現場總線知識點匯總現場總線知識點匯總現場總線知識點匯總xxx公司現場總線知識點匯總文件編號：文件日期：修訂次數：第1.0次更改批準審核制定方案設計，管理制度現場總線知識點匯總1.現場總線定義：（1）國際電工委員會IEC61158標準定義，現場總線是指安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間數字式、串行、多點通信的數據總線。（2）應用在生產現場，在測量控制設備之間實現雙向串行多節點數字通信技術。2.現場總線技術是在20世紀80年代中期發展起來的，是計算機技術、通信技術、控制技術（即3C技術）發展匯集成的結合點，是信息技術、數字化、智能化網絡發展到現場的結果。2.現場總線亦稱為工業控制網絡，已經成為控制網絡技術的代名詞。3.現場總線以測量控制設備作為網絡節點，以雙絞線等傳輸介質為紐帶，把位于生產現場、具備了數字計算和數字通信能力的測量控制設備連接成網絡系統，按公開、規范的通信協議，在多個測量控制設備之間、以及現場設備與遠程監控計算機之間，實現數據傳輸與信息交換，形成適應各種應用需求的自動控制系統。（三要素：網絡節點、傳輸介質、通信協議）4.與一般的電信網和一般的計算機網絡相比，現場總線控制系統特別強調可靠性和實時性，現場總線的數據通信是以引發物質或能量的運動為最終目的。5.現場總線產生的背景和時代需求：處于企業生產過程底層的測量自動化系統，由于設備之間采用傳統的一對一連線，用電壓、電流的模擬信號進行測量控制，或采用自成體系的封閉式的集散系統，難以實現設備之間以及系統與外界之間的信息交換，使自動化系統成為“信息孤島”。要實現整個企業的信息集成，要實施綜合自動化，就要構建運行在生產現場、性能可靠、造價低廉的工廠底層網絡，完成現場自動化設備之間的多點數字通信，實現底層現場設備之間、以及生產現場與外界的信息交換?，F場總線作為現場設備之間互聯的控制網絡，溝通了生產過程現場控制設備之間及其與更高控制管理層網絡之間的聯系，為徹底打破自動化系統的信息孤島僵局創造了條件。6.工業自動控制系統歷史（1）20世紀50年代，模擬儀表控制系統（ACS）；（2）20世紀60年代，直接數字控制系統（DDC）；（3）20世紀70年代，集散控制系統（DCS）；（4）20世紀90年代，現場總線控制系統（FCS）。7.FCS特點：1）FCS的信號傳輸實現了全數字化2）FCS系統結構是全分散式3）FCS的現場設備具有互操作性4）FCS的技術和標準實現了全開放5）FCS的環境適應性與總線供電8.集散控制系統的不足：從結構上看，在系統的一個局部，或者子系統，基本上還是集中式控制，系統分散得不夠徹底，集中式控制系統存在的問題沒有從根本上得到解決?，F場仍采用模擬信號，電纜較多，成本較高。各公司的DCS各有各的標準，不能實現互聯。9.現場總線的發展現狀：國際電工委員會/國際標準協會（IEC/ISA）自1984年起現場總線標準工作，但統一的標準至今仍未完成。1）技術原因。目前尚沒有一種現場總線對所有應用領域在技術上都是最優的。2）利益驅動。導致自動化行業形成多種總線技術標準并存現狀。現場總線的國際標準一直未能統一，真正實現開放性遠未達到。將以太網應用于工業自動控制系統的呼聲越來越高，也就是使得控制和管理系統中的信息無縫銜接，真正實現“一網到底”。工業以太網技術有望解決這一問題10.誕生于不同領域的總線技術往往對這一特定的領域的適用性就好一些。PROFIBUS適合于工廠自動化CAN適用于汽車工業FF總線適用于過程控制LonWorks適用于樓宇自動化SwiftNet適用于飛機制造P-NET適用于農業11.現場總線國際標準1）ISO11898和ISO11519ISO11898：道路交通工具（RoadVehicle）——數字信息交換（Interchangeofdigitalinformation）－用于高速通信（Forhigh-speedcommunication）的控制器局域網（CAN）；ISO11519：低速CAN和VAN的標準。2）IEC61158：FFH1、ControlNet、PROFIBUS、P-NET、FFHSE、SwiftNet、WorldFIP、Interbus。3）IEC62026：DeviceNet、AS-iIEC62026為低壓開關設備和控制設備的現場總線。12.工業以太網定義應用于工業自動化領域的以太網技術以太網（Ethernet）由Xerox、DEC、Intel聯合推出的局域網物理層與數據鏈路層規范。電子電氣工程師協會在此基礎上制定了局域網標準，已成為信息網絡的實際標準。