现场总线复习课(北化).ppt

现场总线技术现场总线技术 复习课复习课 现场总线现场总线 一、传统一、传统DCSDCS与与FCSFCS在现场布线方面有什么区别？在现场布线方面有什么区别？ 第一章现场总线技术概述第一章现场总线技术概述 现场总线现场总线 四、四、现场总线有哪些优点？现场总线有哪些优点？ 1 1、节省硬件数量与投资节省硬件数量与投资 智能现场设备直接执行多参数测量、控制、报警、累计计算等功能，智能现场设备直接执行多参数测量、控制、报警、累计计算等功能， 减少了变送器的数量；减少了变送器的数量； 不需要不需要DCSDCS系统的信号调理、转换等功能单元、节省硬件投资，减少系统的信号调理、转换等功能单元、节省硬件投资，减少 控制室的占地面积。控制室的占地面积。 2 2、节省安装费用节省安装费用 智现场总线系统在一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因此智现场总线系统在一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因此 连线简单，与传统连接方式相比，所需电缆、端子、槽盒、桥架的用量连线简单，与传统连接方式相比，所需电缆、端子、槽盒、桥架的用量 大大减少；大大减少； 当需要增加新的现场设备时，无需增设新的电缆，就近连接在原有电缆，当需要增加新的现场设备时，无需增设新的电缆，就近连接在原有电缆， 既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量；既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量； 据有关典型实验工程的测算资料，据有关典型实验工程的测算资料，可节约安装费用可节约安装费用60%60%以上以上。 第一章现场总线技术概述第一章现场总线技术概述 现场总线现场总线 四、四、现场总线有哪些优点？现场总线有哪些优点？ 3 3、节省维护开销节省维护开销 现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，可通过数字通信将现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，可通过数字通信将 相关诊断维护信息发送往控制室，便于用户查询以便早期分析故障原因相关诊断维护信息发送往控制室，便于用户查询以便早期分析故障原因 并快速排除，缩短了维护停工时间；并快速排除，缩短了维护停工时间； 系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。 4 4、用户具有系统集成主动权用户具有系统集成主动权 用户用户 可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。不会为系统集成可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。不会为系统集成 中不兼容的协议、接口而一筹莫展；中不兼容的协议、接口而一筹莫展； 系统集成过程中的主动权牢牢掌握在用户手中。系统集成过程中的主动权牢牢掌握在用户手中。 第一章现场总线技术概述第一章现场总线技术概述 现场总线现场总线 四、四、现场总线有哪些优点？现场总线有哪些优点？ 5 5、提高了系统的准确性与可靠性提高了系统的准确性与可靠性 现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，从根本现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，从根本 上提高了上提高了 测量与控制的精确度，减少了传送误差；测量与控制的精确度，减少了传送误差； 系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强，系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强， 减少了减少了 信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性；信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性； 设备标准化，功能模块化，使系统具有设计简单，易于重构设备标准化，功能模块化，使系统具有设计简单，易于重构 等优点。等优点。 第一章现场总线技术概述第一章现场总线技术概述 现场总线现场总线 一、传统一、传统DCSDCS与与FCSFCS在现场布线方面有什么区别？在现场布线方面有什么区别？ 二、二、什么是完整的现场总线定义？什么是完整的现场总线定义？ 三、三、现场总线有哪些特点？