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  青春轉(zhuǎn)角smile 2013-04-15 00:00:00

  系統(tǒng)總線的功能在邏輯上被劃分為三部分：地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。數(shù)據(jù)傳送總線，總線，母線聯(lián)結(jié)計(jì)算機(jī)主要部件的一組平行導(dǎo)線，使得電脈沖得以在相聯(lián)部件之間傳輸。控制總線則包含幾條表示路由分時(shí)和系統(tǒng)的控制信號(hào)。

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  whatenway 2013-04-15 00:00:00

  現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)既是一個(gè)開放通信網(wǎng)絡(luò)，又是一種全分布控制系統(tǒng)。自80年代以來，有幾種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已逐漸形成，在一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域顯示了各自的優(yōu)勢(shì)。 　　 對(duì)用戶而言，如何選擇適合自己需要的現(xiàn)場(chǎng)總線，來滿足工業(yè)控制中的實(shí)時(shí)要求。這需要了解每種現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)，尤其是數(shù)據(jù)鏈路層的通信介質(zhì)訪問控制方式。 按照對(duì)時(shí)間確定性的支持，現(xiàn)場(chǎng)總線通信介質(zhì)訪問控制方式主要分為兩大類：一類采用事件觸發(fā)方式，它不直接支持時(shí)間確定性，多數(shù)采用隨機(jī)載波監(jiān)聽方式(CSMA)，具有代表性的有CAN和LON等；另一類采用時(shí)間觸發(fā)方式，它直接支持時(shí)間確定性， 　　 通常采用令牌方式，它又可以進(jìn)一步分為：(1)集中式令牌，具有代表性的有WorldFIP和FF等；(2)分布式令牌，具有代表性的有PROFFBUS等；(3)虛擬令牌，具有代表性的有P-NET等。 　　 為此，本文針對(duì)目前比較流行的，且通信介質(zhì)訪問控制方式具有代表性的4種現(xiàn)場(chǎng)總線——LON、CAN、PBOFIBUS和FF進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，特別是對(duì)其通信介質(zhì)訪問控制方式進(jìn)行了較詳細(xì)的描述。 2、 LON(LocalE Operation Networks) 美國Echelon公司于1991年推出的局部操作網(wǎng)絡(luò)，在組建分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方面具有優(yōu)越性。LON技術(shù)適合于低層次工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，在住宅、樓宇管理、暖通、水處理、食品加工、機(jī)器控制與監(jiān)視等領(lǐng)域被廣泛接受。 　　 LONWORKS采用的LonTalk通信協(xié)議遵循ISO／OSI的全部7層模型。LonTalk協(xié)議被封裝在稱之為Neuron神經(jīng)芯片中得以實(shí)現(xiàn)。Neuron神經(jīng)芯片是IONWORKS的核心，內(nèi)含3個(gè)8位CPC，分別為介質(zhì)訪問控制處理器，網(wǎng)絡(luò)處理器和應(yīng)用處理器?？梢?，Neuon神經(jīng)芯片不僅作為L(zhǎng)ON總線的通信處理器，也作為采集和控制的通用處理器。 　　 LON支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如總線型、星型、環(huán)型、混合型等，和多種傳輸介質(zhì)，如雙絞線、電力線、無線電波、紅外線、光纖、同軸電纜和電源線等。可以根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境選擇不同的收發(fā)器和介質(zhì)。采用雙絞線時(shí)，通信速率為78kbps／2700m/每段以節(jié)點(diǎn)，1．25Mbps／130m/每段64個(gè)節(jié)點(diǎn)。Motomla已開發(fā)出IS-78本安物理通道，使LON網(wǎng)絡(luò)可以延伸到危險(xiǎn)區(qū)域。 LON的通信介質(zhì)訪問控制方式為帶預(yù)測(cè)P-堅(jiān)持CSMA。當(dāng)節(jié)點(diǎn)有信息要發(fā)送而試圖占用通道時(shí)，首先在一個(gè)固定的周期Beta 1檢測(cè)通道是否處于網(wǎng)絡(luò)空閑。為了支持優(yōu)先級(jí)，還要增加優(yōu)先級(jí)時(shí)間片，優(yōu)先級(jí)越高的所加的時(shí)間片越少。隨后再根據(jù)網(wǎng)絡(luò)積壓參數(shù)BL產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)等待時(shí)間片W’，W’為0到W之間的隨機(jī)數(shù)，W＝BL*16。當(dāng)延時(shí)結(jié)束時(shí)，網(wǎng)絡(luò)仍空聞，節(jié)點(diǎn)以概率p=1／W發(fā)送報(bào)文。此種方式在負(fù)載較輕時(shí)使介質(zhì)訪問延遲Z小化，而在負(fù)載較重時(shí)使沖突Z小化，但不能消除沖突。