基于网络的测控技术解析
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基于网络的测控技术解析
4.2.3 FF总线
➢ 自动地址识别
接收数据时，通信控制器能对接收信息中的地址进行 识别，验证本站点是否需要使用这些信息。如果需要 使用，则将数据接收完，然后交给主CPU；否则放弃 本帧数据，接着侦听下一帧数据。
现场
OSI模型
总线
模型
用户应用
应用层
表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
用户层 总线报文规范子层
总线访问子层 应用层
通信栈
数据链路层
物理层 基于网络的测控技术解析
物理层
4.2.3 FF总线
2. FF总线通信协议
用户应用
FMS 总线报文规范
FAS 总线访问子层
DLL 数据链路层
物理层
用户数据
基于网络的测控技术解析
4.2.3 FF总线
② 基金会现场总线通信控制器的功能
➢ 总线信号的接收和发送
通信控制器需根据基金会现场总线的物理层标准，正 确地实现总线信号的接收和发送。
➢ 串行数据的编码和解码
发送方必须采用数据编码的方式，将时钟信息隐藏在 数据中发送出去；接收方对接收到的信号解码，从中 还原出时钟信号，以达到接送双方同步。
MAP规约是按照OSI七层模型的框架，从ISO及IEEE 802，EIA等国际组织已有的文件和标准中选择合适 的内容之后，组合成适合于控制领域中网络互联的 分层协议。
2. 技术办公系统协议（TOP）
一种为办公室系统通信定义局域网的一些规范和协议 的开放式系统互联（OSI）协议，与生产自动化协议 （MAP）相连。
基于网络的测控技术解析
4.1.1开放系统互联（ISO/OSI）标准模型
OSI参考模型划分原则：
① 网中各结点都有相同的层次，相同的层次具有同 样的功能；
① 同一结点内相邻层之间通过接口通信； ② 每一层使用下层提供的服务，并向其上层提供服务； ③ 不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。
基于网络的测控技术解析
4.2.2 CAN总线
2. CAN总线系统的设计
控制计算机 CAN接口
120欧
120欧
CAN接口 测控设备1#
......
CAN接口 测控设备n#
软件设计的关键是通信程序的编写。通信程
序主要包括初始化子程序、发送子程序和接收子
程序三个部分。
基于网络的测控技术解析
4.2.3 FF总线
1. FF总线的通信参考模型
第4章 基于网络的测控技术
主要内容 集散网络测控技术（DCS） 现场总线网络测控技术（FCS） 以太网络测控技术 典型应用
基于网络的测控技术解析
第4章 基于网络的测控技术
重点讨论DCS的MAP/TOP通信协议、现场总线的CAN 协议与FF协议、以及以太网的TCP/IP协议，对上述三种测控 系统组建涉及的开发组态软件进行详细介绍，并给出基于三 种网络测控系统的典型实例。
➢ FF通信控制器
主要功能是减轻主CPU通信工作的负担，完成总线 信号的发送和接收，串行数据的编码和解码，帧检验序 列的生成和验证，信息帧的打包和解包等功能。
基于网络的测控技术解析
4.2.3 FF总线
➢ 媒体连接单元MAU
接收和发送符合FF规范的物理信号，包括对通信控 制器传来的信号限制频带，向总线上耦合信号波形，接 收总线上耦合的信号波形，对接收波形的滤波和预处理 等。MAU的功能是执行通信控制器的TTL电平信号与现 场总线物理介质上传输的信号之间的转换，具体电路根 据所采用的物理介质的不同而不同。
基于网络的测控技术解析
4.1.3 通信接口
1. RS-232C接口 2. RS-422、RS-423接口 3. RS-485接口
基于网络的测控技术解析
4.1.4 测控组态软件
“组态”的概念是伴随着集散型控制系统的出现的。测 控组态软件是面向监控与数据采集（Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA）的软件平台工具，具有丰 富的设置功能，使用方式灵活。
几种有影响的现场总线
➢ FF总线 ➢ LonWorks ➢ PROFIBUS ➢ CAN ➢ HART ➢ ControlNet
基于网络的测控技术解析
4.2.2 CAN总线
1. CAN总线帧结构
帧间空间
数据帧
帧间空间
