行状态 ●系统结构的高度分散性 现场总线已构成一种新的 全分散性控制系统的体系结构从根本上改变了 现有DCS集中与分散相结合的控制系统体系简 化了系统结构提高了可靠性 返 回 上 页 下 页 对现场环境的适应性 工作在生产现场前端作为 工作网络底层的现场总线是专为现场环境而设计 的可支持双绞线同轴电缆光缆射频红外 线电力线等具有较强的抗干扰能力能采用两 线制实现供电与通信可满足本质安全防爆要求 等 返 回 上 页 下 页 由于现场总线的以上优点特别是现场总线系统结构的简化使控制系统从设计安装投放到正常生产运行及其检修维护都体现出优越性 1节省硬件数量与投资 由于现场总线系统中分散在现场的智能设备能直接执行多种传感控制报警和计算功能因而可减少变送器的数量不再需要单独的调制器计算单元等也不需要DCS系统的信号调理转换隔离等功能单元及复杂连线还可以用工控PC机作为操作站从而节省了一大笔硬件投资并可减少控制室的战地面积 返 回 上 页 下 页 2节省安装费用 现场总线系统的接线十分简单一对双绞线或一条电缆线通常可挂接多个设备因而电缆端子槽盒桥架的用量大大减少连线设计与校对的工作量也大大减少当需要增加现场设备时无需要增设新的电缆可就近连接在原有的电缆上既节省了投资又减少了设计安装的工作量据有关典型试验工程测算资料表明可节省安装费用60以上 返 回 上 页 下 页 3节省维护开销 由于现场控制设备具有自诊断和简单故障处理能力并通过数字通讯将相应的诊断维护信息送往控制室用户可以查询所有设备的运行诊断维护信息以便早
期分析故障原因并及时排除缩短了维护停工时间同时由于系统结构简单化连线简单而减少了维护工作量 返 回 上 页 下 页 4用户具有高度的系统集成主动权 用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统避免因选择某一品牌的产品而被限定死了使用设备的选择范围不会为系统集成中部兼容的协议接口而一筹莫展是系统集成过程中主动权牢牢掌握在用户手中 5提供系统的准确性与可靠性 由于现场总线设备的智能化数字化与模拟信号相比它从根本上提高了测量与控制的精确度减少了传送误差同时由于系统的结构化设备与连线减少现场仪表内部功能加强减少了信号的往返运输提高了系统的工作可靠性 返 回 上 页 下 页 maxbook118com CAN总线的发展与特点 控制器局部网CAN－CONTROLLER AREA NETWORK是BOSCH公司为现代汽车应用领先推出的一种多主机局部网由于其卓越性能现已广泛应用于工业自动化多种控制设备交通工具医疗仪器以及建筑环境控制等众多部门控制器局部网将在我国迅速普及推广 ? 随着计算机硬件软件技术及集成电路技术的迅速发展工业控制系统已成为计算机技术应用领域中最具活力的一个分支并取得了巨大进步由于对系统可靠性和灵活性的高要求工业控制系统的发展主要表现为控制面向多元化系统面向分散化即负载分散功能分散危险分散和地域分散 返 回 上 页 下 页 分散式工业控制系统就是为适应这种需要而发展起来的这类系统是以微型机为核心将 5C技术--COMPUTER计算机技术CONTROL自动控制技术COMMUNICATION通信技术CRT显示技术和 CHANGE转换技术紧密结合的产物它在适应范围
可扩展性可维护性以及抗故障能力等方面较之分散型仪表控制系统和集中型计算机控制系统都具有明显的优越性 返 回 上 页 下 页 典型的分散式控制系统由现场设备接口与计算设备以及通信设备组成现场总线FIELDBUS能同时满足过程控制和制造业自动化的需要因而现场总线已成为工业数据总线领域中最为活跃的一个领域现场总线的研究与应用已成为工业数据总线领域的热点尽管目前对现场总线的研究尚未能提出一个完善的标准但现场总线的高性能价格比将吸引众多工业控制系统采用同时正由于现场总线的标准尚未统一也使得现场总线的应用得以不拘一格地发挥并将为现场总线的完善提供更加丰富的依据控制器局部网 CANCONTROLLER AERANETWORK正是在这种背景下应运而生的 返 回 上 页 下 页 由于CAN为愈来愈多不同领域采用和推广导致要求各种应用领域通信报文的标准化为此1991年9月 