现场总线讲解

1、监控系统与现场总线1.什么是现场总线n 现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制 设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统， 也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。1CUMT监控系统与现场总线2.现场总线的由来n 集 散 控 制 系 统 DCS （ distributed system）n 随着生产规模的扩大，操作人员需要综合掌握多点的运行参数与信息，需要同时按多点的信息 实行操作控制，于是出现了气动、电动系列的单元组合式仪表，出现了集中控制室。controln 生产现场各处的参数通过统一的模拟信号，如0.020.1MPa的气压信号，010mA、420mA 的直流电流信号，15V直

2、流电压信号等，送往集中控制室。2CUMT监控系统与现场总线由于模拟信号的传递需要一对一的物理连接，信号变化缓慢，提高计算速度与精度的开销、难度都较大，信号传输的抗干扰 能力也较差，人们开始寻求用数字信号取代模拟信号，出现了 直接数字控制。但是，在DCS系统形成的过程中，由于受计算机系统早期 存在的系统封闭这一缺陷的影响，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。3CUMT监控系统与现场总线现场总线控制系统FCS(fieldbus control system)n 新型的现场总线控制系统则突破了DCS系统中通信由 专用网

3、络的封闭系统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；n 同时把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，依靠现场智能设备本身便可实现基本控制功能。4CUMT监控系统与现场总线智能仪表为现场总线的出现奠定了基础n 1983年，Honeywell推出了智能化仪表Smar变送器，这些带有微处理器芯片的仪表除了在原有模拟仪表的基础上增 加了复杂的计算功能之外，还在输出的420mA直流信号上 迭加了数字信

4、号，使现场与控制室之间的连接由模拟信号过 渡到了数字信号。n 现场总线之所以具有较高的测控能力指数，一是 得益于仪表的微机化，二是得益于设备的通信功 能。n 把微处理器置入现场自控设备、使设备具有数字 计算和数字通信能力，一方面提高了信号的测量、控制和传输精度，同时为丰富控制信息的内容，实现其远程传送创造了条件。5CUMT监控系统与现场总线6CUMT监控系统与现场总线7CUMT监控系统与现场总线8CUMT监控系统与现场总线9CUMTn 伴随着控制系统结构与测控仪表的更新换代，系统的功能、 性能也在不断完善与发展，图4-1为各阶段测控仪表能力指数 示意图。监控系监控系统与现统与现场总线场总线它表

5、明，测量控制系统从早期基地式模拟仪表只能实现单点、单控制回路的 测控功能开始，逐渐发展到按装置或过程的多回路、多变量集中监控，整个 装置或车间的优化控制，以致实现生产过程的控制与管理一体化。每一代更新都带来能力指数的跃变，同时随着工具与功能开发的不断完善， 每一代系统的测控能力指数会按各自的增长速率不断升高，为生产过程的控 制与管理提供更为完善的服务，带来更大的经济效益。这里，图4-1中对能 力指数的描述在数值上并不精确，不过是一种示意性的表达而已。10CUMT监控系统与现场总线使用现场总线PROFIBUS PA的经济优势： 与使用传统的4-20mA模拟信号系统比较11CUMT 原方案 现方案

6、 备注系统平台PLCSIEMES PCS7传输方式点对点传统模式PROFIBUS开放性差好设备信息与管理无有连接电缆多少安装工作量大小系统 设备费计划 165 万实际 188 万分 析 仪 表 未 列入电缆桥架费计划 95 万实际 18 万安装费用计划 68 万实际 21 万不 包 括 分 析 仪表安装节省投资 监控系统与现场总线4几种有影响的现场总线技术自80年代末以来，有几种现场总线技术已逐渐形成其影响并在一些特定的应用领域显示了自己的 优势。它们具有各自的特点，也显示了较强的生命力。对现场总线技术的发展已经发挥并将会继续发 挥较大作用。12CUMT监控系统与现场总线(1)现场总线现场总线

