通信功能与总线接口

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1、目录第1章概述第2章智能传感器系统中经典传感技术基础第3章不同集成度智能传感器系统介绍第4章智能传感器的集成技术第5章智能传感器系统智能化功能的实现方法第6章通信功能与总线接口第7章智能技术在传感器系统中的应用第8章智能传感器系统的设计与应用第9章无线传感器网络技术概述第6章通信功能与总线接口要点：现场总线与智能传感器；CAN接口技术；IEEE1451标准；工业以太网络技术。第6章通信功能与总线接口一个庞大的多点、多参数测控系统是由为数众多的现场设备及传感器或变送器组成。随着信息技术的迅速发展，基于传统技术的分散型控制系统（DCS）越来越表现出它的许多不足之处：不能适应

2、庞大的复杂系统控制的需要；随着规模增大，系统变得过于复杂，成本较高。为解决上述问题，通过向计算机网络控制扩展，将过程控制、监督控制和管理调度进一步结合起来，加强系统功能。采用专家系统，制造自动化协议标准，以及硬件上诸多新技术。乃致二十世纪八十年代中后期陆续出现了多种不同形式的现场总线，如：HART、CAN、PROFIBUS、FF、LONWORKS等。在多种现场总线共存的情况下，主要的问题就是：尚无一个最完善、最具有权威性、一致公认、统一的标准协议。为解决上述问题，在多方的共同努力下，目前基本上有望以IEEE1451标准和工业以太网协议作为控制领域针对底层和控制层及其以上

3、层统一的标准协议。§6.1.1现场总线控制系统中的智能传感器与现场总线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。现场总线控制系统的出现是生产与管理自动化、信息网络化发展的一种必然结果。FCS的典型结构：现场总线的节点是现场设备或现场仪表。监控机用于管理挂接在现场总线上的各种智能仪表或传感器、执行器等。§6.1现场总线与智能传感器现场总线控制系统中的传感器与仪表1、特点1）传感器与仪表是智能化的，智能仪表为现场总线的出现奠定了基础；2）具有自校准、自补偿功能；3）具有自我管理的功能；

4、4）成为对单一量的自行测量、自行数据处理、自行分析判断、决策的控制系统，亦即就地控制；5）具有标准数字总线接口。2、与传统集散控制系统的比较1）传统控制系统是信息集中处理分散控制，而现场总线中设备本身兼具处理与控制功能，亦称分散智能。如同现在经济建设中的宏观调控（相对于计划经济）。2）与上位机的关系仅仅是通报信息，接受宏观调控。现场总线控制系统中的现场总线它是用于现场总线仪表与控制室系统之间的一种全数字化、串行、双向、多站的通信网络。实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警显示、监控、优化及管控一体化的综合自动化功能。物理层：一般采用双绞线。1、特点：全数字化通信；通信线

5、供电，开放式互联网络1）全数字化通信“DCS”是“半数字”系统，现场总线是“纯数字”系统，因此它具有强的抗干扰能力，通过校验检验可进一步提高信号传输的正确性，这样可使得过程控制的准确性和可靠性更高，从而使整个控制水平进入到一个高的层次，产生间接的经济效益。2）通信线供电类似于电话，可进一步提高控制现场的安全性。前提：低功耗现场仪表；基础：集成化和智能化。3）开放式互连网络可实现同层网络相连和不同层网络相连。前提：统一的标准数字化总线接口；遵守统一的通信协议。问题：现场总线仪表、设备种类繁多。最终的效果：即插即用，自由组态。4）专门为过程控制而设计工业过程控制的要求：高完

6、整性、高可靠性、本质安全。工业环境的特点：高温、高压、有毒、爆炸性、电磁干扰、机械振动、放射性等。2、现场总线的优越性1）成本低。节省硬件数量与投资；减少变送器的数量；不需要DCS系统的信号调理、转换、隔离等功能单元及复杂接线；可用工控PC作操作站。2）节省安装费用，可节约安装费用60％以上。3）节省维护费用，由于现场设备具有自诊断及简单故障处理能力。4）用户具有高度的系统集成自主权。5）提高了系统的准确性与可靠性。§6.1.2现场总线网络协议模式我们前面讲到现场总线的推广应用，需要有统一的标准数字化总线接口和通信协议。那么这个统一的协议模式应该是什么样的呢？我们先了解

7、一下按照国际标准化组织（ISO）制定的开放系统互连（OSI）的参考模型：见下图开放系统互连是指：在终端设备、节点计算机之间借助于通信线路交换信息时，所需遵循的那些标准协议。OSI模型的主要结构思想之一是功能结构分层的原则。任何一个主机节点相对于另一个主机节点的同等层之间，都有对应的通信协议。同等层之间的通信是每一层把数据和控制信息送到下一层，这样层层下传，各层分别执行本层特有的功能，直到最低物理层将信息传送给另一节点主机的物理层，进行实际的物理通信，两个节点高层之间只存在着虚拟的通信。低三层可以用（通信子网协议）分组交换网协议。1）物理层