PHILIPS SEMICONDUCTORS制订并发布了 CAN技术规范VERSION 20该技术规范包括A和B两部分20A给出了曾在CAN技术规范版本12中定义的CAN报文格式而20B给出了标准的和扩展的两种报文格式此后1993年11月ISO正式颁布了道路交通运载工具--数字信息交换--高速通信控制器局部网CAN国际标准ISO11898为控制器局部网标准化规范化推广铺平了道路 返 回 上 页 下 页 CAN属于总线式串行通信网络由于其采用了许多新技术及独特的设计与一般的通信总线相比CAN总线的数据通信具有突出的可靠性实时性和灵活性其特点可概括如下 ●多主方式工作网络上任一节点均可在任一时刻 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的构成多机备份系统 ●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 134内得到传输 返 回 上 页 下 页 ●采用非破坏性总线仲裁技术当多个节点同时向总 线 发出信息时优先级较低的节点会主动的退出发 送而最高优先级的节点可不受影响的传输数据 从而大大节省了总线冲突仲裁时间尤其是在网络 负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪情况以太 网则可能 ●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门的调 度 ●直接通信距离最远可达10通信速率最高可达1 此时通信距离最长为40 返 回 上 页 下 页 ●节点数取决于总线驱动电路目前可达110个 报文标识符可达2032种CAN20A而扩展 标准CAN20B的报文标识符几乎不受影 响 ●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 ● CAN的通信介质可为双绞线同轴电缆或光 线选择灵活 ● CAN节点在错误严重时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 返 回 上 页 下 页 maxbook118com CAN的分层结构 CAN按照OSI基本模型的原则划分为两层数据链路层和物理层如图830所示按照IEEmaxbook118com数据链路层又划分为逻辑链路控制层 LLC-Logic Link Control 和媒体访问控制层 MAC-Medium Access Control 当CAN的网络结构确定后网络的性能将主要取决于MAC层 返 回 上 页 下 页 一LLC子层功能 1 帧接收滤波帧由标识
符命名标识符并不指明帧 的目的地但描述数据的含义每个接收器通过帧 接收滤波确定此帧与其是否有关如果相关则接 受并通知应用层 2 超载通告如果接收器内部条件要求延迟下一个 LLC数据帧或LLC远程帧则通过LLC子层
开始发 送超载帧最多可产生两个超载帧以延迟下一个 数据帧或远程帧 3 恢复管理发送期间对于丢失仲裁或被错误
干扰 的帧LLC子层具有自动重发送功能在发送成功完 成前帧发送服务不被应用层认可 一 逻辑链路控制 LLC 子层 下 页 上 页 返 回 总线的竞争 总线接有多个微处理器时多个微处理器可能在起始条件的最小持续时间内同时产生起始条件致使总线上产生一个规定的起始条件即在SCL线高电平期间有多个主器件在SDA线上发生由高到低的跳变使多个主机发生争用总线问题多个微处理器可能会同时开始数据传输发生竞争 下 页 上 页 返 回 在SCL为高电平期间器件1的SDA1和器件2的SDA2都发生了高到低的跳变使总线的SDA发生高到低的跳变满足启动条件器件1和器件2可能同时开始数据传输造成数据传输混乱 下 页 上 页 返 回 竞争裁决 发生竞争时SDA线上的信号由所有主器件产生的数据信号进行线与裁决 一个主机发送高电平而在另一个主机发送低电平时发送高电平的主机因为总线上的电平与自己的电平不相同将断开它的数据输出级发送低电平的主
机取胜竞争可以持续多位器件竞争首先比较地址位 多个主器件同时选中同一个从器件时竞争继续比较数据位如果主机