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現(xiàn)場總線種類及標(biāo)準(zhǔn)介紹

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作者: 時(shí)間:2006-05-02 來源:現(xiàn)場總線論壇 收藏
 現(xiàn)場總線是用于過程控制現(xiàn)場儀表與控制室之間的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、開放的、雙向的多站數(shù)字通信系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、集成電路技術(shù)的發(fā)展,以全數(shù)字式現(xiàn)場總線(FIELDBUS)為代表的互聯(lián)規(guī)范,正在迅猛發(fā)展和擴(kuò)大。由于采用現(xiàn)場總線將使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,系統(tǒng)安裝費(fèi)用減少并且易于維護(hù);用戶可以自由選擇不同廠商、不同品牌的現(xiàn)場設(shè)備達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成等一系列的優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)場總線技術(shù)正越來越受到人們的重視。近十幾年由于現(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)不能建立,現(xiàn)場總線發(fā)展的種類較多,約有40余種:如德國西門子公司Siemens的ProfiBus,法國的FIP,英國的ERA,挪威的FINT,Echelon公司的LONWorks,PhenixContact公司的InterBus,RoberBosch公司的CAN,Rosemounr公司的HART,CarloGarazzi公司的Dupline,丹麥ProcessData公司的P-net,PeterHans公司的F-Mux,以及ASI(ActraturSensorInterface),MODBus,SDS,Arcnet,國際標(biāo)準(zhǔn)組織-基金會(huì)現(xiàn)場總線FF:FieldBusFoundation,WorldFIP,BitBus,美國的DeviceNet與ControlNet等等。
   現(xiàn)場總線的種類主要有:基金會(huì)現(xiàn)場總線FF;ProfiBus;WorldFIP;
  ControlNet/DeviveNet;CAN等
  
   1、基金會(huì)現(xiàn)場總線FF
   現(xiàn)場總線基金會(huì)包含100多個(gè)成員單位,負(fù)責(zé)制訂一個(gè)綜合IEC/ISA標(biāo)準(zhǔn)的國際現(xiàn)場總
  線。它的前身是可互操作系統(tǒng)協(xié)議ISP(InterperableSystemProtocol)--基于德國的
  ProfiBis標(biāo)準(zhǔn),和工廠儀表世界協(xié)議WORLD (WorldFactoryInstrumentationProtocol)--
  基于法國的FIP標(biāo)準(zhǔn)。ISP和WORLDFIP于1994年6月合并成立了現(xiàn)場總線基金會(huì)。
  基金會(huì)現(xiàn)場總線采用國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的開放化系統(tǒng)互聯(lián)OSI的簡化模型(1,2,7層)。
  另外增加了用戶層。
  
   2、ProfiBus
   ProfiBus自1984年開始研制現(xiàn)場總線產(chǎn)品,現(xiàn)以成為歐洲首屈一指的開放式現(xiàn)場總線
  系統(tǒng),歐洲市場占有率大于40%,廣泛應(yīng)用于加工自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、過程自動(dòng)化、發(fā)電
  與輸配電等領(lǐng)域。1996年6月ProfiBus被采納為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170第二卷。PNO為其用戶組織,核心公司有:Siemens公司,E+H公司,Samson公司,Softing公司等。
   ProfiBus技術(shù)特性:ProfiBus以ISO7498為基礎(chǔ),以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)OSI
 ?。∣penSystemInterconnection)作為參考模型,定義了物理傳輸特性,總線存取協(xié)議和應(yīng)
  用功能。ProfiBus家族包括ProfiBus-DP,ProfiBus-PA,ProfiBus-FMS。ProfiBus-DP
  (DecentralizedPeriphery)是一種高速和便宜的通信連接,用于自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)
  分散的I/0之間進(jìn)行通信。ProfiBus-FMS(FieldBusMessageSpecification)用來解決車間
  級(jí)通用性通信任務(wù)。與LLI(LowerLayerInterface)構(gòu)成應(yīng)用層,F(xiàn)MS包括了應(yīng)用協(xié)議并向
  用戶提供了可廣泛選用的強(qiáng)有力的通信服務(wù),LLI協(xié)調(diào)了不同的通信關(guān)系并向FMS提供了不
  依賴設(shè)備訪問數(shù)據(jù)鏈層。ProfiBus-PA(ProcessAutomation)專為過程自動(dòng)化而設(shè)計(jì)的,
  它可使傳感器和執(zhí)行器接在一根共用的總線上。根據(jù)IEC61158-2國際標(biāo)準(zhǔn),ProfiBus-PA可用雙絞線供電技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的ProfiBus-DP協(xié)議和描述現(xiàn)場設(shè)備的
  PA行規(guī)。當(dāng)使用電纜耦合器,ProfiBus-PA裝置能很方便的連接到ProfiBus-DP網(wǎng)絡(luò)。[主要
  內(nèi)容摘自“PROFIBUS-與現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)”歐陽勁松梅恪]
  
