现场总线与工业以太网总复习

总复习 现场总线与工业以太网 现场总线与工业以太网 试卷构成 填空题30分简答题50分综合题20分 基本概念与知识 30个空 计算题 海明码或者循环冗余编码例题 有修改 系统分析题 辊道窑控制系统 基本概念与知识 9道题 PPT给出的是复习要点和部分知识 有些考试内容在PPT中可以找到 有些需要结合课本进行复习 大家不要留白卷 祝大家考出好成绩 1 1计算机控制系统的分类 河南理工大学交通信息工程与控制系 3 巡回检测和操作指导系统 计算机监督控制系统 直接数字控制系统 集散控制系统 计算机根据监测的信号给出控制建议 由人工完成控制 计算机参与控制 加入计算机监督层对控制参数进行调整 集中管理 分散控制 1 2DCS系统的体系结构 河南理工大学交通信息工程与控制系 4 现场层 完成对生产装置 过程 的信号转换 检测和控制量的输出等 控制层 完成对所连接的各类装置实施监测和控制 监控层 对现场设备进行检测和故障诊断 对全系统进行集中监视和操作 完成控制回路的组态 参数修改和优化过程处理等 管理层 实现全厂设备性能监视 运行优化 负荷分配和日常运行管理等功能 承担全厂的管理决策 计划管理 行政管理等任务 1 3DCS系统硬件构成 河南理工大学交通信息工程与控制系 控制站 DCS的核心 它接收现场设备的信号 对生产过程进行闭环控制 8 操作站 是操作人员与控制系统交换信息的人机接口 采集站 完成数据采集 预处理以及进一步的加工处理 但不直接完成控制功能 工程师站 技术人员进行组态设计 包括对各种设计文件进行归类和管理 管理站 综合监视全系统的各单元 管理全系统的所有信息 总线 具有高速通信能力的信息总线 1 4DCS系统软件构成 河南理工大学交通信息工程与控制系 6 1 5现场总线技术基本概念 河南理工大学交通信息工程与控制系 7 1 6现场总线技术本质和核心 河南理工大学交通信息工程与控制系 8 2 现场总线结构及本质 现场通信网络 现场设备互联 互操作 分散功能块 通信线供电 开放式网络 现场总线核心即总线协议 目前现场总线协议并不统一 但对于各种总线 其协议基本原理都是相同的 都以解决串行双向数字化通信为基本依据 1 7工业以太网基本概念 河南理工大学交通信息工程与控制系 9 1 8现场总线与企业网络 河南理工大学交通信息工程与控制系 10 2 1总线的基本术语 结合课本掌握 河南理工大学交通信息工程与控制系 11 0010001011111010001110100010010010010 总线协议 2 2总线的基本操作 结合课本掌握 河南理工大学交通信息工程与控制系 12 广播寻址 0010101 总线定时 出错检测 从设备4 容错与隔离 2 3通信系统的结构 河南理工大学交通信息工程与控制系 13 模拟信息源数字信息源 信源编码信道编码 常用的信号变换方法 从带有干扰的信号中恢复出原始信息 多路复用的情况 2 4模拟数据编码技术 结合课本掌握 河南理工大学交通信息工程与控制系 14 幅度键控 Amplitude ShiftKeying ASK 频移键控 Frequency ShiftKeying FSK 相移键控 Phase ShiftKeying PSK 2 5数字数据编码技术 结合课本掌握 河南理工大学交通信息工程与控制系 15 单极性非归零码 单极性归零码 双极性非归零码 双极性归零码 差分码 曼彻斯特编码 2 6数据传输的奈奎斯特准则 河南理工大学交通信息工程与控制系 16 1 基带传输 奈奎斯特准则 信道的带宽为B 则它可传输的最高信号波形传输速率为2B 2 7数据的通信方式 结合课本熟悉概念 河南理工大学交通信息工程与控制系 17 1 并行通信和串行通信 2 异步传输和同步传输 3 单工 半双工和全双工通信 2 8网络拓扑结构 结合课本掌握 河南理工大学交通信息工程与控制系 18 中央节点负担大 其它节点连接简单 节点需要提高复杂的控制逻辑 广播式传输 适合层次型管理系统 2 9介质访问控制方式 结合课本掌握 河南理工大学交通信息工程与控制系 19 载波监听 冲突检测 令牌环网 2 10差错控制编码技术 掌握课本上的例题 河南理工大学交通信息工程与控制系 20 1 海明码 2 循环冗余编码 2 11OSI参考模型 结合课件掌握 河南理工大学交通信息工程与控制系 