机械电子工程原理Ch十四机械电子系统的网络监控PPT课件

集中处理系统与分布式系统,通信技术在工业控制系统中并不是一种全新的技术，但是，随着智能化仪表、特别是智能信息技术的发展，它已经成为工业现场的“神经系统”，是系统的重要组成部分。以一个自动制造单元为例，它包括铣床、车床等若干台机床，用机械手装卸工件和刀具，用传送系统搬运物料，控制这样一个自动制造单元的方法有两种形式：用一个单处理器系统控制单元内所有的机床。给单元内每一台机床配置自己的局部控制系统，用一个监控系统协调各个局部控制器的功能。,集中处理系统的缺点,1）计算处理任务繁重，必须使用高性能处理器，硬件费用昂贵；2）要完成多重任务，软件非常复杂；3）系统可靠性低，处理器故障会造成整个制造单元停止工作；4）软件、硬件复杂，维护费用很高。,分布式系统的优点,多处理器方案中，控制器分布在系统的各个接近控制作用点的位置，因而这种方法叫做分布式系统。因为许多控制器是基于微处理器技术的，“分布式”这个词同时也隐含了智能的分布和处理能力的分布。其优点有：1）每个局部控制器的工作量要比单处理器方案中控制器的工作量少得多（因为它们无须具有这么多的功能），因而硬件可以采用低费用的微处理器。2）在每个局部控制器中的软件不像在单处理器系统那样复杂，因而很容易写入并保存。3）任何一个局部控制器的失效，只对它所控制的那部分产生影响。,14.1控制系统和通信系统的分层体系,大型的或复杂的控制系统中，控制功能形成了分层体系。图中所示为制造系统分层控制体系的一般结构图。可以看到在体系中各层次的排列次序定义了一个从高到低的命令结构和一个从低到高的信息流。在分布式系统中，数字通信系统使得这些信息在分层体系的同一层次和不同层次之间高效地传递。,制造系统分层控制体系,在分层体系的最上层是那些支持着制造过程整体管理功能的系统，这些上层管理系统对下面一层的系统发出命令，同时接收关于下面一层系统的状态报告，通过这些报告得到关于整个制造过程的工作信息。必要时上层管理系统向下发出指示，改进整个系统工作状况。监控层的作用是对系统进行全面控制。监控控制器确保把必要的控制信息传送到机器，并使产品制造过程的各个阶段得到控制和监视。,制造系统分层控制体系,直接数字控制和顺序控制层执行的是系统的底层控制。直接数字控制指模拟变量的数字控制；而顺序控制则对逻辑变量进行控制。两种控制方式都存在着开环控制和和闭环控制的形式。在分层体系的最底层是传感器层。传感器提供了控制系统与过程之间的界面。,制造系统分层控制体系各层次之间传递数据的特征,在管理层中的信息传递通常是计算机和一些终端之间的文件传递，操作者在终端上通过通信系统与计算机联系。因此在最高层的通信系统中，传输数据的一个特征是数量大但不频繁，主要是文件形式；另一个特征是小批量较频繁的字符形式。这两种数据传送类型都可以认为是随机发生的。在管理层通信中没有实时过程，无需规定数据传输最大时延。在监控层中传递的数据特征与管理层类似，只是当数据被用于监控控制系统功能时具有较宽的实时性。也就是说，尽管监控层的数据被用于实时控制功能，但数据的时间依赖性并不十分严格，超过规定时限的操作将导致系统工作性能的降低，但不会引起重大的故障。,制造系统分层控制体系各层次之间传递数据的特征,控制层和传感器层的数据传递是由小批量数据传递组成的，这些数据主要是测量信息、命令或状态信息。由于数字控制系统采样类型的不同，数据传递有可能是周期性的，也可能是非周期性的。这些数据控制或反映着设备的运行状态，因此具备严格的实时性要求。过长的数据传输延时有可能会导致灾难性的后果。不同层次通信系统的技术要求显然是不同的。