现场总线有哪些特点？ 四、四、现场总线有哪些优点？现场总线有哪些优点？ 五、五、IECIEC制定的国际现场总线标准主要包括哪些现场总线制定的国际现场总线标准主要包括哪些现场总线 ？ 第一章现场总线技术概述第一章现场总线技术概述 现场总线现场总线 二、可靠性指标的概念？信道二、可靠性指标的概念？信道带宽、介质带宽、信道容量和带宽、介质带宽、信道容量和 信噪比的概念？信噪比对信道容量的影响？信噪比的概念？信噪比对信道容量的影响？ 信噪比对信道容量的影响信噪比对信道容量的影响 1. 1. 提高信噪比或增加信道带宽均可增加信道容量。提高信噪比或增加信道带宽均可增加信道容量。 2.2.增加带宽也可以提高信道容量，但噪声功率增加带宽也可以提高信道容量，但噪声功率N=N=W W n n0 0( (n n0 0 为噪声的单为噪声的单 边功率谱密度），随着边功率谱密度），随着W W增大，增大，NN增大，会导致信噪比降低。增大，会导致信噪比降低。 3.3.在信道容量一定时，带宽与信噪比之间可以相互弥补。即提高信在信道容量一定时，带宽与信噪比之间可以相互弥补。即提高信 道带宽可使具有更低信噪比的信号得以通过，而传输信噪比比较道带宽可使具有更低信噪比的信号得以通过，而传输信噪比比较 高的信号时，可适当放宽对信道带宽的要求。高的信号时，可适当放宽对信道带宽的要求。 第二章数据通信基础第二章数据通信基础 ShannelShannel计算公式计算公式：高斯噪声干扰信道的信道容量：高斯噪声干扰信道的信道容量 C =C = W log W log2 2 (1+ (1+ S S N N ) ) b/sb/s C C表示信道容量，表示信道容量，W W表示信道带宽。表示信道带宽。 现场总线现场总线 三、三、当传送一个字节数据当传送一个字节数据1100101011001010时，试画出时，试画出HARTHART和和FFFF总总 线的物理编码波形示意图？线的物理编码波形示意图？ HARTHART物理信号编码波形示意图物理信号编码波形示意图 采用采用Bell202Bell202标准；标准；1200Hz1200Hz代表代表“ “1 1” ”；2200Hz2200Hz代表代表“ “0 0” ”。 FFFF总线的物理信号编码波形示意图总线的物理信号编码波形示意图 采用采用双向双向L L曼彻斯特编码曼彻斯特编码；下降沿代表；下降沿代表“ “1 1” ”，上升沿代表，上升沿代表“ “0 0” ”。 第二章数据通信基础第二章数据通信基础 现场总线现场总线 2.5 2.5 传输传输传输传输 差差错错错错及其及其检测检测检测检测 与校正与校正 数据通信基础 2.传输传输 差错错的检测检测 CRC生成多项式G(x)：由协议规定国际标准中有 ：CRC-12 : G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1 CRC-16 :G(x)=x16+x15+x2+1 CRC-CCITT : G(x)=x16+x12+x5+1 CRC-32 : G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1 解：待校验数据为110011（6比特） 生成多项式为比特序列为：1101（4比特，k=3） 将待校验数据比特序列乘以23，则产生的乘积为110011000 将乘积用生成多项式比特序列去除，按模二算法应得到余数为：001 将余数比特序列加到乘积中:001+110011000=110011001 如果在数据传输中没有错误,那么接收端收到的带有CRC校验码的接收数据比特 序列一定能被相同的多项式整除,如不能被整除则表明有错误。 例：待校验数据为110011。CRC多项式为 ，写 出循环冗余码的计算和校验过程。 模二算法与算数算法 类似，但减法不借位， 加法不进位，相当于异或。 现场总线现场总线 一、画出通信系统的组成，并对系统各个组成部分功能进行一、画出通信系统的组成，并对系统各个组成部分功能进行 简单介绍。简单介绍。 二、可靠性指标的概念？信道二、可靠性指标的概念？信道带宽、介质带宽、信道容量和带宽、介质带宽、信道容量和 信噪比的概念？信噪比对信道容量的影响？信噪比的概念？信噪比对信道容量的影响？ 三、三、当传送一个字节数据当传送一个字节数据1100101011001010时，试画出时，试画出HARTHART和和FFFF总总 线的物理编码波形示意图？线的物理编码波形示意图？ 四、信号的传输模式有哪三种？他们各自的定义和特点是什四、信号的传输模式有哪三种？他们各自的定义和特点是什 么？（么？（基带、载波和宽带基带、载波和宽带） 五、五、差错检测中常用的冗余校验方法有哪几种？并对每种方差错检测中常用的冗余校验方法有哪几种？并对每种方 法进行简单解释。法进行简单解释。 