配电系统自动化6-变电站综合自动化系统的数据通信.ppt

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1、第六章 变电站综合自动化系统的数据通信,6-1 数据通信概述,数据通信的内容很广,计算机与计算机、一个系统与另一个系统，计算机内部各部件间、CPU与存储器、磁盘及人机接口设备之间的信息交换都时数据通信的范畴。,变电站综合自动化系统实质上是由多台微机组成的分层分布式的控制系统，系统内部实现各子系统内部和各子系统之间的信息交换和实现信息共享，系统与调度/控制中心通信。,1、综合自动化系统与调度/控制中心的通信,不设独立的远动装置，由综合自动化系统的上位机（或称集中管理机）或通信控制机执行远动功能,变电站向控制中心发送测量和监视信息,变电站从控制中心接收数据和控制命令,变电站层单元层（间隔层）现场层

2、（设备层）,设备层与间隔层间的信息交换,间隔层的设备大多数需要从设备层的电压和电流互感器采集正常和事故情况下的电压值和电流值，采集设备的状态信息和故障诊断信息,2、变电站内的信息传输,单元层内部的信息交换,一个单元层内部相关的功能模块间,如，保护和控制、监视、测量之间的数据交换,单元层之间的通信,不同单元层之间的数据交换,如，主、后备保护工作状态、互锁,单元层和变电站层的通信,测量及状态信息,操作信息,参数信息,正常及事故情况下的测量值和计算值，开关位置等,开关的分、合命令主变分接头位置调节,保护和自动装置的整定值等,变电站层的内部通信,变电站层的不同设备之间的通信,3、变电站综合自动化系统通

3、信的特点与要求,电力系统远动通信的特点,实时性强电力系统运行的变化过程十分迅速，所以对信息的实时性要求高,很高的可靠性传送的信息对电力系统的运行起着至关重要的作业,优良的电磁兼容性能电源、雷击、跳闸等强电磁干扰和地电位差的干扰,距离远现代电网日趋庞大，调动中心和所控制的厂站之间的距离较远,2）信息传输响应速度的要求,不同类型和特性的信息要求传送的时间差异很大,各层次之间和每层内部传输信息时间的要求,设备层和隔离层，1100ms,间隔内各个模块间，1100ms,间隔层的各个间隔单元之间，1100ms,间隔层和变电站层之间，101000ms,变电站的各个设备之间1000ms,变电站和控制中心之间

4、1000ms,6-2 数据通信的传输方式,1、并行、串行数据通信,并行数据通信,数据的各位同时传送，同时接收；8位、16位数据总线；传输速度快；传输距离短（10m内）。,串行接口 EIS-RS-232C、EIS-RS-485,串行数据通信,数据一位一位顺序传送；节约传输线；适合远距离传输；传输速度慢。,2、远距离数据通信的基本模型,发送信息、通道、接收信息组成传输系统,3、数据通信系统的工作方式,串行传输按信息传输方向和时间可分为：单工通信、半双工通信和全双工通信三种方式。,（1）单工通信是指仅能在一个方向传输信息，不能反方向传输。,（2）半双工通信是指信息可以双向传输，但不能同时传输，在任一

5、通信时刻，只能向一个方向传输。,（3）全双工通信是指通信双方可同时进行双向传输信息。两个传输方向完全独立。,4、异步传输与同步传输,在串行传输中要保证发送信号在接收端能被正确接收，一般须采用数据同步技术。常用的同步技术有两种：异步传输、同步传输（1）异步传输异步传输方式中，发送的每一个字符均带有起始位、停止位、和可供选择的奇偶校验位。起始位表示开始，停止位表示字符结束，构成一帧。传输中，每个字符都要用起始位和结束位，占用时间,异步通信的格式,一般信息帧,ASCII码帧,（2）同步传输同步传输方式中，在数据快的开始处集中使用同步字符来作为传送的开始。同步字符SYN是特殊的码元组合，通知接收装置一

