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现场总线名词解释
现场总线（Fieldbus）是工业自动化中用于控制和监测现场设备的一种通信网络。
它可以将传感器、执行器、电机、阀门等现场设备之间的数据互相传输，实现对工业生产过程的实时监控和控制。
简单来说，现场总线就是一种将各种现场设备连接起来进行数据通信、监控和控制的技术。
与传统的模拟控制系统相比，它具有更高的可靠性、灵活性和可扩展性，可以大大提高工业生产效率和质量。
现场总线通常包括两个方面的内容：物理层和通信协议。
物理层是指现场总线网络的硬件部分，包括连接线路、传感器、执行器等设备；通信协议则是指现场总线网络中各节点之间数据传输的规则和标准。
常见的现场总线协议有Profibus、DeviceNet、CANopen、Modbus 等，它们广泛应用于自动化控制、过程控制、机器人控制、工厂自动化等领域。
通过使用现场总线技术，可以有效地实现设备之间的信息交换和控制，从而提高工业生产的效率和质量。
1、什么是现场总线？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、串行、多点通信的数据总线称为现场总线。
现场总线一般是指一种用于连接现场设备，如传感器（sensors）、执行器以及像PLC、调节器（regulators）、驱动控制器等现场控制器的网络。
现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向、串行、多节点、数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。
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。
现场总线是连接控制系统中现场装置的双向数字通信网络；现场总线是从控制室连结到现场设备的双向全数字通信总线。
现场总线是用于过程自动化和制造自动化（最底层）的现场设备或现场仪表互连的现场数字通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成。
现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信网络。
由此网络构成的系统称为现场总线控制系统。
2、现场总线的结构特点是什么？现场总线系统中，各现场设备分别作为总线上的网络节点，设备之间采用网络式连接是现场总线系统在结构上最显著的特征之一。
（1）系统的开放性开放系统是指通信协议公开，不同制造商提供的设备之间可实现网络互连与信息交换，现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。
（2）互可操作性与互用性互可操作性，是指网络中互连设备间的信息传送与交换，可实行点对点，一点对多点的数字通信。
而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。
（3）通信的实时性与确定性现场总线系统的基本任务是实现测量控制。
现场总线系统中的媒体访问机制、通信模式、网络管理与调度方式等都将保证通信的实时性、有效性与确定性。
（4）现场设备的智能化与功能自治性智能主要体现在现场设备的数字计算与数字通信能力上。
1、现场总线的定义。
现场总线是指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双向数字式、串行、多点通信的数据总线现场总线系统的技术特点？答：系统开放性，互可操作性，通信的实时性与确定性，现场设备的智能性与功能自治性，对现场环境的适应性。
a)开放性：相关标准的一致性和公开性；系统集成的透明性和开放性；产品竞争的公正性和公开性。
b)交互性：上层网络与现场设备之间具有相互沟通的能力；现场设备之间具有相互沟通能力；不同厂家的同类设备可以相互替换。
c)自治性：单独的现场设备即具有自动控制的基本功能，可以随时诊断自己的运行状况，实现功能的自治。
d)适应性：专为恶劣环境而设计的，对现场环境具有很强的适应性。
现场总线系统的优势1 节省硬件数量与投资 2节省安装费用 3节省维护开销。
4用户具有系统集成主动权。
5提高了系统的准确性和可靠性2.数字数据编码定义：用高低电平的矩形脉冲信号来表示数据的0、1状态。
数字编码的种类有：单极性码、双极性码、归零码、非归零码、差分码、Manchester编码等。
工业通信中常用的是非归零码和曼彻斯特编码3.GSD 文件：GSD文件被称为电子设备数据文件，是由生产从站（主站）的厂商按照统一格式建立的一个电子文件。
其以文本文件形式记录了从站的各种属性，并随从站设备一同提供给用户。