六、六、待校验数据为待校验数据为101011101011，CRCCRC多项多项式式为为G(x)=xG(x)=x 3 3 +x+x 2 2 +1+1 ; ; 写出写出 循环冗余码的计算和校验过程。循环冗余码的计算和校验过程。（余数余数110110） 七、最常用的差错校正方法有哪两种？七、最常用的差错校正方法有哪两种？ 第二章数据通信基础第二章数据通信基础 现场总线现场总线 一、简述控制网络的主要特点？一、简述控制网络的主要特点？ 第三章控制网络基础第三章控制网络基础 控制网络属于一种特殊类型的计算机网络。控制网络技术与计控制网络属于一种特殊类型的计算机网络。控制网络技术与计 算机网络技术有着千丝万缕的联系，也受到计算机网络，特别算机网络技术有着千丝万缕的联系，也受到计算机网络，特别 是互联网、局域网技术发展的影响，有些局域网技术可直接用是互联网、局域网技术发展的影响，有些局域网技术可直接用 于控制网络。但由于控制网络大多工作在生产现场，从于控制网络。但由于控制网络大多工作在生产现场，从节点的节点的 设备类型设备类型、传输信息的种类传输信息的种类、网络所执行的任务网络所执行的任务、网络所处的网络所处的 工作环境等方面工作环境等方面，控制网络都有别于各式计算机所构成的信息，控制网络都有别于各式计算机所构成的信息 网络。网络。 1. 1. 控制网络的节点控制网络的节点 2. 2. 控制网络的任务与工作环境控制网络的任务与工作环境 3. 3. 控制网络的实时性要求控制网络的实时性要求 现场总线现场总线 二、二、总线访问控制技术可分为哪两大类？各自的代表性技术总线访问控制技术可分为哪两大类？各自的代表性技术 是哪些？是哪些？ 总线访问控制技术分为两大类：受控接入和随机接入。总线访问控制技术分为两大类：受控接入和随机接入。 受控接入受控接入, ,技术有技术有轮询轮询（Polling,Polling,分别叫分别叫轮叫轮询轮叫轮询和和传递轮询传递轮询）。）。 令牌令牌（令牌环令牌环和和令牌总线令牌总线）。）。 复用技术复用技术（时分时分复用，复用，频分频分复用和复用和波分波分复用）。复用）。 随机接入，技术有随机接入，技术有CSMA/CDCSMA/CD。 第三章控制网络基础第三章控制网络基础 现场总线现场总线 六、六、OSIOSI标准模型一共有哪几层？对比标准模型一共有哪几层？对比OSIOSI模型，简述模型，简述FFFF总线、总线、 HARTHART总线和总线和EPAEPA总线的通信模型？总线的通信模型？ 第三章控制网络基础第三章控制网络基础 应应应应用用层层层层 表示表示层层层层 会会话层话层话层话层 传输层传输层传输层传输层 物理物理层层层层 数据数据链链链链路路层层层层 网网络层络层络层络层 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 OSIOSI参考模型参考模型 用用户层户层户层户层 （程序）（程序） 现场总线现场总线现场总线现场总线 信息信息规规规规范子范子层层层层FMSFMS 现场总线访问现场总线访问现场总线访问现场总线访问 子子层层层层FASFAS 物理物理层层层层 数据数据链链链链路路层层层层 用用户层户层户层户层 通通讯栈讯栈讯栈讯栈 物理物理层层层层 FFFF总线模型总线模型 现场总线现场总线 六、六、OSIOSI标准模型一共有哪几层？对比标准模型一共有哪几层？对比OSIOSI模型，简述模型，简述FFFF总线、总线、 HARTHART总线和总线和EPAEPA总线的通信模型？总线的通信模型？ 第三章控制网络基础第三章控制网络基础 HARTHART Bell202Bell202 HARTHART通信通信规则规则规则规则 HARTHART指令指令 现场总线现场总线 六、六、OSIOSI标准模型一共有哪几层？对比标准模型一共有哪几层？对比OSIOSI模型，简述模型，简述FFFF总线、总线、 HARTHART总线和总线和EPAEPA总线的通信模型？总线的通信模型？ 第三章控制网络基础第三章控制网络基础 ISOISO各各层层层层EPAEPA各各层层层层 （用（用户层户层户层户层 ）用）用户应户应户应户应 用用进进进进程）程） 应应应应用用层层层层HTTPHTTP、FTPFTP、DHCPDHCP、SNTPSNTP、SNMPSNMP等等 EPAEPA应应应应用用层层层层 表示表示层层层层未使用未使用 会会话层话层话层话层 传输层传输层传输层传输层TCP/UDPTCP/UDP 网网络层络层络层络层IPIP 数据数据链链链链路路层层层层EPAEPA通信通信调调调调度管理度管理实实实实体体 ISO/IEC 8802-3/ IEEE 802.11/ ISO/IEC 8802-3/ IEEE 802.11/ IEEE 802.15IEEE 802.15 物理物理层层层层 现场总线现场总线 一、简述控制网络的主要特点？