21 2 13网络互连设备 结合课本掌握 河南理工大学交通信息工程与控制系 22 河南理工大学交通信息工程与控制系 23 3 1异步数据通信格式 无论是RS 232接口 还是RS 485接口 均可采用串行异步收发数据格式 起始位 通知接收方有数据到达 结束位 1 1 5 2位中选择 河南理工大学交通信息工程与控制系 24 3 2串行通信基本概念 连接握手 确认 使收发双方确认已经建立了连接关系 接收方已经做好准备 可以进入数据收发状态 接收者表明数据已经收到回复信息的过程 相应的措施 重发 中断 一个通知CPU有需要立即响应的任务的信号 轮询 周期性地获取特征或信号来读取数据或发现是否有事件发生的工作过程 差错检验 数据通信中的接受者可以通过差错检验来判断所接收的数据是否正确 3 3RS 232C串行通信接口技术 河南理工大学交通信息工程与控制系 25 信号速率限于20kbit s以内线间干扰大 限于15m之内负逻辑 3 4RS 485串行通信接口技术 河南理工大学交通信息工程与控制系 26 抑制噪声不受底线电压漂移的影响价格便宜 接收端 使能端 发送使能 发送端 正输入 负输入 4 1CAN总线通信模型 河南理工大学交通信息工程与控制系 27 4 2物理层 河南理工大学交通信息工程与控制系 28 接口电位 传输速率 4 3同步 河南理工大学交通信息工程与控制系 29 硬同步 只在总线空闲时通过一个从 隐性位 到 显性位 的跳变 帧起始 来完成 此时不管有没有相位误差 所有节点的位时间重新开始 重同步 在报文的随后位中 每当有从 隐性位 到 显性位 的跳变 并且该跳变落在了同步段之外 就会引起一次重同步 重同步机制可以根据跳变沿加长或者缩短位时间以调整采样点的位置 保证正确采样 4 4数据链路层帧格式 河南理工大学交通信息工程与控制系 30 主动错误 被动错误 总线关闭 复位或检测到128次11位连续隐性位 设备正常参与总线通信 检测到错误时发送主动错误标识 数据帧的收发都被禁止 设备正常参与总线通信 检测到错误时发送被动错误标识 REC 127且TEC 127 REC 127或TEC 127 TEC 255 REC 接收错误计数器TEC 发送错误计数器 复位时两者都被清0 复位 4 5数据链路层工作流程 河南理工大学交通信息工程与控制系 31 初始化 等待空闲 等待总线SOF或应用层的发送请求 发送报文 接收ACK 等待EOF 发送错误帧 接收报文 发送ACK 等待EOF 发送错误帧 1 2 2 2 4 3 6 8 5 7 5 不取消发送请求 发送请求 检测到SOF 仲裁失败 失败 失败 EOF无效 检测到错误 失败 失败 成功 EOF有效 TEC和REC清0 REC加1 REC加8 REC减1 TEC减1 TEC加8 若TEC 8则TEC加8 若TEC 255则断开连接 成功 成功 无错 成功 5 1CAN站点的构成 河南理工大学交通信息工程与控制系 32 完成智能节点的外围功能 完成智能节点的控制功能 CAN协议的实现 总线驱动器 5 2SJA1000 河南理工大学交通信息工程与控制系 33 BasicCan模式 PeliCan模式 5 3PCA82C250 河南理工大学交通信息工程与控制系 34 6 1陶瓷辊道窑CAN总线监控系统结构 河南理工大学交通信息工程与控制系 35 辊道窑窑体按工作过程分成3段 预热带 烧成带和冷却带 燃烧头组成的燃烧系统 控制油量 炉内温度 烧成曲线 炉内气氛 气体氧含量 温度测量 6 2控制曲线 河南理工大学交通信息工程与控制系 36 6 3系统控制回路结构 河南理工大学交通信息工程与控制系 37 7 1DeviceNet通信模型 河南理工大学交通信息工程与控制系 38 应用层 层7 数据链路层 层2 物理层 层1 DeviceNet应用层协议规范 CAN协议规范 DeviceNet物理层和介质层协议规范 DeviceNet的通信参考模型分为3层 物理层 数据链路层和应用层 7 2CAN与DeviceNet之间的关系 河南理工大学交通信息工程与控制系 39 CAN中定义了数据帧 远程帧 出错帧和超载帧 DeviceNet使用标准数据帧而不使用远程帧 出错帧和超载帧由CAN控制芯片控制 由于采用生产者 消费者通信模式 DeviceNet总线上所有报文均带有连接标志符 