第9章 现场总线控制网络与数据网络的集成(1).pdfVIP

9现场总线控制网络与数据网络的集成

现场总线由于适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向，

一经产生便成为全球工业自动化领域的热点问题，受到人们的广泛关注。它使控

制系统的体系结构发生了变革，形成了新型的网络集成式全分布控制系统－现场

总线控制系统FCS。因为现场总线基于开放的协议标准，为控制网络与数据网络

的连接提供了方便，对控制网络和数据网络的集成起到了积极的作用。本章以作

者在研究生期间应用的CAN总线为例，讨论了基于CAN协议的现场总线控制

系统的体系结构，在此基础上，着重研究和分析了现场总线控制网络和数据网络

集成的有关问题。

9.1基于CAN协议的现场总线控制系统的体系结构

基于CAN协议的现场总线控制系统称为控制器局域网(CAN：Controller

AreaNetwork)，它是由德国RobertBoschGmbh开发，最近发展较快的一种现场

总线，最初用在汽车内的自动化系统中，由于其性能优异而且价格低廉，使用方

便很快推广到工业测控现场。CAN协议现场总线的网络设计采用了符合ISO/OSI

网络标准模型的三层结构模型，即物理层、数据链路层和应用层。网络的物理层

和链路层的功能是由CAN接口器件完成的，而应用层的功能则由微处理器来完

成。

[15]

CAN采用了带优先级的CSMA/CD协议对总线进行仲裁，因此其总线允

许多站点同时发送，这样既保证了信息处理的实时性，又使得CAN网络可以构

成多主结构或冗余结构的系统，保证了系统设计的可靠性，另外，CAN采用短

帧结构，且它的每帧信息都有CRC校验及其它检错措施，保证了数据传输的出

错极低，其传输介质可以使用双绞线，同轴电缆或光纤。

[1][16]

CAN协议的现场总线控制系统的体系结构如图9.1所示，其中监控计算

机通过通信适配卡与现场的节点进行通讯，对于一个企业信息网来说，同时它又

是以太网的一部分。

1

计算机

……

Ethernet

监控机监控机

CAN总线CAN总线

…..…..

传感器执行器变送器传感器执行器变送器

图9.1CAN协议现场总线控制系统的体系结构

9.2现场总线控制系统的网络集成

随着网络技术的不断发展，Internet正在把世界的计算机系统、通信系统逐

渐集成起来，形成信息高速公路，形成公用数据网络。而现场总线技术的兴起，

改变了控制系统的结构，使其向着网络化的方向发展，形成了对人类生产、生活

在有重要影响的另一类网络—控制网络Infranet。随着现场总线控制网络的进一

步发展，控制网络与数据网络的结合提上了日程，为开放型、全分布式控制系统

与网络系统的进一步开拓提供了新的领域。

9.2.1数据网络

[17]

数据网络是指已在办公和通信等领域广为采用的计算机网络，通过数据网

络人们可以直接获取信息。这类网络的特点是：数据通信量较大，需要经常传送

文档、报表、图形，以及信息量更大的音域、视频等多媒体数据。数据网络从最

初的局域网（LAN），局域网与局域网互连而逐渐发展，导致Internet