复合方式现场总线控制系统通信协议的设计

3　通信协议的具体设计

3.1　物理层

　　图1－2所示的系统中，物理层采用异步串行通信方式，基带传输，非归零NRZ编码信号形式，通信波特率为31.25Kbps，最大传输距离1200m，最多可接仪表31台，传输介质为屏蔽双绞线，非总线供电，其帧格式由11个比特位构成。如下所示。

1个起始位 8个数据位 1个可编程位 1个停止位

3.2　协议数据结构定义
通信协议数据结构定义如下：
　　(1)主节点表
｛主节点表长度，主节点地址1……，主节点地址n｝
　　(2)控制回路及参数
控制回路构成：
｛变送调节器地址、回路号、变送器地址1、……变送器地址n，执行器地址1、……执行器地址n｝
　　回路参数：
　　｛变送调节器地址、参数长度、回路号、参数表(含给定值、报警限、PID参数等)｝
　　(3)报警信息
　　｛报警节点地址、回路号、报警时间、报警类型、报警值｝
　　(4)数据信息
　　｛节点地址、回路号、数据类型、数据值｝

3.3　通信协议帧格式

　　通信协议提供两种帧格式：无连接无应答帧及有连接有应答帧。
　　(1)无连接无应答帧
　　该帧以广播方式发送，其内容由令牌环中各节点所接收。可分为以下3帧：
　　①主节点表帧

帧识别码 主节点表数据 帧校验

　　②征求新站入网帧

帧识别码 帧校验字 时间响应窗口

　　时间响应窗口值为一定值，为每一个站在窗口中开设了与地址有关的时间片，使新站在与其地址相关的时间窗口中响应该帧，实现网上新站一次性入网。
　　③新站入网帧

帧识别码 新站地址 帧校验字

　　该帧是对征求新站入网帧的响应帧，为所有节点接收并调整网络的调度站及令牌的传递次序。若新站入网失败，则等待响应下一个征求站入网帧。
　　②、③两帧具有较低的静态优先权。
　　(2)有连接有应答帧
　　此类帧为点对点通信，在连接及应答成功后方可认为信息传递完成，否则要重发，此类帧包括令牌帧、应答帧、命令帧及数据帧(如组态数据变更、测量数据等)服务帧。帧结构为：

目的节点地址 源节点地址 帧识别码 数据长度 数据内容 帧校验字

　　目的节点按收到帧识别码来解释或执行该帧，将相应处理发给源节点。
　　所有帧具有校验字，由软件按CRC－CCITT生成项式G(X)＝X16＋X12＋X5＋1生成32位循环冗余校验码，保证数据传输的正确性、完整性、顺序性。
4　结束语

　　令牌加主从的复合式的通信协议，具有纯令牌方式的全部优点，使现场总线控制系统具有实时性、可靠性及开放性。复合方式的采用减少了令牌循环节点数，缩短令牌循环时间，提高系统实时性。

参考文献：

［1］原明亭.令牌总线型全数字现场总线控制系统研究.天津大学研究生论文，1996
［2］王常力，缪道文.集散型控制系统的设计与应用.清华大学出版社，1993