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Ch1：现场总线2种定义：（1）现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。（2）IEC对其定义：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、常用现场总线：CAN,FF,Profibus,LonWorks,HART。3、现场总线（1）本质：它是现场通信网络，能实现现场设备互联，有互操作性，分散功能模块，可用通信线供电，是开放互连式网络（2）结构特点：由于采用智能现场设备，能够把DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块置入现场设备中，在现场直接完成采集和控制。由于不需要其他的模数转换器件，且一对电线能传输多个信号，因而简化了系统结构，节约了设备及安装维护费用。（3）技术特点：系统的开放性，互可操作性与互用性，现场设备的智能化与功能自治性，系统结构的高度分散性，对现场环境的适应性（4）优势：节省硬件数量与投资，节省安装费用，节约维护开销，用户具有高度的系统集成主动权，提高了系统的准确性与可靠性。4、现场总线标准及现状：（1）标准：1999年有8种，2003年新增FFFMS和PROFINET（2）现状：多种总线共存、每种总线各有其应用领域、每种总线各有其国际组织、每种总线均有其支持背景、设备制造商参加多个总线组织、多种总线均作为国家和地区的标准、协调共存、工业以太网引入工业领域5、OSI7层协议标准：（1）应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层（2）数据链路层分为两个子层：介质访问控制层(MAC)和逻辑链路控制层(LLC)。MAC对传输介质传送的信号进行发送和接收控制；LLC对数据链进行控制，保证数据传送到指定的设备上。现场总线上的设备可以是主站，也可以是从站。6、链路层三种总线控制协议：集中式轮询协议、令牌总线协议和总线仲裁协议7、现场总线的两种编码方式：Manchester和NRZ，前者同步性好，但频带利用率低，后者刚好相反。前者采用基带传输，后者采用频带传输。传输介质主要有：有线电缆、光纤和无线介质。8、企业网络信息集成系统（1）层次结构（从底到上依次是）：a.过程控制层(PCS)：依照现场总线的协议标准，智能设备采用功能块的结构，通过组态设计，完成数据采集、A/D转换、数字滤波、温度压力补偿、PID控制等功能。智能转换模块对传统检测仪表的电流电压进行数字转换和补偿。拓扑结构：环形网，总线网，树形网，令牌总线网b.制造执行层(MES)：从现场设备中获取数据，完成各种控制、运行参数的监测、报警和趋势分析等功能，还包括控制组态的设计和下装。c.企业资源规划层(ERP)：在分布式网络环境下构建一个安全的远程监控系统（2）现场总线与数据局域网的区别：用途不同，技术要求不同（3）互连方法：a.采用专用网关完成不同通信协议的转换，把现场总线网段或DCS网段连接到以太网上。b.将现场总线网卡和以太网卡都置入工业PC机插槽上，在PC机内实现数据交换c.将Web服务器直接置入PLC或现场总线设备内，借助Web服务器和通用浏览工具实现数据信息的动态交互。（4）现场总线VS管理信息网络：监控能力：强/弱；可靠性和故障容限：高/高；实时响应：快/中；信息报文长度：短/长；OSI相容性：低/中高；体系结构和协议复杂性：低/中高；通信功能级别：中级/大范围；通信速率：低中/高；抗干扰能力：强/中Ch2：1、总线基本概念：（1）总线和总线段：总线是传输信号或信息的公共路径，是遵循同一技术规范的连接与操作方式；一组设备通过总线连接在一起称为总线段（2）总线主设备：可在总线上发起信息传输的设备（3）总线从设备：不能在总线上主动发起通信，只能挂在总线上，对总线信息进行接收查询（4）总线协议：管理主、从设备使用总线的规则（5）总线操作：总线上命令者与响应者之间的“连接-数据传送-脱开”这一操作序列称为一次总线操作。