  3、WorldFIP
  WorldFIP協(xié)會(huì)成立于1987年3月,以法國CEGELEC、SCHNEIDER等公司為基礎(chǔ)開發(fā)了FIP
  (工廠儀表協(xié)議)現(xiàn)場總線系列產(chǎn)品。協(xié)會(huì)有100多個(gè)成員,產(chǎn)品在法國市場占有率大于60%,
  歐洲約25%。產(chǎn)品適用于發(fā)電與輸配電、加工自動(dòng)化、鐵路運(yùn)輸、地鐵和過程自動(dòng)化等領(lǐng)域。
   1996年6月WorldFIP被采納為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170。WorldFIP是一個(gè)開放系統(tǒng),不同系統(tǒng)、不同廠家生產(chǎn)的裝置都可以使用WorldFIP,應(yīng)用結(jié)構(gòu)可以是集中型、分散型和主站-從站型。
   WorldFIP現(xiàn)場總線構(gòu)成的系統(tǒng)可分為三級(jí):過程級(jí)、控制級(jí)和監(jiān)控級(jí),這樣用單一的
  WorldFIP總線就可以滿足過程控制、工廠制造加工系統(tǒng)和各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的需要了。
  WorldFIP協(xié)議有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層組成。應(yīng)用層定義為兩種:MPS定義和
  SubMMS定義。MPS是工廠周期/非周期服務(wù),SubMMS是工廠報(bào)文的子集。
   物理層的作用能夠確保連接到總線上的裝置間進(jìn)行位信息的傳遞。介質(zhì)是屏蔽雙絞線
  或光纖。傳輸速度有31.25kb/s,1Mb/s和2.5Mb/s,標(biāo)準(zhǔn)速度是1Mb/s,使用光纖時(shí)最高可
  達(dá)5Mb/s。
   WorldFIP的幀有三部分組成,即幀起始定界符(FSS),數(shù)據(jù)和檢驗(yàn)字段,以及幀結(jié)束
  定界符。
   應(yīng)用層服務(wù)有三個(gè)不同的組:BAAS(Bus Arbitrator Application Services),MPS
  (Manufacturing Periodical / a Periodical Services),SubMMS(Subset of Messaging Services)。MPS服務(wù)提供給用戶:本地讀/寫服務(wù),遠(yuǎn)方讀/寫服務(wù),參數(shù)傳輸/接收指示,使用信息的刷新等。
   處理單元通過WorldFIP的通信裝置(通信數(shù)據(jù)庫和通信芯片組成)掛到現(xiàn)場總線上。
  通信芯片包括通信控制器和線驅(qū)動(dòng),通信控制器有FIPIU2,F(xiàn)IPCO1,F(xiàn)ULLFIP2,MICROFIP
  等,線驅(qū)動(dòng)器用于連接電纜(FIELDRIVE,CREOL)或光纖(FIPOPTIC/FIPOPTIC-TS)。通
  信數(shù)據(jù)庫用于在通信控制器和用戶應(yīng)用之間建立鏈接。[主要內(nèi)容摘自“法國WorldFIP現(xiàn)場
  總線技術(shù)概況”繆學(xué)勤]
  
  4、ControlNet/DeviveNet
  ControlNet的基礎(chǔ)技術(shù)是在RockwellAutomation企業(yè)于1995年10月公布。1997年7月成
  立了ControlNetInternational組織(
http://www.controlnet.org),Rockwell轉(zhuǎn)讓此項(xiàng)
  技術(shù)給該組織。組織成員有50多個(gè)如ABBRoboties,HoneywellInc.,YokogawaCorp.,
  ToshibaInternational,Procter&Gamble,OmronElectronicsInc.等。
  DeviceNet的相關(guān)網(wǎng)
  址(
http://www.odva.org/
  傳統(tǒng)的工廠級(jí)的控制體系結(jié)構(gòu)有五層即工廠層、車間層、單元層、工作站層、設(shè)備層組成。
  而Rockwell自動(dòng)化系統(tǒng)簡化為三層結(jié)構(gòu)模式:信息層(Ethernet以太網(wǎng)),控制層
  (ControlNet控制網(wǎng)),設(shè)備層(DeviceNet設(shè)備網(wǎng))。ControlNet層常傳輸大量的I/O和
  對(duì)等通訊信息,具有確定性和可重復(fù)性的,緊密聯(lián)系控制器和I/O設(shè)備的要求。它具備如下
  特點(diǎn):1)ControlNet在單根電纜上支持兩種類型的信息傳輸:有實(shí)時(shí)性的控制信息和I/O
  數(shù)據(jù)傳輸,無時(shí)間苛求的信息發(fā)送和程序上/下載;2)ControlNet技術(shù)采取了一種新的通
  信模式,以生產(chǎn)者/客戶模式取代了傳統(tǒng)的源/目的模式它不僅支持傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊,而
  且允許同時(shí)向多個(gè)設(shè)備傳遞信息。生產(chǎn)者/客戶模式使用時(shí)間片算法保證各節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)同步,
  從而提高了帶寬利用率;3)ControlNet使用同軸電纜可達(dá)6km,節(jié)點(diǎn)數(shù)99個(gè),兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間
  距離最長達(dá)1000m,48個(gè)節(jié)點(diǎn)距離可長達(dá)250m,采用光纖和中繼器后通訊距離可達(dá)幾十公里。
  ControlNet應(yīng)用于過程控制,自動(dòng)化制造等領(lǐng)域。
  
