1、现场总线技术 本章内容 2.1 工业网络通信基础工业网络通信基础通信：2.1 工业网络通信基础工业网络通信基础2logbitbaudRRM2.1 工业网络通信基础工业网络通信基础2.1 工业网络通信基础工业网络通信基础1001011数据时钟曼彻斯特码2.1 工业网络通信基础工业网络通信基础2.1 工业网络通信基础工业网络通信基础2.1 工业网络通信基础工业网络通信基础数据传输时，数据流是以串行方式逐位地在一条信号上传输。具有成本低、容易实现、控制简单、长距离通信可靠性高等的特点，应用最为广泛 将数据以成组的形式在多条并行的通道上同时传输。传输速率高，但需要的数据线多，短距离可以忍受；长距离通信
2、时，会有成本和可靠性差等问题。并行传输一般用于计算机和打印机间的通信 。2.1 工业网络通信基础工业网络通信基础该方法以字符为单位发送数据，一次传送一个字符，每个字符可以是5位或8位，在每个字符前要加上一个起始位，用来指明字符的开始；每个字符后面还要加上一个终止码，用来指明字符的结束。异步传输使用的是字符同步方式。异步传输方式下的每一个字符的发送都是独立和随机的，它以不均匀的传输速率发送，字符间隔是任意的。 该方法是以数据块（帧）为单位进行传输的，数据块的组成可以是字符块，也可以是位块。在同步传输时，发送端和接收端必须同步。同步传输时，在每个数据块的前面加上一个起始标志，指明数据块的开始；在数
3、据块的后面也要加一个标志，指明数据块结束，接收方根据起始标志和结束标志成块的接收数据。2.1 工业网络通信基础工业网络通信基础数据在通信线路上传输时，由于各种各样的干扰和噪声的影响，往往会使接收端不能收到正确的数据，这就产生了差错，即误码。 产生差错的原因：信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位的畸变；信号反射；串扰；闪电、大功率电机的启停等。线路传输差错是不可避免的，但要尽量减小其影响。如何提高通信质量？采用高质量的通信线路在外部采取抗干扰措施2.1 工业网络通信基础工业网络通信基础2.1 工业网络通信基础工业网络通信基础2.1 工业网络通信基础工业网络通信基础2.1 工业网络通信基础工业网
4、络通信基础2.1 工业网络通信基础工业网络通信基础2k2.2 工业网络物理结构工业网络物理结构工业控制系统中常用的信号电缆就是双绞线。2.2 工业网络物理结构工业网络物理结构2.2 工业网络物理结构工业网络物理结构2.2 工业网络物理结构工业网络物理结构2.2 工业网络物理结构工业网络物理结构2.2 工业网络物理结构工业网络物理结构带冲突检测的载波监听多路访问方式CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect）；令牌环（Token Ring）介质访问方式；令牌总线（Token Bus）介质访问方式。2.2 工业网络物理结构工业网络物
5、理结构2.2 工业网络物理结构工业网络物理结构2.2 工业网络物理结构工业网络物理结构2.2 工业网络物理结构工业网络物理结构2.2 工业网络物理结构工业网络物理结构2.2 工业网络物理结构工业网络物理结构2.3 开放系统互联模型开放系统互联模型2.3 开放系统互联模型开放系统互联模型2.3 开放系统互联模型开放系统互联模型2.3 开放系统互联模型开放系统互联模型2.3 开放系统互联模型开放系统互联模型2.3 开放系统互联模型开放系统互联模型 概述: 实现在物理媒体上透明地传送原始比特流。定义了激活、维护和关闭终端用户之间机械的、电气的、功能和规程特性。基本功能:，规定所使用的导线类型、连接器
6、接口类型和型号等，实现在物理介质上传输原始的比特流数据，而不管数据的类型和结构如何。 机械特性：接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列方式、固定和锁定方式等。 电气特性：信号线的连接方式、发送器和接收器的电气参数（包括阻抗、信号电平、传输速率和距离限制等）以及互联电缆的有关技术规定。 功能特性：物理接口各信号线的用途，即说明某条线上出现的某一电平表示何种意义。 规程特性：使用信号线实现比特流传输过程中，在建立、维持和释放物理信道时通信双方在各电路上的动作序列，即信号时序的应答关系和操作过程。2.3 开放系统互联模型开放系统互联模型 概述：在物理线路上提供可靠的数据传输，使之对网络层呈现为一
