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9现场总线控制网络与数据网络的集成
现场总线由于适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向,
一经产生便成为全球工业自动化领域的热点问题,受到人们的广泛关注。它使控
制系统的体系结构发生了变革,形成了新型的网络集成式全分布控制系统-现场
总线控制系统FCS。因为现场总线基于开放的协议标准,为控制网络与数据网络
的连接提供了方便,对控制网络和数据网络的集成起到了积极的作用。本章以作
者在研究生期间应用的CAN总线为例,讨论了基于CAN协议的现场总线控制
系统的体系结构,在此基础上,着重研究和分析了现场总线控制网络和数据网络
集成的有关问题。
9.1基于CAN协议的现场总线控制系统的体系结构
基于CAN协议的现场总线控制系统称为控制器局域网(CAN:Controller
AreaNetwork),它是由德国RobertBoschGmbh开发,最近发展较快的一种现场
总线,最初用在汽车内的自动化系统中,由于其性能优异而且价格低廉,使用方
便很快推广到工业测控现场。CAN协议现场总线的网络设计采用了符合ISO/OSI
网络标准模型的三层结构模型,即物理层、数据链路层和应用层。网络的物理层
和链路层的功能是由CAN接口器件完成的,而应用层的功能则由微处理器来完
成。
[15]
CAN采用了带优先级的CSMA/CD协议对总线进行仲裁,因此其总线允
许多站点同时发送,这样既保证了信息处理的实时性,又使得CAN网络可以构
成多主结构或冗余结构的系统,保证了系统设计的可靠性,另外,CAN采用短
帧结构,且它的每帧信息都有CRC校验及其它检错措施,保证了数据传输的出
错极低,其传输介质可以使用双绞线,同轴电缆或光纤。
[1][16]
CAN协议的现场总线控制系统的体系结构如图9.1所示,其中监控计算
机通过通信适配卡与现场的节点进行通讯,对于一个企业信息网来说,同时它又
是以太网的一部分。
1
计算机
……
Ethernet
监控机监控机
CAN总线CAN总线
…..…..
传感器执行器变送器传感器执行器变送器
图9.1CAN协议现场总线控制系统的体系结构
9.2现场总线控制系统的网络集成
随着网络技术的不断发展,Internet正在把世界的计算机系统、通信系统逐
渐集成起来,形成信息高速公路,形成公用数据网络。而现场总线技术的兴起,
改变了控制系统的结构,使其向着网络化的方向发展,形成了对人类生产、生活
在有重要影响的另一类网络—控制网络Infranet。随着现场总线控制网络的进一
步发展,控制网络与数据网络的结合提上了日程,为开放型、全分布式控制系统
与网络系统的进一步开拓提供了新的领域。
9.2.1数据网络
[17]
数据网络是指已在办公和通信等领域广为采用的计算机网络,通过数据网
络人们可以直接获取信息。这类网络的特点是:数据通信量较大,需要经常传送
文档、报表、图形,以及信息量更大的音域、视频等多媒体数据。数据网络从最
初的局域网(LAN),局域网与局域网互连而逐渐发展,导致Internet
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