7、(FF，Foundation Fieldbus)是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的技术。其前身是以美国FisherRosemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制订的ISP协议和以Honeywell 公司为首，联合欧洲等地的150家公司制订的WorldFIP协议。屈于用户的压力，这两大集团于1994年9月合并，成立了现场总线，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。13CUMT监控系统与现场总线现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为31.25kbps，通信距离可达1900m(可加中继器延长)，可支持总线供电，支持本质安全防爆环

8、境。H2的传输速率可为1Mbps和25Mbps两种，其通信距离分别为750m和500m。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射，协议符合IECll582标准。其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。14CUMT监控系统与现场总线本质安全型电气设备的原理：通过选择电气设备电路的各种参数或采取保护措施来限制电路的火花放电能量和热能，使其在正常工作和规定的故障状态下，产生的电火花的热效应均不能点燃周围环境的爆炸性混合物，从而实现了电气防爆。这种电气设备的电路本身就具有防爆性能，也就是从“本质”上就是安全的， 故称为本质安全型（本安型）。15CUMT监控系统与现场总线现场总线的主要技术内容，包括：FF

9、通信协议；用于完成开放互连模型中第 2 7 层通信协议的通信栈(Communication Stack)；用于描述设备特征、参数、属性及操作接口的DDL设备描述语 言、设备描述字典；用于实现测量、控制、工程量转换等应用功能的功能块、实现 系统组态、调度、管理等功能的系统软件技术；以及构筑集成自动化系统、网络系统的系统集成技术。16CUMT监控系统与现场总线(2) LonWorksLonWorks是又一具有强劲实力的现场总线技术。它是由美国Echelon公司推出并由它与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于1990年正式公布而形成的。它采用了ISOOSI模型的全部七层通讯协议，采用了面向对象的设计方法，

10、通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其通信速率从300bps至15Mbps不等，直接通信距离可达2700m(78kbps，双绞线)。支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质，并开发了相应的本质安全防爆产品，被誉为通用控 制网络。17CUMT监控系统与现场总线LonWorks技术所采用的LonTalk协议被封装在称之 为Neuron的神经元芯片中而得以实现。集成芯片中有3个8位CPU，一个用于完成开放互连模型中第1 和第2层的功能，称为媒体访问控制处理器，实现介质访问的控制与处理。第二个用于完成第36层的功能，称为网络处理器，进行网络变量的寻址、处理、背景诊断、路径选

11、择、软件计时、网络管 理，并负责网络通信控制，收发数据包等。第三个是应用处理器，执行操作系统服务与用户代码。芯片中 还具有存储信息缓冲区，以实现CPU之间的信息传递，并作为网络缓冲区和应用缓冲区。18CUMT监控系统与现场总线(3)PROFIBUSPROFIBUS是德国国家标准DINl9245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。由 PROFIBUS-FMS ， PROFIBUS-DP ， PROFIBUS-PA 组 成 了PROFIBUS系列。DP型用于分散外设间的高速数据传输，适合于加工自动化领域的应用。FMS意为现场信息规范，PROFIBUS-FMS适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器

12、、低压开关等。而PA型则是用于过程自动化的总线类型，它遵从IECll582标 准。19CUMT监控系统与现场总线该项技术是由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理层、数据链路层。FMS还采用了应用层。传输速率为9，6kbps12Mbps，最大传输距离在12Mbps时为lOOm，15Mhps时为400m，可用中继器延长至10km。其传输 介质可以是双绞线，也可以是光缆。最多可挂接127个站点。 可实现总线供电与本质安全防爆。20CUMT监控系统与现场总线(4) CANCAN是控制局域网络(Control Area Network)的简称，最早由德国BOSCH公

13、司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范现已被ISO国际标准组织制订为国际标准。CAN协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的，只取OSI底层的物理层、数据链路层和顶层的应用层。信号传输介质为双绞线。通信速率最高可达1Mbps40m，直接传输距离最远可达10km5kbps。可挂接设备数最多可达110个。CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，因而传输时间短，受干扰的概率低。21CUMT监控系统与现场总线(5)HARTHART是Highway Addressable Remote Transducer的缩写。最早由Rosemount公司开发并得到八

