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          幾種總線通信介質(zhì)訪問(wèn)控制方式

          作者: 時(shí)間:2012-10-29 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
           1、 前言

          現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng),也被稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)?,F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)既是一個(gè)開放通信網(wǎng)絡(luò),又是一種全分布控制系統(tǒng)。自80年代以來(lái),有幾種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已逐漸形成,在一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域顯示了各自的優(yōu)勢(shì)。
            
          對(duì)用戶而言,如何選擇適合自己需要的現(xiàn)場(chǎng)總線,來(lái)滿足工業(yè)控制中的實(shí)時(shí)要求。這需要了解每種現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn),尤其是數(shù)據(jù)鏈路層的通信

          按照對(duì)時(shí)間確定性的支持,現(xiàn)場(chǎng)主要分為兩大類:一類采用事件觸發(fā)方式,它不直接支持時(shí)間確定性,多數(shù)采用隨機(jī)載波監(jiān)聽方式(CSMA),具有代表性的有CAN和LON等;另一類采用時(shí)間觸發(fā)方式,它直接支持時(shí)間確定性,
            
          通常采用令牌方式,它又可以進(jìn)一步分為:(1)集中式令牌,具有代表性的有WorldFIP和FF等;(2)分布式令牌,具有代表性的有PROFFBUS等;(3)虛擬令牌,具有代表性的有P-NET等。
            
          為此,本文針對(duì)目前比較流行的,且通信具有代表性的4種現(xiàn)場(chǎng)總線——LON、CAN、PBOFIBUS和FF進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹,特別是對(duì)其通信介質(zhì)訪問(wèn)控制方式進(jìn)行了較詳細(xì)的描述。

          2、 LON(LocalE Operation Networks)

          美國(guó)Echelon公司于1991年推出的局部操作網(wǎng)絡(luò),在組建分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)方面具有優(yōu)越性。LON技術(shù)適合于低層次工業(yè)網(wǎng)絡(luò),在住宅、樓宇管理、暖通、水處理、食品加工、機(jī)器控制與監(jiān)視等領(lǐng)域被廣泛接受。
            
          LONWORKS采用的LonTalk通信協(xié)議遵循ISO/OSI的全部7層模型。LonTalk協(xié)議被封裝在稱之為Neuron神經(jīng)芯片中得以實(shí)現(xiàn)。Neuron神經(jīng)芯片是IONWORKS的核心,內(nèi)含3個(gè)8位CPC,分別為介質(zhì)訪問(wèn)控制處理器,網(wǎng)絡(luò)處理器和應(yīng)用處理器??梢?,Neuon神經(jīng)芯片不僅作為L(zhǎng)ON總線的通信處理器,也作為采集和控制的通用處理器。
            
          LON支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如總線型、星型、環(huán)型、混合型等,和多種傳輸介質(zhì),如雙絞線、電力線、無(wú)線電波、紅外線、光纖、同軸電纜和電源線等。可以根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境選擇不同的收發(fā)器和介質(zhì)。采用雙絞線時(shí),通信速率為78kbps/2700m/每段以節(jié)點(diǎn),1.25Mbps/130m/每段64個(gè)節(jié)點(diǎn)。Motomla已開發(fā)出IS-78本安物理通道,使LON網(wǎng)絡(luò)可以延伸到危險(xiǎn)區(qū)域。

          LON的通信介質(zhì)訪問(wèn)控制方式為帶預(yù)測(cè)P-堅(jiān)持CSMA。當(dāng)節(jié)點(diǎn)有信息要發(fā)送而試圖占用通道時(shí),首先在一個(gè)固定的周期Beta 1檢測(cè)通道是否處于網(wǎng)絡(luò)空閑。為了支持優(yōu)先級(jí),還要增加優(yōu)先級(jí)時(shí)間片,優(yōu)先級(jí)越高的所加的時(shí)間片越少。隨后再根據(jù)網(wǎng)絡(luò)積壓參數(shù)BL產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)等待時(shí)間片W’,W’為0到W之間的隨機(jī)數(shù),W=BL*16。當(dāng)延時(shí)結(jié)束時(shí),網(wǎng)絡(luò)仍空聞,節(jié)點(diǎn)以概率p=1/W發(fā)送報(bào)文。此種方式在負(fù)載較輕時(shí)使介質(zhì)訪問(wèn)延遲最小化,而在負(fù)載較重時(shí)使沖突最小化,但不能消除沖突。圖2-1為L(zhǎng)ON的優(yōu)先級(jí)帶預(yù)測(cè)P-堅(jiān)持CSMA概念示意圖。
            
          LON有完整的7層協(xié)議,具備了局域網(wǎng)的基本功能,與異型網(wǎng)的兼容性比現(xiàn)存的任何現(xiàn)場(chǎng)總線都好。它還提供了與LAN的接口,從而實(shí)現(xiàn)二者的有機(jī)結(jié)合。同時(shí),LON屬于網(wǎng)絡(luò)型系統(tǒng),不適合于有大量數(shù)據(jù)需要采集,進(jìn)行頻繁處理的快速工業(yè)控制系統(tǒng)。

          LON通過(guò)具有通信與控制功能的Neuron神經(jīng)芯片、收發(fā)器、電源、傳感器和控制設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),采用專用的編程工具Neuron C,利用所提供的開發(fā)工具:LonBuilder、NodeBuilder和LVS技術(shù),可以快速、方便地開發(fā)節(jié)點(diǎn)和聯(lián)網(wǎng)。

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