6、个字符块的开始。控制字符可包括帧的长度。,6-3 串行数据通信接口,变电站综合自动化系统的串行数据通信主要是,数据终端设备DTE(Data Terminal Equipment),数据电路端接设备DCE(Data Circuit-terminal Equipment),RTU计量表图形设备计算机,直接发送和接收数据的设备调制解调器,1、EIA-RS-232C接口,美国电子工业协会EIA制定,机械特性,选用DB25的结构，作为其连接器,DTE采用针式结构，DCE采用孔式结构,电气特性,RS-232C采用负逻辑工作 逻辑“1”用负电平（-5-15V）表示 逻辑“0”用正电平（+5+15V）表示接口

7、信息速率 20 kbps，常用300、600、1200、2400、4800、9600 bps信号线上总负载电容不超过2500pF，通常多芯电缆具有150pF/m的电容，所以最大传输距离是15m.,功能特性,信号线 数据线、控制线、定时线、地线 控制线（握手线）用于DTE与DCE间的联系 定时线用于同步通信方式RS-232C引脚信号 DB25,RS-232C接口常用引脚的信号名称和功能,RS232 DB9 pinout,DEC MMJ pinout,RS232 DB9 to DB25 converter,25 pin RS232 Card,8250通用异步接收/发送芯片Universal Asy

8、nchronous Receiver/Transmitter,9 pin RS232 Card,1488芯片电压转换及反向,1489芯片电压转换及反向,2、EIA-RS-422A/423A接口标准,RS-232C 发送和接收公用一根地线共模信号不可避免进入信号传输系统,RS-422A 平衡驱动和差分接收消除信号地线，抗干扰大大增强,RS-423A 差分接收器，接收器的另一端接发送信号地,3、EIA-RS-485接口标准,RS-422标准的变形，电气特性相同RS-422，全双工，两对平衡差分线RS-485，半双工，一对平衡差分线,点对点远程通信电气连接图RS-422虚线 RS485实线,多点互连

9、电气连接图 RS485,节约信号线，便于联网构成分布式系统,4、EIA-RS-232C、422A/423A、RS-485主要技术性能,6-4 局域网技术应用,互连和通信是局域网的核心网络依据网络的属性分类 拓扑结构：点对点、星型、总线、环行 软件：网络操作系统Windows NT、Windows 2000 Server 协议:协议软件TCP/IP、网卡驱动程序 网络作用范围：局域网LANLocal Area Network，直径小于10km 城域网MANMetropolitan Area Network,城市范围 广域网WANWide Area Network，远程网,1、计算机网络体系结构与

10、协议,（1）引例邮政系统模型,分层 用户、邮局、运输层间关系 相邻层通过接口联系；下层为上层提供服务；具体细节对上层屏蔽协议（约定）各层均有协议；对等层协议相同 结构体系 各层次及其协议的集合,（2）计算机网络系统的体系结构,层次结构,计算机网络十分复杂；分解为若干个容易处理的子系统；结构化设计；分层是系统分解的最好办法之一。,一般分层结构,计算机网络的层次模型,OSI网络分层参考模型网络协议设计者不应当设计一个单一、巨大的协议来为所有形式的通信规定完整的细节，而应把通信问题划分成多个小问题，然后为每一个小问题设计一个单独的协议。这样做使得每个协议的设计、分析、时限和测试比较容易。协议划分的一

11、个主要原则是确保目标系统有效且效率高。为了提高效率，每个协议只应该注意没有被其他协议处理过的那部分通信问题；为了主协议的实现更加有效，协议之间应该能够共享特定的数据结构；同时这些协议的组合应该能处理所有可能的硬件错误以及其它异常情况。为了保证这些协议工作的协同性，应当将协议设计和开发成完整的、协作的协议系列(即协议族)，而不是孤立地开发每个协议。在网络历史的早期，国际标准化组织(ISO)和国际电报电话咨询委员会(CCITT)共同出版了开放系统互联的七层参考模型。一台计算机操作系统中的网络过程包括从应用请求(在协议栈的顶部)到网络介质(底部)，OSI参考模型把功能分成七个分立的层次。图2.1表示

12、了OSI分层模型。,应用层第七层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层第一层 OSI七层参考模型,第一层:物理层负责最后将信息编码成电流脉冲或其它信号用于网上传输。它由计算机和网络介质之间的实际界面组成，可定义电气信号、符号、线的状态和时钟要求、数据编码和数据传输用的连接器。如最常用的RS-232规范、10BASE-T的曼彻斯特编码以及RJ-45就属于第一层。所有比物理层高的层都通过事先定义好的接口而与它通话。如以太网的附属单元接口(AUI)，一个DB-15连接器可被用来连接层一和层二。,第二层:数据链路层通过物理网络链路提供可靠的数据传输。不同的数据链路层定义了不同的网络和协议特征，其中包

