几种控制网络特色.ppt

1、第7章 几种控制网络的特色技术,几种控制网络的特色技术,ControlNetInterbusASIDeviceNet蓝牙无线微微网,ControlNet,ControlNet被称为高速工业控制网。属于IEC 标准子集之二。主要用于与计算机之间的通信网络。用于逻辑控制或过程控制系统数据传输速率为5,可寻址节点数为99。在一般应用场合，物理媒体采用RG-6/U 电视电缆和标准连接器,传输距离为1000。在野外、危险场合以及高电磁干扰的场合可采用光纤介质，距离可长达25公里。EthernetControlNetDevicenet的网络结构是ControlNet的典型应用形式,ControlNet的通

2、信参考模型,并行时间域多路存取,并行时间域多路存取简称为CTDMA（Concurrent Time Domain Multiple Access），是Controlnet网络系统通信中采用的特色技术之一。CTDMA是由通信模型中物理层与数据链路层所完成的功能。,并行时间域多路存取依靠生产者/消费者通信模式来完成。报文数据的产生者充当这一通信模式中的生产者，从网络中取用数据的各节点称为消费者发送的报文按内容标识。节点接收数据时,仅需识别与此报文关连的特定标识符数据源只需将数据发送一次。多个需要该数据的节点通过在网上识别这个标识符,同时从网络中获取来自同一生产者的报文数据，因而称之为并行时间域多路

3、存取。,CTDMA传输模式的优点,一是提高了网络带宽的有效使用率。数据一旦发送到网络上,多个节点就能够同时接收，无需象主从通信模式那样，同一数据需要在网络上重复传送，逐一送到需要该数据帧的节点。当更多设备加载到网络时也不会增加网络的通信量二是数据同时到达各节点，可实现各节点的精确同步化,Controlnet 的MAC帧结构,a.,b.,c.,图a.表示了数据域中各链路包的构成，包括链路包的字段大小（字节对的数量）、控制、标识CID和链接数据组成。C.中的通用CID包含3个字节。其组成如图10.3c.所示。其中包含：连接类型，如多点传送或点对点连接；组号；MAC地址；连接号。,2个字节的带固定标

4、签CID如图b.所示，它采用非连接型通信方式，用于传送非I/O数据。第1个CID字节指明所提供的服务，在Contro1Net技术规范第三部分中规定了这些服务及其代码。比如 0X83为提供非连接数据管理服务的代码。第2个CID字节是目的节点的地址。它可以是一个MAC地址可以是广播地址OXFE。,同一MAC帧中的不同链路包,通信调度的时间分片方法,ControlNet针对控制网络数据传输类型的需要，设计了通信调度的时间分片方法可满足对时间有严格要求的控制数据的传输需要/刷新PLC之间的数据传递也可满足信息量大、对时间没有苛求的数据与程序的传输远程组态、调整、故障查询等,时间分片划分示意图,Cont

5、rolnet的虚拟令牌,Controlnet通信中采用虚拟令牌访问机制令牌隐含在普通数据帧中网络上不存在专门起令牌作用的帧每个节点都有一个唯一的地址(199)每个节点都设有一个隐性令牌寄存器节点监视收到的每个报文帧的源地址隐性令牌寄存器的值为收到的源地址加1如果隐性令牌寄存器的值与某个站点自己的地址相等,意味着得到了虚拟令牌，该站点就可立即发送数据。所有站点的隐性令牌寄存器在任一时刻的值都应相同,虚拟令牌的传递,如果站点得到隐性令牌时没有数据发送,从传递虚拟令牌的角度，它需发送一个空帧的报文空帧中会含有本站点的地址，使各节点的隐性令牌寄存器能正常工作。以传递虚拟令牌。,Controlnet的显

6、性报文与隐性报文,显性报文指含有协议信息报文。发送与接收方都按协议规定来理解这些代码 根据协议中对报文和对象的相关规定，该显性报文用于设置对象属性。它将7#类1#实例的3#属性设置为0500。发送与接收方都按协议规定来理解这些代码 隐性报文。隐性报文的数据域中没有协议信息，一般为应用对象之间传送的特定I/O数据，接收者知道数据的含义,设置对象属性的显性报文,服务代码 类型 属性 路径 实例 服务数据,Interbus的通信特色,Interbus属于传感器执行器层的串行快速总线，是早期形成的几种总线技术之一已成为德国国家标准DIN19258，欧洲标准EN50254和IEC61158的国际现场总线

