河海大学计算机与信息学院课程总结（常州）
在现场总线中数据传输分为串行传输与并行传输。并行传输速度快、无需同 步但通道多、成本高、设备复杂且距离短。而串行传输与之相反，串行传输仅有 一个通道。串行传输易于实现而应用广泛。
单工、半双工、双工的区别（如下图）
在信号的传输过程中必然存在传输损伤：衰减和衰减失真、延时失真、噪声 等。
传输媒体是在数据传输系统中位于发送器和接收器之间的物理通路。分为有 线和无线。有线媒体包括双绞线、同轴电缆及光缆；无线媒体提供主要包括空气、 海水、外层空间等，不引导传播方向。
在传输信号的过程中一般要对信号进行编码。 模拟信号传输数字信号编码一般采用幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相 移键控（PSK）。 数字信号传输数字信号一般采用不归零电平编码、不归零一制、曼彻斯特编 码和差分曼切斯特编码。 模拟信号传输模拟信号一般采用调幅、调频、调相。 数字信号传输模拟信号一般要采样、量化、编码。如 PCM 编码。 差错检测与校正中常用的检验码奇偶检验码和循环冗余码。差错控制则通常 采用反馈重发（ARQ）的办法来纠正。反馈重发纠错的实现方法有两种：停止等 待方式、连续工作方式。连续工作方式又分：拉回重发和选择重发。 频分复用适合于传输模拟信号，而时分复用适合于传输数字信号。时分复用
现场总线网络的拓扑结构：总线型、星型、环型、树型、菊花链型。
（四） 媒体访问控制技术 集中控制型受控访问方法：轮叫探询和传递探询。 随机访问：纯 ALOHA、时隙 ALOHA、预约 ALOHA、载波监听多路访问（CSMA）、 载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）。
（五） 输入输出位传输现场总线 主要应用对象是具有开关量特征的传感器和执行器系统。传感器可以是各种 原理的位置接近开关及温度、压力、流量、液位开关等，执行器可以是各种开关 阀，声、光报警器，也可以是继电器、接触器等低压开关电器。 （1）CAN 总线体系结构及协议 采用面向报文的优先级控制方式，用标识符定义静态的报文优先权；采用短 帧格式，总线上的报文以不同的固定报文格式发送，但长度受限；非破坏性的总 线仲裁多主系统。总线空闲时，任何节点都可以开始传送 ，优先级较低的节点 会主动退出发 ，而具优先级高的节点可以最终获得总线访问 ，不受影响地继续 传输数据；通信服务简便，阻隔期短；错误检测和错误处理机制先进。为了获得 最安全的数据发 ，CAN 的每一个节点均设有错误检测、错误标定及错误自检等 措施；整个系统范围内保持数据一致；延迟时间短，出错恢复快；总线驱动电路 决定总线可接节点数，目前可达 110 个；通信距离与通信速率有关。最低 40m， 相应的通信速率是 1Mbps；最远可达 10km，相应的通信速率在 5kbps 以下。 （2）CAN 总线体系结构（如下图）
现场总线的特点：开放性、互可操作性与互换性、现场设备的智能化与功能 自治性、系统结构的高度分散性、对现场环境的适应性、系统可靠性、信息一致 性、经济性、易于安装维护。
现场总线与计算机网络区别：实时性（现场总线要求时延较小）、环境适应 性和安全性、额外开销、逻信模型如下图：
（一）概述 现场总线的发展：数据采集与处理系统→直接数字控制系统→监督计算机控 制系统→集散控制系统→现场总线控制系统。 现场总线的工作模式：工作站——现场总线智能仪表”二层结构，成本低、 可靠性高，可实现真正的开放式互连系统结构（如下图）
现场总线作为设备的联系纽带，把挂接在总线上的、作为网络节点的智能设 备连接成网络系统，并通过组态进一步成为控制系统，实现基本控制、补偿计算、 参数修改、报警、显示、监控、优化以及测、控、管一体化的综合自动化功能。
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CAN 的体系结构中只定义了 ISO/OSI 模型的最低两层：数据链路层和物理 层。
CAN 系统中，有四种不同类型的报文帧格式，分别为数据帧、远程帧、出错 帧和超载帧。
CAN 帧的位流采用非归零码（NRZ）,在整个位时间内维持有效电平，要么为 显性，要么为隐性。其缺点是：在连续数值相同的位较多时，没有用于各个网络 节点同步的边沿。
（2）RTU 模式（如下图）
当控制器设为在 Modbus 网络上以 RTU（远程终端单元）模式通信，在消息 中的每个 8Bit 字节包含两个 4Bit 的十六进制字符。这种方式的主要优点是：在 同样的波特率下，可比 ASCII 方式传送更多的数据。
通过半学期的现场总线的学习结合 ModBus 的课设设计让我认识到现场总线 在实际工业生产中应用极其广泛。特别在自动化领域。为此作为自动化专业的学 生我们应该认真学习并学会应用现场总线技术。
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现场总线 学习总结
专业 学号 姓名 授课班号 教师
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目前测量与控制技术、通信网络技术、计算机技术、芯片技术的高度发展。 而且自动化领域在设备制造、控制方式、系统集成、系统维护等方面发生了深刻 的变革，并直接导致了现场总线这一新技术的产生和发展。现场总线的发展推动 了一系列工业的发展。
CAN 的总线访问控制采用了由 CSMA/CD 发展而来的 CSMA/CA（载波监听多 路访问/冲突避免）方法。对总线状态进行检测（载波监听），只要一定时间内总 线未被占用，就可以发送报文。当许多节点一起开始发送时，只有发送具有最高 优先权帧的节点变为总线主站。
（六）ModBus 控制器能设置为两种传输模式（ASCII 或 RTU）中的任何一种在标准的 Modbus 网络通信。用户选择想要的模式，包括串口通信参数（波特率、校验方式等）， 在配置每个控制器的时候，在一个 Modbus 网络上的所有设备都必须选择相同的 传输模式和串口参数。 （1）ASCII 模式（如下图）
当控制器在 Modbus 网络上以 ASCII 模式通信，在消息中的每个 8Bit 字节都 作为两个 ASCII 字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到 1 秒而不产生错误。
消息中的每个 ASCII 字符都是一个十六进制字符组成（十六进制，ASCII 字符
河海大学计算机与信息学院课程总结（常州） 0...9，A...F）。
现场总线的定义：安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制 装置之间的数字式、双向、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。
现场总线是一种串行的数字数据通信链路，它沟通了生产过程领域的基本控 制设备（现场设备）之间以及更高层次自动控制领域的自动化控制设备（车间级 设备）之间的联系。现场总线一般应被看作是一个系统、一个网络或一个网络系 统，它应用于现场测量和控制目的。
河海大学计算机与信息学院课程总结（常州） 在技术上比较复杂，但却有许多优点。比如，数字信号抗干扰能力强，而且通过 逐级再生整形，可以避免干扰的积累；数字信号比较容易实现自动转换、集成化 等。计算机通信中广泛采用复用技术。
（三）现场总线体系机构 现场总线是应用在生产现场的局域网，参考了 OSI 和 IEEE802，现场总线一 般只使用 ISO/OSI 参考模型中的第 1、2、7 层，即物理层、数据链路层和应用层。 现场总线通信模型中应该包括三个基本要素：底层协议、上层协议和行规。 （如下图）