各位工控朋友，大家好。我發(fā)這個(gè)貼方便自己和大家沒(méi)事的時(shí)候看一下，里面有基本主流技術(shù)也有未普及的新技術(shù)?？傊Ｍ芎痛蠹医涣饕幌拢@個(gè)貼不想有廣告之類的，相信大家都能理解。謝謝合作。  歡迎大家給我發(fā)信息提出意見，需要什么類型的資料或者信息。肯定有不足的地方，希望大家能給我短信或EMAIL給我這里不足的資料讓我在相應(yīng)的章節(jié)補(bǔ)充上去。                 我本人在工控一天，這個(gè)貼就永遠(yuǎn)會(huì)更新下去。

CAN基本知識(shí)
　　什么是CAN ?
　　CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。最初，CAN被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的

微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。比如：發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主

干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置。
　　一個(gè)由CAN 總線構(gòu)成的單一網(wǎng)絡(luò)中，理論上可以掛接無(wú)數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)數(shù)目受網(wǎng)絡(luò)硬件的電氣特性所限制。例如，當(dāng)使用

Philips P82C250作為CAN收發(fā)器時(shí)，同一網(wǎng)絡(luò)中允許掛接110個(gè)節(jié)點(diǎn)。CAN 可提供高達(dá)1Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實(shí)時(shí)控制變得非常容易。

另外，硬件的錯(cuò)誤檢定特性也增強(qiáng)了CAN的抗電磁干擾能力。
　　CAN 是怎樣發(fā)展起來(lái)的？
　　CAN最初出現(xiàn)在80年代末的汽車工業(yè)中，由德國(guó)Bosch公司最先提出。當(dāng)時(shí)，由于消費(fèi)者對(duì)于汽車功能的要求越來(lái)越多，而這些功能的實(shí)現(xiàn)

大多是基于電子操作的，這就使得電子裝置之間的通訊越來(lái)越復(fù)雜，同時(shí)意味著需要更多的連接信號(hào)線。提出CAN總線的最初動(dòng)機(jī)就是為了解決

現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊，減少不斷增加的信號(hào)線。于是，他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)總線，所有的外圍器件可以被掛接在

該總線上。1993年，CAN 已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898(高速應(yīng)用)和ISO11519（低速應(yīng)用）。
　　CAN是一種多主方式的串行通訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號(hào)傳輸距

離達(dá)到10Km時(shí)，CAN 仍可提供高達(dá)50Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。
　　由于CAN總線具有很高的實(shí)時(shí)性能，因此，CAN已經(jīng)在汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。
　　CAN 是怎樣工作的？
　　CAN通訊協(xié)議主要描述設(shè)備之間的信息傳遞方式。CAN層的定義與開放系統(tǒng)互連模型（OSI）一致。每一層與另一設(shè)備上相同的那一層通訊。

實(shí)際的通訊發(fā)生在每一設(shè)備上相鄰的兩層，而設(shè)備只通過(guò)模型物理層的物理介質(zhì)互連。CAN的規(guī)范定義了模型的最下面兩層：數(shù)據(jù)鏈路層和物理

層。下表中展示了OSI開放式互連模型的各層。應(yīng)用層協(xié)議可以由CAN用戶定義成適合特別工業(yè)領(lǐng)域的任何方案。已在工業(yè)控制和制造業(yè)領(lǐng)域得

到廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)是DeviceNet，這是為PLC和智能傳感器設(shè)計(jì)的。在汽車工業(yè)，許多制造商都應(yīng)用他們自己的標(biāo)準(zhǔn)。
　　表1 OSI開放系統(tǒng)互連模型
　　7 應(yīng)用層 最高層。用戶、軟件、網(wǎng)絡(luò)終端等之間用來(lái)進(jìn)行信息交換。如：DeviceNet
　　6 表示層 將兩個(gè)應(yīng)用不同數(shù)據(jù)格式的系統(tǒng)信息轉(zhuǎn)化為能共同理解的格式
　　5 會(huì)話層 依靠低層的通信功能來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的有效傳遞。
　　4 傳輸層 兩通訊節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)傳輸控制。操作如：數(shù)據(jù)重發(fā)，數(shù)據(jù)錯(cuò)誤修復(fù)
　　3 網(wǎng)絡(luò)層 規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)連接的建立、維持和拆除的協(xié)議。如：路由和尋址
　　2 數(shù)據(jù)鏈路層 規(guī)定了在介質(zhì)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位的排列和組織。如：數(shù)據(jù)校驗(yàn)和幀結(jié)構(gòu)
　　1 物理層 規(guī)定通訊介質(zhì)的物理特性。如：電氣特性和信號(hào)交換的解釋
　　
　　CAN能夠使用多種物理介質(zhì)，例如雙絞線、光纖等。最常用的就是雙絞線。信號(hào)使用差分電壓傳送，兩條信號(hào)線被稱為“CAN_H”和“CAN_L

”，靜態(tài)時(shí)均是2.5V左右，此時(shí)狀態(tài)表示為邏輯“1”，也可以叫做“隱性”。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯“0”，稱為“顯形”，此時(shí)，通常

