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1、总线基本概念部分1、现场总线的概念 P1： 现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行 多节点数字通信的技术。2、现场总线的5个发展阶段P2：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数字控制系统集散控制系统DCS现场总线控制系统FCS3、现场总线分类 P3：（目前现场总线产品主要是低速总线产品，应用于运行速率较低的领域，对网络的性能要求不是很高。高速现场总线主要应用于控制网内的互连，连接控制计算机、PLC等智能程度较高、处理速 度快的设备，以及实现低速现场总线网桥间的连接,它是充分实现系统的全分散控制结构所必须的。） 传感器总线和设备总
2、线统称为现场总线;按通信帧的长短，把数据传输总线分为：传感器总线，设备总线和现场总线；ASI总线，传感器总线，位级数据总线；CAN总线，设备总线，字节级数据总线；ControlNet，PROFIBUS，Foundation Fieldbus总线，现场总线,数据块级数据总线；4、现场总线的技术特点 P8: 1。系统的开放性 2。可操作性与互用性 3。现场设备的智能化与功能自治性 4。通信的实时性和确定性 5。对现场环境的适应性5、现场总线的优势与劣势 P9：优势：1.节省硬件数量与投资；2.节省安装费用；3。节约维护开销；3.用户具有高度的系统集 成主动权；4。提高了系统的准确性与可靠性劣势：网
3、络通信中数据包的传输延迟，通信系统的瞬时错误和数据包丢失,发送与到达次序的不 一致等，都会破坏传统控制系统原本具有的确定性，是的控制系统的分析和综合变得更复杂，使控 制系统的性能受到负面影响。6、总线操作、总线仲裁概念 P15总线操作：总线上数据发送者与接受者之间的连接数据传送脱开这一操作序列成为一 次总线操作。这里的连接指在相同或不同设备内,通信对象之间的逻辑绑定.连接完成之后通信报文的 发送与接收过程，或者数据的读写操作过程,称为数据传送.而脱开则指完成一次或多次总线操作后, 断开发送者与接受者之间的连接关系，放弃对总线的占有权.总线仲裁：由于总线是多个设备之间信号传输的公共路径,当有一个
4、以上设备企图同时占用总线 时就可能会发生冲突。总线仲裁指对总线冲突的处理过程，根据某种裁决规则来确定下一个时刻具 有总线占有权的设备。某一时刻只允许一个设备占用总线，等到他完成总线操作，释放总线占有权 后,才允许其他设备占用总线。7、信道容量香农公式 P24：信道容量的香农计算公式：C=W *10g2 （1+S/N）（以2为底的对数）；W：信道带宽 ；S/N:信噪比 提高带宽或信噪比能增加信道容量； 在信道容量一定时，带宽与信噪比之间可以相互弥补。信道容量随信噪比的提高增加了许多；由于噪声功率N=WnO （ n0为噪声的单边功率谱密度），因而随着带宽W的增大，噪声功率N也会增大所以增加带宽W并
5、不能无限制地使信道容量增大。数据的传输速率应该在信道容量容许的范围之内-考虑到噪声环境。8、模拟数据编码 P25:采用模拟信号的不同幅度、不同频率、 不同相位来表达数据的0，1状态的，称为摸拟数据编 码；用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0 、1 状态的,称为数字数据编码。 通过编码将数据转换成适合于传输的物理信号.(编码指将数据转变为信号的一系列规则)模拟数据编码采用模拟信号来表达数据的 0，1 状态。信号的幅度、频率、相位是描述模拟信号的参数:* 幅值键控(ASK Amplitude-Sheft Keying)又称键控调幅* 频移键控(FSK Frequency-Sheft Keying