此外，通信系统价格与需要互相通信的设备价格的比例也是考虑的重要因素之一。小型计算机通信系统的价格比小型可编程控制器通信系统的价格要高得多，因此配置通信系统时要考虑性能/价格比。,14.2数据通信基础,信号带宽：在局域网络的通信线路上，数据是以电信号形式传送的。如果在传输介质上直接传送数字信号，则形成电压脉冲系列，这些信号包含的谐波分量可用傅里叶级数进行表示和分析。根据推导，近似认为，传输脉冲宽度为的矩形脉冲所需要的带宽为可见，带宽和脉冲宽度成反比。数字传输频率f愈高，脉冲宽度就愈窄，就要求更宽的带宽。,信道容量,信道能传输的最高速率又称为信道容量。早在1924年，奈奎斯特（H.Nyquest）就推导出非理想有限带宽无噪声信道数据传输率的表达式。信道的带宽与放大器、滤波器带宽的概念相似，是指随传输信号的频率增高，其输出幅度的衰减在允许的范围（譬如3dB）的最高频率。假定信号带宽为B，奈奎斯特定理限制的最高数据率Rb（bit/s）为式中，V为被传输信号可以取值的离散电平级数。如果信道上传输的是二进制信号，信号电平可以取“0”和“1”两个值，则V2，这样信道的最大传输率为Rb2B。,信道的主要技术指标,对通信系统的信号传输，是从数量和质量两个方面提出要求。在数量方面，以传输速率衡量传输的有效性；在质量方面，以传输错误率衡量传输的可靠性。传输速率：码元是对信号的物理状态，如电平、脉宽、相位等进行编码所用的代码最小单位。码元速率RB：又称信号速率，它指每秒传输的码元数，单位为baud。信息速率Rb：指每秒传输的信息量，单位为bit/s。两者的关系如下式所示,传输错误率,传输错误率也称误码率，其定义如下：误码率Pe：指错误接收信息的码元数在传输消息的总码元数中所占的比例。Pe错误接收的码元数传输的码元总数误比特率Pb：指错误接收的比特数占传输总比特数的比例。Pb错误接收的比特数传输的比特总数在实际局域网中，一般都将长信号分组按帧传送，用出错重发的方式进行纠正。分组过大，如有一位错，该分组就必须重发。分组过小，影响传输效率。实际上误码率Pe直接影响着分组的大小。在给定的误码率下，存在着最佳的分组长度。,信息载体,信息载体指传送信息的介质。在网络中经常使用的是有线通信、光纤、无线和卫星通信等。1）有线介质双绞线：在短距离内双绞线是便宜、简单的通信介质。缺点是传输率低和易受外界干扰。电话线：可将现有的市话线路和长途电话线用于计算机通信，使用方便，但不适于高速大容量通信。同轴电缆：基本构造是一对导体按“同轴”的形式构成同轴线对。具有很高的抗干扰能力，适用宽带传输，有很高的通信容量。,信息载体,2）光纤是一种新的传输介质。其通信容量比普通同轴电缆大100倍左右。受环境干扰小，保密性好。3）微波指1几十GHz的电波，微波通信是把微波信号当作载波使用。微波通信是一种无线电通信，不需架设明线或敷设电缆，频率很高，可同时传送大量信息，建设费比同轴电缆低，缺点是保密性差。4）卫星通信是一种特殊的微波中继系统，由于转发站在卫星上，因此，可克服地面通信站之间通信距离的局限。一个同步通信卫星可以覆盖地球三分之一的表面，三个卫星可覆盖地球上全部通信区域，便于地球上任意通信站间的通信。,信息载体,通信线路的连接形式,信道的通信方式,根据信号在信道上传输方向，可以把数据通信方式分为单工通信、半双工通信和全双工通信。单工通信方式使用单工通信信道，数据信号仅从一个地方传送到另一个地方，亦即信息流仅沿一个方向流动，发送站和接收站是固定分配的。半双工通信采用半双工信道，数据信号可以从A传送到B，也可以从B传送到A，但不能在两个方向上同时进行传输。