14、十多家著名仪表公司的支持，于1993年成立了HART通信。这种被称为可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较快发展。22CUMT监控系统与现场总线它规定了一系列命令，按命令方式工作。它有三类命令：第一类称为通用命令，这是所有设备都理解、执行的命令；第二类称为一般行为命令，所提供的功能可以在许多现场设备( 尽管不是全部)中实现，这类命令包括最常用的现场设备的功能 库；第三类称为特殊设备命令，以便在某些设备中实现特殊功能，这类命令既可以在公司所独有。中开

15、放使用，又可以为开发此命令的在一个现场设备中通常可发现同时存在这三类命令。23CUMT监控系统与现场总线5 控制器局域网总线 CAN5.1 CAN的性能特点n CAN(Controller Area Network)即控制器局域网络。n CAN最初是由德国的BOSCH公司为汽车监测、控制系统 而设计的。n 世界上一些著名的汽车制造厂商，如BENZ(奔驰)、BMW( 宝 马 ) 、 PORSCHE( 保 时 捷 ) 、 ROLLS-ROYCE(劳斯莱斯)和JAGUAR(美洲豹)等都已开始采用CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。24CUMT监控系统与现场总线其特点可概括

16、如下：n CAN为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主 从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息。利 用这一特点可方便地构成多机备份系统。n CAN网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，高优先级的数据最多可在134ms 内得到传输。25CUMT监控系统与现场总线n CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退 出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传 输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间。n CAN只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据，无需专

17、门 的“调度”。26CUMT监控系统与现场总线n CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前 可达110个；报文标识符可达2032种(CAN2.0A)， 而扩展标准(CAN2.0B)的报文标识符几乎不受限 制。n 采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，具 有极好的检错效果。n CAN的每帧信息都有CRC校验及其他检错措施， 保证了数据出错率极低。27CUMT监控系统与现场总线n CAN的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。n CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。28CUMT监控系统与现场总线5.2.1 CAN的一些基本概念n 报文总

18、线上的信息以不同格式的报文发送，但长度有限制。当总线开放时，任何连接的单元均可开始发送一个文。n 信息路由在CAN系统中，一个CAN节点不使用有关系统结构的任何信息(如站地址)。这里包含一些重要概念：系统灵活性-节点可在不要求所有节点及其应用层改变任何软件或硬件的情况下，被接于CAN 网络。29CUMT监控系统与现场总线报文通信-每个报文的内容由其标识符ID命名。ID并不指出报文的目的，但描述数据的含义，以便网络中 的所有节点有可能借助报文滤波决定该数据是否使 它们激活。成组-由于采用了报文滤波，所有节点均可接收报文，并同时被相同的报文激活。数据相容性-在CAN网络内，可以确保报文同时被所有节

19、点或者没有节点接收，因此，系统的数据相容性 是借助于成组和出错处理达到的。30CUMT监控系统与现场总线n 位速率CAN的数据传输率在不同的系统中是不同的，而在一个给定的系统中，此速度是唯一的，并且是固定的。n 优先权在总线访问期间，标识符定义了一个报文静态的优先权。n 远程数据请求通过发送一个远程帧，需要数据的节点可以请求另一个节点发送一个相应的数据帧， 该数据帧与对应的远程帧以相同标识符ID命名。31CUMT监控系统与现场总线多主站 当总线开放时，任何单元均可开始发送报文，发送具有最高优先权报文的单元，以赢得总线访问权。仲裁当总线开放时，任何单元均可开始发送报文，若同时有两个或更多的单元开

