工业控制论文格式参考

　　摘要：现场总线是现代工业控制技术的发展方向，对于现场总线来说，其特点是现场通信、现场设备互联，具有较好的互操作性，并且功能模块分散化，同时具有开放式互联网等。本文通过对现场总线技术，以及通信协议进行仔细分析和研究，对几种常用的现场总线进行比较，说明了由其构成的工业控制系统的结构，最后针对CAN总线设计了一种工业控制系统并强调了在设计中所需注意的问题。

　　关键词：现场总线,工业控制系统,通信协议,CAN总线

　　1现场总线技术简介

　　在现场工业控制技术中，现场总线技术作为一项先进技术，是一种串行、数字式、多点通信的数据总线。工作实践中，在生产过程区域的现场设备/仪表和控制室内自动控制装置/系统之间广泛安装现场总线。借助现场总线实现信息的相互交换，进而自动控制功能在一定程度上也得以完成，现场总线往往是从控制室连接到现场设备的双向全数字通信总线[1]。

　　2现场总线的通信协议

　　如图1所示，给出了现场总线相应的物理结构。与开放式互连（OSI）参考模型相比，现场总线的物理结构只涉及到物理层、数据链路层和应用层，并且每个协议层各自完成功能，在这些层之间报文被解析[2]。

　　在数据链路实体中，物理层建立、维护和拆除相应的物理连接。

　　确保数据的完整性这是数据链路层的主要功能，何时与谁进行相应的对话等也是通过数据链路层来决定的，并且数据链路层不解释传输的数据，只负责传递物理层和上一层之间数据传。

　　应用层通常分为两个子层，其中一个为用户层提供服务，另一个与数据链路层进行连接，其功能主要表现为：对现场总线的命令、响应、数据、以及事件信息等进行控制。

　　在应用层之上就是用户层，通常情况下，用户层通常是一些数据和信息查询软件等，通过用户层将通信命令传送到应用层。

　　3现场总线及其所构成的控制系统

　　3.1常见现场总线的比较

　　①基金会现场总线FF。在过程自动化领域基金会现场总线FF应用较为广泛，可以说基金会现场总线技术具有较好的发展前景。②CAN总线。对于CAN总线来说支持点对点、一点对多点，以及广播模式通信等，并且借助优先级设定其节点，在一定程度上各节点可以随时发送信息。在汽车内部测量，以及执行部件之间的数据通信协议中，该总线技术应用最早。③Lonworks总线。具备通信和控制功能的Neuron芯片是Lonworks技术的核心。完整的Lonworks的LonTalk通信协议通过Neuron芯片来实现。④PROFIBUS总线。该总线主要包括：PROFIBUS—FMS、PROFIBUS—DP、PROFIBUS—PA。⑤HART总线。该总线作为一种协议，其功能是在现场智能仪表和控制室设备之间进行相应的通信，在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信这是HART总线的特点[3]。

　　3.2现场总线控制系统的构成

　　通常情况下，测量系统、控制系统、管理系统共同构成现场总线控制系统，该系统最有特色的部分是通信部分的硬件和软件[4]。

　　①测量系统。为多变量提供高性能的测量，使测量仪表在一定程度上具有计算能力等这是该系统的特点所在。在该系统中，因为使用了数字信号，所以在一定程度上其分辨率非常高，准确性也较高，并且具有较强的抗干扰和抗畸变能力。②控制系统。通常情况下，软件是该系统的重要组成部分，维护软件、组态软件、仿真软件等共同构成控制系统的软件。③管理系统。设备自身及过程的诊断信息、管理信息、设备运行状态信息等往往由该系统提供。

　　4现场总线在工业控制系统中的应用

　　通常情况下，CAN是一种双向、半双工的高速串行通信网络系统，该系统由物理层（PHY）、数据链路层（MAC；LLC）和应用层（APPL）共同构成组成。CAN与Profibus之间相距比较远[5]。

　　如图2所示，给出了相应的CAN网络拓扑结构。根据ISO11898的相关规定，在信息传输媒介方面，CAN采用双铰线，在网络终端阻抗方面，CAN取120Ω±12Ω。传输速率通常情况下决定着最大直接通信距离，比较典型的值为：40m时1Mbps；1000m时50kbps。

　　CAN采用非破坏性总线仲裁技术，对媒体按照节点信息的优先级依次进行访问，在一定程度上满足实时控制的需要[6]。信息帧传输过程中为短帧结构，其优点是传输时间短，具有较强的抗干扰能力。文献[7]结合PLC和液压控制技术，建立了基于CAN总线的多任务协同控制系统。

　　5结论

　　现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，随着计算机技术和控制技术的发展，未来的自动化控制领域将是现场总线及控制网络的天下。从长远看，使用现场总线技术，维护费用因智能资产管理而降低，进而减少了设备的库存。

　　参考文献：

　　[1]斯可克.基金会现场总线功能模块原理及应用[M].北京：化学工业出版社，2005.

　　[2]张士超，仪垂杰，林海波，刘尊民.现场总线的技术特点及应用分析[J].现场总线专栏，2007，10（3）16-31.

　　[3]张兴龙.基于现场总线技术的工业控制系统研究[J].黑龙江造纸，2006（1）：53-54.

　　[4]王维新.现场总线技术的特点及应用[J].西安文理学院学报：自然科学版，2007，10（4）61-65.

　　[5]JoseRufino，PauloVerissimo，GuilhermeArroz.NodefailuredetectionandmembershipinCANELy.Proceedingsofthe2003internationalconferenceonDependableSystemsandNetworks（DSN'03），IEEE，2003（6）：331-340.

　　[6]HeribertoI，CarlosA.AutomationofaroboticarmbyanalyzingtheCANprotocol.Proceedingsofthe14thinter-nationalconferenceonElectronics，CommunicationandComputers，IEEE，2004（2）：2-7.