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第七章 分散型测控网络技术主讲人：朱云芳主讲人：朱云芳

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第七章 分散型测控网络技术 几种现场总线介绍

LonWorks 现场总线 • LonWorks 的发布： 1992 年，美国埃施朗 (Eche

lon) 公司。 • 在国内的主要应用场合：数字化智能社区、智能建筑等。

－涉及内容：暖通、空调、照明、给排水、供配电、电梯，以及保安门禁、火灾报警等的监测控制。

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•楼宇控制的相关内容 •

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HVAC （ Heating Ventilating and Air Conditioning ）采暖、通风和空调

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•LonWorks 的核心 LonTalk 协议 － LonTalk 协议的特点：遵循由国际标准化组织 ISO 定义的开放系统互连 OSI 模型，提供 OSI 参考模型所定义的全部七层服务。

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－ LonTalk 协议固化在每一个 LonWorks 设备的神经元芯片中或片外存储器中， 1999 年发布了该协议的参考代码。－ LonTalk 协议的特点： (1) LonTalk 协议的物理层： 支持多种传输介质

不同的介质通过路由器实现互联； 支持总线型、环型、树型等拓扑结构；

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(2) LonTalk 协议的数据链路层： 采用改进的带预测的 P-Persistent CSMA/CD 算法，减少冲突的出现，提高传输效率。 支持优先级。 (3) LonTalk 协议的网络层

网络地址采用域（ 255 个子网）、子网（ 127 个节点）、节点三层结构支持大网络。 每个神经元芯片有唯一的 48 位ID 地址。

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(4) LonTalk 协议的传送层、会话层： －四类报文服务，并支持网络认证：

应答方式或端对端的应答服务； 请求 / 响应方式；

非应答重发方式； 非应答方式 (5) LonTalk 协议的表示层 采用网络变量作表示层数据，简化分布式应用的编程。 (6) LonTalk 协议的应用层：

用 Neuron C语言在神经元芯片中编程

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•LonWorks 的神经元芯片（ NeuronChip ） －芯片内有 3 个 8 位 CPU ，使用 CMOS CLSI 技术高度集成，集采集、控制于一体： 第 1 个 CPU为介质访问控制 MAC处理器，处理 LonTalk 协议的第一层和第二层； 第 2 个 CPU为网络处理器，处理 LonTalk协议的第三层到第六层； 第 3 个 CPU为应用处理器，它执行用户编写的代码及用户代码所调用的操作系统服务。 － LonWorks 网络上的装置都必须有 1 个神经元芯片。

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•LonTalk 的 6 层已经在购买的神经元芯片中完成，用户只需编写应用程序。

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•LonWorks 的发展趋势 － LonWorks已经发展到第三代，采用了电力载波通信技术，具有了远程抄表、信息化家电的应用前景。 －采用了 LNS 网络管理操作系统，实现了与 IP网络的无缝连接。 －应用场合向工业自动化扩展。

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PROFIBUS 现场总线技术 •PROFIBUS是九十年代初制定的德国国家工业现场总线协议标准 EN50170 ，于 1996 年得到欧洲所有国家标准化机构的认可。 •应用领域：制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化。 •PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。 •中国市场占有率第一的现场总线技术。

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PROFIBUS 由三个兼容部分组成：        (1) PROFIBUS-DP （ Decentralized Periphery ）：是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式 I/O 的通信。可取代办 24VDC 或 4-20mA信号传输。       (2) PROFIBUS-PA(Process Automation) ：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。       (3) PROFIBUS-FMS(Fieldbus Message Specification) ：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。

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• PROFIBUS 的三部分：

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• PROFIBUS 协议结构：符合 OSI 模型       

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－ PROFIBUS-FMS ：定义了第一、二、七层，应用层包括现场总线信息规范（ Fieldbus Message Specification-FMS ）和低层接口（ Lower Layer Interface-LLI ）

FMS ：向用户提供了可选用的通信服务。 LLI ：协调通信关系，提供第二层访问接口

－ PROFIBUS-DP ：定义了第一、二层和用户接口。用户接口规定了设备可调用的应用功能，并详细说明设备行为。 － PROFIBUS-PA ： PA 的数据传输采用扩展的 PROFIBUS-DP 协议。支持本征安全性和总线供电。