7、条无错的线路。有的系统（比如现场总线控制系统）中数据链路层又分为：媒体访问控制子层（媒体访问控制子层（MAC）和逻辑链）和逻辑链路控制子层（路控制子层（LLC）。 媒体访问控制子层：负责解决共享信道的媒体访问控制，实现对共享信道的“交通”管理，并检测传输线路的异常情况。 逻辑链路控制子层：完成通常意义下的数据链路层功能，在节点间对帧的发送、接收进行控制，同时检测传输错误。基本功能：由于外界噪声和干扰等原因，传输比特流时可能发生差错，数据链路层就是通过校验、确认和反馈重发等手段改正差错，该层将比特流组合成帧（frame），在一个帧中，包含有地址、控制域、数据域和校验码。总之，其功能包括：成帧、纠
8、错和流量控制。2.3 开放系统互联模型开放系统互联模型 概述：在源端与目的端之间建立、维护、终止网络的连接。基本功能：解决多条链路组成通路的数据传输问题，为网络内的终端提供通路，完成路由和分组。按照一定的算法进行路由选择，包括路径选择、网络流量控制、网络连接等。在网络层，数据的传送单位是报文或报文分组。 概述：为源端主机到目的端主机提供可靠的数据传输服务；屏蔽各类通信子网的差异，使上层不受通信子网技术变化的影响。基本功能：中间层，核心。传输层以上各层：面向应用；以下各层：面向传输。传输层位于资源子网和通信子网的交界处，起着承上启下的作用。为高层从源端机到目的机提供可靠的数据传输服务。完成端到端
9、的差错纠正和流量控制，并实现两个终端系统之间传送的分组数据无丢失、无重复、无差错、分组顺序正确。2.3 开放系统互联模型开放系统互联模型概述：会话就是为完成一项任务而进行的一系列相关的信息交换。会话层用于建立、管理和中止不同机器上的应用程序之间的会话。基本功能：会话层以下各层是面向通信的，以上各层是面向应用的，其基本任务包括会话连接管理和会话数据交换两大部分。在传输层基础上增加一些协调对话的功能。如它可以给大量传送的数据打上标记，网络故障时，仅需从最近的同步点重新传送不需从头开始。 概述：表示层以下五层关心的是可靠的数据传输，而表示层关心的是所传输的数据信息的语法和语义。处理被传送数据的表示问
10、题，即信息的语法。如有必要，使用一种通用的数据表示格式在多种数据表示格式之间进行转换。基本功能：为保证数据传输后意义不变，对源端机的数据进行编码，形成适合传输的比特流；到了目的机进行解码，转换成用户要求的格式。2.3 开放系统互联模型开放系统互联模型 概述：应用层为用户的应用程序提供网络通信服务，识别并证实目的通信方的可用性，使协同工作的应用程序之间进行同步，判断是否为通信过程申请了足够的资源。基本功能：用户与底层协议之间的接口，为用户提供应用服务，例如E-mail、WWW、FTP。应用层的功能和内容取决于用户的需要，可自行决定完成什么样的功能和使用什么协议。2.3 开放系统互联模型开放系统互
11、联模型 OSI参考模型禁止不同主机的对等层之间的直接通信。每一层必须依靠相邻层提供的服务来与另一台主机的对应层通信。2.3 开放系统互联模型开放系统互联模型 OSI参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元(PDU,Protocol Data Unit)。2.3 开放系统互联模型开放系统互联模型2.3 开放系统互联模型开放系统互联模型2.3 开放系统互联模型开放系统互联模型 1）现场总线通信协议的基本要求通信介质的多样性：支持多种通信介质，以满足不同场合与环境的要求。信息传递的实时性、确定性和完整性：信息交换准确、及时、快速，且对象明确。这是工业通信与民用通信最大的区别。可靠性：应具备各种抗干扰能力和完善的自诊断及纠错能力。互操作性：不同厂商制造的总线设备可在同一个总线系统中相互通信和操作。开放性：基本符合OSI参考模型，形成一个开放的系统。 2）制定原则 开放性的标准：参考OSI模型2.3 开放系统互联模型开放系统互联模型3）各层的主要功能：）各层的主要功能：第一层：物理层（Physical Layer）； 第二层：数据链路层（Data Link Layer）：分为媒体访问控制（MAC）和逻辑链路控制（LLC）；第三层：应用层（Application Layer）； 第四层：用户层（User Layer）。习 题