全双工通信要使用全双工信道，同一时刻能在两站间两个方向传输数据信息。,数据传输方式,1）基带传输人们把方波固有的频带称为基带，方波电信号称为基带信号。在信道上直接传送数据的基带信号称为基带传输。信源产生的数据基带信号含有从直流到高频的频率特性，如果直接传送这种基带信号，就要求信道具有从直流到高频的频率特性。基带信号易于发生畸变，传输距离受到限制。微机网络多采用基带传输，如Ethernet，传输速率10Mb/s100Gb/s。,数据传输方式,2）载带传输将基带数字信号对载波进行调制，然后进行传输，且仅传送一路信号，称为载带传输，或频带传输。载带传输因一条物理信道仅传输一路信号，可认为它是一种特殊的基带传输。载带传输在工业环境局域网中主要为了提高传输的抗电磁干扰的能力，多采用调频或调相方式。把包含了调制和解调过程的传输系统，称为频带传输系统。采用频带传输可充分利用现有的公用电话线使其进行数据通信。,数据传输方式,3）带宽传输带宽传输以电视电缆（CATV）技术为基础，把带宽为400MHz的电视电缆分割成多个子频带，这些子频带可用于模拟或数字信号的单向或双向传送。每个子频带都有各自的调制解调器。因此，宽带传输就是在单根电缆（有时用双根电缆，一根用于发送，另一根用于接收）上采用多路调制解调过程的传输。宽带局域网不但能传输数据信息，而且也能传输语音、图像信息。宽带是IEEE802.4局网所规定的介质之一。,调制方式,调制可使数字基带信号变为适合于信道传送的信号，增加传输距离。调制的另一目的是便于信道复用，采用宽带技术，在同一媒介中同时传送多路信号，使信道利用率大大提高。载波可用Acos(t+)来表示。可使幅度A、频率、和相位随基带信号的变化而变化，即用传送的数据信号对载波进行调制。这样调制可分为幅度调制、频率调制和相位调制。,调制方式,图中为二元调制，即二进制的情况。,同步方式,所谓同步，就是接收端要按照发送端所发送的每个码元的重复频率以及起止时间来接收数据，也就是要在时间基准上取得一致。在通信时，接收端需要校准自己的时间和重复频率，以便和发送端取得一致。这一过程，称为同步过程。同步主要分位同步和字符同步。,位同步,位同步就是使接收端接收的每一位数据信息都与发送端准确地保持同步。实现位同步的方法有外同步法和自同步法：所谓外同步法，就是接收端的时钟定时信号是由对方送来的，而不是从数据信号中提取出来的。外同步方法是在发送数据之前，向接收端发送一串同步时钟脉冲，接收端按照该时钟脉冲频率，调整接收时序，并把接收时的时钟重复频率锁定在接收的同步频率上，以便接收数据信息时，也能用同步频率的时钟作为外同步信号接收数据。外同步法的同步接收过程分两步，首先校准同步，然后用校准后产生的同步信号作为定时信号接收数据信息。,位同步,自同步法是从数据信息波形本身提取同步信号的方法。在编码器中，相位编码（或称相位调制）的脉冲信号以调相方法进行传输就是自同步的例子。按这种方法，每位二进制信息在位周期中间必须改变相位，并规定“0”信息时编码输出信号先负后正，而“1”信息时是先正后负。这种每位都有电平变化的编码称为曼彻斯特码，如图所示。,字符同步,字符同步就是要正确的实现以字符为单位的同步。1）起止式。起止式也叫字符的异步制。采用异步制，每个字符都按照一个独立的整体进行发送。也就是说，一个字符的最后一位到下一个字符的第一位之间所经历的时间可以任意变化。为了识别字符或进行字符同步，在每个发送的字符前后各加一位或多位信息，以表示一个字符的开始和结束。异步制实现起来容易，发送端时钟的漂移不会积累，对发送和接收设备要求低，或者说异步制传送可靠性高。异步制冗余位多，传送效率低，常用于低速线路上的通信。