现场总线与工业以太网学习笔记.doc

现场总线与工业以太网 第一章 控制系统的发展阶段：模拟仪表控制系统——集中式数字控制系统——集散控制系统（DCS）——现场总线控制系统（FCS）。 FCS作为新一代控制系统，一方面突破了DCS系统采用专用通信网络的局限，另一方面，把DCS的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。可以说，开放性、分散性和数字通信是FCS最显著的特征。 现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，有通信就必须有协议。故现场总线实质上就是一个定义了硬件接口和通信协议的标准。是将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互联的实时控制通信网络。而FCS是用开放的现场总线通信网络，实现将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互联的实时网络控制系统。 现场总线和局域网的区别 现场总线是连接自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互联的实时控制通信网络。传输小批量数据信息，如检测信息、状态信息、控制信息等，但传输速率低，实时性高。简言之，现场总线就是一种实时控制网络。局域网用于连接局部区域的各台计算机，网络上传输的是大批量的数字信息，但不要求实时性。局域网是一种高速信息网络。 现场总线可以采用各种通讯介质，如双绞线、电力线、光纤、无线射频、远红外等。局域网需要用专用电缆，如同轴电缆、光纤等。 现场总线控制系统体系结构 5、开放性、分散性、低成本性是现场总线最显著的3大特征 具有代表性的现场总线 CAN（控制器局域网络）总线；（2）LonWorks总线 HART总线； （4）ModBus总线 CC-Link总线 第二章 基金会现场总线 1、FF总线系统是现场总线基金会推出的总线系统。FF总线是一种全数字的、串行的、双向传输的通信系统，是一种连接现场中各种传感器、控制器、执行单元的信号传输系统。 2、基金会现场总线（FF）以ISO/OSI开放系统互联参考模型为基础，并对其进行了改造而成，保留了第1层的物理层，第2层的数据链路层和第7层的应用层作为FF通信模型的相应层，将应用层分为现场总线存取和应用服务两部分，并在应用层上增加了用户层。 3、FF现场总线系统分为低速H1和高速H2两种通信速率，以实现不同要求下的数据信息网络通信。这两种总线均支持总线型或树形网络拓扑结构。 4、网络组成原理 4.1 基金会现场总线的物理层 物理层用于实现现场物理设备和总线间的连接，为现场设备与通信传输媒体的连接提供机械和电气接口，为现场设备对总线的发送/接收提供合乎规范的物理信号。 物理层作为电气接口，一方面接收链子数据链路层的信息，把它转换为物理信号，并传送到现场总线的传输介质，起到发送驱动器的作用。另一方面，把来自总线传输介质的物理信号转换为信息，并送往数据链路层，起到接收器的作用。 按照IEC物理层规范的有关规定，物理层又被分为媒体相关子层和媒体无关子层。媒体相关子层负责处理不同介质、不同速率的信号转换问题，也称媒体访问单元。当出现读个连接时，物理媒体相关子层对所有连接同时传送。在两个子层连接处，物理媒体相关子层选择其中之一，把它的信号送到媒体无关子层，形成所通过的单一数据流。 对不同种类的介质、不同传输速率要求的场合，应分别设置不同的物理层实体。 基金会现场总线支持多种传输介质：双绞线、电缆、光纤、无线介质，目前应用较为广泛的是前两种。 4.2 数据链路层（DDL） 数据链路层位于物理层和总线访问层之间，为系统管理内核和总线访问子层总线访问媒体提供服务。总线上的链路活动调度、数据的接收/发送、活动状态的探测和响应、总线上个设备间的链路时间同步等，都是通过数据链路层实现的。 每个总线端上有一个媒体访问控制中心，称为链路活动调度器（LAS）。其拥有总线上所有设备的清单，由它来掌管总线段上各设备对总线的操作。任何时刻每个总线端上总有一个LAS处于工作状态，总线段上的设备只有得到LAS的许可，才能向总线上传输数据。其具有5种基本功能：（1）向设备发送强制数据（CD）；（2）向设备发送传递令牌（PT）；（3）为新入网的设备探测未被采用过的地址；（4）定期对总线发布数据链路时间和调度时间；（5）监视设备对传递令牌的响应。 数据链路协议数据单元（DLPDU），提供数据链路的协议控制信息。协议控制信息由3部分组成：第1部分是帧控制信息；第2部分是数据链路地址，包括目的地址和源地址；第3部分是指明了DLDPU的参数。 4.3 现场总线访问子层 现场总线访问子层（FAS）是基金会现场总线通讯参考模型中应用层的一个子层。它与总线报文规范层（FMS）一起构成应用层。FAS位于FMS和数据链路层之间。 FAS的协议机制可以划分为三层：FAS服务协议机制；应用关系协议机制；DLL映射