GSD文件有明确定义的文件格式，主站从中便于读取各从站设备的数据参数，形成主站上的参数数据库。
在组态阶段，系统自动地对输入与整个系统有关的数据的输入误差和前后一致性进行检查核对。
GSD一般分为以下三部分。
①总规范：包括厂商和设备名称、软硬件版本、波特率、监控时间间隔及总线插头的信号分配等。
②与DP主站相关的规范：包括主站的各项参数，如允许的从站个数等。
③与DP从站相关的规范：包括与从站有关的所有规范，如I/O通道的数量、类型、诊断数据等。
1 什么是代冲突检测的载波监听多址访问？采用载路监听多重访问/冲突检测的介质访问控制方式时，网络上的任何节点都没有预定的发起通信的时间，节电随机向网络发起通信，当遇到多个节点同时发起通信时，信号会在传输线上相互混淆而遭破坏，称为产生“冲突”，为尽量避免由于竞争引起的冲突，每个节点在发送信息之前，都要倾听传输线上是否有信息在发送这就是“载波监听”由于传输线上不可避免的存在传输延迟，有可能多个站同时侦听到线上空间并开始发送，从而导致冲突，故每个节点在开始发送信息之后，还要继续侦听路线，判定是否有其他节点与本节点同时向数据介质发送，一旦发现便终止当前发送，这就是“冲突检测”。
现场总线1. 现场总线的特点与优点一、结构特点（从DCS的一对一链接到FCS的单总线链接）；二、技术特点（开放性、互操作性、现场适应性）；三、优点：硬件投入少；用户有高度的系统集成主动权；提高了控制精度和可靠性。
2.什么是现场总线？现场总线就是用于现场智能化设备与控制室自动化系统之间的、一个标准化的数字通信链路，可进行数字化双向、多站点、总线式的信息通信，实现相互操作与信息共享。
1.4 现场总线的本质一、现场通信网络（双绞线、同轴电缆、光纤等）；二、现场设备（传感器、变送器、执行器）互联；三、互操作性（不同厂家的设备可以直接链接）；四、分散功能块（如执行器含有PID，实现分散控制）；五、通信线供电；六、开放式互联网络（可与不同层网络互联，实现数据库共享）。
共有七层结构:⑴物理层。
定义了通信线路的物理规范。
即比特流传输--数据收发。
⑵数据链路层：规定了物理地址、网络结构、出错警告、数据排序和流量控制。
即成帧、纠错--访问控制。
⑶网络层：为不同位置的设备之间，提供链接和选择最佳路径。
即选路、寻址--选定路径。
⑷传输层：保证数据的可靠传输。
即收、发—端口确认。
⑸会话层：建立、管理、终止应用程序简的会话。
即同步—会话管理。
⑹表示层：提供多种数据格式间的转换。
即编译—数据构造。
⑺应用层：为用户提供相关的服务：如E-mail服务、WWW服务等。
即管理、协同—信息交换。
与OSI模型相比，现场总线通信模型特点是：一般的现场总线只有第1、2、7层，然后再增加第8层用户层。
这是因为现场总线主要连接现场的传感器、控制器、执行器等，其单个节点的信息量较小，数据格式简单。
但是对实时性、快速性要求较高。
如果完全按照7层结构的OSI模型进行通信，则难以保证工业控制的实时性要求。
再考虑到降低成本、提高可靠性的要求，现场总线的通信模型都在OSI的基础上进行了简化。
总之，与OSI模型相比，现场总线通信模型有明显的特点。
TCP协议是面向连接的协议，允许从一台机器发出的字节流无差错地发往互联网上的其它机器。
南京工程学院课程设计说明书（论文）题目Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信课程名称现场总线技术及应用院（系、部、中心）自动化学院专业自动化班级学生姓名学号指导教师目录一课程设计的目的----------------------------------------------3二课程设计题目及要求----------------------------------------3 1题目----------------------------------------------3 2设计要求------------------------------------------3 三环境搭建-------------------------------------------------------3 四powerlink的原理--------------------------------------------4 五操作过程--------------------------------------------------------9 1 主从站之间的通信------------------------------------9 2openCONFIGURATOR应用------------------------------------------19六实习体会--------------------------------------------------------26Powerlink课程设计报告一、课程设计的目的课程设计的目的是使学生能够将《现场总线技术及应用》课程的学习内容有机的联系起来，形成系统的概念，培养学生综合应用知识的能力，掌握现场总线系统设计的基本思想和方法。
