紫金橋淺談現場(chǎng)總線(xiàn)
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Lonworks
它由美國Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡導。它采用ISO/OSI模型的全部７層通訊協(xié)議，采用面向對象的設計方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )變量把網(wǎng)絡(luò )通信設計簡(jiǎn)化為參數設置。支持雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纜和紅外線(xiàn)等多種通信介質(zhì)，通訊速率從300bit/s至1.5M/s不等，直接通信距離可達2700m（78Kbit/s），被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò )。Lonworks技術(shù)采用的LonTalk協(xié)議被封裝到Neuron（神經(jīng)元）的芯片中，并得以實(shí)現。采用Lonworks技術(shù)和神經(jīng)元芯片的產(chǎn)品，被廣泛應用在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、保安系統、辦公設備、交通運輸、工業(yè)過(guò)程控制等行業(yè)。
DeviceNet
DeviceNet是一種低成本的通信連接也是一種簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )解決方案，有著(zhù)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )標準。DeviceNet具有的直接互聯(lián)性不僅改善了設備間的通信而且提供了相當重要的設備級陣地功能。DebiceNet基于CAN技術(shù)，傳輸率為125Kbit/s至500Kbit/s,每個(gè)網(wǎng)絡(luò )的最大節點(diǎn)為64個(gè)，其通信模式為：生產(chǎn)者/客戶(hù)（Producer/Consumer），采用多信道廣播信息發(fā)送方式。位于DeviceNet網(wǎng)絡(luò )上的設備可以自由連接或斷開(kāi)，不影響網(wǎng)上的其他設備，而且其設備的安裝布線(xiàn)成本也較低。DeviceNet總線(xiàn)的組織結構是Open DeviceNet Vendor Association（開(kāi)放式設備網(wǎng)絡(luò )供應商協(xié)會(huì )，簡(jiǎn)稱(chēng)"ODVA"）。
5PROFIBUS
PROFIBUS是德國標準（DIN19245）和歐洲標準（EN50170）的現場(chǎng)總線(xiàn)標準。由PROFIBUS--DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA系列組成。DP用于分散外設間高速數據傳輸，適用于加工自動(dòng)化領(lǐng)域。FMS適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開(kāi)關(guān)等。PA用于過(guò)程自動(dòng)化的總線(xiàn)類(lèi)型，服從IEC1158－２標準。PROFIBUS支持主-從系統、純主站系統、多主多從混合系統等幾種傳輸方式?！ ?PROFIBUS的傳輸速率為9.6Kbit/s至12Mbit/s，最大傳輸距離在9.6Kbit/s下為1200m，在12Mbit/s小為200m，可采用中繼器延長(cháng)至10km，傳輸介質(zhì)為雙絞線(xiàn)或者光纜，最多可掛接127個(gè)站點(diǎn)。
6HART
HART是Highway Addressable Remote Transducer的縮寫(xiě)，最早由Rosemount公司開(kāi)發(fā)。其特點(diǎn)是在現有模擬信號傳輸線(xiàn)上實(shí)現數字信號通信，屬于模擬系統向數字系統轉變的過(guò)渡產(chǎn)品。其通信模型采用物理層、數據鏈路層和應用層三層，支持點(diǎn)對點(diǎn)主從應答方式和多點(diǎn)廣播方式。由于它采用模擬數字信號混和，難以開(kāi)發(fā)通用的通信接口芯片。HART能利用總線(xiàn)供電，可滿(mǎn)足本質(zhì)安全防爆的要求，并可用于由手持編程器與管理系統主機作為主設備的雙主設備系統。
7CC-Link
CC-Link是Control&Communication Link（控制與通信鏈路系統）的縮寫(xiě)，在1996年11月，由三菱電機為主導的多家公司推出，其增長(cháng)勢頭迅猛，在亞洲占有較大份額。在其系統中，可以將控制和信息數據同是以10Mbit/s高速傳送至現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )，具有性能卓越、使用簡(jiǎn)單、應用廣泛、節省成本等優(yōu)點(diǎn)。其不僅解決了工業(yè)現場(chǎng)配線(xiàn)復雜的問(wèn)題，同時(shí)具有優(yōu)異的抗噪性能和兼容性。CC-Link是一個(gè)以設備層為主的網(wǎng)絡(luò )，同時(shí)也可覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感層。2005年7月CC-Link被中國國家標準委員會(huì )批準為中國國家標準指導性技術(shù)文件。
8WorldFIP
WorkdFIP的北美部分與ISP合并為FF以后，WorldFIP的歐洲部分仍保持獨立，總部設在法國。其在歐洲市場(chǎng)占有重要地位，特別是在法國占有率大約為60%。WorldFIP的特點(diǎn)是具有單一的總線(xiàn)結構來(lái)適用不同的應用領(lǐng)域的需求，而且沒(méi)有任何網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)橋，用軟件的辦法來(lái)解決高速和低速的銜接。WorldFIP與FFHSE可以實(shí)現"透明聯(lián)接"，并對FF的H1進(jìn)行了技術(shù)拓展，如速率等。在與IEC61158第一類(lèi)型的連接方面，WorldFIP做得最好，走在世界前列。
INTERBUS