20、始发送，总线访问冲突运用 逐位仲裁规则，借助标识符ID解决。这种仲裁规则可以使信息和时间均无损失。若具有 相同标识符的一个数据帧和一个远程帧同时发送，数据 帧优先于远程帧。32CUMT监控系统与现场总线安全性为获得尽可能高的数据传送安全性，在每个CAN节点中均设有错误检测、标定和自检的强有力措施。检测错误的措施包括：发送自检、循环冗余校验、位填充、报文格式检查。错误检测具有如下特性：所有全局性错误均可被检测；发送器的所有局部错误均可被检测；报文中的多至5个随机分布错误均可被检测； 报文中长度小于15的突发性错误均可被检测；报文中任何奇数个错误均可被检测。33CUMT监控系统与现场总线出错标注和

21、恢复时间已损报文由检出错误的任何节点进行标注。这样的报文将失效，并自动进行重发送。如果不存在新的错误，自检出错误至下一个报文开始发送 的恢复时间最多为29个位时间。故障界定CAN节点有能力识别永久性故障和短暂扰动，可自动关闭故障节点。连接CAN串行通信链路是一条众多单元均可被连接的总线，理论上，单元数目是无限的，实际上，单元总数 受限于延迟时间和(或)总线的电气负载。34CUMT监控系统与现场总线应答所有均对接收报文的相容性进行检查，回答一个相容报文，并标注一个不相容报文。睡眠方式及唤醒为降低系统功耗，CAN器件可被置于无任何内部活动的睡眠方式，相当于未连接总线的驱动 器。睡眠状态借助任何总线

22、激活或者系统的内部条件被 唤醒而告终。35CUMT监控系统与现场总线5.2.2 CAN节点的分层结构数据链路层监控器逻辑链路子层接收滤波超载恢复管理媒体访问控制子层数据封装/拆装帧编码（填充/解除填充） 媒体访问管理错误监测出错标定应答串行化/解除串行化物理层位编码/解码位 定 时 同步（驱动器/特性）36CUMT总线故障管理故障界定监控系统与现场总线5.2.3 报文传送及其帧结构n 在进行数据传送时，发出报文的单元称为该报文的发送器。对于发送器而言，如果直到帧结束末尾一直未出错，则对于发送器报文有效。如果报文受损，将允许按照优先 权顺序自动重发送。为了能同其他报文进行总线访问竞争，总线一旦空

23、闲，重发送立即开始。对于而言，如果直到帧结束的最后一位一直未出错，则对于报文有效。37CUMT监控系统与现场总线构成一帧的帧起始、仲裁场、控制场、数据场和CRC序列均借助位填充规则进行编码。n 当发送器在发送的位流中检测到5位连续的相同数值时，将自动地在实际发送的位流中插入一个补码 位。n 数据帧和远程帧的其余位场采用固定格式，不进行填充。出错帧和超载帧同样是固定格式，也不进行 位填充。38CUMT监控系统与现场总线n 报文传送由4种不同类型的帧表示和控制：1、数据帧携带数据由发送器至；2、远程帧通过总线单元发送，以请求发送具有相同标识符的数据帧；3、出错帧由检测出总线错误的任何单元发送；4、

24、超载帧用于提供当前的和后续的数据帧的附加延迟。n 数据帧和远程帧借助帧间空间与当前帧分开。39CUMT监控系统与现场总线5.2.3.1 数据帧数据帧由7个不同的位场组成，即帧起始、仲裁场、控制场、数 据场、CRC场、应答场和帧结束。数据场长度可为0。CAN2.0A数据帧的组成如图5-2所示。帧起始ACK场图5-2 数据帧组成40CUMT帧间空间数据帧帧间空间帧结束或超载帧仲裁场控制场数据场CRC场监控系统与现场总线n 在CAN 2.0B中存在两种不同的帧格式，其主要区别在于标识符的长度，具有11位标识符的帧称为标准帧，而包括29位标识符的帧称为扩展帧。标准格式和扩展格式的数据帧结构如图5-3所