圖2-1為L(zhǎng)ON的優(yōu)先級(jí)帶預(yù)測(cè)P-堅(jiān)持CSMA概念示意圖。 　　 LON有完整的7層協(xié)議，具備了局域網(wǎng)的基本功能，與異型網(wǎng)的兼容性比現(xiàn)存的任何現(xiàn)場(chǎng)總線都好。它還提供了與LAN的接口，從而實(shí)現(xiàn)二者的有機(jī)結(jié)合。同時(shí)，LON屬于網(wǎng)絡(luò)型系統(tǒng)，不適合于有大量數(shù)據(jù)需要采集，進(jìn)行頻繁處理的快速工業(yè)控制系統(tǒng)。 LON通過具有通信與控制功能的Neuron神經(jīng)芯片、收發(fā)器、電源、傳感器和控制設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，采用專用的編程工具Neuron C，利用所提供的開發(fā)工具：LonBuilder、NodeBuilder和LVS技術(shù)，可以快速、方便地開發(fā)節(jié)點(diǎn)和聯(lián)網(wǎng)。 　 總之，當(dāng)有大量的短消息需要通信應(yīng)用時(shí)，LON是一個(gè)普及、低成本的總線系統(tǒng)。 3、 CAN( Controller Area Network) 德國 BOSCH公司于1991年推出，用于汽車內(nèi)部測(cè)量和執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。主要應(yīng)用于離散控制領(lǐng)域中的過程監(jiān)測(cè)和控制，特別是工業(yè)自動(dòng)化的低層監(jiān)控，解決控制與測(cè)試之間的可靠和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。 　　 CAN采用了ISO／OSI的3層模型：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。 　　 CAN支持的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型。傳輸介質(zhì)為雙絞線、同軸電纜和光纖等。采用雙絞線通信時(shí)，速率為1Mbps／40m，50kbps／10km，節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)110個(gè)。 　　 CAN的通信介質(zhì)訪問方式為帶優(yōu)先級(jí)的 CS-MA／CA。采用多主競(jìng)爭(zhēng)式結(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，即當(dāng)發(fā)現(xiàn)總線空閑時(shí)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)都有權(quán)使用網(wǎng)絡(luò)。在發(fā)生沖突時(shí)，采用非破壞性總線優(yōu)先仲裁技術(shù)：當(dāng)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息時(shí)，運(yùn)用逐位仲裁規(guī)則，借助幀中開始部分的標(biāo)識(shí)符，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止發(fā)送數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)發(fā)送信息，從而有效地避免了總線沖突，使信息和時(shí)間均無損失。例如，規(guī)定0的優(yōu)先級(jí)高，在節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息時(shí)，CAH總線做與運(yùn)算。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是邊發(fā)送信息邊檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，當(dāng)某一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送1而檢測(cè)到0時(shí)，此節(jié)點(diǎn)知道有更高優(yōu)先級(jí)的信息在發(fā)送，它就停止發(fā)送信息，直到再一次檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)空閑。圖3-1為A、B、C、D4個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息，Z后優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)D有權(quán)發(fā)送信息，其它節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止發(fā)送數(shù)據(jù)。　　CAN的傳輸信號(hào)采用短幀結(jié)構(gòu)(有效數(shù)據(jù)Z多為8個(gè)字節(jié))，和帶優(yōu)先級(jí)的CSMA/CA的通信介質(zhì)訪問方式，對(duì)高優(yōu)先級(jí)的通信請(qǐng)求來說，在1Mbps的通信速率時(shí)，Z長(zhǎng)的等待時(shí)間為0．15ms，完全可以滿足現(xiàn)場(chǎng)控制的實(shí)時(shí)性要求。 　　 CAN突出的差錯(cuò)檢驗(yàn)機(jī)理，如5種錯(cuò)誤檢測(cè)、出錯(cuò)標(biāo)定和故障界定；CAN傳輸信號(hào)為短幀結(jié)構(gòu)，因而傳輸時(shí)間短，受干擾概率低。