現場(chǎng)總線(xiàn)的分類(lèi)及發(fā)展趨勢

　　現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)自70年代誕生至今，由于它在減少系統線(xiàn)纜，簡(jiǎn)化系統安裝、維護和管理，降低系統的投資和運行成本，增強系統性能等方面的優(yōu)越性，引起人們的廣泛注意，得到大范圍的推廣，導致了自動(dòng)控制領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。

　　現場(chǎng)總線(xiàn)簡(jiǎn)介

　　現場(chǎng)總線(xiàn)(Fieldbus)是指開(kāi)放式、國際標準化、數字化、相互交換操作的雙向傳送、連接智能儀表和控制系統的通信網(wǎng)絡(luò )。它作為工廠(chǎng)數字通信網(wǎng)絡(luò )的基礎，溝通了生產(chǎn)過(guò)程現場(chǎng)及控制設備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò )，而且還是一種開(kāi)放式、新型全分布控制系統。這是一項以智能傳感、控制、計算機、數字通訊等技術(shù)為主要內容的綜合技術(shù)，是信息化帶動(dòng)工業(yè)化和工業(yè)化推動(dòng)信息化的適用技術(shù)，是能應用于各種計算機控制領(lǐng)域的工業(yè)總線(xiàn)，因現場(chǎng)總線(xiàn)潛在著(zhù)巨大的商機，世界范圍內的各大公司都投入相當大的人力、物力、財力來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究[1]。當今現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)一直是國際上各大公司激烈競爭的領(lǐng)域，由于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的不斷創(chuàng )新，過(guò)程控制系統由第四代的DCS發(fā)展至今的FCS(FieldbusControlSystem)系統，已被稱(chēng)為第五代過(guò)程控制系統。而FCS和DCS的真正區別在于其現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)?，F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)以數字信號取代模擬信號，在3C(Computer計算機、Control控制、Commcenication通信)技術(shù)的基礎上，大量現場(chǎng)檢測與控制信息就地采集、就地處理、就地使用，許多控制功能從控制室移至現場(chǎng)設備。由于國際上各大公司在現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)這一領(lǐng)域的競爭，仍未形成一個(gè)統一的標準，目前現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)都是遵守OSI參考模型。由于現場(chǎng)總線(xiàn)以計算機、微電子、網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)為基礎，這一技術(shù)正在從根本上改變控制系統的理念和方法，將極大地推動(dòng)整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，對工業(yè)自動(dòng)化系統的影響將是積極和深遠的。

　　現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是當代工業(yè)數字通信的前沿技術(shù)，是計算機技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的集成，也是信息技術(shù)、測量技術(shù)在信息時(shí)代的體現?，F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)經(jīng)過(guò)10年的研發(fā)、試驗和局部應用階段，現已開(kāi)始大量地在中小系統中應用，并開(kāi)始在超大規模的自動(dòng)化系統工程中應用?，F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是工業(yè)數字通信時(shí)代的先驅?zhuān)某霈F正在引起工業(yè)控領(lǐng)域的一次前所未有的技術(shù)革命?，F場(chǎng)總線(xiàn)不僅僅是分散于最底層的控制系統，而且是建立于整個(gè)工業(yè)體系的通信系統，它的通信協(xié)議建立在控制策略之上，標準的編程語(yǔ)言(DDL)和強大的通信功能，使現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統成為貫徹操作者意志的最得力的工具，由于其巨大的技術(shù)優(yōu)勢，被認為是工業(yè)控制發(fā)展的必然趨勢，將逐步取代傳統的控制方法。

　　幾種主流現場(chǎng)總線(xiàn)介紹

　　1、基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)（FoundationFieldbus簡(jiǎn)稱(chēng)FF）

　　這是以美國Fisher-Rousemount公司為首的聯(lián)合了橫河、ABB、西門(mén)子、英維斯等80家公司制定的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首的聯(lián)合歐洲等地150余家公司制定的WorldFIP協(xié)議于1994年9月合并的。該總線(xiàn)在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛的應用，具有良好的發(fā)展前景?；饡?huì )現場(chǎng)總線(xiàn)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，另外增加了用戶(hù)層。FF分低速H1和高速H2兩種通信速率，前者傳輸速率為31.25Kbit/秒，通信距離可達1900m，可支持總線(xiàn)供電和本質(zhì)安全防爆環(huán)境。后者傳輸速率為1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距離為750m和500m，支持雙絞線(xiàn)、光纜和無(wú)線(xiàn)發(fā)射，協(xié)議符號IEC1158-2標準。FF的物理媒介的傳輸信號采用曼切斯特編碼。

　　2、CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域網(wǎng)）

　　最早由德國B(niǎo)OSCH公司推出，它廣泛用于離散控制領(lǐng)域，其總線(xiàn)規范已被ISO國際標準組織制定為國際標準，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN協(xié)議分為二層：物理層和數據鏈路層。CAN的信號傳輸采用短幀結構，傳輸時(shí)間短，具有自動(dòng)關(guān)閉功能，具有較強的抗干擾能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)，通過(guò)設置優(yōu)先級來(lái)避免沖突，通訊距離最遠可達10KM/5Kbps/s，通訊速率最高可達40M/1Mbp/s，網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)數實(shí)際可達110個(gè)。目前已有多家公司開(kāi)發(fā)了符合CAN協(xié)議的通信芯片。

　　3、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)。

　　4、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OpenDeviceNetVendorAssociation（開(kāi)放式設備網(wǎng)絡(luò )供應商協(xié)會(huì )，簡(jiǎn)稱(chēng)“ODVA”）。

　　5、PROFIBUS

　　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)。

　　6、HART

　　HART是HighwayAddressableRemoteTransducer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。