現場總線種類及標準介紹

 現場總線是用于過程控制現場儀表與控制室之間的一個標準的、開放的、雙向的多站數字通信系統(tǒng)。隨著計算機技術、通訊技術、集成電路技術的發(fā)展，以全數字式現場總線（FIELDBUS）為代表的互聯規(guī)范，正在迅猛發(fā)展和擴大。由于采用現場總線將使控制系統(tǒng)結構簡單，系統(tǒng)安裝費用減少并且易于維護；用戶可以自由選擇不同廠商、不同品牌的現場設備達到最佳的系統(tǒng)集成等一系列的優(yōu)點，現場總線技術正越來越受到人們的重視。近十幾年由于現場總線的國際標準不能建立，現場總線發(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，國際標準組織-基金會現場總線FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美國的DeviceNet與ControlNet等等。
　　 現場總線的種類主要有：基金會現場總線FF；ProfiBus；WorldFIP；
　　ControlNet/DeviveNet；CAN等
　　
　　 1、基金會現場總線FF
　　 現場總線基金會包含100多個成員單位，負責制訂一個綜合IEC/ISA標準的國際現場總
　　線。它的前身是可互操作系統(tǒng)協(xié)議ISP（InterperableSystemProtocol）--基于德國的
　　ProfiBis標準，和工廠儀表世界協(xié)議WORLD （WorldFactoryInstrumentationProtocol）--
　　基于法國的FIP標準。ISP和WORLDFIP于1994年6月合并成立了現場總線基金會。
　　基金會現場總線采用國際標準化組織ISO的開放化系統(tǒng)互聯OSI的簡化模型（1，2，7層）。
　　另外增加了用戶層。
　　
　　 2、ProfiBus
　　 ProfiBus自1984年開始研制現場總線產品，現以成為歐洲首屈一指的開放式現場總線
　　系統(tǒng)，歐洲市場占有率大于40%，廣泛應用于加工自動化、樓宇自動化、過程自動化、發(fā)電
　　與輸配電等領域。1996年6月ProfiBus被采納為歐洲標準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技術特性：ProfiBus以ISO7498為基礎，以開放式系統(tǒng)互聯網絡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
　　用功能。ProfiBus家族包括ProfiBus-DP，ProfiBus-PA，ProfiBus-FMS。ProfiBus-DP
　?。―ecentralizedPeriphery）是一種高速和便宜的通信連接，用于自動控制系統(tǒng)和設備級
　　分散的I/0之間進行通信。ProfiBus-FMS（FieldBusMessageSpecification）用來解決車間
　　級通用性通信任務。與LLI（LowerLayerInterface）構成應用層，FMS包括了應用協(xié)議并向
　　用戶提供了可廣泛選用的強有力的通信服務，LLI協(xié)調了不同的通信關系并向FMS提供了不
　　依賴設備訪問數據鏈層。ProfiBus-PA（ProcessAutomation）專為過程自動化而設計的，
　　它可使傳感器和執(zhí)行器接在一根共用的總線上。根據IEC61158-2國際標準，ProfiBus-PA可用雙絞線供電技術進行數據通信，數據傳輸采用擴展的ProfiBus-DP協(xié)議和描述現場設備的
　　PA行規(guī)。當使用電纜耦合器，ProfiBus-PA裝置能很方便的連接到ProfiBus-DP網絡。[主要
　　內容摘自“PROFIBUS-與現場總線國際標準”歐陽勁松梅恪]
　　
　　3、WorldFIP
　　WorldFIP協(xié)會成立于1987年3月，以法國CEGELEC、SCHNEIDER等公司為基礎開發(fā)了FIP
　?。üS儀表協(xié)議）現場總線系列產品。協(xié)會有100多個成員，產品在法國市場占有率大于60%，
　　歐洲約25%。產品適用于發(fā)電與輸配電、加工自動化、鐵路運輸、地鐵和過程自動化等領域。
　　 1996年6月WorldFIP被采納為歐洲標準EN50170。WorldFIP是一個開放系統(tǒng)，不同系統(tǒng)、不同廠家生產的裝置都可以使用WorldFIP，應用結構可以是集中型、分散型和主站-從站型。
　　 WorldFIP現場總線構成的系統(tǒng)可分為三級：過程級、控制級和監(jiān)控級，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)和各種驅動系統(tǒng)的需要了。
　　WorldFIP協(xié)議有物理層、數據鏈路層和應用層組成。應用層定義為兩種：MPS定義和
　　SubMMS定義。MPS是工廠周期/非周期服務，SubMMS是工廠報文的子集。
　　 物理層的作用能夠確保連接到總線上的裝置間進行位信息的傳遞。介質是屏蔽雙絞線
　　或光纖。傳輸速度有31.25kb/s，1Mb/s和2.5Mb/s，標準速度是1Mb/s，使用光纖時最高可
　　達5Mb/s。
　　 WorldFIP的幀有三部分組成，即幀起始定界符（FSS），數據和檢驗字段，以及幀結束
　　定界符。
　　 應用層服務有三個不同的組：BAAS（Bus Arbitrator Application Services），MPS
　?。∕anufacturing Periodical / a Periodical Services），SubMMS（Subset of Messaging Services）。MPS服務提供給用戶：本地讀/寫服務，遠方讀/寫服務，參數傳輸/接收指示，使用信息的刷新等。
　　 處理單元通過WorldFIP的通信裝置（通信數據庫和通信芯片組成）掛到現場總線上。
　　通信芯片包括通信控制器和線驅動，通信控制器有FIPIU2，FIPCO1，FULLFIP2，MICROFIP
　　等，線驅動器用于連接電纜（FIELDRIVE，CREOL）或光纖（FIPOPTIC/FIPOPTIC-TS）。通