一、简述控制网络的主要特点？ 二、二、总线访问控制技术可分为哪两大类？各自的代表性技术总线访问控制技术可分为哪两大类？各自的代表性技术 是哪些？是哪些？ 三、三、CSMA/CDCSMA/CD的发送数据工作过程？的发送数据工作过程？ 四、四、令牌环发送和接收数据的过程是什么？令牌环发送和接收数据的过程是什么？ 五、令牌总线中令牌丢失和令牌重复的处理方法？五、令牌总线中令牌丢失和令牌重复的处理方法？ 六、六、OSIOSI标准模型一共有哪几层？对比标准模型一共有哪几层？对比OSIOSI模型，简述模型，简述FFFF总线、总线、 HARTHART总线和总线和EPAEPA总线的通信模型？总线的通信模型？ 七、七、解释现场总线协议的一致性测试目的和可互操作性的测试解释现场总线协议的一致性测试目的和可互操作性的测试 目的。目的。 第三章控制网络基础第三章控制网络基础 现场总线现场总线 一、一、HARTHART协议最为突出的特点是什么？协议最为突出的特点是什么？ 最突出的特点是：数字通讯与模拟信号最突出的特点是：数字通讯与模拟信号4 420mA20mA兼容，传输的信号兼容，传输的信号 用调制后的正弦信号叠加在用调制后的正弦信号叠加在4 420mA20mA的模拟信号上。的模拟信号上。 二、简要概述二、简要概述HART HART 协议的两种通信模式，协议的两种通信模式，HARTHART协议的点对点模式协议的点对点模式 和多点模式各自的地址范围是多少。和多点模式各自的地址范围是多少。 点对点模式时从设备的地址为点对点模式时从设备的地址为0 0；多点模式时从设备地址范围为；多点模式时从设备地址范围为1-151-15 三、三、HARTHART协议总线可挂接的仪表数量最多为多少？协议总线可挂接的仪表数量最多为多少？ 在非本安情况下，从设备最多可有在非本安情况下，从设备最多可有1515台。在本安情况下，由于线路台。在本安情况下，由于线路 电流能量限制，从设备最多只能有电流能量限制，从设备最多只能有4 4台。台。 第四章第四章HARTHART通信协议通信协议 现场总线现场总线 4.3 HART4.3 HART数据数据链链链链路路层层层层技技术规术规术规术规 范范 HART通信协议 HART数据举例：一对HART数据 A 是主设备向现场智能设备发出的读过程变量的命令。 FFFF82A606BC614E0100B0 每个HART的数据格式下图所示 前导码 SDADCDBC 状态 数据 ch 字节计数 HART命令 地址 帧前定界码 变送器和通信情况 SD AD CDBCCh A B 是现场设备收到信号A后将过程变量发向主设备。 SD AD CD BCCh FF FF 86 A6 06 BC 61 4E 01 07 00B0006 40 B0 00 00 45 状态 数据 现场总线现场总线 一、一、HARTHART协议最为突出的特点是什么？协议最为突出的特点是什么？ 二、二、简要概述简要概述HART HART 协议的两种通信模式，协议的两种通信模式，HARTHART协议的点协议的点 对点模式和多点模式各自的地址范围是多少。对点模式和多点模式各自的地址范围是多少。 三、三、HARTHART协议总线可挂接的仪表数量最多为多少？协议总线可挂接的仪表数量最多为多少？ 四、四、HARTHART协议的地址段有哪两种编址方式？协议的地址段有哪两种编址方式？ 五、五、画出画出HARTHART协议数据帧的组成示意图，并对每个字段部分进协议数据帧的组成示意图，并对每个字段部分进 行解释说明。行解释说明。 六、六、 HARTHART协议的应用层有哪三种命令？各自主要区别是什么？协议的应用层有哪三种命令？各自主要区别是什么？ 第四章第四章HARTHART通信协议通信协议 现场总线现场总线 七、七、现有一台现有一台HARTHART主设备将主设备将1 1条命令发给了一台条命令发给了一台HART HART 变送器。数据帧格式如下：变送器。数据帧格式如下： 问：问： 1. 1. 按意义，上述报文可分成哪几个组成部分？按意义，上述报文可分成哪几个组成部分？ 2.2. 对组成报文的各个组成部分进行解释说明；对组成报文的各个组成部分进行解释说明； 3.3. 设备发出的是几号命令？设备发出的是几号命令？ 4.4. 计算校验字节计算校验字节CHCH应等于应等于什么（十六进制表示）？什么（十六进制表示）？ 第四章第四章HARTHART通信协议通信协议 FF FF FF FF FF FF 82 82 A6 A6 06 06 BC BC 61 61 4E 4E 01 01 00 00 CHCH 现场总线现场总线 四、举出几种实时以太网的通信参考模型？四、举出几种实时以太网的通信参考模型？ 第五章第五章 工业以太网工业以太网 现场总线现场总线 一、一、简述工业以太网的特色技术。简述工业以太网的特色技术。 二、二、工业以太网通信