13、括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。物理编址（相对应的是网络编址）定义了设备在数据链路层的编址方式；网络拓扑结构定义了设备的物理连接方式，如总线拓扑结构和环拓扑结构；错误校验向发生传输错误的上层协议告警；数据帧序列重新整理并传输除序列以外的帧；流控可能延缓数据的传输，以使接收设备不会因为在某一时刻接收到超过其处理能力的信息流而崩溃。数据链路层实际上由两个独立的部分组成，介质存取控制（Media Access Control,MAC）和逻辑链路控制层（Logical Link Control,LLC）。MAC描述在共享介质环境中如何进行站的调度、发生和接收数据。MAC确保信息跨链

14、路的可靠传输，对数据传输进行同步，识别错误和控制数据的流向。一般地讲，MAC只在共享介质环境中才是重要的，只有在共享介质环境中多个节点才能连接到同一传输介质上。IEEE MAC规则定义了地址，以标识数据链路层中的多个设备。逻辑链路控制子层管理单一网络链路上的设备间的通信，IEEE 802.2标准定义了LLC。LLC支持无连接服务和面向连接的服务。在数据链路层的信息帧中定义了许多域。这些域使得多种高层协议可以共享一个物理数据链路。,第三层:网络层负责在源和终点之间建立连接。它一般包括网络寻径，还可能包括流量控制、错误检查等。相同MAC标准的不同网段之间的数据传输一般只涉及到数据链路层，而不同的M

15、AC标准之间的数据传输都涉及到网络层。例如IP路由器工作在网络层，因而可以实现多种网络间的互联。第四层:传输层向高层提供可靠的端到端的网络数据流服务。传输层的功能一般包括流控、多路传输、虚电路管理及差错校验和恢复。流控管理设备之间的数据传输，确保传输设备不发送比接收设备处理能力大的数据；多路传输使得多个应用程序的数据可以传输到一个物理链路上；虚电路由传输层建立、维护和终止；差错校验包括为检测传输错误而建立的各种不同结构；而差错恢复包括所采取的行动（如请求数据重发），以便解决发生的任何错误。传输控制协议（TCP）是提供可靠数据传输的TCP/IP协议族中的传输层协议。,第五层:会话层建立、管理和终

16、止表示层与实体之间的通信会话。通信会话包括发生在不同网络应用层之间的服务请求和服务应答，这些请求与应答通过会话层的协议实现。它还包括创建检查点，使通信发生中断的时候可以返回到以前的一个状态。第六层:表示层提供多种功能用于应用层数据编码和转化，以确保以一个系统应用层发送的信息可以被另一个系统应用层识别。表示层的编码和转化模式包括公用数据表示格式、性能转化表示格式、公用数据压缩模式和公用数据加密模式。,第七层:应用层最接近终端用户的OSI层，这就意味着OSI应用层与用户之间是通过应用软件直接相互作用的。注意，应用层并非由计算机上运行的实际应用软件组成，而是由向应用程序提供访问网络资源的API（Ap

17、plication Program Interface，应用程序接口）组成，这类应用软件程序超出了OSI模型的范畴。应用层的功能一般包括标识通信伙伴、定义资源的可用性和同步通信。因为可能丢失通信伙伴，应用层必须为传输数据的应用子程序定义通信伙伴的标识和可用性。定义资源可用性时，应用层为了请求通信而必须判定是否有足够的网络资源。在同步通信中，所有应用程序之间的通信都需要应用层的协同操作。OSI的应用层协议包括文件的传输、访问及管理协议(FTAM)，以及文件虚拟终端协议(VIP)和公用管理系统信息(CMIP)等。,网络协议,网络体系结构,计算机网络中，为使计算机之间或计算机与终端之间能正确地传递信