電壓值為：CAN_H = 3.5V 和CAN_L = 1.5V 。
　　- 1 CAN 有哪些特性？
　　CAN具有十分優(yōu)越的特點(diǎn)，使人們樂(lè)于選擇。這些特性包括：
　　 低成本
　　 極高的總線利用率
　　 很遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離(長(zhǎng)達(dá)10Km)
　　 高速的數(shù)據(jù)傳輸速率（高達(dá)1Mbit/s）
　　 可根據(jù)報(bào)文的ID決定接收或屏蔽該報(bào)文
　　 可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制
　　 發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā)
　　 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)退出總線的功能
　　 報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來(lái)指示功能信息、優(yōu)先級(jí)信息
　　Philips制造的CAN芯片有哪些？
　　表2 CAN芯片一覽表
　　類別 型號(hào) 備注
　　CAN微控制器 P87C591 替代P87C592
　　XA C37 16位MCU
　　CAN獨(dú)立控制器 SJA1000 替代82C200
　　CAN收發(fā)器 PCA82C250 高速CAN收發(fā)器
　　PCA82C251 高速CAN收發(fā)器
　　PCA82C252 容錯(cuò)CAN收發(fā)器
　　TJA1040 高速CAN收發(fā)器
　　TJA1041 高速CAN收發(fā)器
　　TJA1050 高速CAN收發(fā)器
　　TJA1053 容錯(cuò)CAN收發(fā)器
　　TJA1054 容錯(cuò)CAN收發(fā)器
　　LIN收發(fā)器 TJA1020 LIN收發(fā)器
　　
　　什么是CSMA/CD ?
　　CSMA/CD是“載波偵聽多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)”（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect）的縮寫。
　　利用CSMA訪問(wèn)總線，可對(duì)總線上信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，只有當(dāng)總線處于空閑狀態(tài)時(shí)，才允許發(fā)送。利用這種方法，可以允許多個(gè)節(jié)點(diǎn)掛接到同一

網(wǎng)絡(luò)上。當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)沖突位時(shí)，所有節(jié)點(diǎn)重新回到‘監(jiān)聽’總線狀態(tài)，直到該沖突時(shí)間過(guò)后，才開始發(fā)送。在總線超載的情況下，這種技術(shù)

可能會(huì)造成發(fā)送信號(hào)經(jīng)過(guò)許多延遲。為了避免發(fā)送時(shí)延，可利用CSMA/CD方式訪問(wèn)總線。當(dāng)總線上有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行發(fā)送時(shí)，必須通過(guò)“無(wú)損

的逐位仲裁”方法來(lái)使有最高優(yōu)先權(quán)的的報(bào)文優(yōu)先發(fā)送。在CAN總線上發(fā)送的每一條報(bào)文都具有唯一的一個(gè)11位或29位數(shù)字的ID。CAN總線狀態(tài)

取決于二進(jìn)制數(shù)‘0’而不是‘1’，所以ID號(hào)越小，則該報(bào)文擁有越高的優(yōu)先權(quán)。因此一個(gè)為全‘0’標(biāo)志符的報(bào)文具有總線上的最高級(jí)優(yōu)先權(quán)

。可用另外的方法來(lái)解釋：在消息沖突的位置，第一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送0而另外的節(jié)點(diǎn)發(fā)送1，那么發(fā)送0的節(jié)點(diǎn)將取得總線的控制權(quán)，并且能夠成功的

發(fā)送出它的信息。
　　- 2 CAN的高層協(xié)議
　　CAN的高層協(xié)議（也可理解為應(yīng)用層協(xié)議）是一種在現(xiàn)有的底層協(xié)議（物理層和數(shù)據(jù)鏈路層）之上實(shí)現(xiàn)的協(xié)議。高層協(xié)議是在CAN規(guī)范的基

礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的應(yīng)用層。許多系統(tǒng)（像汽車工業(yè)）中，可以特別制定一個(gè)合適的應(yīng)用層，但對(duì)于許多的行業(yè)來(lái)說(shuō)，這種方法是不經(jīng)濟(jì)的。一些

組織已經(jīng)研究并開放了應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)，以使系統(tǒng)的綜合應(yīng)用變得十分容易。
　　一些可使用的CAN高層協(xié)議有：
　　制定組織主要高層協(xié)議
　　CiA CAL協(xié)議
　　CiA CANOpen協(xié)議
　　ODVA DeviceNet 協(xié)議
　　Honeywell SDS 協(xié)議
　　Kvaser CANKingdom協(xié)議
　　什么是標(biāo)準(zhǔn)格式CAN和擴(kuò)展格式CAN?
　　標(biāo)準(zhǔn)CAN的標(biāo)志符長(zhǎng)度是11位，而擴(kuò)展格式CAN的標(biāo)志符長(zhǎng)度可達(dá)29位。CAN 協(xié)議的2.0A版本規(guī)定CAN控制器必須有一個(gè)11位的標(biāo)志符。同時(shí)

，在2.0B版本中規(guī)定，CAN控制器的標(biāo)志符長(zhǎng)度可以是11位或29位。遵循CAN2.0B協(xié)議的CAN控制器可以發(fā)送和接收11位標(biāo)識(shí)符的標(biāo)準(zhǔn)格式報(bào)文或

29位標(biāo)識(shí)符的擴(kuò)展格式報(bào)文。如果禁止CAN2.0B,則CAN 控制器只能發(fā)送和接收11位標(biāo)識(shí)符的標(biāo)準(zhǔn)格式報(bào)文，而忽略擴(kuò)展格式的報(bào)文結(jié)構(gòu)，但不

會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。


　　
　　

