复合方式现场总线控制系统通信协议的设计

或发方接收器故障，将重发应答帧，进行确认。TRW＞TR且TSW＞TS＋t，是保证网络令牌的正确传送和唯一令牌的必要条件。
　　另外，令牌在循环过程中可能因干扰等因素而丢失。必须对其循环进行监视。规定令牌环中节点都具有令牌循环监控功能。每次正确传递完令牌后，都启动与一定相关的令牌循环监控定时器，其值将略大于令牌循环一周时间，避免因网络通信任务加重延长令牌循环时间而造成误判。在监控定时内收到的令牌，则认为令牌循环正常，同时复位监视定时器；若监视定时器超时中断后仍没有收到令牌，则认为令牌在循环过程中丢失，以广播方式强行复位整个网络通信状态，并由该节点重新产生一新的令牌，恢复令牌循环及系统运行。
(2)网络成员控制
　　令牌环网的一大优点是不断开物理媒介便可进行新站加入及故障站退出等网络成员管理工作，规定令牌环中地址最小主节点为网络的调度站，由调度站负责网络新站加入。令牌环变更后，新的令牌环中自动产生新的调度站。调度站执行新站入网工作具有低的静态优先权，当获得N次令牌后，才以广播方式发布征求新站入网帧，开启新站入网时间响应窗口。网上新主节点收到该帧后延时与自己地址有关时间片后以广播方式发出新点入网帧，加入令牌环，并调整网络调度站。
　　每一个站传数据给下一站，若连续传3次收不到下一站的应答信息，则认为下一站故障，将其撤出网络。
　　网络成员的每一次变化，都将产生相应的报警信息，发给监控计算机。
　　主节点拿到令牌后，根据需要与相关从节点进行主从方式通信，传递数据。

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