現場總線技術與工廠自動化FA

由圖3可以看出，現場總線是工業總線系統中串行方式的一個分支，但它在工業自動化領域將扮演或正在扮演越來越重要的角色。
1.網絡拓撲結構
　　要實現PC 、PLC 、智能驅動設備等之間的相互連接，實際上就構成了一個計算機網絡。網絡拓撲結構的概念是指：一方面網絡成員在網絡中幾何上的排序，另一方面與幾何排序無關的邏輯排序。下面將介紹幾種互為不同的幾何排序方式。
( l ）點對點連接 兩個通訊伙伴最簡單的數據交換方式是通過一根電纜來連接。比如MODEM 連接、PC 和打印機之間的連接等。這也是網絡中最簡單的一種。若有多個成員要通過點對點方式進行連接，則構成了一個網格化的網絡。
在這種拓撲結構中，每兩個通信的成員便構成了一個點對點連接。這樣對于n 個成員每個成員有( nl ）個接口的網絡，一共需n×(n1)/2個連接。一個結構網絡的費用是可想而知的了。出錯時或者一個成員或者一個通信通道退出。診斷是較為簡單的。
( 2 ）環形結構 環形結構同樣是利用了點對點連接，只是在這里構成了一個物理環。在環上傳遞的信息是由一個成員遞到下一個成員依次形成的信息傳輸。當然這里需要規定一個總線訪問規約，以保證某一時刻只有一個成員發送信息。由于每個網絡成員同時又起到了一個中繼器的作用，而采用光纖傳輸煤介時，兩個成員間的距離可達公里級，而且還可獲得很高的傳輸速率。因此可以斷定，此拓撲結構一個顯著的優點是：可以保證較遠的傳輸距離和較高的傳輸速率。
　　若無適當措施，當一個成員出問題或電纜斷裂時，意味著整個網絡的癱瘓。要避免此類問題須設立冗余環而且需要有一個適當的搜尋邏輯以對錯誤進行定位并用短路環切除。
( 3 ）星形結構 星形結構是由中央站通過點對點連接和其它成員構成的。實現中央站有兩種可能：
?集線器（HUB ）。它的任務只是將信號從發送站傳到正確的接收站。因此集線器既可以
是主動的也可以是被動的。
?智能中央站。在這種情況下，中央站操縱整個網絡的通信。
原則上一切通信活動要通過中央站。這就出現了一個“瓶頸”的問題。另外，中央站的故障
可導致整個網絡的癱瘓。
( 4 ）總線結構 在這種結構中所有網絡成員的通信交流是通過一條總線進行的。每一個成
員是通過一較短的分接電纜接人總線的。由此布線就極為簡潔了。每一個成員只需一個接口就可
以和總線上的任一成員進行通信了。這就是工業總線為什么被廣泛采用的緣故。
然而在總線上的某一時刻只能有一個成員發送信息。這就需要有一個總線訪問規約。一般來
說總線結構存在如下的問題：
?因為總線上的數據交流帶有任意性，在每次總線信息發布的時候所有的成員都要“隨
聽”。由此隨著總線成員數目的增多，發送者的壓力也越大。
?由于總線的長度一般在幾百米范圍內，這與要傳送的信號波長相比已是不可忽略的了。
因此在總線兩端要接終端電阻，以避免波反射現象。此終端電阻同樣給發送者造成壓力。
以上的問題給總線結構帶來如下限制；
?總線上的成員數目是有限的；
?總線長度和傳輸速率是成反比的。
( 5 ）樹狀結構 樹狀結構實際上是一般總線結構的擴展。其網絡覆蓋面比之一般的總線結
構要大。總線的基本數據如最多成員數，最大傳輸速率以及最大總線長度同一般總線結構一樣。只是這些數值可由中繼器提高。對于樹狀結構當建立一個新的樹枝時要使用中繼器。如目前國際上應用廣泛的PROFIBUS 和CAN 都可以方便地通過中繼器做成樹狀結構，給現場總線的應用帶來了靈活性。
2. 通信模型
計算機間以數據交換為目的的通信需要有一個標準。70 平代屬于聯合國組織的國際標準組織（ISO）成立了一個工作小組專門制定計算機通信的標準，并于1983 年出臺了一個參考模型，這就是所謂開放系統互連（OSI）的基本參考模型（Basic Reference Model for Open Systems Interconnection ）。這個OSI 一參考模型將通信抽象地分戈了7 個層面,每層具體負責一個特殊的明確定義的通信部分任務組。
OSI 分層模型在抽象的層面上描述了伙伴過程的通信。至于每一層具體應如何配置，未作任何描述。因此當整個系統由多個廠家的成分構成時，通過定義每層的內容和確定可用的接口便可以創造一個“開放”系統。這由7 個層面構成的計算機通信模型可由圖4 示出。

圖4 OSI分層模型

3 訪問方式
( l ）主／從方式 在這里主站作為總線控制單元建立與被動的網絡成員的連接。從站總是直接回應主站的數據要求。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從站是很容易和經濟的。一個明顯的缺點是：從站之間的通信時間很長。