產品詳情
AFG10D-H4143橫河AFG10D-H4143現場控制單元
《DCS培訓教材 》
10.2 位總線(BITBUS)通信網絡技術
1984年Inb公司為單片機間的互連推出了BITBUS即位總線，為工業控制用分布式系統提供了一種高性能、低價格。靈活易用的現場通信網絡。 BITBUS是主從式、總線型高速串行網，它的電氣接口采用平衡傳送的RS－485標準，傳輸介質是雙絞線或同軸電纜，鏈路協議符合IBM的同步數據鏈路控制(SDLC)標準。Inb公司為BITBUS提供專門硬件支持，即 8044（8344）BEM BITBUS增強型微控制器，并提供了應用和開發支持軟件。
10.2.1 8044 BEM硬件結構簡介AFG10D-H4143
BITBUS的核心是高性能的 VLSI芯片族 8044BEM(8744,8344)。其中，不帶片內 ROM的是8344；帶有片內4K ROM的是 8044；帶有片內4K EPROM的是 8744。8044與8051的區別主要在于8044內部有一個可獨立工作的串行通信接口單元SIU；除此之外，在 8044片內有192字節的片內 RAM，而 8051只有128個字節；8044的內部特殊功能寄存器(SFR)有35個，而8051只有21個；對于低 128個字節RAM 8044與8051一樣，都是直接地址訪問的特殊功能寄存器(SFR)；而對于8044的128－192字節的內部RAM，則必須通過間接尋址來訪問，從而與有相同地址的特殊功能寄存器(SFR)相區分。
1．8044系列單片機的引腳圖AFG10D-H4143
在 40個引腳之中，8044對其中 5個引腳（見表 10－1）賦予了比 8051更多的功能，引腳排列如圖10－3所示。這5個新擴展的功能引腳意義分別是：
RTS：用于多點方式或點一點方式，作為調制解調器的控制信號，表明8044己處于發送就緒狀態；其它場合作I/O使用。
CTS：與RTS相對應，在使用調制解調器時，在多點或點-點方式中，作為通知8044接收機已經就緒的控制信號；其它場合作為I/O使用AFG10D-H4143。
RxD/I/O：在多點主從方式或點、點方式中，用作收發器的方向控制引腳(I/O)了；在環形網中，用作數據接收引腳（RXD）；在側試方式時，也作為數據引腳。
TXD/DATA：在多點主從方式或點-點方式中AFG10D-H4143,
用作數據輸入人偷出引腳（DATA）；在環形方式下，作為數據發送引腳（TXD）；在側試方式時，向本腳寫“0”，使8044進入串行接口側試方式。
T1/SCLK：在8044中，用作串行數據的時鐘（SCLK），讀信號在同步方式下使用，數據輸出時用下降沿移位，數據輸入時用上升沿采樣，其另一功能T；為計數／定時器的輸入信號，對8044和8051來講都是一致的。
2．8044內部結構
8044單片機是一種雙微機控制結構，這種雙微機控制結構實現了控制與通信任務的很好分離，如圖10－4所示。
實時控制及計算功能由8051CPU實現，而通信則由智能通信處理器SIU完成。SIU實際上是一個CPU，它對8051的功能作了補充，SIU執行同步數據鏈路控制（SDLC）協議，實現網絡通信。兩個處理器通過一個分時多路轉換雙LI RAM和一些雙口特殊功能寄存器進行通信。
除了SIU、805lCPU。192字節RAM。特殊功能寄存器之外，8044內部還有2個定時／計數器、l個中斷控制器、32位并行I/O、4K字節的ROM等，要建立一個位總線的結點，只需用8044再加一個電源、一片晶體振蕩器和一個收發器就夠了。
10.2.2 BITBUS 通信規程
BITBUS互連通信規定了四層結構：即物理層。鏈路層、消息層和應用層，下面分別作簡要介紹
1．物理層（電氣接口）
BITBUS通信的電氣接口符合 RS－485標準，采用平衡差分長線驅動器/接收器（加75174和75175）半雙工傳送，通信介質為雙絞線或同軸電纜。根據傳輸距離和速率的不同，可以設定不同的運行模式：一是外同步模式，二是自同步模式。
在外同步模式下，通過8044單片機的第15根引腳，提供串行數據同步時鐘信號SCLK，這個同步信號來自8044之外的某個鎖相環。在外同步方式下，定義數據信息狀態高電平為1，低電平為0，稱為不歸零(NRZ)邏輯。數據輸出時，在SCLK下降沿處移
位；數據輸入時，在SCLK上升沿處采樣。
采用自同步模式的數據信息傳送，不使用專門的公用數據時鐘，而是由SIU內部的數字鎖相環（DPLL）從接收的數據流中慶復出同步信號。
DPLL要求16倍或32倍數據傳輸率的參考時鐘，這個參考時鐘由8044單片機的內部或外部產生，內部參考時鐘是通過8044單片機內部邏輯時鐘或定時器1 的溢出信號產生的。在自同步模式下，采用不歸零反相（NRZI）邏輯，即定義不變化的電平為 1，變化的電平為 0。表 10-2給出了 BITBUS通信網絡外同步和自同步時的性能。
2．鏈路層（數據鏈路控制）
BITBUS通信的數據鏈路層符合SDLC規約，但有一些限制。SDLC是基于在公共通信鏈路上，主站和一個或多個從站之間進行數據交換的規程。主站負責控制整個網絡，它向從站發送各種控制命令，從站按照來自主站的命令動作，并對主站的命令作出應答。主站可以選拔任意一個從站交換數據信息，任一從站一旦被選中，既可以接收來自主站的信息，也可以依據主站的命令向主站發送信息。
