各類(lèi)型現場(chǎng)總線(xiàn)的體系結構綜述
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按照國際電工委員會(huì )IEC/SC65C的定義，安裝在制造或過(guò)程區域的現場(chǎng)裝置與控制室內的自動(dòng)控制裝置之間的數字式、串行和多點(diǎn)通信的數據總線(xiàn)稱(chēng)為現場(chǎng)總線(xiàn)。根據使用場(chǎng)合和用途不同，現場(chǎng)總線(xiàn)又分為H1低速現場(chǎng)總線(xiàn)和H2高速現場(chǎng)總線(xiàn)。IEC/SC65C最初定義H1總線(xiàn)為用于制造或過(guò)程區域的、通過(guò)兩根傳輸線(xiàn)向現場(chǎng)裝置供電的低速串行總線(xiàn)，H2總線(xiàn)為無(wú)需解決兩線(xiàn)制供電，用于裝置間傳送信息的高速串行總線(xiàn)。H1和H2總線(xiàn)相輔相成構成了完整的工業(yè)自動(dòng)化系統信息通信網(wǎng)絡(luò )。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/150686.htm經(jīng)過(guò)長(cháng)達15年的爭論，IEC61158用于工業(yè)控制系統的現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準于2000年初終于獲得通過(guò)，現場(chǎng)總線(xiàn)之爭逐漸隨之退潮，IEC/SC65C/WG6現場(chǎng)總線(xiàn)標準委員會(huì )到此也完成了歷史使命。為了進(jìn)一步完善IEC61158標準，IEC/SC65C成立了MT9現場(chǎng)總線(xiàn)修訂小組，繼續這方面的工作。MT9工作組在原來(lái)8種類(lèi)型現場(chǎng)總線(xiàn)的基礎上不斷完善擴充，于2001年8月制定出由10種類(lèi)型現場(chǎng)總線(xiàn)組成的第三版現場(chǎng)總線(xiàn)標準，它們是：Type1 TS61158 現場(chǎng)總線(xiàn)、Type2 ControlNet和 EtherNet/IP現場(chǎng)總線(xiàn)、Type3 Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)、Type4 P-NET現場(chǎng)總線(xiàn)、Type5 FF HSE現場(chǎng)總線(xiàn)、Type6 Swift-Net 現場(chǎng)總線(xiàn)、Type7 WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)、Type8 Interbus現場(chǎng)總線(xiàn)、Type9 FFH1現場(chǎng)總線(xiàn)以及Type10 Profinet現場(chǎng)總線(xiàn)，該標準于2003年4月成為正式國際標準。限于篇幅，本文對10種類(lèi)型總線(xiàn)做概要論述，并簡(jiǎn)單綜述上述總線(xiàn)近三年來(lái)的最新進(jìn)展。
1 Type1 TS61158 現場(chǎng)總線(xiàn)
Type1 現場(chǎng)總線(xiàn)標準由以下部分構成：
PhL：IEC61158-2：1993標準的超集(Superset);
Foundation Fieldbus的超集;
WorldFIP的功能超集;
DLL：IEC TS61158-3，TS61158-4;
Foundation Fieldbus的超集;
WorldFIP的功能超集;
AL：IEC TS61158-5，TS61158-6。
1998年之前，IEC/SC65C只推薦一種類(lèi)型的現場(chǎng)總線(xiàn)，該總線(xiàn)主要采納Foundation Fieldbus總線(xiàn)和WorldFIP總線(xiàn)基本技術(shù)，并嚴格按照IEC定義制定現場(chǎng)總線(xiàn)標準，由于各種原因，經(jīng)過(guò)多輪投票未獲通過(guò)，只能按規定成為技術(shù)報告TS61158，以此為基礎形成了現在的Type1現場(chǎng)總線(xiàn)。國際電工委員會(huì )推薦的通用現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )結構如圖1所示，從圖中可以看出現場(chǎng)總線(xiàn)系統可以支持各種工業(yè)領(lǐng)域的信息處理、監視和控制系統，用于過(guò)程控制傳感器、執行器和本地控制器之間的低級通信，可以與工廠(chǎng)自動(dòng)化的PLC實(shí)現互連。在這里，H1現場(chǎng)總線(xiàn)主要用于現場(chǎng)級，其速率為31.25Kbps，負責兩線(xiàn)制向現場(chǎng)儀表供電，并能支持帶總線(xiàn)供電設備的本質(zhì)安全;H2現場(chǎng)總線(xiàn)主要面向過(guò)程控制級、監控管理級和高速工廠(chǎng)自動(dòng)化的應用，其速率為1Mbps，2.5Mbps和100Mbps。
2 Type2 ControlNet和EtherNet/IP現場(chǎng)總線(xiàn)由ControlNet International(CI)組織負責制定的Type2現場(chǎng)總線(xiàn)標準由以下部分組成：
PhL和DLL：ControlNet;
AL：Control Net和EtherNet/IP。
