计算机控制技术电子教案省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第第7章章 总线技术总线技术第1页二二五五四四7.1 总线概述总线概述7.2 现场总线现场总线7.3 现场总线原理和发展概况现场总线原理和发展概况7.4 几个经典现场总线几个经典现场总线7.5 经典控制网络体系结构经典控制网络体系结构第2页7.1 总线概述总线概述一一 总线产生与发展总线产生与发展 总线定义：总线定义：总线是一组信号线集合。这些线是系总线是一组信号线集合。这些线是系统各插件间统各插件间(或插件内部芯片间或插件内部芯片间)、各系统之、各系统之间传送要求信息公共通道，有时也称数据公间传送要求信息公共通道，有时也称数据公路，经过它们能够把各种数据和命令传送到路，经过它们能够把各种数据和命令传送到各自要去地方。各自要去地方。第3页二二 总线分类总线分类1、依据总线不一样结构和用途分为：、依据总线不一样结构和用途分为：(1)专用总线专用总线 我们将只实现一对物理部件间连接总线称为专我们将只实现一对物理部件间连接总线称为专用总线。用总线。(2)非专用总线非专用总线 非专用总线能够被各种功效或多个部件所共享，非专用总线能够被各种功效或多个部件所共享，所以也称之为共享总线。所以也称之为共享总线。第4页2、依据总线用途和应用环境分、依据总线用途和应用环境分(1)局部总线局部总线 局部总线又称为芯片总线。它是微处理器总局部总线又称为芯片总线。它是微处理器总线延伸，是微处理器与外部硬件接口通路，通常线延伸，是微处理器与外部硬件接口通路，通常包含地址总线、数据总线和控制总线三类。包含地址总线、数据总线和控制总线三类。图图 7-1 局部总线局部总线第5页(2)系统总线系统总线 系统总线又称内总线和板线总线，即微型计系统总线又称内总线和板线总线，即微型计算机总线，用于各单片机微处理机之间、模块之算机总线，用于各单片机微处理机之间、模块之间通信，可用于间通信，可用于STD总线、总线、VME总线、总线、PC总线等。总线等。图图 7-2 系统总线系统总线第6页(3)外总线外总线 外总线又称为通信总线，用于微处理机与其外总线又称为通信总线，用于微处理机与其它智能仪器仪表间通信。外总线通常经过总线控它智能仪器仪表间通信。外总线通常经过总线控制器挂接在系统总线上。制器挂接在系统总线上。图图 7-3 7-3 外总线外总线第7页3、依据总线传送信号形式分、依据总线传送信号形式分(1)并行总线并行总线 假如用若干根信号线同时传递信号，就组成假如用若干根信号线同时传递信号，就组成了并行总线，并行总线特点是能以简单硬件来运了并行总线，并行总线特点是能以简单硬件来运行高速数据传输和处理。行高速数据传输和处理。(2)串行总线串行总线 串行总线是按照信息逐位次序传送信号。其串行总线是按照信息逐位次序传送信号。其特点是能够用几根信号线在远距离范围内传递数特点是能够用几根信号线在远距离范围内传递数据或信息，主要用于数据通信。据或信息，主要用于数据通信。第8页7.2 7.2 现场总线现场总线一一 现场总线介绍现场总线介绍 1、现场总线、现场总线 现场总线是应用在生产现场，在微型计算机现场总线是应用在生产现场，在微型计算机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信系统，也被称为开放式、数字化、多点通信底信系统，也被称为开放式、数字化、多点通信底层控制网络。层控制网络。第9页 2、以现场总线为纽带网络集成式分布控制、以现场总线为纽带网络集成式分布控制系统系统 现场总线造成了传统控制系统结构变革，现场总线造成了传统控制系统结构变革，形成了新型网络集成式全分布控制系统形成了新型网络集成式全分布控制系统现场总线控制系统现场总线控制系统FCS(Fieldbus Control System)。这是继基地式气动仪表控制系统、。这是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统数字控制系统、集散控制系统 DCS 后新一后新一代控制系统。代控制系统。