仲裁场 控制场 数据场 CRC场
帧结束 或超载帧
帧起始
应答场
基于网络的测控技术解析
FMS协议控制 用户数据编码
PCI 4
0-251
FAS协议控制 FMS协议数据
PCI 1 FAS SDU 4-205
DLL协议控制 FAS协议数据 帧校验
PCI 5-15
DL SDU 5-256 FCS 2
前导码 帧前定界码 DLL协议数据 帧结束码
1*
1
ph SDU 8-273
1
* 当采用中继器时前导码可多于1字节 基于网络的测控技术解析
4.2.3 FF总线
3. FF总线通信控制器
① 基金会现场总线通信圆卡
主 C P U
发 送 数 据
F F 通 信 控 制 器
接 收 数 据 媒 体 链 接 单 元
发 送 数 据
现 场 总 线
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基于网络的测控技术解析
4.2.3 FF总线
➢ 主CPU
主CPU负责实现基金会现场总线的高层协议，即第 2，7，8层。
4.1.1开放系统互联（ISO/OSI）标准模型
OSI参考模型的数据传输
发送方 应用层 表示层
接收方 应用层 表示层
会话层
会话层
传输层 网络层
网络层
传输层 网络层
数据链路层
数据链路层
数据链路层
物理层 主机A
物理层
物理层
基于网络的测控技术解析主机B
4.1.2 MAP/TOP通信协议
1. MAP规约的主要内容
基于网络的测控技术解析
4.2 现场总线网络测控技（FCS）
现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS） 借助设备、仪表的计算能力，来实现以往无法设想的各种 复杂计算，形成真正意义上的分散在生产现场的完整控制 系统，提高了控制系统运行的可靠性。
基于网络的测控技术解析
4.2.1 现场总线技术简介
基于网络的测控技术解析
4.2.3 FF总线
➢ 信息帧的打包和解包
通信控制器在接收到来自数据链路层的数据包后，需加 上前导码、帧前定界码和帧尾定界码才能用于传输；
➢ 帧校验序列的生成和验证
在数据发送过程中，通信控制器一边发送数据，一边对 发送的数据进行相应的CRC计算处理，直到本帧的最后 一位数据发送完毕。
4.2.3 FF总线
➢ 自动地址识别
接收数据时，通信控制器能对接收信息中的地址进行 识别，验证本站点是否需要使用这些信息。如果需要 使用，则将数据接收完，然后交给主CPU；否则放弃 本帧数据，接着侦听下一帧数据。
现场
OSI模型
总线
模型
用户应用
应用层
表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
用户层 总线报文规范子层
总线访问子层 应用层
通信栈
数据链路层
物理层 基于网络的测控技术解析
物理层
4.2.3 FF总线
2. FF总线通信协议
用户应用
FMS 总线报文规范
FAS 总线访问子层
DLL 数据链路层
物理层
用户数据
基于网络的测控技术解析
4.2.3 FF总线
② 基金会现场总线通信控制器的功能
➢ 总线信号的接收和发送
通信控制器需根据基金会现场总线的物理层标准，正 确地实现总线信号的接收和发送。
➢ 串行数据的编码和解码
发送方必须采用数据编码的方式，将时钟信息隐藏在 数据中发送出去；接收方对接收到的信号解码，从中 还原出时钟信号，以达到接送双方同步。
MAP规约是按照OSI七层模型的框架，从ISO及IEEE 802，EIA等国际组织已有的文件和标准中选择合适 的内容之后，组合成适合于控制领域中网络互联的 分层协议。
2. 技术办公系统协议（TOP）
一种为办公室系统通信定义局域网的一些规范和协议 的开放式系统互联（OSI）协议，与生产自动化协议 （MAP）相连。
基于网络的测控技术解析
4.1.1开放系统互联（ISO/OSI）标准模型
OSI参考模型划分原则：
① 网中各结点都有相同的层次，相同的层次具有同 样的功能；
① 同一结点内相邻层之间通过接口通信； ② 每一层使用下层提供的服务，并向其上层提供服务； ③ 不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。
基于网络的测控技术解析
4.2.2 CAN总线
2. CAN总线系统的设计
控制计算机 CAN接口
120欧
120欧
CAN接口 测控设备1#
......