7、标准子集。Interbus广泛地应用于制造业和加工行业，如汽车、造纸、烟草、印刷、仓储、船舶、食品、冶金、木材、纺织、化工等。具有协议简单，帧结构独特，数据传输无仲裁等特点,Interbus协议覆盖物理层、数据链路层和应用层。传输介质有双绞线、光纤等。传输介质为双绞线时，物理层采用RS485标准通信速率为500Kbps。在远程节点间的距离可达400米，本地总线分支长度为10米，远程总线距离可达25.6km，系统通常采用树状网络结构可连接64个远程总线节点，192个本地总线节点，实现4096个开关量的输入输出。,Interbus的单总帧结构,Interbus采用数据环结构，把总线上所有设备的所有

8、输入输出和过程参数数据按要求顺序排列，集总成一帧，被称为单总帧协议（One-Total-Frame Protocol）,该帧由回路返回检查字开始，所有过程数据都顺序排列其后，帧的最后为帧检查序列FCS和控制字FCS为对数据进行CRC校验的结果控制字则包括标记、控制、模式等信息。传输数据同时、双向地在数据环上与各节点间进行交换。多个节点的数据共存于数据环的单总帧中，使多个节点共享总线而无需总线仲裁。单总帧结构中有效数据所占比例高，加上所有节点的输入输出和过程参数几乎在同时进行，因而通信帧的有效利用率很高。,第n周期.过程参数n 过程参数k第3周期 过程参数3第2周期 过程参数2 过程参数2第1周

9、期 过程数据 过程数据过程参数1 过程数据 过程参数1 模块1 模块2 模块i,Interbus总线上的两种不同工作周期,ID识别周期与数据传输工作周期ID识别周期用于识别总线上现有的I/O设备，以便组织通信帧；数据传输周期用于各节点与主机之间的双向数据交换。总线在这两种工作周期之间来回切换这两种工作周期对应有两种帧类型：ID帧和数据帧。ID帧用于读取所有设备的ID寄存器，以得到总线上现有的总线设备及其状态的信息。数据帧则用于上位主设备与现场设备交换I/O数据。,两种工作周期的切换,ASI控制网络,ASI（Actuator Sensor Interface）指执行器/传感器接口，它属于底层自控

10、设备的工业数据通信网络，用于在控制器和传感器执行器之间实现双向数据通信。ASI传输的字节很短，有效数据一般只有4-5位，被称为设备层总线。特别适用于连接具有开关量特征的传感器和执行器。如各种原理的行程开关，温度、压力、流量、液位、位置开关，各种开关阀门，声、光报警器，继电器、接触器等ASI已被列入62026国际标准,这是为低压开关装置与控制装置用的控制设备之间的接口标准的第2部分,ASI的网络构成,由作为传输介质的总线将主节点、从节点、电源、电源耦合器连接起来，形成ASI网段,主节点是整个系统通信活动的中心。一般将ASI通信接口卡与工业PC机，或可编程控制器PLC、或数字调节器组合在一起，形成

11、主节点。从节点一般为带有ASI通信接口的智能传感器或执行器。通过主节点对所有从节点进行周期性访问，实现传感器、执行器与控制器之间的数据交换。在ASI网络中，典型的对31个从节点的轮询周期为5ms。如果从节点数量减少，则周期还可以缩短。因此ASI适合用于某些工业过程开关量高速输入输出的应用场合。,ASI的主从通信,ASI的通信过程由主节点发出呼叫开始，由呼叫发送、主节点暂停、从节点应答和从节点暂停个环节组成,ASI的呼叫应答,所有的主节点请求帧为14个数据位从节点应答帧为6个数据位每一位的时间长度为。主节点暂停最少为3位,最多为10位如果从节点与主节点同步,在主节点的位暂停之后，从节点就可以发送