（6）寻址：物理寻址：用于选择某一总线段上某一特定位置的从设备作为响应者；逻辑寻址：选择从设备与位置无关；广播寻址：用于选择多个响应者（7）总线仲裁：用于裁决哪一个主设备是下一个占有总线的设备。某一时刻只允许某一主设备占有总线，等到它完成总线操作，释放总线占有权后才允许其他总线主设备使用总线。（8）总线定时：总线通过定时信号进行同步。定时信号用于指明总线上的数据和地址在什么时刻是有效的。（9）菊花链总线仲裁方式：（三线的情况）总线请求BR、总线允许BG、总线忙BB2、数据通信概念（1）码元：时间轴上的一个信号编码单元称为码元。（2）信源、信宿和信道：在数据通信中，通常将数据的发送方称为信源，数据的接收方称为信宿，在信源与信宿之间传输数据的通道称为信道。（3）通信方式：串行、并行；单工、半双工、全双工（4）传输速率：是衡量数据传输有效性的指标之一。指通信系统每秒传送的数据量。单位bps、Kbps、Mbps；（5）比特(bit)率S：单位时间内所传送的二进制序列的位数，单位：bps（6）波特(Baud)率B：信号经过调制后的传输速率，即每秒钟传输的脉冲（波形）信号个数（通过信道传输的码元数）。1Baud表示每秒钟传送一个码元或一个波形。（7）指二进制比特在数据传输系统中被传错的概率，又称为出错率，计算机通信中一般要求平均误码率低于10-9（8）通信信道的频率特性：描述通信信道在不同频率的信号通过以后，其波形发生变化的特性。分为幅频特性和相频特性。（9）介质带宽。频谱：通信系统中所传输的数字信号可以分解为无穷多个频率、幅度、相位各不相同的正弦波。信号所含频率分量的集合称为频谱。带宽：频谱所占的频率宽度称为带宽。有效带宽：有效频谱的频带宽度。（10）信道容量：指在某种传输介质中单位时间内可能传送的最大比特率，即该传输介质容许的最大数据传输速率(bps)（11）信噪比：信号功率S与噪声功率N的比值称为信噪比。单位为分贝dB，值为10lgS/N（12）延迟、抖动、吞吐量和丢包率：延迟指将一个比特从一端传输到另一端所花费的时间；抖动指在同一条路由上发送数据包之间的时间差异；吞吐量指网络中发送数据包的速率；丢包率指在发送数据包时丢弃数据包的最高比例。（13）基带传输：在基本不改变数据信号频率的情况下，在数字通信中直接传送数据的基带信号。即按数据波的原样进行传输，不包含任何调制。是目前广泛使用的最基本的传输方式。基带传输中，数字信号的编码方式有3种：不归零码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码A.信号按数据位流的基本形式传输，整个系统不需调制解调器，使得系统价格低廉；B.可采用双绞线或同轴电缆、光缆作为传输介质，传输介质相对宽带较为便宜；C.可达到较高的传输速率(一般为1-10Mbps)，但传输距离一般不超过25公里。（14）频带传输：指先用数字信号对载波进行调制，然后进行传输的传输模式。最基本的调制方式有：幅值键控(ASK)，频移键控(FSK)和相移键控(PSK)（15）宽带传输：指在同一介质上可传输多个频带的信号。传输图像文字语音等大数据量信号。与基带传输的主要区别为：数据传输速率不同，基带网的传输速率范围为0-10Mbps，宽带可达0-400Mbps；宽带可划分为多条基带信道，提供良好的通信路径（16）异步传输：又称起止(start-stop)同步方式。它在传送的字符之前设置一个起始位，在信息代码结束后设置1-2位的终止位；（17）同步传输：同步传输时，需在每个数据块的开始处和结束处各加一个帧头和一个帧尾，使得接收方能判定数据块的开始和结束。加有帧头和帧尾的数据称为一帧（18）同步式优点：效率高，一般在高速传输数据的系统中采用同步式；异步式优点：实现简单，频率漂移不会积累。但缺点是线路效率低，每个字符都占用2-3各位的开销（19）数据编码：是指通信系统中以何种物理信号的形式来表达数据。A.模拟数据编码：分别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状态的编码方式。B.