节点可充分利用CAN控制器的报文过滤功能以节省CPU资源 基于上述原因 DeviceNet智能节点开发方案都是基于CAN技术进行设计 在CAN节点开发的技术上 进行物理层改造 波特率和中段速率设定及应用程设计 7 3DeviceNet物理层 河南理工大学交通信息工程与控制系 40 沿用CAN总线的显性和隐性电平 7 3DeviceNet物理层 河南理工大学交通信息工程与控制系 41 7 4DeviceNet链路层 河南理工大学交通信息工程与控制系 42 DeviceNet的数据链路层遵循CAN总线规范 DeviceNet使用数据帧 不使用远程帧 DeviceNet只使用标准帧 其中CAN的11位标识符在DeviceNet中被称为 连接ID CID DeviceNet将CAN总线11位标识符 CID 分成了4个单独的报文组 DeviceNet节点支持CAN故障诊断 此外 若节点不符合DeviceNet规范则转为脱离总线状态 7 5DeviceNet应用层 DeviceNet是基于 连接 的网络 网络上的任意两个节点在开始通信之前必须首先建立连接 DeviceNet对连接的描述 使用的表示符 传送报文的类型 数据长度 路径信息的产生方式 报文传送频率和连接的状态 DeviceNet中每一个连接由一个11bit的连接标识符 CID 来表示 包括了媒体访问控制标识符 MACID 和报文标识符 MessageID DeviceNet用连接标识符将优先级不同的报文分为4组 7 6DeviceNet报文组 I O报文I O报文适用于实时数据传输 采用高优先级连接ID 生产者 消费者通信模式 I O报文数据帧中的数据场不包含任何与协议相关的位 仅仅是实时的I O数据 当I O报文长度大于8字节 需要分段形成I O报文片段时 数据场中才有1字节供报文分段协议使用 7 6DeviceNet报文组 显示报文显示报文适用于非实时数据传输 采用点对点通信模式 典型的请求 响应通信方式 常用于上传 下载程序 修改设备参数 记载数据日志和设备诊断等 显示报文结构十分灵活 数据域中带有通信网络所需的协议信息和要求操作服务的指令 7 7DeviceNet设备描述 标准化工业对象 交流驱动器 直流驱动器 接触器 通用离散I O 通用模拟I O HMI 接近开关 限位开关 软启动器 位置控制器 流量计等 实现不同制造商生产的设备的互换性和互操作性 对设备在网络上交换的I O数据的说明 提供可配置参数的定义和访问这些参数的公共接口 7 7DeviceNet设备描述 采用了面向对象的现代通信技术理念 提供了组成和实现其产品功能的属性 服务和行为 DeviceNet对象建模 7 7DeviceNet设备描述 7 8DeviceNet设备连接 DeviceNet是一个基于连接的网络系统 它基于CAN总线技术 DeviceNet总线只要求支持CAN2 0A协议 可灵活选用各种CAN通信控制器 一个DeviceNet的连接提供了多个应用之间的路径 当建立连接时 与连接相关的传送被分配一个连接ID CID 如果连接包含双向交换 那么应该分配两个连接ID值 7 8DeviceNet设备连接 显示信息连接是点对点连接 组3报文ID6和5作为未连接显示请求和响应报文的连接ID 建立显示信息连接请求 响应报文 建立连接的过程 传送数据 7 9DeviceNet预定义主从连接 通用模式要求利用显式报文连接 在每个连接端点手工创建和配置连接对象 以 通用模式 为基础定义一套连接 此连接能方便主 从关系中常见的通信 此连接以下称作 预定义主 从连接组 主站 拥有 其MACID在扫描清单中的从站 主站检查其扫描清单以决定与哪一个从站通信 然后发送命令 除了重复MACID检查 在主站通知授权前一个从站不能启动任何通信 7 10DeviceNet节点开发方法 开发者本身对DeviceNet规范相当熟悉 具有丰富的相关经验 并且有长期深入开发DeviceNet应用产品的规划 选择从最底层协议做起 根据自身对协议的深刻领会 自己编写硬件驱动程序 再移植到单片机或其他微处理器系统中 完成开发调试工作 利用开发商提供的一些软件包 这些软件包中的源程序往往可以直接应用于单片机中 对于那些复杂的协议处理内容 已封装定义好 用户只需编写自己的应用层程序 而无须涉及过多的协议内容 但其缺