12、应答信号如果主、从节点之间不同步,从节点也应该能在位暂停后发送应答信号主节点在10个暂停位后没有接收到从节点应答信号的起始位,主节点就不再等待对该次呼叫的应答信号发出对下一个地址的请求信号或对该节点发出再次呼叫从站的暂停只有位或位的时间，以保证ASI系统具有较短的轮询周期,ASI的报文帧结构 主节点报文,主节点呼叫发送报文的帧结构，由14个数据位构成。ST是起始位，其值为。SB是控制位,其值为0时表示该帧传送的是数据，其值为1表示该帧传送的是命令。A4A0表示从节点地址,I4I0为5个数据位。PB是奇偶校验位，在主节点呼叫发送报文中，不包括结束位在内的各位总和应该是偶数。EB是结束位，其值为。

13、,从节点报文,从节点应答报文由7个数据位构成ST是起始位，其值为。接下来的4位是数据位I3I0，一般为要传输的数据。PB是奇偶校验位包括结束位，其余6位的总和应该是偶数。EB是结束位，其值为,主节点还负责网络初始化，对从节点的地址设置、地址识别、参数设置等；并具有出错校验功能，发现传输错误会重发报文,DeviceNet,DeviceNet是基于CAN技术的开放型通信网络。主要用于构建底层控制网络，其网络节点由嵌入了CAN通信控制器芯片的设备组成。该项技术最初由Allen-Bradley公司设计开发，在离散控制、低压电器等领域得到迅速发展。后来成立了旨在发展DeviceNet技术与产品的ODVA

14、（Open DeviceNet Vendors Association）国际性组织DeviceNet已经正式成为IEC62026国际标准的第3部分，这是一种用于低压开关装置与控制装置的控制设备之间的接口标准。DeviceNet也已成为欧洲标准EN50325。,DeviceNet的主要特点,DeviceNet网络上任一节点均可在任意时刻主动向网络上其它节点发送报文各网络节点嵌入有CAN通信控制器芯片，其网络通信的物理信令和媒体访问控制完全遵循CAN协议。采用CAN的非破协议坏性总线逐位仲裁技术。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不受影响，继续传输数

15、据。节省了总线仲裁时间。在CAN技术的基础上，增加了面向对象、基于连接的通信技术。,提供了请求应答和快速I/O数据通信两种通信方式设备网上可以容纳多达64个节点地址。每个节点支持的I/O数量没有限制。支持125Kbps、250Kbps和500Kbps三种通信速率采用短帧结构，传输时间短，抗干扰能力强。每帧报文都有CRC校验及其它检错措施支持设备的热插拔。支持总线供电与单独供电，并采取了接线错误保护和过载保护等保护措施,DeviceNet通信参考模型的分层与规范,以PLC为主站的DeviceNet网段,两种网络连接方式,节点之间的I/O连接节点之间的显式连接,使用协议中的11位仲裁域来定义标识符

16、,这11位标识符对每个报文是唯一的。标识符分为三部分:连接组别。使用12位，它将优先级不同的报文分为4组。属于第1组的报文具有最高优先级，通常用于发送设备的I/O报文。属于第4组的报文则用于设备离线时的通信。使用6位，取值从0到63，用于表示设备的节点地址，通常由设备上的跳线开关决定。报文。使用36位，表示在一个报文组内所用的报文传送通道。,DeviceNet的设备描述,使用对象模型的方法说明设备内部包含的功能、各功能模块之间的关系和接口。每个DeviceNet设备都必领提供设备描述来让其它通信伙伴了解该设备的各种特性。DeviceNet通过对每一类产品编写一个通用的设备描述来规范不同厂商生产

17、的同类产品，使它们在网络上表现出相似的特性,可以与其他设备互操作，同类产品可以互换。,设备描述中包括了对象模型、I/O数据格式、可配置参数和接口，电子数据表单EDS（Electronic Data Sheet），以文件形式记录的设备操作参数等信息。设备对象模型：它用表格的方式列出该设备实现了哪些标准对象。实现了哪些自定义对象，并描述了各个对象之间的接口以及如何响应外部事件。I/O数据格式：它规定了 I/O数据的打包格式以及它们所代表的实际含义。设备组态数据：规定了该设备特有的属性或参数。可以通过这些属性或参数来对设备进行组态。同时也规定了组态数据打包格式及其代表的实际含义。,蓝牙无线微微网,蓝