,一个5单位异步制传送的例子,每5位构成一个字符，由1位逻辑“1”的位领先。由1.5单位的止位（逻辑上是“0”）跟在其后。线路无信号时处于高电平（逻辑“0”），一旦检出负电平信号（起位），即表示一个字符开始。,字符同步,2）同步制。字符的同步制是在传送字符时没有任何附加位而连续发送的一种方法，字符间隔时间为零，或者说字符间的时间和一个字符内两个相邻位之间的时间是一样的。同步制对于面向成组传送提供了更高的线路利用率。同步制虽然有效，但对串行通信链路两端都要增加要求。发送端必须按照串行线路所要求的速率供给字符，接收端按此速率从线路上得到信息。字符间的任何停顿都会使接收端接收的下面字符失去同步。,字符同步制传送时间,字符间隔时间为零，或者说字符间的时间和一个字符内两个相邻位之间的时间是一样的。,14.3数据通信网络的体系结构,机械电子系统的分布式系统中，各个微处理器系统自身内部仍采用总线连接，处理器之间或计算机系统之间的信息交换则需要数据通信网络来支持。数据通信网络硬件包括：服务器或计算机系统及各种终端设备；通信控制装置，如调制解调器、网桥、网关、路由器等；网络存储设备，如磁盘阵列；通信介质，如电缆、光导纤维等。数据通信网络软件包括：网络协议软件、网络通信软件、网络操作系统软件、网络应用软件等。,资源共享,所谓资源是指在有限时间内能被用户利用的设备，包括硬设备和软设备。所谓用户是指要求使用资源处理、发送或接收信息的任何实体。可以是应用程序、文件包、终端操作员、数据库管理系统等。用户对通信网络资源需求有以下特点：难以预知用户需要网络资源的确切时刻。难以预知用户占用网络资源的时间。每一个用户占用网络资源的时间不多。用户一旦需要占用网络资源，希望尽快得到服务。,通信协议,两个实体要能够通信，它们必须拥有共同语言，还要遵从互相都能接受的规则。这些规则的集合称为协议。协议就是两个实体间控制数据交换的规则的集合。协议的关键成分是：语法（Syntax）：包括数据格式、编码及信号电平等。语义（Semantics）：包括用于协调和差错处理的控制信息。定时关系（Timing）：包括信息传输的请求与应答、速度匹配和传输顺序等。时序配合。,通信协议分层概念,为了简化协议的实现，便于应用，现在是用结构式的方法分层实现。较低级别的、较原始的功能在低级别的实体上实现，而低级别的功能向较高级别的实体提供服务。每一个级别上的规则保证同级别的各实体之间有共同的语法和语义以及共同的信息传递速率和顺序。每一级别上的实体之间传递信息都必须由各自的下一级实体提供服务。协议要明确确定信息报文的经由路径；要规定将报文如何拆成较小的固定长度的文件包，再拆成数据帧，最后按二进制位放入介质；还要防止在通信道上发生两个或两个以上文件包、数据帧或二进制位冲突。,通信协议分层概念,两用户实体按应用层协议访问各自的网络服务实体，两个网络服务实体之间要有一个进程协议，这一进程协议要处理诸如信息流控制和差错控制之类的事务。网络服务实体把从用户实体得到的报文依更低一级的接口协议向下送给传输系统，传输系统内也分若干层，直到在最基本的物理连接层上传输信号电平。,协议分层结构,每一个实体在一定层次上与另一个对等层次上的实体在逻辑上交换报文信息，物理交换是在最低层进行的。对等层次上有对等的协议，上下相邻不同层之间也有接口协议。,开放系统互连模型,国际标准化组织(ISO)提出一个七层的协议模型，为异种计算机和处理器之间连接通信提供了基础。这个模型称为开放系统互连(OpenSystemInterconnection,OSI)模型。,开放系统互连模型,OSI模型定义了7个层次，并规定了每一层所完成的任务。