25、示。标准格式仲裁场扩展格式仲裁场图5-3 标准格式和扩展格式数据帧41CUMT数据场数据场控制场S O F11位标识符S R RI D E18位标识符R T RDLCr 0r 1控制场S O F11位标识符R T RI D Er 0DLC监控系统与现场总线(1)帧起始(SOF)标志数据帧和远程帧的起始，它仅由一个显位构成。只有在总线处于空闲状态时，才允许站开始发送。所有 站都必须同步于首先开始发送的那个站的帧起始前沿。(2)仲裁场由标识符和远程发送请求位(RTR)组成。仲裁场如图5-4所示。图5-4 仲裁场组成42CUMT帧间空间帧起始仲裁场 控制场 标识符 RTR位监控系统与现场总线n 为区

26、别标准格式和扩展格式，将CAN2.0A标准中的r1改记 为IDE位。在扩展格式中，先发送基本ID，其后是IDE位和SRR位。扩展ID在SRR位后发送。（图5-3）CAN的性能特点标准格式仲裁场CAN的技术规范CAN总线有关器件介绍扩展格式仲裁场图5-3 标准格式和扩展格式数据帧43CUMT数据场数据场控制场S O F11位标识符S R RI D E18位标识符R T Rr 1DLCr 0控制场S O F11位标识符R T RI D Er 0DLC监控系统与现场总线44CUMTCAN的性能特点CAN的技术规范CAN总线有关器件介绍数据字节数目数据长度码DLC3DLC2DLClDLC0012345

27、678dd d d d d d d rdd d d r r r r ddd r r d d r r ddr d r d r d r d监控系统与现场总线5.2.6 CAN总线媒体装置特性CAN技术规范2.0B遵循ISOOSI标准模型，分为逻辑链路层和物理层。CAN的性能特点CAN的技术规范其物理层包括位编码解码、位定时及同步等内容，但对总线媒体装置，诸如驱动器在具体应用中进行优化设计。特性未作规定，以便CAN总线有关器件介绍在1993年形成的国际标准IS011898中对基于双绞线的CAN 总线媒体装置特性做了建议。45CUMT监控系统与现场总线ISO 11898建议的电气连接如图5-13所示，

28、这里，将连接于总线的每个节点称为电子控制装置(ECU)。总线每个末端均接 有以RL表示的抑制反射的终端负载电阻，而位于ECU内部的RL应予取消。总线驱动可采用单线上拉、单线下拉或双线驱动，接收采用差分比较器。CAN的性能特点CAN的技术规范CAN总线有关器件介绍46CUMT监 终端电阻RL控系统与现场总线VCCn VCCnCAN模块nCAN的性能特点VCC 2CAN的技术规范VCC 2 总线CAN模块CAN总线有关器件介绍VCC1VCC1CAN模块47CUMT图5-13 ISO11898建议的电气连接监控系统与现场总线5.3CAN总线有关器件介绍CAN总线的突出优点使其在各个领域的应用得到迅速

29、发展， 这使得许多器件厂商竟相推出各种CAN总线器件产品，已逐 步形成系列。而丰富廉价的CAN总线器件又进一步促进了CAN总线应用的迅速推广。CAN的性能特点CAN的技术规范目前，CAN已不仅是应用于某些领域的标准现场总线，它正口。表5-10列出了一在成为微控制器的系统扩展及多机通些主要的CAN总线产品。CAN总线有关器件介绍48CUMT监控系统与现场总线49CUMT制造商产品型号器件功能及特点INTELCAN通信控制器，符合CAN2.0CAN的性能特点CAN的技术规范CAN总线有关器件介绍82526825278XC196CA/CBCAN通信控制器，符合CAB2.0B扩展的8XC196+CAN

30、通信控制器，符合CAN2.0BPHILIPS82C200 SJA1000 8XC5928XCE59882C15082C250P51XA-C3CAN通信控制器，符合CAN2.0ACAN通信控制器，符合CAN2.0B8XC552+CAN通信控制器，去掉了I2C，符合CAN2.0A提高了电磁兼容性的8XC592带数字及模拟I/O的CAN总线扩展器件，符合CAN2.0A 高性能CAN总线收发器16位微控制器+CAN通信控制器，符合CAN2.0BMOTOROLA68HC05X4系列68HC05微控制器+CAN通信控制器，符合CAN2.0ASIEMENS81C9091C167CCAN通信控制器，符合CAN