1）幀結構
主站和從站間的信息傳輸格式必須符合SDLC規定的幀結構。SDLC規定：一個基本
信息單元叫一幀，一幀包括六個部分，如圖10－5所示。
①位插入與刪除
①位插人與刪除
在SDLC幀的范圍內起始標志之后至結束標志之前，允許任何一種位序列。這樣，就有可能在幀內出現與標志01111110相同的位序列字節信息，在傳送中，接收端就會把這一信息字節錯誤地認為是標志信息F，從而造成錯誤。為了解決這一問題，SDLC規程中規定：除標志字節F的編碼為01111110之外，在幀內其它任何地方，當有數字信息“0’之后連續5個“l”時，發送系統在第5個“l”之后要自動插入一個“0”位；而接收端在接收信息中，對“0”后連續5個“1”位之后出現的“0”位，自動加以刪除。采用零位插人和刪除手段之后，既防止了在幀內出現與標志相同的信息造成錯誤理解，又保證了幀序列的完整不受破壞。
（3）位傳輸順序
SDLC規定，地址字段和控制字段發送時，先發送低位；信息字段發送時，由設計者自己設定；發送幀檢驗序列 FCS時，必須先發送高位。
3.消息層（報文協議）
通過一個信息幀傳送的信息字段，是通信中的實質性內容，也就是消息層。在BD：TBUS位總線各節點之間通信時，定義采用Order／RePly（命令／應答）結構。
（l）Order／RePly結構
BBBUS消息層協議按照多任務、多結點環境的Order／Roply結構建立。
Order被定義為主結點任務通過BITBUS傳送給從節點任務的消息。
Reply被定義為從結點任務通過BBBUS傳回給主結點任務的消息，并作為對主結點任務Order的回答。所謂主結點任務指主設備或主設備擴展器住模塊）上運行的執行某種功能的程序。同樣，從結點任務即為從設備或從設備擴展器上運行的執行某種功能的程序。
（2）消息格式
通過BBBUS傳送的信息。幀中的信息字段，是BITBUS通信中的消息層。BBBUS的
消息格式如圖10－6所示。
消息中的前面7個字節為消息標題，標志字節中的MT是消息類型，MT＝0為主站發的命令報文；MT＝1為從站回答信息。SE為源擴展，SE＝0表示在主設備上，SE＝l表示在主擴展設備上。DE為口的擴展，DE＝0為從設備Z DE＝l為從設備擴展。TR為跟蹤，TR＝0為發送信息，TR＝l為接收信息。保留4位全為0作為備用。
4．應用層（遠程存取控制）
在消息層的基礎上，定義了遠程存取控制（RAC）的一系列命令，實質上，是對從結點定義的特殊任務，也就是說，在傳送的數據當中，規定了具體的數據格式，同時在命令中
定義了一系列相應的代碼。從結點收到一幀信息后，由命令中取出的代碼確定屬于遠程存
取控制的何種命令，然后由數據中確定地址和數據內容。
10.2.3 BITBUS 通信網絡的應用
BITBUS可實現三種網絡拓撲結構，即點到點半雙工、多點半雙工、環形網結構。圖10－7給出了這三種結構的連接關系。
因為 PC總線系統的應用十分廣泛，所以 BITBUS最常見的應用形式是 8044與 IBM PC機構成分布式控制系統。一般以 IBM PC為主機，作為數據信息處理、分析、顯示、打印等主控設備。通過PICX－344模版，PC總線與一臺8044相連，以該8044為主站，負責與各個從站交換信息，對數據信息做簡單處理，即判斷來自主機或從站的信息屬于何種信息，完成相應的處理。用戶也可自行設計PC總線與BITBUS總線的接口電路，一般多采用一組雙口RAM。根據實際系統的需要，配置若干臺8044作為從站，其任務是接收主站的命令，執行相應的動作或將主站所需的數據傳送給主站。
主站與從站之間按BITBUS接口標準連接，電氣接口為RS－485，由各個8044的SIU控制。系統結構框圖如圖10－8所示。
10．3 現場總線（FIEDBUS）技術
50年前，過程控制儀表基于3~15Psi氣動標準信號。20世紀60至70年代發展了4~20mA信號標準，直到現在仍在使用。進入80年代以來，用微處理器技術實現過程控制以及智能傳感器的發展，導致需要用數字信號取代4~20mA模擬信號，這就形成了現場總線（FIEDBUS）。現場總線是連接工業過程現場儀表和控制系統之間的全數字化、雙向。
多站點的串行通信網絡，與控制系統和現場儀表聯用組成現場總線控制系統（Field－busControl System－FCS）。現場總線不單單是一種通信技術，也不僅僅是用數字儀表代替模擬儀表，它是用新一代的現場總線控制系統FCS代替傳統的分散型控制系統DCS（Distribute Control System），實現現場總線通信網絡與控制系統的集成。
10．3．1現場總線概述
1．現場總線及其體系結構
根據國際電L委員會IEC（International Electrotechnical Commision）標準和現場總線基金會 FF(Fieldbus Foundation)的定義：現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。現場總線的體系結構主要表現在以下六個方面。