6、 )又称键控调频* 相移键控(PSK PhaseSheft Keying)又称键控调相9、数据传输方式分类 P26-29：1。按数据流的组织方式分：并行通信,串行通信.2。按信息同时传输的方向分:单工通信，半双工通信，全双工通信。3. 按传输信号的频率范围分:基带传输，宽带传输。4. 按通信的同步方式分：同步通信，异步通信。 串行传输具有易于实现,在长距离连接中可靠性高等优点，适合远距离的数据通信； 并行传输典型应用:计算机的串口与并口；基带传输-在基本不改变数据信号频率的情况带信号，即基本按数据基波的原样传-传输过程对信号不采用调制措施。-属于被广泛采用的数据传输方式载波传输-发送设备要产生
7、某个频率的信号作为载波来承载数据信；-按幅值键控，频移键控、相移键控等不同调制方式改变波信号的幅值、频率、相位，形成承载了数据的调制信； -发送承载了数据的载波信号，即载波传输。-载波传输中传输的调制信号与数据基波的差别较大。同步传输用于：一块电路板元器件之间传送数据；短距离数据通信,如连接电缆在30 - 40cm甚至更短；同步传输适合高速传输；长距离数据通讯时同步传输的代价较高，容易受到噪声的干扰10、传输差错的检测方法 P3031：检错仅识别错误的出现，不判别哪一位或哪些位出现了错误； 常用检错方法：冗余：如对每个字符都传输两次。如果没有能够连续两次收到相同的字符,就意味着发生了一个传 输
8、错误.回送:*将接收到的信号回送给发送者如在操作人员手工键盘输入的应用场合，接收端把收到的每一个字符都回送给操作人员， 让操作人员来确认字符是否被正确输入。如通过回送发现了传输错误则重传。奇偶校验：在每个字符或字节中添加奇偶校验位，使得一个字符或字节中1的总个数总是奇数，为奇校验；添加奇偶校验位，使得一个字符或字节中1的总个数总是偶数，为偶校验; 奇偶校验应用简单，但可能漏掉大量错误;求和校验：在发送端对传输数据求和,将校验和附在数据之后一并发送;接收端也对收到的数据求和,如果求得的 校验与接收到校验和有差异,就判断通信出错；校验和能检测出95%的错误;计算量大于奇偶校验方法；循环冗余校验 C
9、RC( Cyclic Redundancy Code):按照要发送数据的位序列形成一个多项式f(x),f(x)的各项系数为数据序列的0、1状态；用预先约定的生成多项式G(x )去除f(x)，求得一个余数多项式R ( x); 将余数多项式加到数据多项式之后发送；接收端用同样的生成多项式G(x )去除接收数据多项式(X),得到计算余数多项式； 如果计算余数多项式与接收余数多项式相同，则表示传输无差错;如果计算余数多项式不等于接收 余数多项式，则表示传输有差错。CRC的计算规则：采用即减法不借位，加法不进位的异或操作。CRC能检测出约99。95%的错 误 与前几种方法相比，其计算量大;11、前向差错
10、纠正的冗余位判断 P34：前向差错纠正-在接收端检测和纠正差错，无需请求重发將一些额外的位按照某种方式进行编码，加入到通信数据中。根据这些位的状态可检测到一定数量的错误并进行纠正。增加这些额外的位增加了通信开 支，也增加了计算量海明(R。W.Hamming )码常用于前向差错纠正。海明码的编码规则 发送端:-根据要传输的数据单元的长度，确定冗余位的个数；-确定各冗余位在数据单元中的位置；-计算出各冗余校验位的值-排列成包含冗余校验位的数据序列，按此序列发送 接收端:-按与发送方相同的方法，计算出接收数据的冗余校验位，排列成包含冗余校验位的数据序列;-将按计算结果排列出的数据序列与接收到的数据序