层次的划分是从逻辑上将功能分层，使每一层的功能相对简单，易于实现、易于管理。这个模型并不是任何具体的功能实现方案描述，而是一种抽象结构。不同的计算机系统或处理器系统相同层的实体称为同等层实体；同等层实体之间通信由该层的协议管理；相邻层的接口协议定义了层间操作和下一层向上一层提供的服务；修改某一层的功能并不影响其它层；上层实体无须知道下层实体的协议，只须知道本层与相邻层之间的接口协议，即“向下看是透明的”，好像同等层实体之间在“直接”交换报文信息。,开放系统互连模型,应用层：OSI模型最高层，供两个应用进程之间的通信。进程可以是应用程序如事务处理程序，网络管理等或操作员命令。表达层：为应用层提供服务，解释要交换数据的意义，它包括结构性数据的输入、交换、显示和控制。在这一层要完成数据转换、格式化和文本压缩。会话层：在两个表达层实体之间建立、维持、结束、恢复会话。控制和管理表达层进程的方式可以是单工、半双工和双工。传送层：承担会话层实体之间透明的数据传递。就是说，会话层实体不必考虑数据传送的具体方法。这一层向每一个应用层实体分配唯一的地址。在传送层还要设法以最优的方式传送数据报文，包括错误恢复和数据流控制。,开放系统互连模型,网络层：控制报文分组传递的操作，包括路径选择、信道拥挤冲突管理、网际互连等，这些操作对上层是透明的。依传送层的要求提供服务质量。向传送层报告未恢复的差错。数据链路层：在网络层实体之间建立数据传送过程。进行数据链路流通控制和顺序控制。检测并校正物理链路的差错。物理层：规定通信介质，连接装置的机械、电气功能及规程性特性，以便在数据链路实体之间建立、维护和拆除物理连接链路。,开放系统互连模型,信息发送方最高层实体把要发送的一批数据组织成报文。报文送至网络层时，在网络层中按网络层协议格式分解成若干数据包，在数据链层又按该层协议格式把数据包分解成数据帧，最后在物理层按物理协议把数据帧的帧头、帧尾及数据二进制位传入介质。信息接收方各层则反过来，逐层把数据依格式组合起来，直至恢复报文。应用层用户实体要传送的数据在送入应用层时要加上某些控制信息，这些信息放在要传送的数据报文前面，称为报头。每经过一层，都要加上相应层的报头。显然层次越多，数据报文的报头越长，传递中识别、判读环节也越复杂。,14.4局域网,局域网是把较小地理区域内的各种数据通信设备连在一起的通信网络。局域网有三个特点：1）局域网只有OSI低3层的功能。2）这里“数据通信设备”指计算机、终端、工作站、传真机、各种外围设备。3）这里“较小地理区域”可以是一个或一群建筑物内，电缆长度不超过25公里。局域网络的传输介质采用双绞线、同轴线或光导纤维。最大传输速率可达10Mbit/s，数据传输采用串行方式，传输前后的串/并转换由界面装置完成。接入局域网的设备数目约几百部。,局域网技术主要解决的问题：,传输介质和介质与设备接口的特性及其选用数据传输控制机制数据传输协议和相应的网络软件连接各设备的拓朴结构,局域网的拓朴结构,在计算机通信网络中，把每台计算机、处理器或数据通讯设备作为一个节点，用通信介质连接这些节点构成的图形称为网络的拓朴结构。结点也称为站点。点点通信网络可以有星形、环形、总线形等。三种拓朴结构有一个共同特点，即任意两个站点之间的路径是唯一的。每一种拓朴结构都有优缺点，适用于不同的目的。每一种拓朴结构中的介质访问控制算法不同。一般从数据吞吐量、控制复杂性、配置灵活性、可靠性、费用几个方面考虑选择。各种性能都有一定的指标来衡量。,局域网的拓朴结构,局域网的拓朴结构,星形网络中，每个系统都与中心站相连，这中枢负责中继和发送信息。这种结构的布局需要比总线式或环式更多的导线。