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• PROFIBUS 三种类型的物理层： － RS485 ：适用于 DP 和 FMS ； －光纤 FO ：适用于 DP 和 FMS ；

－ IEC1158-2 ：适用于 PA 。 (1)RS-485

称之为 H2 ，采用屏蔽双绞铜线； 传输速率： 9.6K bit/s~12M bit/s ；

站点数：每分段 32 个站（不带中继），可多到 127 个站（带中继）。 (2) 光纤 FO

在电磁干扰很大的环境下应用，采用专用总线插头转换 RS-485信号和光纤导体信号。

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(3) IEC1158-2

支持本征安全和总线供电； 传送数据以 31.25K bit/s 调制供电电压； 采用藕合器将 IEC1158-2与 RS-485 连接。

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•PROFIBUS 的数据链路层 － DP 、 FMS 、 PA 的数据链路层相同 －采用主从结构，主站之间采用令牌传送方式，主站与从站之间采用主从传送方式。　　

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• PROFIBUS 技术的发展 －重点发展 PROFIBUS-DP 、 -PA ，放弃 FMS ，发展综合以太网技术、允许集成 PROFIBUS 和其他现场总线技术的 PROFInet 技术。

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DeviceNet 现场总线技术 •DeviceNet 技术属“开放 DeviceNet厂商协会” ODVA 组织，该组织拥有罗克韦尔自动化、 ABB 、欧姆龙等 300 多家著名自动化设备厂商会员。 •DeviceNet 是从 CAN （ Controller Area Network ）总线的基础上发展得到。 •DeviceNet是用于连接工业设备 (如：限位开关、光电传感器、阀门、电动机启动器、过程传感器、条型码读入器、变频器、屏幕显示和操作界面等 )与网络的现场总线，其特点是低成本、开发容易、支持的厂家多。

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•DeviceNet 在罗克韦尔工业网络中的地位 －罗克韦尔工业网络由三层网络构成：信息层、控制层、设备层，分别对应以太网 (EtherNet) 、控制网 (ControlNet) 和设备网 (DeviceNet) 。 (1)信息层 (EtherNet) －工业网络的最高层 , 对现场采集到的数据和信息进行处理和管理。 (2) 控制层 (ControlNet) －面向操作人员：完成处理器与处理器之间的信息交流、处理器与输入 / 输出接口之间的信息交流。 (3) 设备层 (DeviceNet) －面向现场设备，是工业网络的最低层：将操作信息送到现场设备 , 并将现场设备的情况反馈到操作者。

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• •DeviceNet 协议 －沿用了 CAN 协议标准所规定的总线网络的物理层和数据链路层，定义了不同的报文格式、总线访问仲裁规则及故障检测和故障隔离的方法。

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•DeviceNet 协议的物理层 －介质使用电缆，包括粗缆 (干线 ) 和细缆 ( 分支线 ) 。 －可采用五线制电缆，包括了 2条信号线， 2条 24V 电源线和一条屏蔽线，支持总线供电，总线提供的电源为 8 安培。 －提供 125/250/500Kbps 三种可选的通讯波特率，最大拓扑距离为 500米，每个网络段最大可达 64 个节点。。

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•DeviceNet 协议的数据链路层 －遵循 CAN 协议规范，并由 CAN 控制器芯片实现。 － CAN是基于广播方式的协议，支持多主形式传输。传输的帧被分配一个标识符，每个节点根据标识符确定是否接收这些帧。 －提供数据帧、出错帧、远程帧和过载帧等多种帧格式。 －采用非破坏性逐位仲裁（ NBA ）的方法解决共享介质总线访问冲突问题。网络上每个节点拥有一个唯一的标识符，这个标识符的值决定了仲裁中优先级的大小，优先级值小的节点在竞争仲裁中为获胜的一方。

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•DeviceNet 协议的应用层 － DeviceNet使用了对象的概念来描述应用层的协议，对象模型提供了 DeviceNet产品的属性、服务和行为。