数字数据编码：用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0,1状态的编码方式。（20）多路复用技术：当传输介质的带宽超过了传输单个信号所需的带宽时，就通过在一条介质上同时携带多个传输信号的方法来提高传输系统的利用率，即多路复用。多路复用提高了信道的利用率。通常有：频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用等。（21）数据交换技术：数据交换是指按照某种方式动态地分配传输线路的资源。在交换型通信网络中，从一个站进入网络的数据通过从节点到节点的交换，被选径送往目的地。实现交换的方法主要有：A.电路交换：两个用户建立通信时，首先建立一条临时的专用线路，用户通信时独占这条线路，不与其它用户共享，直到通信一方释放这条专用线路。电路交换的步骤分为：建立电路、数据传送和切断电路。B.报文交换：中转节点先把收到的信息存储起来，等到信道空闲时再转发给下一个节点，数据经过多个中转节点的存储转发，最终到达目的节点C.分组交换：先把要传输的报文分成若干个小的数据块，成为分组，然后以分组为单位按报文交换方式进行传输。（22）差错产生的原因：噪声；传输失真：信号传输时的幅度衰减、波形畸变及收发端失步等；载波干扰：由于载波的振幅、相位和频率发生抖动；传输反射干扰；线间串扰：相邻信号线间电磁感应引入干扰；静电干扰。错误分类：单比特错误、多比特错误、突发错误。差错控制的目的：保证所有的帧按顺序、正确发送到目的主机。解决两个问题：如何检测出错；发现错误后，如何纠正错误。（23）常用的差错控制方法是差错控制编码，包括A.检错码：码字只有检错功能，接收方只能判断数据块有错，但不能确切知道错误的位置，从而也不能纠正错误。B.纠错码：码字具有一定得纠错能力，接收方能够检错并判断出错误位置，这时只需将出错位取反即可获得正确数据。（24）海明距离：两个码字的对应比特取值不同的比特数。（25）编码集的海明距离：一个有效编码集中，任意两个码字的海明距离的最小值。如果要能检测出d个位差错，则编码集的海明距离至少应为d＋1；如果要能纠正d个位差错，则编码集的海明距离至少应为2d＋1。（26）校验和：A.发送：如以16位字为单位进行累加，再将最后累加和取“1补码”(即反码)，得该字符串的校验和，将校验和与数据一起发送。B.接收：当接收者收到该数据块后，同样以16位字为单位对各数据及校验和进行累加，若最后结果为全1，则正确，否则出错。C.可靠性：能够检测出绝大多数奇数个和偶数个数据位的变化。除非，一个16位字中的0变成1，而另一个16位字中的相同位置由1变成0。（27）CRC校验：将要发送的数据比特序列当作一个多项式f(x)的系数，在发送方用收发双方预先约定的生成多项式G(x)去除，求得一个余数多项式。将余数多项式加到数据多项式之后发送到接收端。接收端用同样的生成多项式G(x)去除接收数据多项式f(x),得到余数多项式。若计算出的余数为0，则数据传输正确。（此处的除指的是异或运算，不涉及进位的问题）（28）流量控制：基本原则是发送端的发送帧速率应不超过接收端接收帧的速率；流量控制方法有停止等待流量控制和滑动窗口流量控制（29）网络传输介质：指网络中连接收发双方的物理通道，常用的传输介质有电话线、同轴电缆、双绞线、光导纤维电缆、无线和卫星通信等。3、串行通信（1）类别：RS232：1：-3～-15V，0：3～15V，非平衡型接口，3线双工；RS485：1：2～6V，0：-2～-6V，二线差分平衡传输，2线半双工，能驱动32个终端；RS422：二线差分平衡传输，4线双工，1：+0.2V～+2.5V（差分），0：-0.2V～-2.5V，-0.2～+0.2：高高阻（2）保证串行通信有效性的方法：使用轮询或中断来检测、接收信息；设置通信帧的起始、停止位；建立连接握手；实行对接收数据的确认、数据缓存以及错误检查等（3）RS232接口标准存在的问题：接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片；因与TTL电平不兼容，故需使用电平转换电路；最高传输速率为20kbps时，最远距离仅为15m；接口使用