這些保證了出錯(cuò)率極低，剩余錯(cuò)誤概率為報(bào)文出錯(cuò)率的4．7x10-11。另外，CAN節(jié)點(diǎn)在嚴(yán)重錯(cuò)誤的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉輸出的功能，以使總線上其它節(jié)點(diǎn)的操作不受其影響。可見，CAN具有高可靠性。 　　 CAN的通信協(xié)議主要由CAN控制器完成。CAN控制器主要由實(shí)現(xiàn)CAN總線通信協(xié)議部分和微控制器接口部分電路組成。通過簡(jiǎn)單的連接即可完成CAN總線協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能，應(yīng)用層功能由微控制器完成。CAN總線上的節(jié)點(diǎn)既可以是基于微控制器的智能節(jié)點(diǎn)，也可以是具有CAN接口的I／O器件?！　? 總之，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。CAN作為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)的通信總線，同其它總線相比，具有很高的可靠性和性能價(jià)格比。 4、 PROFIBUS(Process Fieldbus) 1986年，德國開始制定。它由3部分組成：Profibus-DP (Decentralized Periphery，分布式外設(shè))，Profibus-FMS(Fieldbus Message Specification，現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范)和Profibus-PA(Process Automation，過程自動(dòng)化)。不同的部分針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，因此和Profibus應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。 　　 Profibus以ISO／OSI模型為基礎(chǔ)，取其物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。FMS還采用了應(yīng)用層。DP和FMS使用同樣的傳輸技術(shù)和統(tǒng)一的總線訪問協(xié)議，因此二系統(tǒng)可在同一根總線上混合互操作。通過段鍋臺(tái)器或鏈接器，使PA系統(tǒng)很方便地集成到皿網(wǎng)絡(luò)。 　　 DP和FMS有兩種傳輸技術(shù)：一種是RS-485，采用屏蔽雙絞線，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型，通信速率為9．6kbps／1200m，12Mbps／100m，每段Z多節(jié)點(diǎn)數(shù)為32，不支持總線供電和本安；另一種是采用光纖，用于電磁兼容性要求高和長(zhǎng)距離要求的場(chǎng)合。 PA采用IEC1158-2傳輸技術(shù)，用屏蔽雙絞線，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型或樹型，通信速率為31．25kbps/1900m，每段Z多節(jié)點(diǎn)數(shù)為32，支持總線供電和本安。 　　 Profibus的通信介質(zhì)訪問控制方式為分布式令牌方式(混合介質(zhì)存取)。主節(jié)點(diǎn)之間為令牌環(huán)傳遞方式，主節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)之間為主從輪詢方式。當(dāng)主節(jié)點(diǎn)得到令牌后，允許它在一定的時(shí)間內(nèi)與從節(jié)點(diǎn)和／或其它主節(jié)點(diǎn)通信。令牌在所有主節(jié)點(diǎn)中循環(huán)一周的Z長(zhǎng)時(shí)間TTR(設(shè)定周期)是事先預(yù)定的，決定了各主節(jié)點(diǎn)的令牌具體保持時(shí)間的長(zhǎng)短。主節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)必須保證在事先定義的時(shí)間間隔內(nèi)主節(jié)點(diǎn)有充足的時(shí)間完成通信任務(wù)，主節(jié)點(diǎn)與從節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換要盡可能快且簡(jiǎn)單，地完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。按這種方式，完成周期性與非周期性的數(shù)據(jù)交換。 　 為此，profibus的介質(zhì)訪問控制MAC協(xié)議設(shè)置了兩類時(shí)鐘計(jì)時(shí)器：一類是令牌運(yùn)行周期計(jì)時(shí)器，用于令牌的實(shí)際運(yùn)行周期TRR計(jì)時(shí)；另一類是持牌計(jì)時(shí)器，用于主節(jié)點(diǎn)令牌保持時(shí)間TTH計(jì)時(shí)。當(dāng)令牌到達(dá)某個(gè)主節(jié)點(diǎn)時(shí)，此節(jié)點(diǎn)的周期計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)。 　　 當(dāng)令牌又一次到達(dá)此主節(jié)點(diǎn)時(shí)，MAC從把周期計(jì)時(shí)器的TRR值與設(shè)定周期值TTR的差值賦給持牌計(jì)時(shí)器，即TTH＝TTR-TRR，持牌計(jì)時(shí)器根據(jù)該值控制信息的傳送。 　　 