CAN總線接口的可編程PID控制模塊

 具有CAN總線接口的可編程PID控制模塊
　　經(jīng)過(guò)多年的研制、試用，玖陽(yáng)自動(dòng)化科技公司隆重推出“WT405-5 可編程PID控制模塊”。它是“DAS+PID控制”方案的理想產(chǎn)品。
　　通過(guò)編程，模塊可實(shí)現(xiàn)單回路PID、串級(jí)三沖量PID、導(dǎo)前微分PID及更為復(fù)雜的控制功能。模塊具有掉電記憶功能，復(fù)位或重新上電時(shí)能接續(xù)原來(lái)的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。
　　模塊本身具有PID控制所必須的模擬量輸入、模擬量輸出、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出通道，能不依賴網(wǎng)絡(luò)而獨(dú)立進(jìn)行PID控制，該控制方案安全、可靠。
　　模塊具有CAN總線接口，PID參數(shù)、PID定值及控制程序的修改可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，通訊距離達(dá)10公里。
　　4路模擬量輸入通道通過(guò)設(shè)置分度類型，可采集電壓、電流、各種分度熱電偶、各種分度熱電阻等模擬量信號(hào)。
　　所有輸入、輸出、電源、網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行電氣隔離設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)隔離1500伏，通道間隔離400伏，適用于強(qiáng)電磁干擾的控制場(chǎng)合。
　　WT405-5控制模塊成功用于350噸汽包鍋爐的噴水減溫控制系統(tǒng)、串級(jí)三沖量給水控制系統(tǒng)、鍋爐主汽壓力控制系統(tǒng)等，控制品質(zhì)優(yōu)良。