18、息，必须在有关信息传输顺序、信息格式和信息内容等方面有一组约定或规则，这组约定或规则就是网络协议。网络协议三要素：语义、语法、规则,计算机网络的层次及其协议的集合,（3）网络系统结构参考模型ISO/OSI,OSI参考模型/OSI七层模型,数据的实际传递过程,（4）OSI基本参考模型各层功能,2、局域网的基本概念,（1）局域网的特点,覆盖的地理范围小以微机为主要对象通常属于某个单位或部门数据速率高管理方便价格低廉实用性强，使用广泛,（2）局域网的分类,按拓扑结构分类;按传输的信号分类:基带、宽带,按网络使用的传输介质分类;按介质访问的控制方式分类 共享介质局域网、交换局域网,（3）局域网的组成,

19、硬件,网络服务器网络工作站网卡网络设备传输介质,软件,系统软件应用软件,3、局域网的参考模型与协议标准,IEEE802提出的局域网参考模型（LAN/RM）,局域网大多采用共享信道，当通信局限于一个局域网内部时，任意两个结点之间有唯一的链路，即网络层的功能可由链路层来完成，所以局域网中不单独设立网络层。高层功能由具体的局域网操作系统来实现。,局域网参考模型,LAN/RM中各层功能,物理层,为物理实体间提供发送和接收比特的能力，一对物理实体能确认出两个介质访问控制(MAC)子层实体间同等层比特单元的交换。实现电气、机械、功能和规程的匹配。提供发送和接收信号的能力，包括对宽带的频带分配和对基带的信号

20、调制。,数据链路层,负责把不可靠的传输信道转换成可靠的传输信道，传送带有校验的数据帧，采用差错控制和帧确认技术。,两个子层：逻辑链路控制LLC（Logic Link Control）介质访问控制MAC（Medium Access Control）,LLC子层向高层提供一个或多个逻辑接口（具有帧发和帧收功能）。发送时把要发送的数据加上地址和CRC检验字段构成帧，介质访问控制时把帧拆开，执行地址识别和CRC校验功能，并具有帧顺序控制和流量控制功能。MAC子层支持数据链路功能，并为LLC子层提供服务。支持CSMA/CD、token ring、token bus等介质访问控制方式。具体功能包括：它将上

21、层交下来的数据封装成帧进行发送（接收时进行相反过程，将帧拆卸）、实现和维护MAC协议、比特差错检验和寻址等。,CSMA/CDCarrier Sense Multiple Access With Collision Detection,IEEE802标准,IEEE802委员会为局域网制定了一系列标准，通称为IEEE802标准。,IEEE802.1标准 定义了局域网的体系结构、网络管理和网际互连协议。IEEE802.2标准 定义了逻辑链路控制（LLC）子层功能与服务。IEEE802.3标准 定义了CSMA/CD总线介质访问控制子层与物理层规范。IEEE802.4标准 定义了令牌总线（token b

22、us）介质访问控制子层与物理层规范。IEEE802.5 标准 定义了令牌环（token ring)介质访问控制子层与物理层规范。,IEEE802各标准之间的关系,4、共享介质局域网（Shared Lan）,IEEE802.2标准定义了三种：采用CSMA/CD介质访问控制方式的总线形局域网；（CSMA/CD 载波监听多路访问/冲突检测）采用token bus介质访问控制方式的总线形局域网；采用token ring介质访问控制方式的环形局域网。,网络中所有结点共享一条公共通信传输介质,（1）IEEE802.3 CSMA/CD访问控制法,CSMA/CD数据发送原理,载波监听总线即先听后发（Liste

23、n Before Talk）总线冲突检测即边听边发（Listen while Talk）一种随机争用型介质访问控制方法,采用CSMA/CD方法的流程图,CSMA/CDCarrier Sense Multiple Access With Collision Detection,IEEE802.3MAC层帧格式,前导码：7个8位字节组成，用于接收端的接收比特同步，10101010。帧前定界符：1个8位的字节组成，10101011。目的地址：发送帧的接收站地址。长度：指示LLC数据的长度。LLC数据：用于传输介质访问控制MAC子层的高层逻辑链路控制子层LLC的数据。帧校验：采用32位的CRC校验。校