  5、CAN
   CAN(ControllerAreaNetwork)稱為控制局域網(wǎng),屬于總線式通訊網(wǎng)絡(luò)。CAN總線規(guī)范了
  任意兩個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)之間的兼容性,包括電氣特性及數(shù)據(jù)解釋協(xié)議,CAN協(xié)議分為二層:物理
  層和數(shù)據(jù)鏈路層。物理層決定了實(shí)際位傳送過程中的電氣特性,在同一網(wǎng)絡(luò)中,所有節(jié)點(diǎn)
  的物理層必須保持一致,但可以采用不同方式的物理層。CAN的數(shù)據(jù)鏈路層功能包括幀組織
  形式,總線仲裁和檢錯(cuò)、錯(cuò)誤報(bào)告及處理,確認(rèn)哪個(gè)信息要發(fā)送的,確認(rèn)接收到的信息及
  為應(yīng)用層提供了接口。CAN網(wǎng)絡(luò)具有如下特點(diǎn):CANBUS網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻
  主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息,而不分主從。通訊靈活,可方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)
  及分布式監(jiān)測、控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)可分成不同的優(yōu)先級(jí)以滿足不同的實(shí)時(shí)要求。
  采用非破壞性總線裁決技術(shù),當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí),優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)
  主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送,而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn),一點(diǎn)對(duì)
  多點(diǎn)及全局廣播傳送接收數(shù)據(jù)的功能。通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM/5KBPS,通訊速率最高可達(dá)
  1MBPS/40M。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個(gè)。每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè),這樣傳輸時(shí)間短,受
  干擾的概率低。每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施,數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低,可靠性極高.通
  訊介質(zhì)采用廉價(jià)的雙絞線即可,無特殊要求。在傳輸信息出錯(cuò)嚴(yán)重時(shí),節(jié)點(diǎn)可自動(dòng)切斷它
  與總線的聯(lián)系,以使總線上的其它操作不受影響。
  
  現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)
  現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)有如下種類:
  丹麥國家標(biāo)準(zhǔn)DSF21906:P-Net
  德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245(1-2):ProfiBus-FMS
  德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245(3):ProfiBus-DP
  德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245(4):ProfiBus-PA
  法國國家標(biāo)準(zhǔn)FIPC46601-607:WorldFIP
  日本JEMA標(biāo)準(zhǔn)CC-Link
  美國國家標(biāo)準(zhǔn)ANSI/NEMA以等同方式支持的ISA/IEC標(biāo)準(zhǔn)草案
  1)ISA/IEC61158-1總論;
  2)ISA/IEC61158-2物理層規(guī)范
  3)ISA/IEC61158-3鏈路層服務(wù)定義1998/09/30未通過
  4)ISA/IEC61158-4鏈路層規(guī)范;1998/09/30未通過
  5)ISA/IEC61158-5應(yīng)用層服務(wù)定義;1998/09/30未通過
  6)ISA/IEC61158-6應(yīng)用層規(guī)范;1998/09/30未通過
  7)ISA/IEC61158-7管理系統(tǒng)
  8)ISA/IEC61158-8一致性試驗(yàn)
  9)ISA/IEC61804過程控制模塊
  歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170(CLC65CX)
  Vol.IP-Net
  Vol.IIProfiBus
  Vol.IIIWorldFIP
  Vol.IVFF,聯(lián)合王國(UK)IEC國家委員會(huì)提議
  Vol.VControlNet,聯(lián)合王國(UK)IEC國家委員會(huì)提議
  歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50254(CLC65CX)
  1)ProfiBusDP
  2)FIPDWF
  3)Interbus
  歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50295(CLCTC17B)
  1)ASI
  歐洲標(biāo)準(zhǔn)prEN50325
  1)DeviceNet美國Rockwell
  2)SDS美國Honeywell
  國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898
  1)德國CANbus;
  2)美國DeviceNet;
  3)特性接近ProfiBus;
  國際標(biāo)準(zhǔn)IEC62026(IECSC65C)
  1)ASI法國、德國
  2)DeviceNet美國Rockwell
  3)SDS美國Honeywell
  
  

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