如果中枢发生故障，LAN的工作很容易完全失效。环形网络是把每两个相邻的设备连接起来，构成一个闭环。中继器负责环绕整个环的信息的运行，因而中继器也是环的物理结构的一部分。所以环形网络依赖中继器的正确操作。一旦中继器成为环的一部分，就形成了主动介质，需要采用故障保险技术绕过故障中继器以保持环的完整性。,局域网的拓朴结构,总线形的网络采用一条电缆来连接所有的系统和设备。与总线连接的一般方法是从主线向每个接口引一条分支线路，总线式结构有时也称为多站总线。总线是被动介质，任一设备的失效都不会引起其它系统和设备之间通信的中断。,局域网协议结构,由于局域网络的拓朴结构只有总线形、环形、星形三种，任何两部通信设备之间只有唯一路径，在网络层无需选择路径，所以不需要单独设置网络层协议，把原本由网络层负责的寻址、信道拥挤管理、差错控制等功能下放到数据链路层中。数据链路层则分为两个子层:逻辑链路控制子层（LLC）和介质访问控制子层（MAC）。物理层担负的功能仍沿用OSI模型的物理层功能。于是，OSI模型最低两层就变为局域网协议结构的3层。,局域网协议结构,（1）逻辑链路控制层逻辑链路控制层的必备功能是连接、建立和释放数据链路，将数据帧排序。控制比特流（位流）量数据帧的定界与同步。它可以有的功能是提供错误报告、恢复正确数据等等。（2）介质访问控制层介质访问控制层的功能主要是控制、管理对传输介质的访问。传输介质是由各个通信设备共享的，这就出现了介质争用和信道拥挤的问题。介质访问控制方法对网络的响应时间、吞吐量和效率有很大影响。不同的局域网产品采用不同的控制算法，介质访问控制协议因网络拓朴结构不同而不同。,介质访问控制方法,最常用的介质访问控制方法有三种：用于总线结构的“带有冲突检测的载波监听多重访问”算法（CSMA/CD）。用于总线结构的“令牌总线访问”算法（TokenBus）。用于环形结构的“令牌环访问”算法（TokenRing）。一般从三个方面衡量介质访问控制协议的好坏：协议要简单通道利用率要高对每个站点的实体公平合理,局域网协议结构,（3）物理层：在两个物理设备之间提供透明的二进制位流传输。在物理层要规定接插连接件的规格尺寸、引脚功能分配、信号电平、阻抗、传输速率、空间距离限制、电缆型号等机械、电气特性。还定义了二进制位流传输的操作规程。实际使用较广泛的物理层接口标准有EIARS-232-C、EIARS-449/422-A/423-A、国际电报电话咨询委员会（CCITT）建议的X.21。,局域网的标准,随着局域网的广泛使用，局域网产品种类日益增加，各层协议的实现技术迫切需要标准化，标准化才使各种数据通信设备和各种网络能够互连。国际上开展局域网络标准化研究和制定标准的机构有：国际电工委员会（IEC）欧洲计算机制造厂商协会（ECMA）国际电气及电子工程师协会（IEEE）802委员会。IEC主要从事工业生产分布式控制方面的局域网标准化，后两者主要致力于办公自动化方面的局域网标准化。IEEE802标准系列包括公共的逻辑链路（LLC）控制标准和前三种介质访问控制标准（CSMA/CD、TokenBus、TokenRing），已广泛指导许多局域网产品的设计，并已得到ISO的采纳。,14.5工业现场中的通信,现场总线是用于智能化现场设备和基于微处理器的控制室自动化系统间的全数字化、多站总线式的双向多信息数字通讯的通讯规程，是互相操作以及数据共享的公共协议。可以认为，现场总线是通信总线在现场设备中的延伸，允许将各种现场设备和控制系统之间通过同一总线进行双向多变量数字通讯。典型的现场设备有变送器、调节阀、基地式控制器、记录仪、显示器、PLC及手持终端。