試論十種類(lèi)型現場(chǎng)總線(xiàn)的體系結構
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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 FF H1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。
圖1 通用現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )結構
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?。–TDMA）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
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
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