試論十種類型現場總線的體系結構
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Profibus-DPV2可以實現循環(huán)通信、非循環(huán)通信以及從站之間的通信。由于從站之間可直接通信，通信時間縮短1個DP總線周期和主站周期，從而使反應時間縮短60%至90%，同時建立了等時間間隔的總線循環(huán)周期，其時間偏差小于1μs，即適用于高精度定位控制，又可實現閉環(huán)控制。DPV2可根據不同的應用需要開發(fā)專用行規(guī)（profile），如用于運動控制的ProfiDrive和用于聯鎖保護的ProfiSafe等。
4 Type4 P-NET現場總線
P-NET現場總線由丹麥Process-Data Sikebory Aps公司從1983年開始開發(fā)，主要應用于啤酒、食品、農業(yè)和飼養(yǎng)業(yè)，它得到P-NET用戶組織的支持，在現場大約有5000多個應用系統。 P-NET現場總線是一種多主站、多網絡系統，圖4給出了P-NET系統的體系結構?？偩€采用分段結構，每個總線分段上可以連接多個主站，主站之間通過接口能夠實現網上互連，它允許在幾個總線區(qū)直接尋址，無需遞階網絡結構。該總線通信協議包括1、2、3、4和7層，并利用信道機構定義用戶層。通信采用虛擬令牌（virtual token）傳遞方式，主站發(fā)送一個請求，被尋址的從站在390μs內立即返回一個響應，只有存放到從站內存中的數據才可被訪問。每個站節(jié)點都含有一個通用的單芯片微處理機，配套的2KB EPROM不僅可用作通信，而且可用于測量、標定、轉換和應用功能。P-NET接口芯片執(zhí)行數據鏈路層的所有功能，第3層和第4層的功能由宿主處理器中的軟件解決。該總線物理層基于RS-485標準，使用屏蔽雙絞線電纜，傳輸距離1.2km，應用NRZ編碼異步傳輸。
5 Tpye5 FF HSE現場總線
1998年，美國Fieldbus Foundation（FF）基金會決定采用高速以太網（High Speed Ethernet，HSE）技術開發(fā)H2現場總線，作為現場總線控制系統控制級以上通信網絡的主干網，它與H1現場總線整合構成信息集成開放的體系結構，圖5給出了系統結構。HSE網絡遵循標準的以太網規(guī)范，并根據過程控制的需要適當增加了一些功能，但這些增加的功能可以在標準的Ethernet結構框架內無縫地進行操作，因而FF HSE總線可以使用當前流行的商用（COTS）以太網設備。100Mbps以太網拓撲是采用交換機形成星形連接，這種交換機具有防火墻功能，以阻斷特殊類型的信息出入網絡。HSE使用標準的IEEE802.3信號傳輸，標準的Ethernet接線和通信媒體。設備和交換機之間距離，使用雙絞線為100米，光纜可達2千米。HSE使用連接裝置（LD）連接H1子系統，LD執(zhí)行網橋功能，它允許就地連在H1網絡上的各現場設備，以完成點對點對等通信。HSE支持冗余通信，網絡上的任何設備都能作冗余配置。
FF HSE的1~4層由現有的以太網、TCP/IP和IEEE標準所定義，HSE和H1使用同樣的用戶層，現場總線信息規(guī)范（FMS）在H1中定義了服務接口，現場設備訪問代理（FDA）為HSE提供接口。用戶層規(guī)定功能模塊、設備描述（DD）、功能文件（CF）以及系統管理（SM）。FF規(guī)范21種功能模塊供基本的和先進的過程控制使用。FF還規(guī)定了新的柔性功能模塊（FFB），用以進行復雜的批處理和混合控制應用，FFB支持數據采集的監(jiān)控，子系統接口、事件順序、多路數據采集、PLC和其他協議通信的網間連接器。
圖5 Type5 FF HSE現場總線體系結構
Type6 SwiftNet現場總線由美國SHIP STAR協會主持制定，得到美國波音公司的支持，主要用于航空和航天等領域。該總線是一種結構簡單、實時性高的總線，協議僅包括物理層和數據鏈路層。SwiftNet現場總線采用分層總線式拓撲結構，其通信體系結構如圖6所示。
圖6 Type 6 SwiftNet現場總線體系結構
SwiftNet總線的節(jié)點（從站）通過I/O通道連接智能傳感器，由于航空航天領域對傳感器和執(zhí)行器要求高，該總線開始使用符合IEEE1451.1和IEEE1451.2標準的網絡傳感器。IEEE1451.2《用于傳感器和執(zhí)行器的智能轉換器接口》標準是一個開放的標準，它在控制網絡和傳感器之間定義一個標準接口，從而使網絡傳感器成為現場總線系統現場級的數字化傳感器，并使用戶可以根據自己的需要選擇不同廠家生產的智能傳感器，實現真正意義上的即插即用。
7 Type7 WorldFIP現場總線
1987年成立的WorldFIP協會制定并大力推廣Type7 WorldFIP現場總線。WorldFIP協議是EN50170歐洲標準的第三部分，物理層采用IEC61158.2標準，其產品在法國占有60%市場，在歐洲占有大約25%份額，它廣泛應用于發(fā)電與輸配電、加工自動化、鐵路運輸、地鐵和過程自動化領域。
WorldFIP現場總線體系結構如圖7所示，系統分為三級，即過程級、控制級和監(jiān)控級。它能滿足用戶各種需要，適合于各種類型的應用結構，集中型、分散型和主站/從站型。用單一的WorldFIP總線滿足過程控制、工廠制造加工和各種驅動系統的需要。為了適應低成本的要求，開發(fā)了低成本的Device WorldFIP（DWF）總線，它是設備一級網絡，能很好適應工業(yè)現場的各種惡劣環(huán)境，并具有本質安全防爆性能，可以實現多主站與從主站的通信。
圖7 Type7 WroldFIP現場總線體系結構
8 Type8 INTERBUS現場總線
Type8 INTERBUS現場總線由德國Phoenix Contact 公司開發(fā)，INTERBUS Club俱樂部支持。INTERBUS在全球有1000多家總線設備生產商，提供2500多種產品，到目前為止，INTERBUS在全球自動化領域已有50多萬套應用系統得到廣泛應用。
INTERBUS現場總線是一種開放的串行總線，可以構成各種拓撲形式，并允許有16級嵌套連接方式。該總線最多可掛512個現場設備，設備之間的最大距離400米，無需中繼器網絡的最大距離為12.8公里。INTERBUS總線包括遠程總線和本地總線，遠程總線用于遠距離傳送數據，采用RS-485傳輸，網絡本身不供電，通信速率為500Kbps和2Mbps。INTERBUS有自己獨特的環(huán)路結構，環(huán)路使用標準電纜同時傳送數據和電源。環(huán)路可以連接模擬、數字設備甚至復雜的傳感器/執(zhí)行器，也允許直接接入智能終端儀表。
圖8 Type8 INTERBUS現場總線體系結構
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