開放式現(xiàn)場(chǎng)總線CC-Link特性
　　
　　1996年，三菱電機(jī)以“多廠家設(shè)備環(huán)境、高性能、省配線”理念開發(fā)、公布和開放了現(xiàn)場(chǎng)總線CC-Link。
　　CC-Link是Control&Communication Link (控制與通信鏈路系統(tǒng))的簡(jiǎn)稱。具有性能卓越、應(yīng)用廣泛使用簡(jiǎn)單節(jié)省成本等突出優(yōu)點(diǎn)。
　　一般而言，我們將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分為3至4個(gè)層次：管理層、控制器層、部件層，部件層也就是指裝置層和傳感器層。由于CC-Link的數(shù)據(jù)容量大，通信速度多級(jí)可選擇，CC-Link是一個(gè)復(fù)合的、開放的、適應(yīng)性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠適應(yīng)于較高的管理層網(wǎng)絡(luò)到較低的傳感器層網(wǎng)絡(luò)的不同范圍。
　　由于它的數(shù)據(jù)容量大，通訊速度廣泛。
　　
　　一、CC-Link的卓越性能：
　　CC-Link是一種高可靠性、高性能的網(wǎng)絡(luò)。
　　CC-Link的優(yōu)勢(shì)如下：
　　1） 高速度大容量的數(shù)據(jù)傳送可設(shè)定介于156Kbps到10Mbps間可選擇的5種通信速度之一。
　　 總長(zhǎng)度由最大通信速度決定。
　　 每個(gè)循環(huán)傳送數(shù)據(jù)為24字節(jié)，有150字節(jié)用于通信傳送。
　　 8字節(jié)（64位）用于位數(shù)據(jù)傳送，16字節(jié)（4點(diǎn)RWr、4點(diǎn)RWw）用于字傳送，
　　 （L=>M 34字節(jié)）。
　　 每次鏈接掃描的最大容量是2048位和512字。
　　在64個(gè)遠(yuǎn)程I/O站的情況下，鏈接掃描時(shí)間為3.7毫秒。
　　穩(wěn)定快速的通信速度是CC-Link的最大優(yōu)勢(shì)。
　　CC-Link有足夠卓越的性能應(yīng)用于大范圍的系統(tǒng)。
　　當(dāng)應(yīng)用10Mbps的通信速度時(shí)，最大通信距離是100米；當(dāng)通信速度為156Kbps時(shí)，最大通信距離為1200米。
　　如果應(yīng)用中繼器，還可以擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的總長(zhǎng)度。通信電纜的長(zhǎng)度可以延長(zhǎng)到13.2KM。
　　 2）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有多點(diǎn)接入、T型分支、星型結(jié)構(gòu)
　　 3種型號(hào)的電纜及連接器可以支持將CC-Link元件接入任何機(jī)器和系統(tǒng)。
　　
　　 3）CC-Link使分布控制成為現(xiàn)實(shí)
　　CC-Link同樣用于低價(jià)的中間控制層網(wǎng)絡(luò)。
　　 所有的本地站和智能站可以訪問(wèn)循環(huán)數(shù)據(jù)，如到達(dá)從站或來(lái)自從站的RX、RY、
　　RWr、RWw。（但不可改變這些數(shù)據(jù)）
　　如果使用這些循環(huán)數(shù)據(jù)，可以保證高速的應(yīng)答和穩(wěn)定的刷新時(shí)間，使中間控制通信、中央控制系統(tǒng)變成現(xiàn)實(shí)。
　　有些應(yīng)用中要求有控制層和元件層2種網(wǎng)絡(luò)，這樣的系統(tǒng)可以僅僅只用CC-Link。
　　由于CC-Link每個(gè)站有固定的循環(huán)數(shù)據(jù)的范圍，可能使循環(huán)數(shù)據(jù)受到限制，但，它畢竟是一個(gè)低價(jià)的網(wǎng)絡(luò)。
　　
　　4）自動(dòng)刷新功能、預(yù)約站功能
　　 以PLC作為CC-Link的主站為例，由主站模塊管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行和數(shù)據(jù)刷新，主站模塊與PLC的CPU的數(shù)據(jù)刷新可在主站參數(shù)中設(shè)置刷新參數(shù)，便可以將所有的網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)監(jiān)視數(shù)據(jù)自動(dòng)刷新到PLC的CPU中，不需要編寫刷新程序，這樣，也不必要考慮CC-Link主站模塊緩沖寄存區(qū)的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型與緩沖區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，簡(jiǎn)化編程指令，減少程序運(yùn)行步驟，縮短掃描周期，保證系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)性。
　　 預(yù)約站功能在系統(tǒng)的可擴(kuò)展性上顯示出極大的優(yōu)越性，也給我們系統(tǒng)開發(fā)提供很大的方便。預(yù)約站功能指CC-Link在網(wǎng)絡(luò)組態(tài)時(shí)，可以將現(xiàn)在不掛上網(wǎng)絡(luò)而計(jì)劃將來(lái)掛接到CC-Link的設(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)組態(tài)時(shí)事先將這些設(shè)備的系統(tǒng)信息（站類型、占用數(shù)據(jù)量、站號(hào)等）在主站中登錄，而且可以將相關(guān)程序編寫好，這些預(yù)約站掛接到網(wǎng)絡(luò)中后，便可以自動(dòng)投入運(yùn)行，不需要重新進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。而且在預(yù)約站沒(méi)有掛接到網(wǎng)絡(luò)中時(shí)CC-Link同樣可以正常運(yùn)行。
　　
　　 5）完善的RAS功能
　　 RAS是Reliability（可靠性）、Availability（有效性）、Serviceability（可維護(hù)性）的縮寫。
　　 備用主站功能、在線更換功能、通信自動(dòng)恢復(fù)功能、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視功能、網(wǎng)絡(luò)診斷功能提供了一個(gè)可以信賴的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，幫助用戶在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
　　
　　 6）優(yōu)異抗噪性能和兼容性
　　 為了保證多廠家網(wǎng)絡(luò)的良好的兼容性，一致性測(cè)試是非常重要的。通常只是對(duì)接
　　口部分進(jìn)行測(cè)試。而且，CC-Link的一致性測(cè)試程序包含了噪音測(cè)試。因此，所
　　有CC-Link兼容產(chǎn)品具有高水平的抗噪性能。正如我們所知，能做到這一點(diǎn)
　　的只有CC-Link。
　　除了產(chǎn)品本身具有卓越的抗噪性能以外，光纜中繼器給網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供了更加可
　　靠、更加穩(wěn)定的抗噪能力。
　　至今還未收到過(guò)關(guān)于噪音引起系統(tǒng)工作不正常的報(bào)告。
　　
　　 7）互操作性和即插即用
　　CC-Link提供給合作廠商描述每種類型產(chǎn)品的數(shù)據(jù)配置文檔。這種文檔稱為內(nèi)
　　存映射表，用來(lái)定義控制信號(hào)和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元（地址）。然后，合作廠商按
　　照這種映射表的規(guī)定，進(jìn)行CC-Link兼容性產(chǎn)品的開發(fā)工作。
　　以模擬量I/O映射表為例，在映射表中位數(shù)據(jù)RX0被定義為“讀準(zhǔn)備好信號(hào)”，字?jǐn)?shù)據(jù)RWr0被定義為模擬量數(shù)據(jù)。由不同的A公司和B公司生產(chǎn)的同樣類型的產(chǎn)品，在數(shù)據(jù)的配置上是完全一樣的，用戶根本不需要考慮在編程和使用上A公司與B公司的不同，另外，如果用戶換用同類型的不同公司的產(chǎn)品，程序基本不用修改?？蓪?shí)現(xiàn)“即插即用”連接設(shè)備
　　 8）瞬時(shí)傳送功能
　　CC-Link的通信形式可分為2種方式：循環(huán)通訊和瞬時(shí)傳送。
　　循環(huán)通訊意味著不停地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。各種類型的數(shù)據(jù)交換即遠(yuǎn)程輸入RX，遠(yuǎn)程輸出RY和遠(yuǎn)程寄存器RWr、RWw。一個(gè)子站可傳遞的數(shù)據(jù)容量依賴于所占據(jù)的虛擬站數(shù)。占據(jù)一個(gè)子站意味著適合32位RX和/或RY，并以每四個(gè)字進(jìn)行重定向。如果一個(gè)裝置占據(jù)兩個(gè)虛擬站，那么它的數(shù)據(jù)容量就擴(kuò)大了一倍。
　　除了循環(huán)通信，CC-Link還提供主站、本地站及智能裝置站之間傳遞信息的瞬時(shí)傳送功能。信息從主站傳遞到子站，信息數(shù)據(jù)將以150字節(jié)為單位分割，并以每批150字節(jié)傳遞。若從子站傳遞到主站或其他子站，每批信息數(shù)據(jù)最大為34字節(jié)。瞬時(shí)傳送需要由專用指令來(lái)完成。
　　瞬時(shí)傳送不會(huì)影響循環(huán)通信的時(shí)間。

