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现场总线技术与工厂自动化FA

作者:时间:2012-09-12来源:网络收藏

由图3可以看出,是工业总线系统中串行方式的一个分支,但它在工业自动化领域将扮演或正在扮演越来越重要的角色。
1.网络
  要实现PC 、PLC 、智能驱动设备等之间的相互连接,实际上就构成了一个计算机网络。网络的概念是指:一方面网络成员在网络中几何上的排序,另一方面与几何排序无关的逻辑排序。下面将介绍几种互为不同的几何排序方式。
( l )点对点连接 两个通讯伙伴最简单的数据交换方式是通过一根电缆来连接。比如MODEM 连接、PC 和打印机之间的连接等。这也是网络中最简单的一种。若有多个成员要通过点对点方式进行连接,则构成了一个网格化的网络。
在这种中,每两个通信的成员便构成了一个点对点连接。这样对于n 个成员每个成员有( nl )个接口的网络,一共需n×(n1)/2个连接。一个结构网络的费用是可想而知的了。出错时或者一个成员或者一个通信通道退出。诊断是较为简单的。
( 2 )环形结构 环形结构同样是利用了点对点连接,只是在这里构成了一个物理环。在环上传递的信息是由一个成员递到下一个成员依次形成的信息传输。当然这里需要规定一个总线访问规约,以保证某一时刻只有一个成员发送信息。由于每个网络成员同时又起到了一个中继器的作用,而采用光纤传输煤介时,两个成员间的距离可达公里级,而且还可获得很高的传输速率。因此可以断定,此拓扑结构一个显著的优点是:可以保证较远的传输距离和较高的传输速率。
  若无适当措施,当一个成员出问题或电缆断裂时,意味着整个网络的瘫痪。要避免此类问题须设立冗余环而且需要有一个适当的搜寻逻辑以对错误进行定位并用短路环切除。
( 3 )星形结构 星形结构是由中央站通过点对点连接和其它成员构成的。实现中央站有两种可能:
集线器(HUB )。它的任务只是将信号从发送站传到正确的接收站。因此集线器既可以
是主动的也可以是被动的。
智能中央站。在这种情况下,中央站操纵整个网络的通信。
原则上一切通信活动要通过中央站。这就出现了一个“瓶颈”的问题。另外,中央站的故障
可导致整个网络的瘫痪。
( 4 )总线结构 在这种结构中所有网络成员的通信交流是通过一条总线进行的。每一个成
员是通过一较短的分接电缆接人总线的。由此布线就极为简洁了。每一个成员只需一个接口就可
以和总线上的任一成员进行通信了。这就是工业总线为什么被广泛采用的缘故。
然而在总线上的某一时刻只能有一个成员发送信息。这就需要有一个总线访问规约。一般来
说总线结构存在如下的问题:
因为总线上的数据交流带有任意性,在每次总线信息发布的时候所有的成员都要“随
听”。由此随着总线成员数目的增多,发送者的压力也越大。
由于总线的长度一般在几百米范围内,这与要传送的信号波长相比已是不可忽略的了。
因此在总线两端要接终端电阻,以避免波反射现象。此终端电阻同样给发送者造成压力。
以上的问题给总线结构带来如下限制;
总线上的成员数目是有限的;
总线长度和传输速率是成反比的。
( 5 )树状结构 树状结构实际上是一般总线结构的扩展。其网络覆盖面比之一般的总线结
构要大。总线的基本数据如最多成员数,最大传输速率以及最大总线长度同一般总线结构一样。只是这些数值可由中继器提高。对于树状结构当建立一个新的树枝时要使用中继器。如目前国际上应用广泛的PROFIBUS 和CAN 都可以方便地通过中继器做成树状结构,给的应用带来了灵活性。
2. 通信模型
计算机间以数据交换为目的的通信需要有一个标准。70 平代属于联合国组织的国际标准组织(ISO)成立了一个工作小组专门制定计算机通信的标准,并于1983 年出台了一个参考模型,这就是所谓开放系统互连(OSI)的基本参考模型(Basic Reference Model for Open Systems Interconnection )。这个OSI 一参考模型将通信抽象地分戈了7 个层面,每层具体负责一个特殊的明确定义的通信部分任务组。
OSI 分层模型在抽象的层面上描述了伙伴过程的通信。至于每一层具体应如何配置,未作任何描述。因此当整个系统由多个厂家的成分构成时,通过定义每层的内容和确定可用的接口便可以创造一个“开放”系统。这由7 个层面构成的计算机通信模型可由图4 示出。

图4 OSI分层模型

3 访问方式
( l )主/从方式 在这里主站作为总线控制单元建立与被动的网络成员的连接。从站总是直接回应主站的数据要求。如图5 所示。
由于只有主站上才有智能性,所以总线上添加一个从站是很容易和经济的。一个明显的缺点是:从站之间的通信时间很长。



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