31、2.0A微控制器+CAN通信控制器，符合CAN2.0ABNEC72005CAN通信控制器，符合CAN2.0ABSILICONS19200CAN总线收发器监控系统与现场总线5.3.1 CAN通信控制器SJA1000CAN的通信协议主要由CAN控制器完成。CAN的性能特点CAN控制器主要由实现CAN总线协议部分和与微控制器接口部分电路组成。CAN的技术规范对于不同型号的CAN总线通信控制器，实现CAN协议部分电路的结构和功能大都相同，而与微控制器接口部分的结构及方式存在一些差异。这里主要以PHILIPS SJA1000为代表对CAN控制器的结构、功能及应用加以介绍。CAN总线有关器件介绍50CUM

32、T51监控系统与现场总线CUMTCAN的性能特点CAN的技术规范CAN总线有关器件介绍监控系统与现场总线52CUMT监控系统与现场总线53CUMT监控系统与现场总线54CUMT二、功能框图n SJA1000的功能框图，如图6-2所示。CUMT55监控系统与现场总线监控系统与现场总线56CUMT监控系统与现场总线6.3CAN通信的控制6.3.1 控制SJA1000通信的基本功能和控制寄存器主控制器通过应用程序来设定SJA1000的功能，因此我 们将对SJA1000进行编程以满足不同性能的CAN总线 系统的要求。主控制器通过寄存器（控制段）和RAM（报文缓冲器）与SJA1000交换数据。这些控制寄

33、存器和接收及发送缓冲器 RAM的可寻址窗口，对主控制器而言均为外设寄存器。概述系统构成CAN通信的控制CAN通信的应用57CUMT监控系统与现场总线58CUMT监控系统与现场总线59CUMT监控系统与现场总线60CUMT监控系统与现场总线BasicCAN模式（P101）(1)BasicCAN模式地址分配概述SJA1000对微处理器而言是存储器寻址方式的I/O装置，由于寄 存器的设计是按RAM方式设计的。SJA1000的地址范围包括控制段和报文缓冲器。在初始化时对控制段进行编程，以便组态通信参数。位处理器 也是通过此段实现对CAN总线通信的控制。在初始化时位处理器还可对CLKOUT信号的频率进行

34、编程。要发送的报文，必须写入SJA1000的发送缓冲器；正确接收的报文，微处理器可以从接收缓冲器中读取，并将接收缓冲器释 放以备将来使用。系统构成CAN通信的控制CAN通信的应用61CUMT监控系统与现场总线微处理器与SJA1000的状态、控制和命令信号的交换都是在控制段完成的。概述系统构成CAN通信的控制CAN通信的应用62CUMT监控系统与现场总线63CUMT监控系统与现场总线64CUMT监控系统与现场总线65CUMT监控系监控系统与现统与现场总线场总线CUMT66监控系统与现场总线67CUMT监控系统与现场总线 标示符（ID）标示符由11位组成（ID.10ID.0），ID.10为最高位，

35、在仲裁过程中它首先被发送到总线上。标示符的作用类似于报文的名字，在接收端它被用来进行认 可滤波；在仲裁过程中它也用来决定访问总线的优先权。标示符所代表的二进制数值越小，其优先权越高，这是由于 二进制数越小，其高位的显性位就越多。概述系统构成CAN通信的控制CAN通信的应用68CUMT监控系统与现场总线(4)时钟分频器寄存器（CDR）时钟分频器寄存器（CDR）控制时钟输出脚CLKOUT的输出频率，并且允许关断此位的输出。概述另外，该寄存器还可以控制是否在TX1上增加了一个接收中断脉 冲、旁路接收比较器、选择BasicCAN还是PeliCAN模式。在硬 件复位后时钟分频数的默认值为00000101