第10页 图图7-47-4各阶段测控仪表能力指数示意图各阶段测控仪表能力指数示意图 第11页3、现场总线是底层控制网络、现场总线是底层控制网络 底层控制网络与工厂现场设备直接连接，底层控制网络与工厂现场设备直接连接，首先将现场测量控制设备互联为网，实现不首先将现场测量控制设备互联为网，实现不一样网段、不一样现场通信设备间信息共享；一样网段、不一样现场通信设备间信息共享；同时又将现场运行各种信息传送到远离现场同时又将现场运行各种信息传送到远离现场控制室，并深入实现与操作终端、上层控制控制室，并深入实现与操作终端、上层控制管理网络连接和信息共享。管理网络连接和信息共享。第12页二二 现场总线种类现场总线种类(1)全功效数字网络全功效数字网络 (2)传感器网络传感器网络 (3)数字信号串行线数字信号串行线第13页三三 现场总线未来现场总线未来(1)能否出现全世界统一现场总线标准能否出现全世界统一现场总线标准(2)现场总线能否全方面取代现时风靡世界现场总线能否全方面取代现时风靡世界 DCS系统系统第14页 7.3 现场总线原理和发展概况现场总线原理和发展概况一一 现场总线实质现场总线实质 1、现场总线定义、现场总线定义(1)ISA SP50中对现场总线定义中对现场总线定义 现场总线是一个串行数字数据通信链路，现场总线是一个串行数字数据通信链路，它沟通了过程控制领域基本控制设备它沟通了过程控制领域基本控制设备(即场地即场地级设备级设备)之间以及与更高层次自动控制领域自之间以及与更高层次自动控制领域自动化控制设备动化控制设备(即车间级设备即车间级设备)之间联络。之间联络。第15页(2)国际电工委员会国际电工委员会IEC标准和现场总线基金会标准和现场总线基金会FF定定义义 现场总线是连接智能现场设备和自动化系统数现场总线是连接智能现场设备和自动化系统数字式、双向传输、多分支结构通信网络。现场总线字式、双向传输、多分支结构通信网络。现场总线本质含义表现在以下本质含义表现在以下6个方面：个方面：现场通信网络现场通信网络 现场设备互联现场设备互联 互操作性互操作性 分散功效块分散功效块 通信线供电通信线供电 开放式互联网络开放式互联网络 第16页 各厂家制订产品协议依据是国际标准组织各厂家制订产品协议依据是国际标准组织（ISO）开放系统互联（）开放系统互联（OSI）协议。）协议。OSI协议是为计算机联网而制订协议是为计算机联网而制订7层参考模层参考模型，各厂家在实际制订自己通信协议时，并非型，各厂家在实际制订自己通信协议时，并非都在产品中实现了这都在产品中实现了这7层协议，而往往依据侧层协议，而往往依据侧重点不一样，仅仅实现该重点不一样，仅仅实现该7层子集。层子集。2、现场总线协议、现场总线协议第17页 从物理结构来看，现场总线系统有两个主从物理结构来看，现场总线系统有两个主要组成部分：一是现场设备；二是形成系统传要组成部分：一是现场设备；二是形成系统传输介质。输介质。现场总线拓扑结构有很各种，如总线型、现场总线拓扑结构有很各种，如总线型、环型、树型、星型及混合型等。环型、树型、星型及混合型等。3、系统组成、系统组成第18页二二 现场总线结构现场总线结构现场总线结构模型现统一为层，分别是：现场总线结构模型现统一为层，分别是：1、物理层、物理层2、数据链路层、数据链路层3、应用层、应用层4、用户层、用户层第19页三三 现场总线发展概况现场总线发展概况1、现场总线是综合自动化发展需要、现场总线是综合自动化发展需要2、智能仪表为现场总线出现奠定了基础、智能仪表为现场总线出现奠定了基础 3、现场总线将朝着开放系统、统一标准方向、现场总线将朝着开放系统、统一标准方向 发展发展第20页四四 现场总线特点现场总线特点(1)系统开放性系统开放性(2)互可操作性与互用性互可操作性与互用性(3)系统结构高度分散性系统结构高度分散性(4)对现场环境适应性对现场环境适应性(5)一对结构一对结构(6)可控状态可控状态(7)交换性交换性(8)综合功效综合功效(9)统一组态统一组态第21页7.4 几个经典现场总线几个经典现场总线1、控制层现场总线、控制层现场总线Control Net 2、设备层现场总线、设备层现场总线 Device Net 3、Profibus现场总线现场总线4、FF总线总线5、LonWorks控制网络和控制网络和Lon总线总线6、CAN总线总线7、Modbus 协议协议第22页7.5 经典控制网络体系结构经典控制网络体系结构 经过发展，工业控制网络简化为以下几个经过发展，工业控制网络简化为以下几个基本层次：基本层次：(1)信息层信息层 (2)控制层控制层 (3)设备层设备层第23页图图7-5 7-5 经典经典3 3层网络结构层网络结构第24页