（1）現場通信網絡
現場總線把通信一直延伸到生產現場或生產設備，用于過程自動化和制造自動化的現場設備或現場儀表互連的現場通信網絡，如圖10－9所示，該圖代表了FF現場總線控制系統的網絡結構。
（2）現場設備互連
現場設備或現場儀表是指變送器、執行器。
服務器和網橋、輔助設備、監控設備等，這些設備通過一對傳輸線互連（見圖10－9），傳輸線可使用雙絞線、同軸電纜、光纖等，并可根據需要因地制宜地選擇不同類型的傳輸介質。
①變送器
常用的變送器有溫度、壓力。流量、物位和分析五大類，每類又有多個品種。變送器既有檢側、變換和補償功能，又有PID控制和運算功能。
②執行器
常用的執行器有電動和氣動兩大類，每類又有多個品種。執行器的基本功能是控制信號的驅動和執行，還內含調節問輸出特性補償、PID控制和運算功能，另外有閥門特性自動校驗和自診斷功能。
③服務器和網橋
服務器下接H1和H2，上接局域網 LAN(Local Area Network);網橋上接 H2，下接 H1(見圖 10-9)。
④輔助設備
輔助設備有計H1/氣壓轉換器、H1/電流轉換器。電流/H1轉換器。安全柵、總線電源、便攜式編程器等。
⑤監控設備
監控設備主要有工程師站。操作員站和計算機站，工程師站提供現場總線控制系統組態，操作員站供工藝操作與監視，計算機站用于優化控制和建模。
（3）互操作性
現場設備或現場儀表種類繁多，沒有任何一家制造商可以提供一個工廠所需的全部現場設備，
所以，不同廠商產品的交互操作與互換是不可避免的。用戶不希望為選用不同的產品而在硬件或軟件上花很大力氣，而希望選用各廠商性能價格比最優的產品集成在一起，實現“即接即用”，用戶希望對不同品牌的現場設備統一組態，構成他所需要的控制回路，這就是現場總線設備互操作性的含義。現場設備互連是基本要求，只有實現互操作性，用戶才能自由地集成FCS。
（4）分散功能塊
FCS廢棄了DCS的輸入輸出單元和控制站，把DCS控制站的功能塊分散地分配給現場儀表，從
而構成虛擬控制站。由于功能分散在多臺現場儀表中，并可統一組態，供用戶靈活選用各種功能塊，構成所需控制系統實現徹底的分散控制，如圖10-10所示。其中差壓變送器含有模擬量輸入功能塊(AI110)，調節閥含有PID控制功能塊（PID110）及模擬量輸出功能塊（AO110），這三個功能塊構成流量控制回路。
(5)通信線供電
通信線供電方式允許現場儀表直接從通信線上攝取能量，這種方式提供用于本質安全環境的低功耗現場儀表，與其配套的還有安全柵。眾所周知，許多生產現場有可燃性物質，所有現場設備必須嚴格遵守安全防爆標準，現場總線設備也不例外。
(6)開放式互聯網絡
現場總線為開放式互聯網絡，即可與同層網絡互聯，也可與不同層網絡互聯。開放式互聯網絡還體現在網絡數據庫共享，通過網絡對現場設備和功能塊統一組態，使不同廠商的網絡及設備融為一本，構成統一的FCS，如圖10－9所示。
2．現場總線和 FCS的變革CP338 CP339 CP340 CP341 CP342 CP343 CP344 CP345 CP337 CP346 CP347
西門子CP340/CP341/CP440/CP441-1/CP441-2模塊是S7300/400系列PLC中的串行通訊
模塊
Micro XL Debion PDF Stock Level
AS S919 Yokogawa Micro XL Keyboard-Video Module | AS S919
BC1*A Yokogawa Micro XL BRAIN Communication Card | BC1*A
CP81B*B Yokogawa Micro XL MOPS - MOPL Processor Card | CP81B*B
CP81B*C Yokogawa Micro XL MOPS - MOPL Processor Card | CP81B*C
CP81E*A Yokogawa Micro XL MOPS - MOPL Processor Card | CP81E*A
DP88*A Yokogawa Micro XL MOPS - MOPL Display Card | DP88*A
DP88*C Yokogawa Micro XL MOPS - MOPL Display Card | DP88*C
DP88*D Yokogawa Micro XL D MOPS - MOPL Display Card | DP88*D
DP88B*A Yokogawa Micro XL MOPS - MOPL Display Card | DP88B*A
EA0*A Yokogawa Micro XL Signal Conditioner - Output Isolator Card | EA0*A
EA1*A Yokogawa Micro XL Signal Conditioner - 2-wire Transmitter | EA1*A
EA2*A Yokogawa Micro XL Signal Conditioner | EA2*A
EC0*A Yokogawa Micro XL Signal Conditioner | EC0*A