CAN接口 测控设备n#
软件设计的关键是通信程序的编写。通信程
序主要包括初始化子程序、发送子程序和接收子
程序三个部分。
基于网络的测控技术解析
4.2.3 FF总线
1. FF总线的通信参考模型
第4章 基于网络的测控技术
主要内容 集散网络测控技术（DCS） 现场总线网络测控技术（FCS） 以太网络测控技术 典型应用
基于网络的测控技术解析
第4章 基于网络的测控技术
重点讨论DCS的MAP/TOP通信协议、现场总线的CAN 协议与FF协议、以及以太网的TCP/IP协议，对上述三种测控 系统组建涉及的开发组态软件进行详细介绍，并给出基于三 种网络测控系统的典型实例。
➢ FF通信控制器
主要功能是减轻主CPU通信工作的负担，完成总线 信号的发送和接收，串行数据的编码和解码，帧检验序 列的生成和验证，信息帧的打包和解包等功能。
基于网络的测控技术解析
4.2.3 FF总线
➢ 媒体连接单元MAU
接收和发送符合FF规范的物理信号，包括对通信控 制器传来的信号限制频带，向总线上耦合信号波形，接 收总线上耦合的信号波形，对接收波形的滤波和预处理 等。MAU的功能是执行通信控制器的TTL电平信号与现 场总线物理介质上传输的信号之间的转换，具体电路根 据所采用的物理介质的不同而不同。
基于网络的测控技术解析
4.1.3 通信接口
1. RS-232C接口 2. RS-422、RS-423接口 3. RS-485接口
基于网络的测控技术解析
4.1.4 测控组态软件
“组态”的概念是伴随着集散型控制系统的出现的。测 控组态软件是面向监控与数据采集（Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA）的软件平台工具，具有丰 富的设置功能，使用方式灵活。
几种有影响的现场总线
➢ FF总线 ➢ LonWorks ➢ PROFIBUS ➢ CAN ➢ HART ➢ ControlNet
基于网络的测控技术解析
4.2.2 CAN总线
1. CAN总线帧结构
帧间空间
数据帧
帧间空间
仲裁场 控制场 数据场 CRC场
帧结束 或超载帧
帧起始
应答场
基于网络的测控技术解析
FMS协议控制 用户数据编码
PCI 4
0-251
FAS协议控制 FMS协议数据
PCI 1 FAS SDU 4-205
DLL协议控制 FAS协议数据 帧校验
PCI 5-15
DL SDU 5-256 FCS 2
前导码 帧前定界码 DLL协议数据 帧结束码
1*
1
ph SDU 8-273
1
* 当采用中继器时前导码可多于1字节 基于网络的测控技术解析
4.2.3 FF总线
3. FF总线通信控制器
① 基金会现场总线通信圆卡
主 C P U
发 送 数 据
F F 通 信 控 制 器
接 收 数 据 媒 体 链 接 单 元
发 送 数 据
现 场 总 线
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基于网络的测控技术解析
4.2.3 FF总线
➢ 主CPU
主CPU负责实现基金会现场总线的高层协议，即第 2，7，8层。
4.1.1开放系统互联（ISO/OSI）标准模型
OSI参考模型的数据传输
发送方 应用层 表示层
接收方 应用层 表示层
会话层
会话层
传输层 网络层
网络层
传输层 网络层
数据链路层
数据链路层
数据链路层
物理层 主机A
物理层
物理层
基于网络的测控技术解析主机B
4.1.2 MAP/TOP通信协议
1. MAP规约的主要内容
基于网络的测控技术解析
4.2 现场总线网络测控技（FCS）
现场总线控制系统（Fieldbus Control System，FCS） 借助设备、仪表的计算能力，来实现以往无法设想的各种 复杂计算，形成真正意义上的分散在生产现场的完整控制 系统，提高了控制系统运行的可靠性。
基于网络的测控技术解析
4.2.1 现场总线技术简介
基于网络的测控技术解析
4.2.3 FF总线
➢ 信息帧的打包和解包
通信控制器在接收到来自数据链路层的数据包后，需加 上前导码、帧前定界码和帧尾定界码才能用于传输；
➢ 帧校验序列的生成和验证
在数据发送过程中，通信控制器一边发送数据，一边对 发送的数据进行相应的CRC计算处理，直到本帧的最后 一位数据发送完毕。