24、验范围：目的地址、源地址、长度、LLC数据等字段。,数据接收,节点的发送通过竞争获得总线的使用权。其他节点都应处于接收状态。当一个节点完成一组数据接收后,判断接收帧的长度。凡是接收帧长度小于规定帧的最小长度，必然是冲突后的废弃帧，接收节点丢弃已接收的数据，重新进入待接收状态。接收节点检查帧目的地址，匹配则接收该帧，否则丢弃接收帧。进行CRC校验。检查LLC数据长度是否正确。如正确，则MAC子层将帧中LLC数据送LLC子层，进入“成功接收”结束状态。,CSMA/CD方式的主要特点,原理比较简单，技术上容易实现。网络中各节点处于同等地位，竞争传输介质。不提供优先级控制。负荷较大时，等待时间较长。适

25、合办公自动化等数据传输实时性要求不严格和通信负荷较轻的应用环境。,（2）IEEE802.5 令牌环访问控制法,Token Ring Token Passing Ring,环行网络；基带网；采用单令牌（或双令牌）的令牌传递方式。,令牌（Token）也叫通行证特殊的格式和标志，是一个或几个二进制数组成的码令牌有“忙”和“空”两个状态,接收 每一结点随时检测经过本结点的信包，当查到信包指定的地址与本结点地址相符时，则一面拷贝全部信息，一面继续转发信息包。环上的帧信息绕网一周，有源发点予以回收。,令牌环基本工作过程,发送 结点检测到一个经过的令牌为“空”时，以“帧”为单位发送信息，并将令牌置为“忙”标

26、志附在尾部向下一结点发送。,（3）IEEE802.4 令牌总线访问控制法,Token Bus Token Passing Bus,主要用于总线形或树形网络。网络工作前，要对系统初始化，以形成逻辑环路。网络环形成后，令牌的控制类似Token Ring。,令牌总线物理结构,令牌总线逻辑结构,5、交换局域网,核心部件：局域网交换机可以在它的多个端口之间建立多个并发连接。,交换局域网的特点：允许多站点同时通信，每个站点可以独占传输通道和带宽灵活的接口速率增强了网络可扩充性和延展性易于管理，便于调整网络负荷的分布，有效地利用网络带宽交换以太网与以太网、快速以太网完全兼容，无缝连接可互联不同标准的局域网,

27、交换以太网的结构示意图,局域网交换机结构与工作原理,交换机的“端口号/MAC地址映射表”可以根据端口与结点MAC地址的对应关系建立起来。,6-5 现场总线的应用,（1）现场总线的定义(四种)用于现场仪表与控制主机系统之间的一种开放的、全数字化的、双向、多站的通信系统；广义上是控制系统与现场检测仪表、执行装置进行双向数字通信的串行总线系统；基于智能化仪表及现场总线的控制系统FCS；一种数字化的串行双向通信系统。,1、概述,（2）现场总线的分类,总线按照长度分类:1）毫米级：芯片内总线 2）厘米级：芯片间总线、元件总线 3）分米级：机箱内总线（Multi-bus、STD、PCL、ISA、PCI等）

28、4）十米级：机柜间总线（RS232、GPIB、VME、VXI等）5）千米级：现场总线（FF、Profibus等）,现场总线按照数据通信宽度分类,1）传感器现场总线（数据宽度为位）：适用于简单的开关装置和输入输出位的这类通信：Seriplex总线、AS-i总线等。2）装置现场总线（数据宽度为字节）：适用于以字节为单位的装置类通信：Interbus总线、DriveNET总线和CAN总线等。,3）全服务的现场总线（数据宽度为数据流或模块Block）：以报文通信为主，除了对装置进行读取数据外，还包括一些对装置的操作和控制功能：FF总线、Lonworks总线、Hart总线等。,现场总线按照应用行业分类,

29、1）过程控制（连续生产过程）用现场总线：FF的HI、Profibus-PA等2）离散控制用现场总线：Profibus-DP、Device-NET等3）楼宇自动化用现场总线：Lonworks等4）车辆制造业用现场总线：CAN等5）飞机制造业用现场总线：SwiftNet等6）农业及养殖业用现场总线：P-Net等,（3）现场总线的本质,1）现场通信网络 用于过程以及制造自动化的现场设备或现场仪表互连的通信网络。2）现场设备互连 传感器、变送器和执行器等，这些设备通过一对传输线互连。3）互操作性 现场设备或现场仪表种类繁多，互相连接不同制造商的产品是不可避免的。性能价格比最优的产品，并将其集成在一起，