36、、12分频（Motorola） 或为00000000、2分频（Intel）。系统构成CAN通信的控制软复位对此寄存器没有影响，保留位CDR.4在写入时必须为0， 以便与将来的功能上保持兼容。CAN通信的应用69CUMT监控系统与现场总线70CUMT监控系统与现场总线71CUMT监控系统与现场总线6.4CAN 的通信功能的应用n 通过CAN总线建立通信的过程：系统上电后设置主控制器与SJA1000相关的硬件及软件在SJA1000上电复位后，设置CAN控制器的通信功能，包括 方式选择、认可滤波器的设置、位定时信息等。在应用主程序中准备要发送的数据并激活SJA1000将数据发出 处理CAN控制器接收

37、到的报文处理在通信过程中发生的错误72CUMT监控系统与现场总线73CUMT监控系统与现场总线6.4.1 初始化SJA1000在上电或硬复拉后，必须对其初始化以便进行通信。而且在运行过程中还可以通过主控制器对其组态进行修改（重新组态），在进行重新组态时，首先要进入复位状态。图6-12给出了初始化程序的流程并给出了8051的样本程序。74CUMT75监控系统与现场总线CUMT76监控系统与现场总线CUMTMT77监控系统与现场总线CU监控系统与现场总线CPU集成DP口与ET200M之间远程的通信ET200系列是远程I0站，为减少信号电缆的敷设，可以在设备附近根据不同的要求放置不同类型的I0站，如

38、ET200M、ET200B、ET200X、ET200S等，ET200M适合在远程站点I0点数量较多的情况下使用，这里以ET200M为例介绍远程IO的配置。主站为集成DP接口的CPU。78CUMT监控系统与现场总线1、硬件连接PG带CP5611卡ProfiBus总线连接ProfiBus总线连接图3-1 集成DP口CPU与ET200M硬件连接79CUMTET200M输入或输出模块输入或输出模块电源315-2DP输入/ 输出模块监控系统与现场总线2、资源需求 带集成DP口的S7-300的CPU315-2DP作为主站。n 从站为带I/O模块的ET200M。n MPI网卡CP5611。n ProfiBu

39、s总线连接器以及电缆。n STEP7V5.2系统设计软件80CUMT监控系统与现场总线3、网络组态以及参数设置SFBF1）、按图3-1连接CPU315C-2DP集成的DP接口与ET200MON的PROFIBUS-DP接口。先用MPI电缆将MPI卡CP5611连接到CPU315-2DP的MPI接口，对CPU315-2DP进行初始化，同时对ET200M的“BUS ADDRESS”拨盘开关的PROFIBUSBUS ADDRESSON地址设定为4，如图3-2所示，即把数字“4”左侧对应的开关拨向右侧即可。如果设定PROFIBUS地址为6，则把“2”、64321684“4”两个数字左侧对应的开关拨向右侧

40、，依此类推。向右拨212）、在STEP7中新建一个“ET200M作为从站的DP通信”的项目。先插入一个S7-300站，然后双击“Hardware”选项，进人“Hw config”窗口。点击“catalog”图标打开硬件目录，DC24V电源输入按硬件安装次序和订货号依次插人机架、电源、CPU等进行硬件组态，如图3-3所示。图9-2ET200M的外形图81CUMT监控系统与现场总线82CUMT图9-3 CPU315-2DP RPROFIBUS网络配置监控系统与现场总线3）、插入CPU同时，弹出PROFIBUS组态界面。点击New按钮，新建PROFIBUS（1），组态PROFIBUS站地址为2。点击

41、“Properties”按钮组态网络属性，选择“NetworkSettings”，界面如图“3-4”所示，点击“OK”按钮确认，完成PROFIBUS网络创建，同时界面出现PROFIBUS网络。83CUMT84监控系统与现场总线CUMT图9-4 PROFIBUS-DP的“Network Settings”的参数设置监控系统与现场总线4）、在PROFIBUS-DP选项中，通过左边的“PROFIBUS-DP”“ET200M”“IM153-1”路径，选择接口模块IM153-1，添加到PROFIBUS网络上，如图“3-5所示”。图9-5是加载IM 153-1至PROFIBUS（1）网络过程示意，定义ET