在持牌計(jì)時(shí)器控制信息發(fā)送時(shí)，如果令牌到達(dá)超時(shí)，即TTH<0，則此節(jié)點(diǎn)只可以發(fā)送一個(gè)高優(yōu)先級(jí)信息；如果令牌及時(shí)到達(dá)，則此節(jié)點(diǎn)可以連續(xù)發(fā)送多個(gè)等待發(fā)送的高優(yōu)先級(jí)信息后，直到高優(yōu)先級(jí)信息全部發(fā)送完畢，或者持牌時(shí)間超時(shí)。如果在發(fā)送完所有待發(fā)送的高優(yōu)先級(jí)信息，仍然有持牌時(shí)間，則可以用同樣的方式發(fā)送低優(yōu)先級(jí)信息。無論發(fā)送高優(yōu)先級(jí)信息，還是低高優(yōu)先級(jí)信息，都只在發(fā)送前檢測(cè)持牌時(shí)間是否超時(shí)，而不是預(yù)先檢測(cè)發(fā)送完此信息是否超時(shí)，此種檢測(cè)方法意味著信息發(fā)送不可避免地造成持牌時(shí)間超時(shí)，影響了周期性實(shí)時(shí)通訊的實(shí)現(xiàn)。 　　 Profibus-DP主要用于對(duì)時(shí)間要求苛刻的分散外圍間的高速數(shù)據(jù)傳輸，解決分散I／O問的通信，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域，具有GX低成本。Profibus-PA，隊(duì)主要用于流程工業(yè)自動(dòng)化，對(duì)安全性要求高和由總線供電的場(chǎng)合。Profibus-FMS主要用于解決車間級(jí)通用性的通信任務(wù)，完成控制器和智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信以及控制器之間的信息交換，提供了大量的通信服務(wù)(主要是針對(duì)主節(jié)點(diǎn)之間的通信)。

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  太原煙斗總匯 2017-09-05 00:00:00

  總線完成一次傳輸，分四個(gè)階段： 1）總線裁決：決定哪個(gè)主控設(shè)備使用總線； 2）尋址階段：主控設(shè)備送出要訪問的主存或設(shè)備的地址，同時(shí)送出有關(guān)命令(讀或?qū)懙?，啟動(dòng)從設(shè)備； 3）數(shù)據(jù)傳輸階段：主、從設(shè)備間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換； 4）結(jié)束階段：有關(guān)信息在總線上撤銷，讓出總線使用權(quán)。 總線通信控制的目的：解決主、從設(shè)備如何獲知傳輸開始和傳輸結(jié)束，以及通信雙方如何協(xié)調(diào)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 有四種通信方式： 同步、異步、半同步、分離式通信。 1）同步通信控制 控制線中有一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)線，掛接在總線上的所有設(shè)備都從這個(gè)公共的時(shí)鐘線上獲得定時(shí)信號(hào)，一定頻率的時(shí)鐘信號(hào)定義了等間隔的時(shí)間段，這個(gè)固定的時(shí)間段為一個(gè)鐘周期，也稱總線周期。 2）異步通信方式 三條控制線： ReadReq:讀請(qǐng)求，告訴從設(shè)備進(jìn)行讀操作地址信息同時(shí)送到地址/數(shù)據(jù)線上； DataRdy:數(shù)據(jù)就緒，從設(shè)備已準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，主設(shè)備可取數(shù)據(jù)同時(shí)送到地/數(shù)據(jù)線上； Ack:回答信號(hào)線，表示已收到對(duì)方的請(qǐng)求信號(hào)。 3）半同步通信控制 為解決異步通信方式對(duì)噪聲敏感的問題，一般在異步總線中引入時(shí)鐘信號(hào)，就緒和應(yīng)答等定時(shí)信號(hào)都在時(shí)鐘的上升沿有效，這樣信號(hào)的有效時(shí)間限制在時(shí)鐘到達(dá)的時(shí)刻，而不受其他時(shí)間的信號(hào)干擾。這種通信方式稱為半同步通信方式。 4）分離式通信控制 基本思想：將一個(gè)傳輸操作事務(wù)分成兩個(gè)子過程。在diyi個(gè)子過程中，主控設(shè)備A在獲得總線使用權(quán)后，將請(qǐng)求的事務(wù)類型（即總線命令）、地址以及其他有關(guān)信息（如標(biāo)識(shí)主控設(shè)備身份的編號(hào)等）發(fā)送到總線上，從設(shè)備B記錄下這些信息。主控設(shè)備發(fā)完這些信息后便立即釋放總線，這樣其他設(shè)備便可使用總線。在第二個(gè)子過程中，從設(shè)備B收到主控設(shè)備A發(fā)來的信息后，就按照其請(qǐng)求的命令進(jìn)行相應(yīng)的操作，當(dāng)準(zhǔn)備好主控設(shè)備所需的數(shù)據(jù)后，從設(shè)備B便請(qǐng)求使用總線，一旦獲得使用權(quán)，則從設(shè)備B就將主控設(shè)備A的編號(hào)及所需的數(shù)據(jù)等送到總線上，這樣主控設(shè)備A便可接收數(shù)據(jù)。 優(yōu)點(diǎn)：提高整個(gè)系統(tǒng)的總有效帶寬。 缺點(diǎn)：控制相當(dāng)復(fù)雜，開銷大。

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