FF-H1網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及布線安裝應(yīng)考慮的問(wèn)題
現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，它適應(yīng)了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的方向，導(dǎo)致傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重大變革，形成了新型網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)，即現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF系統(tǒng)作為低寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，把具有通信、控制、測(cè)量等功能的現(xiàn)場(chǎng)自控設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，由現(xiàn)場(chǎng)總線把它們互連為網(wǎng)絡(luò)。
一、H1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及實(shí)例
基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線分低速H1和高速H2兩種通信速率。其中H1的傳輸速率為31.25kb/s，通信距離可達(dá)1900m，可支持總線供電，并提供本質(zhì)安全。而高速現(xiàn)場(chǎng)總線H2只可采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。H1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

株洲治煉集團(tuán)有限公司6#沸騰爐電氣、儀表測(cè)控采用了Emerson公司Delta V控制系統(tǒng)。它包括5個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，1個(gè)工程師站，2個(gè)操作員站，1個(gè)調(diào)度監(jiān)視站，1個(gè)控制器?？刂破飨聮煊?個(gè)AI卡（8通道，4～20mA），3個(gè)H1卡（2口），1個(gè)Serial卡（2口）。3個(gè)H1卡下掛4條現(xiàn)場(chǎng)總線，每條H1總線上掛有11臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)總線型儀表?，F(xiàn)場(chǎng)總線型儀表有Rosemount公司3051壓力、差壓變送器和橫河川儀EJA差壓變送器；Fisher公司DVC5010F、DVC5030F閥門定位器和Smar公司FY-302閥門定位器；Rosemount公司3244和848T溫度變送器。最長(zhǎng)一條H1總線有600多米。FCS網(wǎng)絡(luò)硬件配置實(shí)例如圖2所示。

二、網(wǎng)段的基本構(gòu)成部件
H1總線在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域已得到廣泛支持和應(yīng)用。FCS的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制系統(tǒng)的連接完全不同于傳統(tǒng)DCS，它是在一條H1網(wǎng)段上掛接多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備，完成現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、分散I/O等設(shè)備間的數(shù)字通信以及與控制系統(tǒng)間的信息傳遞。H1網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成部件有現(xiàn)場(chǎng)總線接口、終端器、總線電源、本質(zhì)安全柵、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、中繼器、網(wǎng)橋、傳輸介質(zhì)等。典型FF總線網(wǎng)段如圖3所示。


三、布線安裝
現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)布線安裝時(shí)應(yīng)考慮現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的安裝位置、測(cè)量干線及支線的長(zhǎng)度，選擇電纜類型；當(dāng)H1選用總線供電時(shí)，必須計(jì)算電源供電電壓；電纜的接地、極性與屏蔽。
1．傳輸介質(zhì)
H1總線可支持多種傳輸介質(zhì)，其電纜類型可分為A無(wú)屏蔽雙絞線、B屏蔽雙絞線、C屏蔽多對(duì)雙絞線、D多芯屏蔽電纜。FF對(duì)采用不同纜線時(shí)所規(guī)定的最大傳輸距離見表1。

由此可見，首選現(xiàn)場(chǎng)總線電纜是A型，能為單個(gè)網(wǎng)段提供1900m的最大傳輸距離。在采用任何其他類型的電纜前，需驗(yàn)證電纜特性，以確定其適用性以及采用后能提供的通信距離。一條網(wǎng)絡(luò)可有幾種類型的電纜混用，但必須遵循下式：
LA/MA+LB/MB+LC/MC+LD/MD≤1
式中LA～LD為每種電纜的實(shí)用長(zhǎng)度，MA～MD為每類電纜的最大長(zhǎng)度。
例如，某H1段需要混用的A型電纜1200m，D型電纜160m，則：
LA/MA+LD/MD=1200/1900+160 /200=1.43。結(jié)果大于1，不能混用。
如果A類電纜改為1000m，D類電纜改為80m，則：
LA/MA+LD/MD=1000/1900+80/200=0.93。結(jié)果小于1，可以混用。
2．總線長(zhǎng)度
現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段由主干和分支構(gòu)成。不同類型的電纜對(duì)應(yīng)不同最大長(zhǎng)度，長(zhǎng)度應(yīng)包括主干線與分支線的總和。如可選擇分支長(zhǎng)度，則所選長(zhǎng)度越短越好。如果決定在每個(gè)分支上安裝的設(shè)備數(shù)不止一個(gè)，那么可以根據(jù)所需設(shè)備數(shù)從表2選用建議的分支長(zhǎng)度。