,现场总线的发展,从工业监控系统的发展史来看，20世纪曾有过三次大的变革：50年代末由电动或气动单元组合仪表逐步取代旧式模拟仪表，80年代从电子模拟仪表到集散系统（DCS）的转变，始于80年代末的DCS向FCS（FieldbusControlSystem）的升级。前两次变革对控制系统发展的影响远不及第三次来得深刻，FCS集智能化、数字化、信息化、网络化、微型化、分散化于一体，代表着当今自控技术发展的主流方向，最终将完全代替DCS。,控制体系结构的演进,20世纪50年代，基于20.7103.5kPa的气动信号标准的第一代控制体系结构（直动式DDC）广泛用于过程控制系统；由于420mA模拟信号的使用，使得第二代控制体系结构（模拟式ACS）延续了近25年。70年代中期，由于测量、模拟和逻辑控制领域率先应用数字计算机，从而产生了第三代控制体系结构（集中式CCS），而且，用于工业过程控制仪表由原来的四线制逐渐发展成为统一的两线制420mA标准信号，促进了工业过程控制系统的发展。从80年代开始，微电子学的发展导致了第四代控制体系结构（集散系统DCS）的普遍应用，系统中的智能化现场设备可以直接完成许多控制功能，这也正是智能化仪表的显著特点之一。,DCS的缺陷,随着生产的发展，工业系统日趋复杂，需要的测控点和测控参数越来越多，现场设备与基于微处理器的控制室自动化设备间待传输的信息量急剧增加。原有的420mA模拟直流回路，只能在一根两芯电缆中单向传输一个参数，已成为当前控制系统发展的主要瓶颈。另一方面，在DCS系统形成的过程中，由于受计算机系统早期存在的系统封闭的缺陷的影响，各厂家的产品自成系统，不同厂家的设备不能互连在一起，难以实现互换与互操作，组成更大范围信息共享的网络系统存在很多困难。因此，DCS已经不能适应需要。,现场总线,IEC从1985年即开始着手制订国际性的智能化现场设备和控制室自动化设备之间的通信标准，并命名为“FieldBus”现场总线。现场总线控制系统则突破了DCS系统中通信由专用协议的封闭网络来实现所造成的缺陷，把基于封闭、专用的解决方案变成了基于公开化标准化的解决方案，即可以把来自不同厂商而遵守同一协议规范的自动化设备，通过现场总线网络连接成系统，实现综合自动化的各种功能；把DCS集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场，依靠现场智能设备实现基本控制功能。,FCS的演化过程,从控制系统结构发展的角度来看，从DDC到DCS再到FCS的演化过程如图所示。可以看出，这是一个“分散控制，集中管理”，在控制系统中不断深化的过程。,现场总线标准,协议标准是现场总线控制系统的核心，也是各个国家和组织在该领域竞争的重点。许多国际组织，例如IEC，ISA（美国仪表学会），ISP（InteroperableSystemProject），IFC，WorldFIP，FINT（FieldbusInternational）等，多年来为制订现场总线标准做了大量工作。可惜的是，由于他们从各自不同的角度和利益出发，制定了不同的标准，导致了目前多种标准共存的局面，限制了现场总线的更好发展。目前，较流行的现场总线标准有CAN（控制局域网络）、LONWORKS（局部操作网络）、PROFIBUS（过程现场总线）、HART（可寻址远程传感器数据通路）、FF（基金会总线）等。,5种常用现场总线性能对照表,现场总线协议模型,ISA和IEC提出的现场总线模型采用了国际标准化组织ISO开放系统互连（OSI）模型其中的第1、2、7层，又增加了一个用户层，作为第8层。所以，该模型的4个功能层分别是物理层