EN83*A Yokogawa Micro XL Ethernet Network Card | EN83*A
ET5*A Yokogawa Micro XL Signal Conditioner - T/C Input | ET5*A
ET5*B Yokogawa Micro XL Signal Conditioner - T/C Input | ET5*B
HD82*A Yokogawa Micro XL Hard Drive Module | HD82*A
HD82B*A Yokogawa Micro XL Hard Drive Module | HD82B*A
KB83*A Yokogawa Micro XL Keyboard | KB83*A
KB89*A Yokogawa Micro XL Keyboard | KB89*A
KB92*A Yokogawa Micro XL Keyboard | KB92*A
KB93*A Yokogawa Micro XL Engineering Keyboard | KB93*A
LC81*A Yokogawa Micro XL RL-Bus Interface Card | LC81*A
LC82*A Yokogawa Micro XL Redundant RL-Bus Interface Card | LC82*A
LC82*B Yokogawa Micro XL Redundant RL-Bus Interface Card | LC82*B
LCS*C Yokogawa Micro XL Loop Communications Card | LCS*C
MAC2*B Yokogawa Micro XL Multipoint Analog Control Card | MAC2*B
MAC2*C Yokogawa Micro XL Multipoint Analog Control Card | MAC2*C
MF89*A Yokogawa Micro XL MOPS Power Supply | MF89*A
MF89*B Yokogawa Micro XL MOPS Power Supply | MF89*B
MFCD*A Yokogawa Micro XL Field Control Unit | MFCD*A
MHC*A Yokogawa Micro XL Signal Conditioner Nest w/o Power Supplies | MHC*A
MHM*A Yokogawa Micro XL Signal Conditioner Nest | MHM*A
NP53*A Yokogawa Micro XL Basic MFCU Processor Card | NP53*A
NP53*B Yokogawa Micro XL Basic MFCU Processor Card | NP53*B
NP53*C Yokogawa Micro XL Basic MFCU Processor Card | NP53*C
NP54*B Yokogawa Micro XL Enhanced MFCU Processor Card | NP54*B
NP54*C Yokogawa Micro XL Enhanced MFCU Processor Card | NP54*C
OPK-30ES Yokogawa Micro XL Operator Keyboard | OPK-30ES
OPK-CTL3 Yokogawa Micro XL Keyboard -Video Interface Module | OPK-CTL3
PS31*A Yokogawa Micro XL Power Supply | PS31*A
PS84*B Yokogawa Micro XL MOPL Power Supply | PS84*B
PX1*A Yokogawa Micro XL Sequencer Interface Card | PX1*A
RM81*A Yokogawa Micro XL MOPS - MOPL Memory Card | RM81*A
RS2*B Yokogawa Micro XL Module | RS2*B
RS81*B Yokogawa Micro XL Interface Card | RS81*B
ST5*A Yokogawa Micro XL Multipoint Status I/O Card | ST5*A
ST6*A Yokogawa Micro XL Multipoint Status Input Card | ST6*A
ST7*A Yokogawa Micro XL Multipoint Status Output Card | ST7*A
VM1*D Yokogawa Micro XL Multipoint Analog I/O Card | VM1*D
VM2*D Yokogawa Micro XL Multipoint Analog I/O Card | VM2*D