3．總線供電
當(dāng)H1選用總線供電時(shí)，須計(jì)算供電電壓。供電電壓取決于總線電纜長(zhǎng)度及電阻。在網(wǎng)段上如有兩線制總線供電設(shè)備，應(yīng)確保有足夠電壓可驅(qū)動(dòng)它，每個(gè)設(shè)備至少需要9V。為確保這一點(diǎn)，在配置現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段時(shí)需知道以下情況：（1）當(dāng)前每個(gè)設(shè)備的功耗情況；（2）設(shè)備在網(wǎng)段上的位置；（3）電源在網(wǎng)段上的位置；（4）每段電纜的阻抗；（5）電源電壓。
舉列：假設(shè)電源電壓為19V DC@ 350mA，最低設(shè)備電壓為9V DC，每臺(tái)設(shè)備功耗為20mA，電纜最大壓降為10V DC，電阻率22Ω/km×2＝44Ω/km。計(jì)算確定在離電源0.6km處接7臺(tái)設(shè)備和在離電源1km處接6臺(tái)設(shè)備的網(wǎng)段是否可行。壓降＝電流負(fù)載×回路電阻。
（1）計(jì)算通過(guò)前0.6km的13臺(tái)設(shè)備的電流所導(dǎo)致的壓降：
260mA×44Ω/km×0.6km=6.864V DC
（2）計(jì)算通過(guò)后面0.4km的6臺(tái)設(shè)備的電流所增加的壓降：
120mA×44Ω/km×0.4km=2.112V DC
（3）確定總壓降
6.864V DC＋2.112V DC=8.976V DC＜10V DC
壓降計(jì)算表明，該布局方案可行。
4．現(xiàn)場(chǎng)總線的接地、屏蔽與極性
（1）接地?，F(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段不允許有任何接地。否則，將會(huì)引起這條總線上所有設(shè)備失去通信能力。任何一根導(dǎo)線接地或兩線接在一起，會(huì)導(dǎo)致通信中斷。
（2）屏蔽。現(xiàn)場(chǎng)總線電纜最好還是被屏蔽，沿著電纜的整個(gè)長(zhǎng)度僅在一點(diǎn)接地，且屏蔽線絕對(duì)不可用作電源導(dǎo)線。接地點(diǎn)超過(guò)1個(gè)會(huì)導(dǎo)致接地回路的形成，且意外電流會(huì)使通信中斷。當(dāng)使用屏蔽電纜時(shí)，要把所有分支的屏蔽線與主干的屏蔽線連接起來(lái)，最后在同一點(diǎn)接地。
（3）極性。對(duì)于有極性的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備，須考慮信號(hào)極性，所有“＋”端必須相互連接，“－”端也必須相互連接，才能得到正確信號(hào)，否則將不能進(jìn)行通信；對(duì)于無(wú)極性現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備，可在網(wǎng)段上按任何方向連接。

一、HART協(xié)議簡(jiǎn)介　
  HART協(xié)議參考 ISO/OSI（開放系統(tǒng)互連模型），采用了它的簡(jiǎn)化三層模型結(jié)構(gòu)，即第一層物理層，第二層數(shù)據(jù)鏈路層和第七層應(yīng)用層。
第一層：物理層。規(guī)定了信號(hào)的傳輸方法、傳輸介質(zhì)，為了實(shí)現(xiàn)模擬通信和數(shù)字通信同時(shí)進(jìn)行而又互不干擾，HART協(xié)議采用頻移鍵控技術(shù) FSK，即在4mA～20mA模擬信號(hào)上迭加一個(gè)頻率信號(hào)，頻率信號(hào)采用 Be11202國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字信號(hào)的傳送波特率設(shè)定為 1200bps，1200Hz代表邏輯“0”，2200Hz代表邏輯“1”，信號(hào)幅值0.5A，如圖1所示。
   通信介質(zhì)的選擇視傳輸距離長(zhǎng)短而定。通常采用雙絞同軸電纜作為傳輸介質(zhì)時(shí)，最大傳輸距離可達(dá)到1500ｍ。線路總阻抗應(yīng)在230Ω～1100Ω之間。
　　第二層：數(shù)據(jù)鏈路層。規(guī)定了HART幀的格式，實(shí)現(xiàn)建立、維護(hù)、終結(jié)鏈路通訊功能。HART協(xié)議根據(jù)冗余檢錯(cuò)碼信息，采用自動(dòng)重復(fù)請(qǐng)求發(fā)送機(jī)制，消除由于線路噪音或其他干擾引起的數(shù)據(jù)通訊出錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)通訊數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)傳送。
　　現(xiàn)場(chǎng)儀表要執(zhí)行HART指令，操作數(shù)必須合乎指定的大小。每個(gè)獨(dú)立的字符包括1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)奇偶校驗(yàn)位和一個(gè)停止位。由于數(shù)據(jù)的有無(wú)和長(zhǎng)短并不恒定，所以HART數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度也是不一樣的，最長(zhǎng)的HART數(shù)據(jù)包含25個(gè)字節(jié)。
　　第七層：應(yīng)用層。為HART命令集，用于實(shí)現(xiàn) HART指令。命令分為三類，即通用命令、普通命令和專用命令。
   二、現(xiàn)場(chǎng)儀表HART協(xié)議遠(yuǎn)程通信硬件設(shè)計(jì)
   HART通信部分主要由D/A轉(zhuǎn)換和Bell202 MODEM及其附屬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，D/A變換作用是直接將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成4mA～20mA電流輸出，以輸出主要的變量。Bell202 MODEM及其附屬電路的作用是對(duì)疊加在4mA～20mA環(huán)路上的信號(hào)進(jìn)行帶通濾波放大后，HART通信單元如果檢測(cè)到FSK頻移鍵控信號(hào)，則由Bell202 MODEM將1200Hz的信號(hào)解調(diào)為“1”，2200Hz信號(hào)解調(diào)為“0”的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)串口通信交MCU，MCU接收命令幀，作相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。然后，MCU產(chǎn)生要發(fā)回的應(yīng)答幀，應(yīng)答幀的數(shù)字信號(hào)由MODEM調(diào)制成相應(yīng)的1200Hz和2200Hz的FSK頻移鍵控信號(hào)，波形整形后，經(jīng)AD421疊加在環(huán)路上發(fā)出。
   三、通信的軟件設(shè)計(jì)
　　HART通信程序也即為HART協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層的軟件實(shí)現(xiàn)，是整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
　　在HART通信過(guò)程中，主機(jī)（上位機(jī)）發(fā)送命令幀，現(xiàn)場(chǎng)儀表通過(guò)串行口中斷接收到命令幀后，由MCU作相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生應(yīng)答幀，由MCU觸發(fā)發(fā)送中斷，發(fā)出應(yīng)答幀，從而完成一次命令交換。
　　首先在上電或者看門狗復(fù)位后，主程序要對(duì)通信部分進(jìn)行初始化，主要包括波特率設(shè)定、串口工作方式設(shè)定、清通信緩沖區(qū)、開中斷等。
   四、結(jié)語(yǔ)
　　實(shí)踐證明，上述方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠的特點(diǎn)，完全符合HART協(xié)議，具有較好的通用性。
　　由于HART眾多不容置疑的優(yōu)點(diǎn)，使得它成為全球應(yīng)用最廣的現(xiàn)場(chǎng)通信協(xié)議，已成為工業(yè)上實(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)。因此在今后很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，HART協(xié)議產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)仍然具有十分廣闊的市場(chǎng)。

INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線誕生于1986年，最球第一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線。以其技術(shù)的先進(jìn)性、開放性、成熟性廣泛適用于汽車、機(jī)器制造、物流設(shè)備、卷煙設(shè)備等各種制造業(yè)領(lǐng)域中。在全球有3000多個(gè)總線設(shè)備生產(chǎn)廠家，05上年止安裝節(jié)點(diǎn)超過(guò)750萬(wàn)個(gè)。INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線采用非常獨(dú)特的環(huán)型組網(wǎng)形式和傳輸協(xié)議，具備非常強(qiáng)大的故障診斷功能；有效數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)52%；無(wú)須設(shè)置地址、無(wú)終端電阻；采用雙絞線無(wú)中繼器傳輸距離長(zhǎng)達(dá)12.8公里（500Kbps）；兩個(gè)從站采用雙絞線傳輸距離最長(zhǎng)可達(dá)400米（500Kbps）；單主站可連接多達(dá)255個(gè)從站（500Kbps）；掃描4096 I/O點(diǎn)的時(shí)間僅為7.8毫秒（500Kbps）；而且在同一個(gè)系統(tǒng)中，三種傳輸媒介（雙絞線電纜，光纖，紅外）可以根據(jù)需要混合使用。INTERBUS現(xiàn)在是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158、歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN-50254、德國(guó)DIN-19258所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線。

LonWorks的一致性和互操作性　　
   一、LonWorks的一致性
　　LonWorks的一致性是指產(chǎn)品符合ANSI/EIA 709.1標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)。ANSI/EIA 709.1標(biāo)準(zhǔn)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織開放系統(tǒng)7層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，其中從第一到第六層的功能完全有標(biāo)準(zhǔn)來(lái)處理，使用者只需對(duì)應(yīng)用層進(jìn)行編程。最容易達(dá)到一致性的方法是采用包含有ANSI/EIA 709.1標(biāo)準(zhǔn)的微控制器。Neuron芯片和ANSI/EIA 709.1標(biāo)準(zhǔn)配合作為固件可進(jìn)入所有采用Neuron芯片的設(shè)備中去。它可作為主處理器被執(zhí)行應(yīng)用，也可以作為總線連接器給實(shí)際的主機(jī)提供通信渠道。
　　二、LonWorks的互操作性
　　因?yàn)榉弦恢滦缘膬蓚€(gè)設(shè)備在如何交換數(shù)據(jù)的過(guò)程中仍然存在各種可能性，所以一致性還不足以保證LonWorks節(jié)點(diǎn)之間的有意義的相互作用。節(jié)點(diǎn)之間必須在如何交換數(shù)據(jù)，如何翻譯數(shù)據(jù)，以及動(dòng)作引起的反映等方面有約定，這樣才能保證互操作性和可靠的通信。LonMark互操作性準(zhǔn)則（LonMark Interoperability Guidelines）提出了開發(fā)互操作性LonWorks設(shè)備的基礎(chǔ)。
　　物理層的互操作性和收發(fā)設(shè)備有關(guān)。介質(zhì)、通信方法、位速率和收發(fā)器型號(hào)必須匹配。目前，LonMark標(biāo)準(zhǔn)的物理層通道類型包括光纖、雙絞線、電力線、Internet協(xié)議。
　　除了要有連接到Neuron芯片或相當(dāng)處理器的通信端口的合適的收發(fā)器外，還要設(shè)置合適的一系列通道參數(shù)，使通信協(xié)議能以正確的格式發(fā)送和接受報(bào)文，來(lái)實(shí)現(xiàn)互操作。通過(guò)在開發(fā)工具軟件中作選擇， LonMark 2-6層互操作性準(zhǔn)則可以很容易的被實(shí)現(xiàn)。例如，當(dāng)用Neuron C編程語(yǔ)言來(lái)開發(fā)應(yīng)用時(shí)，可以使用Neuron C編譯器指令（#pragma）來(lái)對(duì)這些設(shè)置進(jìn)行選擇。如果編譯器指令沒(méi)有被指定，許多參數(shù)是自動(dòng)被設(shè)置的。
　　第7層的互操作性是通過(guò)LonMark對(duì)象、標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)變量類型（SNVTs）和標(biāo)準(zhǔn)配置屬性類型（SCPTs）的使用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。網(wǎng)絡(luò)變量是分散應(yīng)用中分享數(shù)據(jù)最好的方法，而互操作通信要求發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備講同樣的語(yǔ)言，這就要求網(wǎng)絡(luò)變量的類型和編碼必須相同。標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)變量類型與標(biāo)準(zhǔn)配置屬性類型是此問(wèn)題的解決方案。它們通過(guò)指定傳輸數(shù)據(jù)的單位、范圍、分辨率來(lái)提供一個(gè)數(shù)據(jù)通信的公共框架。LonMark對(duì)象是基于網(wǎng)絡(luò)變量建立的，同時(shí)又提供了簡(jiǎn)明的應(yīng)用層接口。它不僅定義了哪些標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)變量類型與標(biāo)準(zhǔn)配置屬性類型被用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，而且提供了被傳輸信息的語(yǔ)義。
　　一個(gè)基于互操作的LonWorks設(shè)備的應(yīng)用層接口包括很多元素，如圖1所示。這些元素充分地描述了互操作節(jié)點(diǎn)的外部接口?；ゲ僮鹘涌诎ㄒ韵乱恍╆P(guān)鍵元素。
　　1．節(jié)點(diǎn)對(duì)象；
　　2．特定應(yīng)用的LonMark對(duì)象；
　　3．一般的LonMark對(duì)象，如傳感器、執(zhí)行器和控制器對(duì)象；
　　4．單個(gè)的網(wǎng)絡(luò)變量；
　　5．配置屬性和互操作文件傳輸機(jī)制。
　　LonMark應(yīng)用層接口的強(qiáng)制部分應(yīng)該包括標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)變量、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象和標(biāo)準(zhǔn)配置屬性。然而，這些標(biāo)準(zhǔn)接口也可以通過(guò)設(shè)備制造商使用用戶自定義網(wǎng)絡(luò)變量、用戶自定義對(duì)象和用戶自定義配置屬性進(jìn)行擴(kuò)展。