18、牙（Bluetooth）是一门发展十分迅速的短距离无线通信技术。由移动通信与移动计算公司联合推出。1998年5月20日成立专门兴趣小组，负责制定一个代号为蓝牙的开放短距离无线通信协议。1999年公布了第一版蓝牙规范。从此蓝牙作为一项技术名扬天下蓝牙的小功率设备支持距离大约10米的无线通信，大功率设备也只支持距离大约100米的无线通信,蓝牙利用短距离无线连接技术替代专用电缆连接。将蓝牙微芯片嵌入蜂窝电话、膝上或台式电脑、打印机、个人数字助理、数字相机、传真机、键盘、手表等设备内部，在这些“长了蓝牙”的设备之间，建立起低成本、短距离的无线连接它取消了设备之间不方便的连线，为现存的数据网络和小型外围

19、设备接口提供了统一方便的连接方式，形成了不同于固定网络的小型、专用无线连接群。在宽带网已经触及寻常百姓家的今天，蓝牙还享有宽带网末梢神经的美誉。,蓝牙的出现为人们整合日趋增多的电器、通信工具提供了一个崭新的思路。采用蓝牙技术可以作用到一只手机控制家中的任何电器。可以让家庭、办公室的报警系统、台式计算机、打印机、传真机、甚至咖啡机、烤箱、电表、水表、煤气表等，都成为蓝牙家族的成员。蓝牙技术将成为工业控制、家庭自动化方面近距离数据通信的有效工具。目前,全球已有多家厂商支持这一技术。据的数据预测:到年,全球将有亿件蓝牙产品得到应用,蓝牙技术本身不独立构成完整的通信设备，也不涉及移动通信业务，它只是配

20、合其它系统，使它们具有无线传输的能力，它可克服红外（IR）通信要在直射路径才能建立通信的缺陷。蓝牙规定了4种物理接口：通用串行总线USB、EIA-232、PC卡、通用异步收发器UART接口,EDS。电子数据表单是DeviceNet为设备组态提供的一种工具。它以电子数据表格的形式为用户提供了设备组态数据的联络关系、内容和格式。按规定的格式对每个设备建立对生产厂家名称、设备类型、型号、参数等进行描述的数据表。它包括了使用该设备需要的全部信息。DeviceNet建立了对象模型库,将各种设备描述要用到的内容分类建库。如电机数据对象、监控器对象、命令子程序对象、数字量输入/输出对象、模拟量输入/输出对象

21、等。在编写AC/DC驱动器、软起动器、电动机保护器等设备描述时,都可调用电机数据对象，以简化设备描述。,蓝牙使用跳频（Frequency Hopping）、时分多用（Time Division Multi-Access）和码分多用（Code Division Multi-Access）等先进技术，来建立多种通信与信息系统之间的信息传输。蓝牙工作在2.4GHz的频段上，这是留给工业、科学和医疗进行短距离通信的，不需要许可证。不同国家对该频段分配的频率可能有所差异。蓝牙作为一种射频无线技术，支持点对点和多点通信。一个蓝牙设备可以和一个、也可以和多个蓝牙设备通信。异步数据信道的最大传输速率为721Kbps.,目前蓝压技术与无线局域网、家庭射频，还处于并存状态。比较适于办公室中的企业无线网络,应用于家庭中移动数据和语音设备与主机之间的通信在上述两种应用场合，都可用蓝牙技术在近距离内取代电缆。相对、家庭射频而言，蓝牙具有更快、更好的发展态势,蓝牙微微网（Piconet）,蓝牙微微网也称为微网，由一个主设备和一个或多个从设备共用同一蓝牙信道建立的最简单的蓝牙网络蓝牙微微网中发起通信连接过程的设备为主设备。通信接收方为从设备。微微网中能同时被激活的从设备最多为7个，即从设备的成员数为17个。被激活的设备地址的长度为位。任何一个蓝牙设备既可以成为主控设备又可成为从设备,微微网的主从设备 散射网,