二、课程设计题目及要求1、题目Linux操作系统下的POWERLINK主站和从站通信2、设计要求使用开源的openConfigurator对主站和从站进行配置，对开源的openPOWERLINK代码在Linux系统下进行编译实现主站和从站的通信功能，利用网络诊断工具wireshark检查和验证通信功能。
三、环境搭建（1）硬件环境：一台PC机，安装两台虚拟机，一台作为主站，另一台作为从站（2）软件环境：a)安装虚拟机VMware player；b)安装Linux操作系统Ubuntu；c)安装程序文件产生器Doxygen；d)安装编译安装工具CMakee)安装网路数据包捕获函数库libpcap作为网卡驱动四、powerlink的原理1)Powerlink是ICE国际标准，通信描述– IEC 61784- - 2服务和协议– IEC 61158- - 300– IEC 61158- - 400– IEC 61158- - 500– IEC 61158- - 600设备描述– ISO 15745- -1 1目前中国唯一实时以太网的国家标准（ GB/T- - 27960 ）2)通信过程本次课程设计我们安装两个ubuntu操作系统，一个作为主站，一个作为从站。
其中，主站发送一个数据给从站，同时从从站接收一个数据。
如下图所示：POWERLINK 的主站和从站事先定义了一些对象，这些对象的声明在objdict.h中。
这些对象的作用就是用来存储通信数据的。
下图为通信模型。
节点i节点k通信过程为：3．主站把需要通信的object 的数据，组成发送数据桢，发送给从站。
从站接收到该数据桢，将数据桢中的数据解析，放到从站自身的object 中。
4．同样道理从站把需要通信的object 的数据，组成发送数据桢，以广播的方式发送的网络上。
主站或其他从站接收到该数据桢，将数据桢中的数据解析，放到从站自身的object 中。
5．因此，POWERLINK 的通信，实际上就是主站上的object 与从站上的object 之间相互通信。
需要注意的是，相互通信的两个object，在数据长度上最好相同，否则，容易产生错误。
例如主站上某一个object 的数据长度为16bits, 而某个从站上的object 为8bits，这两个object 要通信，可能会出现主站发来的16bits 的数据要被保存到从站的8bits 的object 上，这就造成了数据的丢失。
通信模型的要点：1．对象字典由通信模型可知，要通信，首先需要有object，所有object 的集合，就成为对象字典。
通信之前，首先要定义对象字典。
2．映射参数（mapping）：描述object 与数据桢中数据段对应关系的参数叫做映射参数（mapping ).这个参数描述了object 如何组建成数据桢；以及如何将数据桢解析，将数据桢中的数据存放到object 中。
3．应用程序中对object 的访问通信的最终目的是为应用程序服务，将通信的数据交给应用程序使用。
Object 是通信协议与应用程序之间的接口，通信协议将数据保存至object 或者从object 把数据取走。
应用程序从另外一测与object 打交道。
3）主站发送参数的配置过程主站和从站的区别：每个循环周期，从站只需要发送一个TPDO 的数据帧。
而主站如果基于请求/应答模式，一个循环周期需要向网络中所有的节点都发送一次请求数据帧Preq，而且相应的也会收到从站的回复Pres，一个Preq 数据帧就是一个TPDO,而一个Pres 数据帧，就是一个RPDO。
这也就意味着主站在发送时，需要有多个发送TPDO的通道；在接收时，需要有多个接收RPDO 的通道。
举例来说，假如一个系统里，有1 个主节点和3 个从节点。
此时主站需要3 个发送通道和3 个接收通道。
4）从站接收配置之通信参数配置参数0x14XX 描述接收配置的通信参数，XX 的取值范围为0x00 至0xFF。
该参数描述了此节点需要接收来自哪个节点的数据。
从前面讲述的POWERLINK 基本原理可知，POWERLINK 支持交叉通信，因此每一个节点都可以接收来自另外一个或多个节点的数据。
所以一个节点可以有多个接收通道。
例如0x1400 是一个通道，接收来自主节点的数据，那么就把0x1400/0x01 的值设为0（默认值设为0，表示接收来自主站的请求数据）；0x1401 是一个通道，接收来自3 号节点的数据，那么就把0x1401/0x01 的值设为3，这样该节点在同一个循环周期你既接收来自主站的数据，也接收来自 3 号节点的数据。