Type2現場(chǎng)總線(xiàn)系統體系結構如圖2所示。ControlNet采用一種新的通信模式，即生產(chǎn)者/客戶(hù)(Producer/Consumer)模式，這種模式允許網(wǎng)絡(luò )上的所有節點(diǎn)，同時(shí)從單個(gè)數據源存取相同的數據，其主要特點(diǎn)是增強了系統的功能，提高了效率和實(shí)現精確的同步。網(wǎng)絡(luò )的媒體送取，通過(guò)限制時(shí)間存取算法來(lái)控制，即采用并行時(shí)間域多路存取(CTDMA)方法，在每個(gè)網(wǎng)絡(luò )刷新間隔(NUI)內調節節點(diǎn)的傳送信息機會(huì )。
圖2 Type2 現場(chǎng)總線(xiàn)系統體系結構
EtherNet/IP以太網(wǎng)工業(yè)協(xié)議是一種開(kāi)放的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )，它使用有源星形拓撲結構，可以將10Mbps和100Mbps產(chǎn)品混合使用。該協(xié)議在TCP/UDP/IP之上附加控制和信息協(xié)議(CIP)，提供一個(gè)公共的應用層。CIP的控制部分用于實(shí)時(shí)I/O報文，其信息部分用于報文交換。ControlNet和EtherNet/IP都使用該協(xié)議通信，分享相同的對象庫、對象和設備行規，使得多個(gè)供應商的設備能在上述整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中實(shí)現即插即用。對象的定義是嚴格的，在同一種網(wǎng)絡(luò )上支持實(shí)時(shí)報文、組態(tài)和診斷。為了提高工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性能，ODVA(開(kāi)放的DeviceNet供應商協(xié)會(huì ))于2003年8月公布了IEEE1588“用于EtherNet/IP實(shí)時(shí)控制應用的時(shí)鐘同步”標準。
3 Type3 Profibus 現場(chǎng)總線(xiàn)
Type3 現場(chǎng)總線(xiàn)得到Profibus用戶(hù)組織PNO的支持，德國西門(mén)子公司則是Profibus產(chǎn)品的主要供應商。Profibus系列由三個(gè)兼容部分組成，即Profibus-DP、Profibus-FMS和Profibus-PA三條總線(xiàn)構成。為了提高Profibus總線(xiàn)性能，近幾年P(guān)NO推出了新版本的Profibus-DP-V1和Profibus-DP-V2，同時(shí)逐步取消Profibus-FMS總線(xiàn)。擴展的Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構如圖3所示，Profibus-DP特別適用于設備級自動(dòng)控制系統與分散I/O之間高速通信。Profibus-PA專(zhuān)為過(guò)程自動(dòng)化設計，它能夠將變送器和執行器連接到一根公共總線(xiàn)，使用兩根線(xiàn)就可以完成供電和數據通信，并能實(shí)現本質(zhì)安全性能。以此為基礎，擴展的DP功能DPV1進(jìn)一步完善了Profibus-PA功能;DPV2解決了從站之間的通信與時(shí)間同步等重大問(wèn)題。
圖3 Type3 Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構
Profibus-DPV1主要是增加了非循環(huán)服務(wù)，并擴大了與2類(lèi)主站的通信。眾所周知，Profibus-DP性能的特征是在循環(huán)連接(Mscy-C1)的基礎上應用數據交換服務(wù)，實(shí)現一個(gè)主站和一系列從站之間集中的數據交換。1類(lèi)主站指PLC、PC或控制器。2類(lèi)主站指操作員站和編程器等。DPV1擴展了上述功能，在已有的Mscy-C1連接基礎上，增加了非循環(huán)服務(wù)，利用新的服務(wù)可以對從站中任何數據組進(jìn)行讀寫(xiě)。過(guò)去，2類(lèi)主站只能利用DP從站的無(wú)連接服務(wù)，現在則可通過(guò)面向連接的通信對數組進(jìn)行非循環(huán)讀寫(xiě)，同時(shí)為進(jìn)入因特網(wǎng)通信擴充了功能。
Profibus-DPV2可以實(shí)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(shí)間縮短1個(gè)DP總線(xiàn)周期和主站周期，從而使反應時(shí)間縮短60%至90%，同時(shí)建立了等時(shí)間間隔的總線(xiàn)循環(huán)周期，其時(shí)間偏差小于1μs，即適用于高精度定位控制，又可實(shí)現閉環(huán)控制。DPV2可根據不同的應用需要開(kāi)發(fā)專(zhuān)用行規(profile)，如用于運動(dòng)控制的ProfiDrive和用于聯(lián)鎖保護的Profisafe等。
4 Type4 P-NET現場(chǎng)總線(xiàn)
P-NET現場(chǎng)總線(xiàn)由丹麥Process-Data Sikebory Aps公司從1983年開(kāi)始開(kāi)發(fā)，主要應用于啤酒、食品、農業(yè)和飼養業(yè)，它得到P-NET用戶(hù)組織的支持，在現場(chǎng)大約有5000多個(gè)應用系統。
圖4 Type4 P-NET現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構
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