現(xiàn)場總線技術(shù)與工廠自動化FA

由圖3可以看出，現(xiàn)場總線是工業(yè)總線系統(tǒng)中串行方式的一個分支，但它在工業(yè)自動化領(lǐng)域?qū)缪莼蛘诎缪菰絹碓街匾慕巧?BR>1.網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)
　　要實現(xiàn)PC 、PLC 、智能驅(qū)動設(shè)備等之間的相互連接，實際上就構(gòu)成了一個計算機網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的概念是指：一方面網(wǎng)絡(luò)成員在網(wǎng)絡(luò)中幾何上的排序，另一方面與幾何排序無關(guān)的邏輯排序。下面將介紹幾種互為不同的幾何排序方式。
( l ）點對點連接 兩個通訊伙伴最簡單的數(shù)據(jù)交換方式是通過一根電纜來連接。比如MODEM 連接、PC 和打印機之間的連接等。這也是網(wǎng)絡(luò)中最簡單的一種。若有多個成員要通過點對點方式進行連接，則構(gòu)成了一個網(wǎng)格化的網(wǎng)絡(luò)。
在這種拓撲結(jié)構(gòu)中，每兩個通信的成員便構(gòu)成了一個點對點連接。這樣對于n 個成員每個成員有( nl ）個接口的網(wǎng)絡(luò)，一共需n×(n1)/2個連接。一個結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的費用是可想而知的了。出錯時或者一個成員或者一個通信通道退出。診斷是較為簡單的。
( 2 ）環(huán)形結(jié)構(gòu) 環(huán)形結(jié)構(gòu)同樣是利用了點對點連接，只是在這里構(gòu)成了一個物理環(huán)。在環(huán)上傳遞的信息是由一個成員遞到下一個成員依次形成的信息傳輸。當(dāng)然這里需要規(guī)定一個總線訪問規(guī)約，以保證某一時刻只有一個成員發(fā)送信息。由于每個網(wǎng)絡(luò)成員同時又起到了一個中繼器的作用，而采用光纖傳輸煤介時，兩個成員間的距離可達公里級，而且還可獲得很高的傳輸速率。因此可以斷定，此拓撲結(jié)構(gòu)一個顯著的優(yōu)點是：可以保證較遠的傳輸距離和較高的傳輸速率。
　　若無適當(dāng)措施，當(dāng)一個成員出問題或電纜斷裂時，意味著整個網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。要避免此類問題須設(shè)立冗余環(huán)而且需要有一個適當(dāng)?shù)乃褜み壿嬕詫﹀e誤進行定位并用短路環(huán)切除。
( 3 ）星形結(jié)構(gòu) 星形結(jié)構(gòu)是由中央站通過點對點連接和其它成員構(gòu)成的。實現(xiàn)中央站有兩種可能：
?集線器（HUB ）。它的任務(wù)只是將信號從發(fā)送站傳到正確的接收站。因此集線器既可以
是主動的也可以是被動的。
?智能中央站。在這種情況下，中央站操縱整個網(wǎng)絡(luò)的通信。
原則上一切通信活動要通過中央站。這就出現(xiàn)了一個“瓶頸”的問題。另外，中央站的故障
可導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。
( 4 ）總線結(jié)構(gòu) 在這種結(jié)構(gòu)中所有網(wǎng)絡(luò)成員的通信交流是通過一條總線進行的。每一個成
員是通過一較短的分接電纜接人總線的。由此布線就極為簡潔了。每一個成員只需一個接口就可
以和總線上的任一成員進行通信了。這就是工業(yè)總線為什么被廣泛采用的緣故。
然而在總線上的某一時刻只能有一個成員發(fā)送信息。這就需要有一個總線訪問規(guī)約。一般來
說總線結(jié)構(gòu)存在如下的問題：
?因為總線上的數(shù)據(jù)交流帶有任意性，在每次總線信息發(fā)布的時候所有的成員都要“隨
聽”。由此隨著總線成員數(shù)目的增多，發(fā)送者的壓力也越大。
?由于總線的長度一般在幾百米范圍內(nèi)，這與要傳送的信號波長相比已是不可忽略的了。
因此在總線兩端要接終端電阻，以避免波反射現(xiàn)象。此終端電阻同樣給發(fā)送者造成壓力。
以上的問題給總線結(jié)構(gòu)帶來如下限制；
?總線上的成員數(shù)目是有限的；
?總線長度和傳輸速率是成反比的。
( 5 ）樹狀結(jié)構(gòu) 樹狀結(jié)構(gòu)實際上是一般總線結(jié)構(gòu)的擴展。其網(wǎng)絡(luò)覆蓋面比之一般的總線結(jié)
構(gòu)要大?？偩€的基本數(shù)據(jù)如最多成員數(shù)，最大傳輸速率以及最大總線長度同一般總線結(jié)構(gòu)一樣。只是這些數(shù)值可由中繼器提高。對于樹狀結(jié)構(gòu)當(dāng)建立一個新的樹枝時要使用中繼器。如目前國際上應(yīng)用廣泛的PROFIBUS 和CAN 都可以方便地通過中繼器做成樹狀結(jié)構(gòu)，給現(xiàn)場總線的應(yīng)用帶來了靈活性。
2. 通信模型
計算機間以數(shù)據(jù)交換為目的的通信需要有一個標(biāo)準(zhǔn)。70 平代屬于聯(lián)合國組織的國際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）成立了一個工作小組專門制定計算機通信的標(biāo)準(zhǔn)，并于1983 年出臺了一個參考模型，這就是所謂開放系統(tǒng)互連（OSI）的基本參考模型（Basic Reference Model for Open Systems Interconnection ）。這個OSI 一參考模型將通信抽象地分戈了7 個層面,每層具體負責(zé)一個特殊的明確定義的通信部分任務(wù)組。
OSI 分層模型在抽象的層面上描述了伙伴過程的通信。至于每一層具體應(yīng)如何配置，未作任何描述。因此當(dāng)整個系統(tǒng)由多個廠家的成分構(gòu)成時，通過定義每層的內(nèi)容和確定可用的接口便可以創(chuàng)造一個“開放”系統(tǒng)。這由7 個層面構(gòu)成的計算機通信模型可由圖4 示出。

圖4 OSI分層模型

3 訪問方式
( l ）主／從方式 在這里主站作為總線控制單元建立與被動的網(wǎng)絡(luò)成員的連接。從站總是直接回應(yīng)主站的數(shù)據(jù)要求。如圖5 所示。
由于只有主站上才有智能性，所以總線上添加一個從站是很容易和經(jīng)濟的。一個明顯的缺點是：從站之間的通信時間很長。