如何計(jì)算Modbus_RTU_CRC?

預(yù)置16位寄存器為十六進(jìn)制FFFF（即全為1）。稱此寄存器為CRC寄存器；
　　· 把第一個(gè)8位數(shù)據(jù)與16位CRC寄存器的低位相異或，把結(jié)果放于CRC寄存器；
　　· 把寄存器的內(nèi)容右移一位(朝低位)，用0填補(bǔ)最高位，檢查最低位；
　　· 如果最低位為0：重復(fù)第3步(再次移位); 如果最低位為1：CRC寄存器與多項(xiàng)式A001（1010 0000 0000 0001）進(jìn)行異或；
　　· 重復(fù)步驟3和4，直到右移8次，這樣整個(gè)8位數(shù)據(jù)全部進(jìn)行了處理；
　　· 重復(fù)步驟2到步驟5，進(jìn)行下一個(gè)8位數(shù)據(jù)的處理；
　　· 最后得到的CRC寄存器即為CRC碼。

PROFIBUS通信接口的開發(fā)：SPC3應(yīng)用

1． SPC3應(yīng)用
　?。?） ASICs芯片SPC3是一種用于從站的智能通信芯片，支持PROFIBUS－DP協(xié)議。IM 183－1 接口使用的就是SPC3。
　?。?） SPC3具有1.5Kbyte的信息報(bào)文存儲(chǔ)器，采用44管腳的PQFP封裝。
　?。?） SPC3可獨(dú)立完成全部PROFIBUS－DP通信功能。這樣可加速通信協(xié)議的執(zhí)行，而且可減少接口模板微處理器中的軟件程序?？偩€存取由硬件驅(qū)動(dòng)。數(shù)據(jù)傳送來(lái)自一個(gè)1.5Kbyte的RAM。與應(yīng)用對(duì)象之間通信采用數(shù)據(jù)接口，因此數(shù)據(jù)的交換獨(dú)立于總線周期。在與應(yīng)用對(duì)象之間硬件連接方面，微處理了提供方便的接口。
　?。?） SPC3主要技術(shù)指標(biāo)：
　　?支持PROFIBUS－DP協(xié)議。
　　?最大數(shù)據(jù)傳輸速率12Mbit/s，可自動(dòng)檢測(cè)并調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率。
　　?與80C32．80X86．80C166．80C165．80C167和HC11．HC16．HC916系列芯片歉容。
　　?44管腳的PQFP封裝。
　　?可獨(dú)立處理PROFIBUS－DP通信協(xié)議。
　　?集成的看門狗（WATCHDOG TIMER）
　　?外部時(shí)鐘接口24MHZ或48MHZ。
　　?5VDC供電。
　?。?） 固態(tài)程序：
　　固態(tài)程序（源碼方式提供）可實(shí)現(xiàn)在SPC3內(nèi)部寄存器與應(yīng)用接口之間的連接。固態(tài)程序的運(yùn)行基于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的微處理器，為應(yīng)用提供了簡(jiǎn)單集成化的接口。固態(tài)程序大約需要6K字節(jié)的RAM，也可用于IM 182．IM 183－1接口塊。使用SPC3并不是一定要使用固態(tài)程序，因?yàn)镾PC 3中的寄存器是完全格式化的，使用固態(tài)程序可使用戶節(jié)省自主開發(fā)的時(shí)間。