30、实现“即接即用”;用户希望对不同品牌的现场设备统一组态，构成所需要的控制回路。,4）分散功能块5）通信线供电 通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上获取能量，对于要求本征安全的低功耗现场仪表，可采用这种供电方式。6）开放式互连网络 既可与同层网络互连，也可与不同层网络互连，还可以实现网络数据库的共享。不同制造商的网络实现互连，用户通过网络对现场设备和功能块统一组态，把不同厂商的网络及设备融为一体，构成统一的FCS。,1）FCS实现全数字化通信2）FCS实现彻底的全分散式控制3）FCS实现不同厂商产品互联、互操作4）FCS增强系统的可靠性、可维护性5）FCS降低系统工程成本,（4）现场总线的优

31、点(优越性),（5）现场总线与RS232、RS485的本质区别,（6）现场总线与计算机网络的区别,RS232、RS485只能代表通信的物理介质层和链路层，编写应用程序，不符合ISO/OSI的规范，不通用。现场总线以ISO/OSI模型为基础，具有完整的软件支持系统，通用。,现场总线是一种实时控制网络，连接自动化最底层的现场控制器和现场智能设备，传输小批量数据信息。局域网传输大批量的信息，实时性要求不高。现场总线强调在恶劣环境，计算机网络在办公场所。,2、基金会现场总线（FF）,Foundation Fieldbus由现场总线基金会(Fieldbus Foundation)组织开发，IEC6115

32、8标准。工作在生产现场，适应本质安全防爆的要求，通过传输数据的总线为现场设备提供工作电源。开放性、互操作性。一个自动化系统，网络通信是围绕完成各种自动化任务进行的。,（1）基金会现场总线的主要技术1)FF 总线的通信技术2)标准化功能块(FB，Function Block)与功能块应用进程(FBAP，Function Block Application Process)3)设备描述(DD，Device Description)与设备描述语言(DDL,Device Description Language)4)现场总线通信控制器与仪表或工业控制计算机之间的接口技术5)系统集成技术6)系统测试技术

33、,四个层次,（2）FF通信模型,各层功能物理层：信号如何发送；数据链路层：如何在设备间共享网络和调度通信；应用层：在设备间交换数据、命令、事件信息以及请求应答中的信息格式；用户层：组成用户所需要的应用程序，如规定标准的功能块、设备描述，实现网络管理、系统管理等。,（3）FF通信栈,1）数据链路层（DLL）数据链路层(DLL，Data Link Layer)位于物理层与总线访问子层之间，为系统管理内核和总线访问子层访问总线媒体提供服务。总线通信中的链路活动调度、数据的接 收与发送、活动状态的探测与响应、总线上各设备间的链路时间同步都是通过数据链路层实现的。每个总线段上有一个媒体访问控制中心，称为

34、链路活动调度器(LAS，Link Active Scheduler)。LAS具备链路活动调度能力，便可形成链路活动调度表，并按照调度表的内容 形成各类链路协议数据，链路活动调度是该设备中心数据链路层的重要任务。,FF通信设备与LAS,FF把通信设备分为三类:链路主设备、基本设备和网桥,链路主设备是指那些有能力成为链路活动调度器的设备；而不具备这一能力的设备则称为基本设备。,基本设备只能接收令牌并做出响应，这是最基本的通信功能，因而可以说网络上的所有设备，包括链路主设备，都具有基本设备的能力。,当网络中几个总线进行扩展连接时，用于两个总线段之间的连接设备就称之为网桥。,2）现场总线访问子层(FA

35、S)现场总线访问子层(FAS，Fieldbus Access Sublayer)是基金会现场总线通信参考模型中应用层的一个子层。总线访问子层FAS位于FMS（Fieldbus Message Specification）与数据链路层之间，把FMS与数据链路层DLL分隔开来，利用数据链路层的受调度通信与非调度通信作用，为总线报文规范层提供服务，对FMS和AP(Application Process)提供VCR(Virtual Communication Relationship)的报文传送服务。,受调度通信,链路活动调度器(LAS)中有一张传输时刻表，这张时刻表对所有需要周期性传输的设备中的所有

