现场总线总结

河海大学计算机与信息学院（常州）课程总结报告

题目现场总线课程总结

专业、学号

授课班号

学生姓名

指导教师

完成时间2011年12月28

第一章：概述

一、现场总线基本概念

1、现场总线的基本概念（原始思想）：

用一个开放的、互可操作的、多点的数字通信系统代替已使用很久的4~20mA 标准。（4-20mA信号是国际通用标准信号，是连接仪表、变送设备、控制设备、计算机采样设备的一种标准。与此相对应的信号有：0－10mA、0－5V、0－10V等）

2、现场总线的由来：

1、数据采集与处理系统；

2、直接数字控制系统；

3、监督计算机控制系统；

4、集散控制系统；

5、现场总线控制系统（Field Control System）。

二、现场总线的定义

1、现场总线的定义：

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、双向、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。是一种用于底层工业控制和测量设备，如变送器（transducers）、执行器（actuators）和本地控制器（local controllers）之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。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，现场总线一般应被看作是一个系统、一个网络或一个网络系统，它应用于现场测量和/或控制目的。

2、现场总线的特点

(1）、开放性；

（2）、互可操作性与互换性；

（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；

（6）、系统可靠性；

(7)、信息一致性；

(8)、经济性；

(9)、易于安装维护。

3、现场总线与计算机网络区别

（1）实时性;

（2）环境适应性和安全性;

（3）额外开销;

（4）逻辑链路控制形式;

（5）通信要求;

三、现场总线的现状

按照国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互连（OSI）参考模型建立的。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，网络通信流量与差错控制由数

据链路层完成。

1、现场总线国际标准

现场总线的国际标准共有25 种，其中包括：

IEC61158 的20 种

IEC62026的4种

ISO的CAN 1种

2、现场总线标准的共性与分类

共性：（1）、ISO/OSI 模型作为通信任务的分解参考；

（2）、层规范化；

（3）、服务和协议的差异处理；

（4）、工程应用能力

分类：

3、现场总线的未来

（1）、寻求统一的现场总线国际标准；

（2）、Industrial Ethernet走向工业控制网络；

（3）、从排他到兼容

4、现场总线的典型应用

汽车工业、继电保护与电力监控、半导体芯片和半导体产品制造、水处理、食品饮料制造、机器人、物流业/搬运业、智能楼宇、制药业、暖通空调、包装业、轨道交通/城市交通、石油与化工、能源与环境监控及管理、钢铁/冶金、（煤矿）安全、造纸业、家庭用品……

第二章数据通信基础

一、通信模型

信源信宿、发送器、信道、接收器。

二、数据传输

1、概念

（1）、数据：数据被定义为传达某种意义的实体；

（2）、信号：数据的电气或电磁编码；

（3）、传输：包括模拟传输和数字传输；

（4）、传输速率：指信道在单位时间内传输的信息量，数据传输比特率表示，位/秒，bit/s或bps；

（5）T 为电脉冲信号（码元）的宽度或周期；

（6）、n 为电脉冲信号所有可能的有效状态数，是 2 的整幂数；

（7）、调制速率，码元速率，用波特率表示。

2、传输模式

（1）、并行传输

⏹速度快、无需同步

⏹通道多、成本高、设备复杂、距离短

（2）、串行传输

⏹一条通道、易于实现

⏹应用广泛

（3）、异步传输

☐异步传输方式也叫起止方式，数据的传输是一次一个字符，每个字符的传输中都使用同步信息☐在每个字符代码的前面增加一个起始位(逻辑0)，在接收端收到起始位后，立即启动一个内部时钟，按要求接收一个字符的代码，字符代码之后跟一个或多个停止位(逻辑1)，表示该字符传输结束，然后等待下一个字符的开始。

☐优点是实现字符同步比较简单，收发双方的时钟信号不需要严格同步，

缺点是对每个字符都需加入起始位和终止位，因而传输效率低。

（4）、同步传输

☐同步传输时，数据块以稳定的位流形式传输，

☐没有起始位和停止位

☐数据块的长度可能是很多位，效率高

☐可以用独立时钟线路实现同步，或者将时钟信息嵌入到数据信号中

另一级同步：每个数据块以一个“前同步码”的位模式开始，并用一个“后同步码”的位模式结束（5）、单工、半双工、全双工

三、传输媒体

1、定义：

传输媒体是在数据传输系统中位于发送器和接收器之间的物理通，输媒体可分为有线的和无线的两类。1、有线传输媒体

（1）双绞线；

（2）同轴电缆；

（3）光缆

2、无线传输

（1）、地面微波

（2）、卫星微波

（3）、广播无线电波

（4）、红外线

四、传输数据编码

1、模拟信号传输数字数据

（1）、使用调制解调器通过电话线路传输计算机数据时，采用的就是这种编码方式

（2）、交变弦信号作为载波可用Acos(ωt+Φ)来表示，其中A 为振幅，ω为角频率，Φ为相位，三者的任何变化都将影响波形，以区分二进制数字0和1

（3）、幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）

2、数字信号传输数字数据

定义：数字信号是一串离散的不连续的脉冲序列，每个脉冲都是一个信号码元。