　　信數據庫用于在通信控制器和用戶應用之間建立鏈接。[主要內容摘自“法國WorldFIP現場
　　總線技術概況”繆學勤]
　　
　　4、ControlNet/DeviveNet
　　ControlNet的基礎技術是在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轉讓此項
　　技術給該組織。組織成員有50多個如ABBRoboties，HoneywellInc.，YokogawaCorp.，
　　ToshibaInternational，Procter&Gamble，OmronElectronicsInc.等。
　　DeviceNet的相關網
　　址（http://www.odva.org/）
　　傳統(tǒng)的工廠級的控制體系結構有五層即工廠層、車間層、單元層、工作站層、設備層組成。
　　而Rockwell自動化系統(tǒng)簡化為三層結構模式：信息層（Ethernet以太網），控制層
　　（ControlNet控制網），設備層（DeviceNet設備網）。ControlNet層常傳輸大量的I/O和
　　對等通訊信息，具有確定性和可重復性的，緊密聯系控制器和I/O設備的要求。它具備如下
　　特點：1）ControlNet在單根電纜上支持兩種類型的信息傳輸：有實時性的控制信息和I/O
　　數據傳輸，無時間苛求的信息發(fā)送和程序上/下載；2）ControlNet技術采取了一種新的通
　　信模式，以生產者/客戶模式取代了傳統(tǒng)的源/目的模式它不僅支持傳統(tǒng)的點對點通訊，而
　　且允許同時向多個設備傳遞信息。生產者/客戶模式使用時間片算法保證各節(jié)點實現同步，
　　從而提高了帶寬利用率；3）ControlNet使用同軸電纜可達6km，節(jié)點數99個，兩個節(jié)點間
　　距離最長達1000m，48個節(jié)點距離可長達250m，采用光纖和中繼器后通訊距離可達幾十公里。
　　ControlNet應用于過程控制，自動化制造等領域。
　　
　　5、CAN
　　 CAN(ControllerAreaNetwork)稱為控制局域網，屬于總線式通訊網絡。CAN總線規(guī)范了
　　任意兩個CAN節(jié)點之間的兼容性，包括電氣特性及數據解釋協(xié)議，CAN協(xié)議分為二層：物理
　　層和數據鏈路層。物理層決定了實際位傳送過程中的電氣特性，在同一網絡中，所有節(jié)點
　　的物理層必須保持一致，但可以采用不同方式的物理層。CAN的數據鏈路層功能包括幀組織
　　形式，總線仲裁和檢錯、錯誤報告及處理，確認哪個信息要發(fā)送的，確認接收到的信息及
　　為應用層提供了接口。CAN網絡具有如下特點：CANBUS網絡上任意一個節(jié)點均可在任意時刻
　　主動向網絡上的其它節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從。通訊靈活，可方便地構成多機備份系統(tǒng)
　　及分布式監(jiān)測、控制系統(tǒng)。網絡上的節(jié)點可分成不同的優(yōu)先級以滿足不同的實時要求。
　　采用非破壞性總線裁決技術，當兩個節(jié)點同時向網絡上傳送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點
　　主動停止數據發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數據。具有點對點，一點對
　　多點及全局廣播傳送接收數據的功能。通訊距離最遠可達10KM/5KBPS，通訊速率最高可達
　　1MBPS/40M。網絡節(jié)點數實際可達110個。每一幀的有效字節(jié)數為8個，這樣傳輸時間短，受
　　干擾的概率低。每幀信息都有CRC校驗及其它檢錯措施，數據出錯率極低，可靠性極高．通
　　訊介質采用廉價的雙絞線即可，無特殊要求。在傳輸信息出錯嚴重時，節(jié)點可自動切斷它
　　與總線的聯系，以使總線上的其它操作不受影響。
　　
　　現場總線標準
　　現場總線標準有如下種類：
　　丹麥國家標準DSF21906：P-Net
　　德國國家標準DIN19245（1-2）：ProfiBus-FMS
　　德國國家標準DIN19245（3）：ProfiBus-DP
　　德國國家標準DIN19245（4）：ProfiBus-PA
　　法國國家標準FIPC46601-607：WorldFIP
　　日本JEMA標準CC-Link
　　美國國家標準ANSI/NEMA以等同方式支持的ISA/IEC標準草案
　　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應用層服務定義；1998/09/30未通過
　　6)ISA/IEC61158-6應用層規(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
　　9)ISA/IEC61804過程控制模塊
　　歐洲標準EN50170（CLC65CX）
　　Vol.IP-Net
　　Vol.IIProfiBus
　　Vol.IIIWorldFIP
　　Vol.IVFF,聯合王國(UK)IEC國家委員會提議
　　Vol.VControlNet,聯合王國(UK)IEC國家委員會提議
　　歐洲標準EN50254（CLC65CX）
　　1)ProfiBusDP
　　2)FIPDWF
　　3)Interbus
　　歐洲標準EN50295（CLCTC17B）
　　1)ASI
　　歐洲標準prEN50325
　　1)DeviceNet美國Rockwell
　　2)SDS美國Honeywell
　　國際標準ISO11898
　　1)德國CANbus;
　　2)美國DeviceNet;
　　3)特性接近ProfiBus;
　　國際標準IEC62026(IECSC65C)
　　1)ASI法國、德國
　　2)DeviceNet美國Rockwell
　　3)SDS美國Honeywell
　　
　　
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