36、数据缓冲器起作用。,非调度通信,LAS通过发布一个传输令牌(PT-Pass Token)给一设备，允许该使用现场总线。当该设备接收到PT 时，它就被允许发送报文，直到它发送完毕或“最大令牌持有时间”到为止，无论哪一种时间都较短。,3）现场总线报文规范（FMS）子层现场总线报文规范(FMS)为用户应用服务，它以标志的报文格式集，在现场总线上相互发送报文。FMS描述通信服务、报文格式和用户应用建立报文所必需的协议行为。,FMS所包含的服务（1）虚拟现场设备(VFD)（2）通信服务（3）上下文管理服务（4）对象字典服务（5）变量访问服务（6）事件服务（7）上载/下载服务（8）程序调用服务,3、CAN

37、（控制器局部网）,CAN Controller Area Net一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络传输介质为双绞线用CAN做工程的最大特点是启动成本低,（1）CAN总线的性能特点,CANBUS接口芯片支持8位、16位CUP,可以做成ISA、PCI总线的插卡任意插在PC、XT、AT兼容机上 多主方式工作网络上的节点信息分成不同的优先级，可满足不同的实时要求非破坏性总线仲裁技术，两节点同时发送，优先级低的节点主动停止数据发送。可以点对点、一点对多点、及全局广播方式传送和接收数据。节点数主要取决于总线驱动电路短帧结构，每一帧的有效字节数为8CRC校验及其他检错措施,（2）CAN的技术规范

38、,CAN技术规范（Version2.0）A和B：2.0A：CAN报文标准格式 2.0B：标准的和扩展的两种格式CAN只采用了ISO/OSI模型中的物理层和数据链路层。,物理层：物理信令（PLS，Physical Signalling）物理媒体附件（PMA，Physical Medium Attachment）媒体接口（MDI，Medium Dependent Interface）数据链路层：逻辑链路控制子层（LLC）媒体访问控制子层（MAC）,CAN协议的分层结构,（3）报文的传送及其帧结构,在进行数据传送时，发出报文的单元成为该报文的发送器。该单元在总线空闲或丢失仲裁前始终为发送器。如果一个

39、单元不是报文发送器，并且总线不处于空闲状态，则该单元就是接收器。构成一帧的帧起始、仲裁场、控制场、数据场和CRC序列均借助位填充规则进行编码。当发送器在发送的位流中检测到5位连续的相同数值时，将自动地在实际发送的位流中插入一个补码位。,数据帧和远程帧的其余位场采用固定格式，不进行填充。报文中的位流按照非归零码（NRZ）方法编码。报文传送由4种不同类型的帧表示和控制：数据帧携带数据由发送器至接收器；远程帧通过总线单元发送，以请求发送具有相同标识符的数据帧；出错帧由检测出总线错误的任何单元发送；超载帧用于提供当前的和后续的数据帧的附加延迟。,(1)LonWorks技术特点支持OSI七层模型的Lon

40、Talk通信协议神经元芯片基于LNS（LonWorks Network Operating System）的软件工具开放性,4、LonWorks（局部操作网络）,支持OSI七层模型的LonTalk通信协议LonTalk通信协议支持OSIRM的所有七层模型，是直接面向对象的网络协议。LonTalk协议通过神经元芯片实现，不仅提供介质存取、事务确认和点对点通信服务；还提供一些如认证、优先级传输、广播组播消息等高级服务。,神经元芯片(Neuron Chip)神经元芯片是LonWorks技术的核心，它不仅是LON总线的通信处理器，而且是具有I/O和控制的通用处理器。神经元芯片已提供了LonTalk协议

41、的第1-6层，开发者只需用Neuron C语言开发。神经元芯片包括3个8位CPU、RAM、ROM、通信接口和I/O接口。ROM中存储操作系统、LonTalk协议和I/O函数库；RAM用于存储从网络上下载的配置数据和应用程序。,基于LNS（LonWorks Network Operating System）的软件工具LonWorks技术有多种基于LNS的工具，用于LON网络的维护和组态。LonMaker是图形化工具，用于图形绘制、系统调试和网络的维修保养；节点开发工具NodeBuilder；节点和网络安装工具LonBilder；网络管理工具LonManage以及客户服务器网络构架LNS技术。,开