11、列比较，判断传输过程是否有错。是哪一 位出错,并将出错位取反，以纠正该错误。12、控制网络与计算机网络的异同 P38 ：网络节点-计算机网络：计算机、工作站、打印机、显示终端 -控制网络：除了以上设备之外，还有PLC、数字调节器、开关、马达、变送器、阀门、按钮等。为 内嵌有CPU、单片机或其它专用芯片的设备，或功能简单的非智能设备；工作环境-计算机网络：办公室-控制网络：工业生产现场，酷暑严寒、粉尘、电磁干扰、震动、易燃易爆环境（本质安全），总线供电的需求；任务计算机网络：传输文件、图象、话音等。许多情况下有人参与。 控制网络：传输工业数据（图象），承担自动测控任务。许多情况下要求自动完成。（
12、特点 实时性；可靠性的要求高；数据帧包含的字节数少）13、曼切斯特编码和差分曼切斯特编码 P25：* 曼彻斯特编码规则:-把时间划分为等间隔的小段。-其中每小段代表一个比特（位/bit ）。-每个比特时间又被分为两半，前半段所传信号是该时间段比特值的反码，后半段传送的是该比特值本身.-从高电平跳变到低电平表示0,从低电平跳变到高电平表示1。 特点：-其波形中间点总有一次信号电平的变化，因而具有使网络上各节点保持时钟同步的内在时钟信息-信号本身携带有同步信息无需另外传送同步信号。差分码 用时钟周期起点电平的变化与否代表数据“1”、“0”状态的编码;-时钟周期起点电平变化代表“1”，不变化代表“0
13、” ；-差分码按初始状态为高电平或低电平，有相位截然相反两种波形 差分曼彻斯特编码-时钟周期起点电平的变化与否代表数据的“1”、“0状态。 既具有差分码的特点,又具有曼彻斯特编码的特点。14、控制网络的实时性要求P41：（控制网络由具备通信能力的测量控制设备作为网络节点连接构成的能相互沟通信息，共同完成 测控任务的网络系统）控制网络应该满足对控制的实时性要求：如准确定时刷新变量数据，生产工艺要求分布节点间的动 作应满足一定的时序要求，如由PLC控制的一个控制的一个生产装置不同部件的动作时序与时限， 而且它们的动作通常需要严格互锁。15、控制网络的网络拓扑结构P42-43:网络的拓扑结构:指网络
14、中节点的互联形式;环形、星形、总线形和树形 ；16、载波监听多路访问/冲突检测的工作原理P47： 网络上的任何节点都没有预定的通信时间，随机向网络发起通信； 多个节点同时发起通信，使信号在传输线上相互混淆而遭破坏,称为“冲突”；为避免冲突,每个节点在发送信息之前，都要侦听传输线上是否有信息在发送,这就是载波监听；17、几种典型控制网络的通信模型P55（ppt上只给出了第一张图片的内容）：P55现场总线部分1、CAN总线的主要技术特点、技术规范、报文帧类型、帧结构、网络控制体系以及常 见的CAN通信控制器CAN的主要技术特点:1。CAN 网络上的节点不分主从（任一节点均可在任意时刻主动地向网络上
15、其他节点发送 信息， 通信方式灵活）；2。CAN 采用非破坏性的总线仲裁技术（载波监听多路访问、逐位仲裁；先听再讲;当多个节点同时 向总线发送信息时，优先级较低的节点 会主动地退出发送,而最高优先级的节点可不受影响地继续 传输数据，从而节省了总线冲突的仲裁时间）；CAN 网络上的节点具有不同的优先级-可满足对实时性的不同要求-高优先级的数据可在134微秒内得到传输3。通过报文滤波可实现点对点、一点对多点及全局 广播等几种方式收发数据，无需专门的“调度”；4。CAN的直接通信距离 最远可达10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可达1Mbps（此时通 信距离最长为40m）；5。CAN总线上的节点数决定于总线驱动电路，一般为可达110个；6。报文标识符 -CAN2.0A为2032种- CAN2。0B扩展帧的报文标识符几乎不受限制；7。CAN 为短帧结构，传输时间短,受干扰概率低；8。CAN 节点具有良好的检错功能，出错率低；（ 节点中均有错误检测、标定和自检能力。 具有