5）openCONFIGURATOR介绍如果使用手动配置网络，那么每次修改网络参数，都要重新编译程序，重新下载，显然在某些场合是不能接受的。
而且手动配置的过程过于复杂。
因此手动配置适合用于产品开发和调试阶段。
当产品开发完成，交付给客户时，就不适合使用手动配置的方式来配置网络。
为此我们提供了一个工具openCONFIGURATOR，使用此工具可以方便快速的组建一个网络轻松地配置各个节点的网络参数和映射参数。
openCONFIGURATOR 是一个POWERLINK 的组网工具或者组态工具。
该工具的输入为网络设备的XDD 文件，输出文件主要是后缀名.cdc的网络配置文件。
该cdc 文件是一个二进制文件，保存了整个网络的配置信息。
主站会根据这个cdc 文件来配置网络主站的参数，以及各个从站的网络参数和映射参数以及循环周期等参数，这个文件不是程序的一部分，他只是一个存储文件。
五、操作过程1、主从站之间的通信1.在vm虚拟机下安装Ubuntu操作系统按下图的步骤进行配置填写用户名密码并且配置完成后，系统会自动安装并打开，填写密码登陆后进入操作系统桌面，打开终端进行操作。
2.下载程序文件产生器doxygen3.下载编译安装工具cmake4.下载网路数据包捕获函数库libpcap作为网卡驱动5.下载wireshark工具6.将下载好的openCONFIGURATO文件以及openPOWERLINK源代码复制到虚拟机的磁盘中。
7.进入prj/openPOWERLINK-v2.0.2-2/doc/software-manual文件夹下运行doxygen文件产生指导书，过程及结果如下图8.生成底层配置文件并进行编译，过程及结果如下所示底层文件配置成功9.按照指导书上的过程生成可执行文件由上图可知主站的可执行文件已经生成，此时进入安装文件夹下，复制该虚拟机作为从站，然后进行如下配置生成可执行文件。
可知从站可执行文件已生成。
10.运行主站的可执行文件，进行主站和从站之间的通信。
A）配置主站通信选择eth0网卡通信成功，主站传输数据B）配置从站通信选择相应与主站相同的网卡eth0通信成功，从站接收到来自主站的数据。
11.打开wireshark，通过此工具观察主从站之间的通信过程A）打开wiresharkB）在界面中选择主从站配置时选择的网卡eth0，点击start开始通信C）如下图所示，可以观察到主从站之间通信的数据信息2、openCONFIGURATOR应用1.openCONFIGURATOR的安装进入openCONFIGURATOR-v1.3.1-linux-i386文件夹运行confiture可执行文件，系统就会自动下载安装所需文件编译成功可以在gui文件夹下看到可执行文件openCONFIGURATOR,运行此文件。
可打开openCONFIGURATOR如下图进行配置在此页面的“choose save option”下的三个选项中选择poompt选项，其作用是当用户修改了配置或退出时，openCONFIGURATOR会淡出一个窗口询问是否保存。
接下来如上图所示，导入主站的XDD文件，我们选择import XDD/XDC选项，是因为此选项用于用户自己开发的主站或者第三方提供的主站，来导入与主站相对应的XDD文件。
并在接下来弹出的窗口中选择“yes”选项，openCONFIGURATOR会自动计算并填写主站中如下参数的配置信息，完成了添加一个网络配置的工程，并在网络里添加了一个默认的主站的工作。
然后进行从站的添加工作，如下图进行配置在弹出的窗口中填好相应的从站名称，节点号以及与主站相似的选项。
观察从节点，单击某个从节点，显示如下界面，如下图进行配置“pollResponse Timout”选项是指主站接收该从站pollresponse数据帧的超时时间，也可看作主站为该从站发送数据所分配的时间片然后配置接收和发送的网络参数和映射参数首先配置从站的发送PDO的映射信息，发送PDO的映射信息，描述了如何将该节点对字典中的object打包成一个数据帧，单击cm中的PDO的TPDO，按下图进行配置。
然后配置从站接收的映射信息接收PDO的映射信息，描述该节点，如何解析收到的数据帧，设置同上图主站的一样，配置完成后大考TPDO的objectmapping（0x 01和ox02），可以看到配置结果如下图所示设置循环周期单击openPOWERLINK_MN(240)，在右边的cycletime 里填写循环周期进行下面的操作对工程进行编译编译结果如下图所示，下图显示编译成功四、实习体会这次现场总线powerlink实习我们从安装Ubuntu到主站从站的通信以及openCONFIGURATOR 的使用，我们都受益匪浅。