42、放性 LonWorks技术提供了开放系统设计平台，使不同公司生产的同类LonWorks产品可以互操互换。LonWorks产品的互操作标准由LonMark协会制定。,(2)LonTalk七层协议 LonTalk协议是LON总线的专用协议，是LonWorks技术的核心。它符合1SO/OSI参考模型的七层体系结构，即含有物理层、链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。,物理层：定义通信信道上位流的传输，它确保源设备发送的位流准确地被目的设备接收。LonTalk协议是基于传输介质的协议，不同的通信介质(如双绞线、电力线等)需有不同的物理层协议支持。数据链路层：定义介质访问方法和单一信道的数据编

43、码。物理层的位流被分割成数据帧，数据链路层定义源设备发送数据帧的时刻，目的设备如何接收数据帧以及检测传输错误，同时还定义优先级机制以确保重要信息的传送。,支持多介质的通信，支持低速率的网络MAC协议是CSMA（载波信号多路侦听）协议的改进：带预测的P坚持CSMA(Predictive Ppresistent CSMA)MAC协议是确定设备安全地传送数据包，减少冲突的控制算法 支持优先级,数据链路层分成:LLC和MAC其中MAC子层:,网络层：定义设备名称和地址，源设备的报文如何选择路由到达一台或多台目的设备，以及当源设备和目的设备不在同一信道上时，如何确定报文路由。传输层：确保可靠的报文传输。

44、报文可以用三种服务方式进行数据交换：应答方式、非应答重发方式、非应答方式,会话层：对较低层数据交换加以控制。它支持远程操作，使用户可以对远程服务提出请求，并接收对请示的响应；它还定义了一个认证协议，使报文接收者确认发送者是否有权发送该报文。,提供会话层的请求应答机制,LonTalk协议的核心部分是传输层和会话层,LonTalk协议提供四种类型的报文服务：应答方式(acknowledge)请求响应方式(request/response)非应答重发方式(unacknowledged repeated)非应答方式(unacknowledged)请求响应在会话层实现 其他三种都在传输层实现,应答方式(

45、acknowledge)：或者是端对端(end to end)的应答服务这是最可靠的服务方式 当一个节点发送报文到另一个节点或一个分组，每一个接收到报文的节点都分别向发送方应答，如果发送方在应答时间内没有全部收到应答，发送方将重新发送该报文，重发次数和应答时间都是可选的。报文应答服务是由神经元芯片的网络处理器(network processor)完成的，不必由应用程序来干预。报文传输号用于跟踪报文和应答信号，确保节点不会收到重复的报文。,请求/响应方式(request/response)：与应答方式有相同的可靠性 当一个节点发送报文到另一个节点或一个分组，每一个接收到报文的节点都分别向发送方响

46、应，如果发送方在响应时间内没有全部收到响应，发送方将重新发送该报文，重发次数和响应时间都是可选的。报文响应服务可以包含数据，是由应用处理器(application processor)完成的，适合远程过程调用和客户服务器方式的应用。,非应答重发方式(unacknowledged repeated)：这是一种比较可靠的方式 当一个节点发送报文到另一个节点或一个分组时，不需要每一个接收到报文的节点向发送方应答或响应，而采用重复多次发送同一报文，使报文尽量可靠地被接收方收到。这种方式适合于节点较多的分组广播发送，从而避免因节点响应或应答而使网络过载。,非应答方式(unacknowledged)：是最

47、不可靠的一种方式 当一个节点发送报文到另一个节点或一个分组时，不需要每一个接收到报文的节点向发送方应答或响应，也不必重复多次发送同一报文，只发一次即可。这种方式适合对可靠性要求不高，对报文丢失不敏感，但需要速度较高、报文长度较长的应用场合。,表示层：定义报文数据的编码。报文可被编码为网络变量、应用报文或外部帧。应用层：定义一种低层交换数据的公共语义解释，使不同应用程序中的网络变量改变时，均能自动将更新的网络变量值下传(发送)或上传(接收)。应用层还定义了一个文件传输协议，用来传输应用程序间的传输流。,LonTalk协议的表示层和应用层提供五类服务：1)网络变量的服务2)显示报文的服务3)网络管理的服务4)网络跟踪的服务5)外来帧传输的服务,