方的认同。
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2. 数据编码
编码种类
不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种组合，每一种相 应地需要进行不同的编码处理。
基础知识
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1. 工业数据通讯的基本概念
工业数据通信基础
工业数据通信的基本任务
为实现真正的企业ERP提供全生命周期的设备和现场数据。
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●工业网络与通信
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4. 差错控制
海明码
海明码是一种可以纠正一位差错的高效率线性分组纠错码。 海明吗有一套较为复杂的编码、检错和纠错方法。 海明距离 海明码的检错和纠错能力可以用海明距离来表示，海明距离越大，检错
和纠错能力也越强，但所需要冗余的信息也越多。
如果需检测出d个错误，则海明距离至少应为d+1； 如果要能纠正d个错误，则编码集中的海明距离至少应为2d+1。
●工业网络与通信
基础知识
1. 工业数据通讯的基本概念
数据通信的一些基本术语
码元(Code Cell)：时间轴上的一个信号编码单元。 数据传输速率
比特率(Bit Rate)：数据传输速率 (bps，b/s)。每妙钟传递的 bit数。
波特率（Baud Rate）：信号传输速率（baud）。每秒钟传 递的信号脉冲（波形）数。还可以说是每秒钟传送的码元数。
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1. 工业数据通讯的基本概念
数据通信的一些基本术语
信道带宽（Band Width） 信道容量(Channel capacity)
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基础知识
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产生差错的原因：
信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位的畸变； 信号反射； 串扰； 闪电、大功率电机的启停等。 线路传输差错是不可避免的，但要尽量减小其影响。
如何提高通信质量？
采用高质量的通信线路 在外部采取抗干扰措施
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4. 差错控制
循环冗余校验（CRC,Cyclic Redundancy Check）
请再做一个验证：
传送数据为：110011 多项式比特序列为：11001（最高阶为4） 带有CRC检验码的接收比特序列为：1100111001
其实CRC中的生成多项式不是随便选定的。它的结构和检错效果是要经 过严格的数学分析与实验后确定的。目前已有多种生成多项式被列为了 国际标准，如：
CRC-12 G(x)=x12+x11+x3+x2+x1+1
CRC-16 G(x)=x16+x15+x2+1 CRC错误检测方法大约能检查出99.95%以上的错误。
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2.1 工业网络通信基础
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2.2 工业网络物理结构
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基础知识
1. 工业数据通讯的基本概念
工业数据通信基础
工业数据通信的技术基础
主要涉及通信协议、信号编码、数据传输和交换、安全、通信控制 和软硬件平台等。
工业数据通信系统的基本组成
●工业网络与通信
基础知识
1. 工业数据通讯的基本概念
数据通信的一些基本术语
信道(Channel)：传送信息的线路（或通路）。 数字信道。 模拟信道。 数字通信的优点 仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信。 如用modem通过拨号 线路传输数字信号。
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4. 差错控制
循环冗余校验（CRC,Cyclic Redundancy Check）
举例
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本章内容
2.1工业网络通信基础
1. 工业数据通讯的基本概念
2. 数据编码 3. 数据传输 4. 差错控制
2.2 工业网络物理结构
1. 网络的传输媒介
2.工业通信网络的拓扑形式 3.介质访问控制方式
2.3 开放系统互连参考模型
1. OSI参考模型 2. 网络互连 3. 现场总线通信协议模型
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基础知识
4. 差错控制
奇偶校验（Parity Checking）
原理
举例：原始数据=1100010，采用偶校验。 则增加校验位后的数据为11100010
若接收方收到的字节奇偶结果不正确，就可以知道传输中发生了错 误。
判断结果：奇偶校验只能检测出奇数个比特位错，对偶数个比特 位错则无能为力。
差分码、Manchester编码等。 非归零码 曼彻斯特编码