42、200M接口模块IMl53-2的PROFIBUS站地址，组态的站地址必须与IMl53-2上拨码开关设定的站地址相同，本例中站地址为4。然后组态ET200M上IO模块，设定I/O点的地址，ET200M的IO地址区与中央扩展的IO地址区一致，不能冲突，本例中ET200M上组态了16点输入和16点输出，开始地址为1，访问这些点时用I区和Q区，例如输入点为I1.0，第一个输出点为Q1.0，实际使用时ET200M所带的I/O模块就好象是集成在CPU 315-2DP上的一样，编程非常简单。硬件组态结果见图9-7。85CUMT86监控系统与现场总线CUMT图9-5 加载IM 153-1至PROFIBUS（1

43、）网络过程示意87监控系统与现场总线CUMT图9-6 IM153的PROFIBUS网络参数配置88监控系统与现场总线CUMT图9-7 315-2DP、ET200M的I/O模块配置监控系统与现场总线n 5.3.1 西门子工业以太网硬件基本情况（2）网络部件工业以太网链路模块OLM、ELMOLM（光链路模块）有3个ITP接口和两个BFOC接口。ITP接口可以连接3个终端设备或网段，BFOC接口可以连接两个光路设备（如OLM等），速度为10Mbit/s。ELM（电气链路模块）有个ITP接口和1个AUI接口。通过AUI接口，可以将网络设备连接至LAN上，速度为10Mbit/s。工业以太网交换机OSM、

44、ESMOSM 的产品包括： OSMTP62 、OSMTP22 、OSMITP62 、OSMITP62-LD和OSM BC08。从型号就可以确定OSM的连接端口类型及数量，如：OSMITP62-LD，其中ITP表示OSM上有ITP电缆接口，“6”代表电气接口数量，“2”代表光纤接口数量，“LD”代表长距离。ESM的产品包括：ESM TP40、ESM TP80和ESM ITP80，命名规则和OSM相同。89CUMT监控系监控系统与现统与现场总线场总线图5.7OSM ITP62-LD图5.8ESM TP80图5.9 CP243-1图5.10CP343-1图5.11 CP443-190CUMT监控系统

45、与现场总线n 5.3.1西门子工业以太网硬件基本情况（3）通信处理器常用的工业以太网通信处理器（CP，Communicaton Processer，通信处理单元），包括用在S7PLC站上的处理器CP243-1系列、CP343-1系列、CP443-1系列等。CP243-1是为S7-200系列PLC设计的工业以太网通信处理器，并且支持使用STEP7-Micro/WIN 32软件，通过以太网对S7-200进行远程组态、编程和诊断。同时，S7-200也可以同S7-300、S7-400系列PLC进行以太网的连接。S7-300系列PLC的以太网通信处理器是CP343-1系列。按照所支持协议的不同，可以分为

46、CP343-1、CP343-1ISO、CP343-1TCP、CP343-1IT和CP343-1 PN。91CUMT监控系统与现场总线5.3.1西门子工业以太网硬件基本情况S7-400 PLC的以太网通信处理器是CP443-1系列。按照所支持协议的不同，可以分为CP443-1、CP443-1 ISO、CP443-1 TCP和CP443-1 IT。92CUMT监控系统与现场总线5.3.2 西门子支持的网络协议和服务1标准通信（Standard Communication）表5.2标准通信协议子网（Subnets）Industrial EthernetPROFIBUS服务（Services）标准通信协议MMSMAP3.0FMS93CUMT监控系统与现场总线5.3.2 西门子支持的网络协议和服务MAP（Manufacturing Automation Protocol，制造业自动化协议）提供MMS服务，主要用于传输结构化的数据。MMS是一个符合ISO/IES 9506-