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现场通信网络综述

摘要:较全面地论述了工业和家用现场通信网包括定义桩路层和应用层的RS-485总线、CAN总线.以及不同工业领城的的低层串行数字通信网络的国际标准:含8类总线的IEC61158标准，用于公路车辆数字信息交换的ISO11898标准，列车通信网标准IEC61375，用于低压配电与控制装置的控置器与设备接口标准IEC62026，用于工业机械(机床)运动装制的实时通信标准IEC61491(SERCOS)等。文章还简介了家庭自动化通信网络。最后论述了高速以太网用作现场总线的发展趁势。

一、引言
现场通信网或者称广义的现场总线，是广泛应用于计算机测控领域的串行双向数字通信网络(以下统称现场总线)。其功能是实现管控设备对现场(或底层)数据的收集，对现场(或底层)执行设备的控制，完成系统管控设备与现场设备之间、现场设备相互之间的信息交换。其应用领域大致可以分为:过程工业中的连续控制、制造业的离散控制及运动控制、电力监控及变配电领域电气开关的控制、车辆及其它可移动设备内部的测控、环境监控、实验室自动测试系统以及其它地域分散的一般自动化领城的数据传递与集中，诸如自来水系统监控系统、水电气抄表系统、商品销咨系统等等。近年又发展到了家庭自动化领域。目前在这些领域应用的现场通信网络，有通信协议完善的具有国际标准的现场总线。也有通信协议
不很完善的自定义部分协议的简单的现场总线。由于后者技术简单、开发容易、价格便宜，在一些规模不大的侧控系统中仍然有着广泛的应用。

二、采用RS-485的自定义现场总线
1983年12月，美国EIA(ElectronicIndustriesAssociation)在RS一422(1978.12)标准的基础上制定了RS-485标准:用于平衡数字多点系统的发送器和接收器的电气特性。1998年3月成为EIA和TIA(TelecommunicationsIndustryAssociation)等组织的共同标准TIA/EIA一485一A一98.ITU(InternationalTelecommunicationUnion)的相应标准为V.11,RS-485是一个物理接口电气标准，采用差分(平衡)传输。最大传抽速率10Mb/s(12m距离).最大传输距离1200m(100kb/s),24#AWG双绞线)。使用较粗的双绞线时，实际通信距离可达4km以上。自RS-485标准推出以后，迅速获得了广泛的应用。一些厂商都采用RS-485作为他们开发的现场总线协议的物理接口(或之一)。如：BITBUS、Profibus、Modbus、P-net、LonWorks、研华的ADAM分布式测控产品等等。更有许多中小厂商或用户采用RS-485物理接口自定义简单的数据链路层和应用层协议开发分布式测控系统。
自定义的数据链路层多采用面向字符的数据传输控制规程，主/从通信方式。最简单的基本型规程用等待发送方式进行流控制，水平垂直奇偶验或CRC，传输的基本单位为字符，代码使用CCITI，的数据及信息传摘用国际字母5号表(与7单位ASCII码基本一致)，传输控制字符在5号表的10个控制字符中根据需要选用。传输一个8位二进制数时需要编码成两个ASCII码字符，故传输效率较低。为了提高传递效率，可采用多种扩展的规程。
RS一485收发器价格非常便宜，自定义的链路层和应用层协议开发容易。但牺牲了开放性和互操作性。
三、自定义应用层的CAN总线
CAN(ContorllerAeraNetwork，控制器局域网)是1991年Bosch公司为汽车电气控制的数字传输总线。CAN协议(CANSpecification2.0PortA十B)分为三层：目标层、传递层和物理层，主要对应于ISO(国际标准化组织)的OSI开放系统互连)七层模型中数据链路层的媒体访问控制子层以及物理层的物理信号部分。CAN总线的MAC子层采用CDMA/CA(载波侦听多路访问/冲突通免)协议，它使用一种特殊的非破坏性逐位仲裁方法得以避免冲突，提高了重负荷时的吞吐率，这是CAN的一大特色。在CAN中每一类报文都有唯一的优先权，多个节点同时发送时优选级较离的报文得到总线，优先级较低的报文停止发送。CAN总线上传物的比特流分为显(dominant)比特和隐式(recessive)比特两类。分别表示逻辑“0”和“1”，CAN的物理层必须保证:当多个节点同时发送隐式比特或显式比特时，媒体上出现的分别为显式比特和胜式比特。当同时发送的比特既有隐式比特又有显式比特时，媒体上应出现显式比特，或者说显式比特可以写在隐式比特上。CAN总线的这种特殊的物理信号编码方式使得非破坏性仲裁得以实现。
由于CAN具有低成本、易开发、实时性好、抗嗓声性能好等优点，一些标准化组织、厂商等为它定义了完整的物理层和应用层，构成