INTERBUS是德國Phoenix公司推出的較早的現場(chǎng)總線(xiàn)，2000年2月成為國際標準IEC61158。INTERBUS采用國際標準化組織ISO的開(kāi)放化系統互聯(lián)OSI的簡(jiǎn)化模型（1，2，7層），即物理層、數據鏈路層、應用層，具有強大的可靠性、可診斷性和易維護性。其采用集總幀型的數據環(huán)通信，具有低速度、高效率的特點(diǎn)，并嚴格保證了數據傳輸的同步性和周期性；該總線(xiàn)的實(shí)時(shí)性、抗干擾性和可維護性也非常出色。INTERBUS廣泛地應用到汽車(chē)、煙草、倉儲、造紙、包裝、食品等工業(yè)，成為國際現場(chǎng)總線(xiàn)的領(lǐng)先者。
此外較有影響的現場(chǎng)總線(xiàn)還有丹麥公司Process-Data A/S 提出的P-Net，該總線(xiàn)主要應用于農業(yè)、林業(yè)、水利、食品等行業(yè)；SwiftNet現場(chǎng)總線(xiàn)主要使用在航空航天等領(lǐng)域，還有一些其他的現場(chǎng)總線(xiàn)這里就不再贅述了。
現場(chǎng)總線(xiàn)的發(fā)展和以太網(wǎng)
現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是控制、計算機、通訊技術(shù)的交叉與集成，幾乎涵蓋了所有連續、離散工業(yè)領(lǐng)域，如過(guò)程自動(dòng)化、制造加工自動(dòng)化、樓半自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化等等。它的出現和快速發(fā)展體現了控制領(lǐng)域對降低成本、提高可靠性、增強可維護性和提高數據采集的智能化的要求?，F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展體現為兩個(gè)方面：一個(gè)是低速現場(chǎng)總線(xiàn)領(lǐng)域的不斷發(fā)展和完善；另一個(gè)是高速現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展。而目前現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品主要是低速總線(xiàn)產(chǎn)品，應用于運行速率較低的領(lǐng)域，對網(wǎng)絡(luò )的性能要求不是很高。從實(shí)際應用狀況看，大多數現場(chǎng)總線(xiàn)，都能較好地實(shí)現速率要求較低的過(guò)程控制。因此，在速率要求較低的控制領(lǐng)域，誰(shuí)都很難統一整個(gè)市場(chǎng)。就目前而言，由于FF基金會(huì )幾乎集中了世界上主要自動(dòng)化儀表制造商，其全球影響力日益增加，但其在中國市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)力度似乎不足，市場(chǎng)份額不是很高，LonWorks形成了全面的分工合作體系，在國內有一些實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、智能通信產(chǎn)品等方面，LonWorks則具有獨特的優(yōu)勢。在離散制造加工領(lǐng)域，由于行業(yè)應用的特點(diǎn)和歷史原因，Profibus和CAN經(jīng)在這一領(lǐng)域形成了自己的優(yōu)勢，具有較強的競爭力。國內廠(chǎng)商的規模相對較小，研發(fā)能力較差，更多的是依賴(lài)技術(shù)供應商的支持，比較容易受現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)供應商 (芯片制造商等)對國內的支持和市場(chǎng)推廣力度的影響。而且，還有一個(gè)不可忽視的一點(diǎn)就是在構建自動(dòng)化管理系統時(shí)，選擇的上位機，比如組態(tài)軟件對總線(xiàn)設備的支持程度，有些監控組態(tài)軟件，比如紫金橋監控組態(tài)軟件或者InTouch等對一些主流的總線(xiàn)設備比如Lonworks、PROFIBUS、CAN等有著(zhù)良好的支持，通過(guò)DDE、OPC或者直接連接等方式進(jìn)行通訊，采集數據。這樣可以方便用戶(hù)的選擇，而一些組態(tài)軟件則支持的種類(lèi)較少，是用戶(hù)選擇的范圍也隨之減少。
由于目前自動(dòng)化技術(shù)從單機控制發(fā)展到工廠(chǎng)自動(dòng)化FA，發(fā)展到系統自動(dòng)化。工廠(chǎng)自動(dòng)化信息網(wǎng)絡(luò )可分為以下三層結構：工廠(chǎng)管理級、車(chē)間監控級、現場(chǎng)設備級，而現場(chǎng)總線(xiàn)是工廠(chǎng)底層設備之間的通信網(wǎng)絡(luò )。這里先介紹一下以太網(wǎng)，本文特指工業(yè)以太網(wǎng)，工業(yè)以太網(wǎng)是作為辦公室自動(dòng)化領(lǐng)域衍生的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，按習慣主要指IEEE 802.3協(xié)議，如果進(jìn)一步采用TCP/IP協(xié)議族，則采用"以太網(wǎng)+TCP/IP"來(lái)表示，其技術(shù)特點(diǎn)主要適合信息管理、信息處理系統，并在IT業(yè)得到了巨大的成功。在工廠(chǎng)管理級、車(chē)間監控級信息集成領(lǐng)域中，工業(yè)以太網(wǎng)已有不少成功的案例，在設備層對實(shí)時(shí)性沒(méi)有嚴格要求場(chǎng)合也有許多應用。由于現場(chǎng)總線(xiàn)目前種類(lèi)繁多，標準不一，很多人都希望以太網(wǎng)技術(shù)能介入設備低層，廣泛取代現有現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，施耐德公司就是該想法的積極倡導者和實(shí)踐者，目前已有一批工業(yè)級產(chǎn)品問(wèn)世和實(shí)際應用?？墒蔷湍壳岸?，以太網(wǎng)還不能夠真正解決實(shí)時(shí)性和確定性問(wèn)題，大部分現場(chǎng)層仍然會(huì )首選現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。由于技術(shù)的局限和各個(gè)廠(chǎng)家的利益之爭，這樣一個(gè)多種工業(yè)總線(xiàn)技術(shù)并存，以太網(wǎng)技術(shù)不斷滲透的現狀還會(huì )維持一段時(shí)間。用戶(hù)可以根據技術(shù)要求和實(shí)際情況來(lái)選擇所需的解決方案。
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