現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與工廠自動(dòng)化FA

由圖3可以看出，現(xiàn)場(chǎng)總線是工業(yè)總線系統(tǒng)中串行方式的一個(gè)分支，但它在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)缪莼蛘诎缪菰絹?lái)越重要的角色。
1.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
　　要實(shí)現(xiàn)PC 、PLC 、智能驅(qū)動(dòng)設(shè)備等之間的相互連接，實(shí)際上就構(gòu)成了一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(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(wú)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接 兩個(gè)通訊伙伴最簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)交換方式是通過(guò)一根電纜來(lái)連接。比如MODEM 連接、PC 和打印機(jī)之間的連接等。這也是網(wǎng)絡(luò)中最簡(jiǎn)單的一種。若有多個(gè)成員要通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式進(jìn)行連接，則構(gòu)成了一個(gè)網(wǎng)格化的網(wǎng)絡(luò)。
在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，每?jī)蓚€(gè)通信的成員便構(gòu)成了一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。這樣對(duì)于n 個(gè)成員每個(gè)成員有( nl ）個(gè)接口的網(wǎng)絡(luò)，一共需n×(n1)/2個(gè)連接。一個(gè)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的費(fèi)用是可想而知的了。出錯(cuò)時(shí)或者一個(gè)成員或者一個(gè)通信通道退出。診斷是較為簡(jiǎn)單的。
( 2 ）環(huán)形結(jié)構(gòu) 環(huán)形結(jié)構(gòu)同樣是利用了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，只是在這里構(gòu)成了一個(gè)物理環(huán)。在環(huán)上傳遞的信息是由一個(gè)成員遞到下一個(gè)成員依次形成的信息傳輸。當(dāng)然這里需要規(guī)定一個(gè)總線訪問(wèn)規(guī)約，以保證某一時(shí)刻只有一個(gè)成員發(fā)送信息。由于每個(gè)網(wǎng)絡(luò)成員同時(shí)又起到了一個(gè)中繼器的作用，而采用光纖傳輸煤介時(shí)，兩個(gè)成員間的距離可達(dá)公里級(jí)，而且還可獲得很高的傳輸速率。因此可以斷定，此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是：可以保證較遠(yuǎn)的傳輸距離和較高的傳輸速率。
　　若無(wú)適當(dāng)措施，當(dāng)一個(gè)成員出問(wèn)題或電纜斷裂時(shí)，意味著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。要避免此類(lèi)問(wèn)題須設(shè)立冗余環(huán)而且需要有一個(gè)適當(dāng)?shù)乃褜み壿嬕詫?duì)錯(cuò)誤進(jìn)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(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接和其它成員構(gòu)成的。實(shí)現(xiàn)中央站有兩種可能：
?集線器（HUB ）。它的任務(wù)只是將信號(hào)從發(fā)送站傳到正確的接收站。因此集線器既可以
是主動(dòng)的也可以是被動(dòng)的。
?智能中央站。在這種情況下，中央站操縱整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信。
原則上一切通信活動(dòng)要通過(guò)中央站。這就出現(xiàn)了一個(gè)“瓶頸”的問(wèn)題。另外，中央站的故障
可導(dǎo)致整個(gè)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(guò)一條總線進(jìn)行的。每一個(gè)成
員是通過(guò)一較短的分接電纜接人總線的。由此布線就極為簡(jiǎn)潔了。每一個(gè)成員只需一個(gè)接口就可
以和總線上的任一成員進(jìn)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(shí)刻只能有一個(gè)成員發(fā)送信息。這就需要有一個(gè)總線訪問(wèn)規(guī)約。一般來(lái)
說(shuō)總線結(jié)構(gòu)存在如下的問(wèn)題：
?因?yàn)榭偩€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(shí)候所有的成員都要“隨
聽(tīng)”。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(zhǎng)度一般在幾百米范圍內(nèi)，這與要傳送的信號(hào)波長(zhǎng)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(wèn)題給總線結(jié)構(gòu)帶來(lái)如下限制；
?總線上的成員數(shù)目是有限的；
?總線長(zhǎng)度和傳輸速率是成反比的。
( 5 ）樹(shù)狀結(jié)構(gòu) 樹(shù)狀結(jié)構(gòu)實(shí)際上是一般總線結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展。其網(wǎng)絡(luò)覆蓋面比之一般的總線結(jié)
構(gòu)要大。總線的基本數(shù)據(jù)如最多成員數(shù)，最大傳輸速率以及最大總線長(zhǎng)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(duì)于樹(shù)狀結(jié)構(gòu)當(dāng)建立一個(gè)新的樹(shù)枝時(shí)要使用中繼器。如目前國(guó)際上應(yīng)用廣泛的PROFIBUS 和CAN 都可以方便地通過(guò)中繼器做成樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，給現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用帶來(lái)了靈活性。
2. 通信模型
計(jì)算機(jī)間以數(shù)據(jù)交換為目的的通信需要有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。70 平代屬于聯(lián)合國(guó)組織的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）成立了一個(gè)工作小組專(zhuān)門(mén)制定計(jì)算機(jī)通信的標(biāo)準(zhǔn)，并于1983 年出臺(tái)了一個(gè)參考模型，這就是所謂開(kāi)放系統(tǒng)互連（OSI）的基本參考模型（Basic Reference Model for Open Systems Interconnection ）。這個(gè)OSI 一參考模型將通信抽象地分戈了7 個(gè)層面,每層具體負(fù)責(zé)一個(gè)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(guò)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(gè)系統(tǒng)由多個(gè)廠家的成分構(gòu)成時(shí)，通過(guò)定義每層的內(nèi)容和確定可用的接口便可以創(chuàng)造一個(gè)“開(kāi)放”系統(tǒng)。這由7 個(gè)層面構(gòu)成的計(jì)算機(jī)通信模型可由圖4 示出。

圖4 OSI分層模型

3 訪問(wèn)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(dòng)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(gè)從站是很容易和經(jīng)濟(jì)的。一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是：從站之間的通信時(shí)間很長(zhǎng)。