工業以太網一般是指技術上與商用以太網兼容，但在產品設計、材質的選用、產品的強度、適用性以及實時性、可互操作性、可靠性、抗干擾性和本質安全等方面能滿足工業現場的需要。13.工業以太網的優勢1）應用廣泛2）成本低廉3）通信速率高4）軟硬件資源豐富5）可持續發展能力強6）易于實現管控一體化14.工業以太網存在的不足1）實時性問題2）可靠性問題3）安全性問題4）總線供電問題15.本質安全：指通過設計等手段使生產設備或生產系統本身具有安全性，即使在誤操作或發生故障的情況下也不會造成事故的功能。16.現場總線特點：5個特點（見教材2~3頁）17.現場總線的優點：5個優點（見教材3頁）18.互操作性和互用性的定義（見教材2頁）19.通信系統最主要的指標：有效性和可靠性有效性：傳輸信息的內容有多少；可靠性：接收信息的可靠程度。20.有效性指標：4個（熟悉概念）可靠性指標用誤碼率來衡量。21.比特率和波特率定義22.頻率特性定義23.頻譜和帶寬定義24.為什么CAN總線在位速率為1Mbps時，傳輸距離只有40米1）CAN總線要求發送器在發送每一位的同時，都要監視總線電平，用以確定是否發送器競爭發送權失敗，是否總線發生了位錯誤，是否獲得了應答。這都需要在1位時間內完成。1Mbps時，位時間是1微秒；2）已知銅導線中電信號的傳播速度是光速的2/3，1微秒在可以在總線上跑200米，由于要做折返跑，所以總線距離不能超過100米；3）考慮到可靠采樣以及需留下一定的信息處理時間的問題，一般采樣點設在位時間的50%左右，所以最大傳輸距離還要減半，即為50米；4）還要考慮發送器延時、接收器延時，總線的最大傳輸距離還要打折扣，故定位40米。25.CAN總線報文傳送由哪4種不同類型的幀表示和控制答：數據幀攜帶數據由發送器至接收器；遠程幀通過總線單元發送，以請求具有相同標識符的的數據幀；出錯幀由檢測出總線錯誤的任何單元發送；超載幀用以在先行的和后續的數據幀（或遠程幀）之間提供一附加的延時。26.1）PCA82C250稱作CAN收發器，位于CAN總線的物理層，是完成邏輯信號與電纜上物理信號的轉換（雙向轉換）。2）CAN總線一般使用兩根電纜進行信號傳輸，其名稱分別為CAN_H和CAN_L。3）CAN收發器根據兩根電纜之間的電壓差來判斷總線電平，這種傳輸方式稱為“差分傳輸”。電纜上傳輸的電平信號只有兩種可能，分別為顯性電平和隱性電平，其中顯性電平代表邏輯0，隱性電平代表邏輯1。4）CAN-bus發布了兩個通信標準，即高速通信標準ISO11898（最高1Mbps）和低速通信標準ISO11519（最高125Kbps），這兩個標準中差分電平的特性不相同（如表1-1所示）表1-1物理層ISO11898ISO11519-2電平顯性隱性顯性隱性CAN_H/VCAN_L/V電位差/V0從上圖可知，這兩個標準物理層不同，但在數據鏈路層是相同的。5）CAN_bus采用雙絞線連接，并配合差分傳輸方式，可以有效抑制共模干擾。共模干擾是指信號線上干擾信號的幅度和相位都相同。6）PCA82C250有三種工作模式，即高速模式、準備模式和斜率模式，模式控制通過控制引腳完成。27.SJA1000支持兩種不同的協議模式，即BasicCAN模式和PeliCAN模式。28、為什么在CAN總線的兩端要加終端匹配電阻終端電阻的阻值一般是多少答：現場總線中數據的傳輸是以電信號的形式在電纜中傳播的，而電信號對電纜的阻抗比較敏感，當阻抗不連續或發生突變時，就會發生電信號的反射。反射過程比較復雜，也有可能多次反射，反射的信號可能會混疊在正常信號上，引起電平的變化，導致數據傳輸出現錯誤。為了使電纜終點的阻抗保持連續而不發生突變，CAN_bus規定在電纜的兩端或一端接入匹配電阻，即終端電阻。在CAN_bus中終端電阻一般為120歐姆。29、計算機網絡基礎知識計算機網絡是現場總線技術的基礎，熟悉計算機網絡體系結構和拓撲結構，了解網絡中每層的功能和網絡節點的連接方式，為學習現場總線協議作準備。1）.計算機網絡體系結構：計算機網絡層次結構模型和各層協議的集合。2）.網絡協議：為了進行計算機網絡中的數據交換而建立的規則、標準或約定的集合。網絡協議是計算機網絡中不可缺少的組成部分。3）.網絡協議包括三個要素：語法、語義和時序。（1）語法：用戶數據和控制信息的結構和格式；（2）語義：需要發送何種控制信息，以及完成的動作以及所作出的響應；（3）時序：對事件實現順序的詳細說明。4）.國際標準化組織（ISO）提出了開放系統互連參考模型OSI-RM，該標準定義了網絡互聯的7層框架，實現