試論十種類(lèi)型現場(chǎng)總線(xiàn)的體系結構
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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
5 Tpye5 FF HSE現場(chǎng)總線(xiàn)
1998年，美國Fieldbus Foundation（FF）基金會(huì )決定采用高速以太網(wǎng)（High Speed Ethernet，HSE）技術(shù)開(kāi)發(fā)H2現場(chǎng)總線(xiàn)，作為現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統控制級以上通信網(wǎng)絡(luò )的主干網(wǎng)，它與H1現場(chǎng)總線(xiàn)整合構成信息集成開(kāi)放的體系結構，圖5給出了系統結構。HSE網(wǎng)絡(luò )遵循標準的以太網(wǎng)規范，并根據過(guò)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(wú)縫地進(jìn)行操作，因而FF HSE總線(xiàn)可以使用當前流行的商用（COTS）以太網(wǎng)設備。100Mbps以太網(wǎng)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(lèi)型的信息出入網(wǎng)絡(luò )。HSE使用標準的IEEE802.3信號傳輸，標準的Ethernet接線(xiàn)和通信媒體。設備和交換機之間距離，使用雙絞線(xiàn)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執行網(wǎng)橋功能，它允許就地連在H1網(wǎng)絡(luò )上的各現場(chǎng)設備，以完成點(diǎn)對點(diǎn)對等通信。HSE支持冗余通信，網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)、TCP/IP和IEEE標準所定義，HSE和H1使用同樣的用戶(hù)層，現場(chǎng)總線(xiàn)信息規范（FMS）在H1中定義了服務(wù)接口，現場(chǎng)設備訪(fǎng)問(wèn)代理（FDA）為HSE提供接口。用戶(hù)層規定功能模塊、設備描述（DD）、功能文件（CF）以及系統管理（SM）。FF規范21種功能模塊供基本的和先進(jìn)的過(guò)程控制使用。FF還規定了新的柔性功能模塊（FFB），用以進(jìn)行復雜的批處理和混合控制應用，FFB支持數據采集的監控，子系統接口、事件順序、多路數據采集、PLC和其他協(xié)議通信的網(wǎng)間連接器。
圖5 Type5 FF HSE現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構
Type6 SwiftNet現場(chǎng)總線(xiàn)由美國SHIP STAR協(xié)會(huì )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(lǐng)域。該總線(xiàn)是一種結構簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性高的總線(xiàn)，協(xié)議僅包括物理層和數據鏈路層。SwiftNet現場(chǎng)總線(xiàn)采用分層總線(xiàn)式拓撲結構，其通信體系結構如圖6所示。
圖6 Type 6 SwiftNet現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構
SwiftNet總線(xiàn)的節點(diǎn)（從站）通過(guò)I/O通道連接智能傳感器，由于航空航天領(lǐng)域對傳感器和執行器要求高，該總線(xiàn)開(kāi)始使用符合IEEE1451.1和IEEE1451.2標準的網(wǎng)絡(luò )傳感器。IEEE1451.2《用于傳感器和執行器的智能轉換器接口》標準是一個(gè)開(kāi)放的標準，它在控制網(wǎng)絡(luò )和傳感器之間定義一個(gè)標準接口，從而使網(wǎng)絡(luò )傳感器成為現場(chǎng)總線(xiàn)系統現場(chǎng)級的數字化傳感器，并使用戶(hù)可以根據自己的需要選擇不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的智能傳感器，實(shí)現真正意義上的即插即用。
7 Type7 WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)
1987年成立的WorldFIP協(xié)會(huì )制定并大力推廣Type7 WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)。WorldFIP協(xié)議是EN50170歐洲標準的第三部分，物理層采用IEC61158.2標準，其產(chǎn)品在法國占有60%市場(chǎng)，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(dòng)化、鐵路運輸、地鐵和過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域。
WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構如圖7所示，系統分為三級，即過(guò)程級、控制級和監控級。它能滿(mǎn)足用戶(hù)各種需要，適合于各種類(lèi)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(xiàn)滿(mǎn)足過(guò)程控制、工廠(chǎng)制造加工和各種驅動(dòng)系統的需要。為了適應低成本的要求，開(kāi)發(fā)了低成本的Device WorldFIP（DWF）總線(xiàn)，它是設備一級網(wǎng)絡(luò )，能很好適應工業(yè)現場(chǎng)的各種惡劣環(huán)境，并具有本質(zhì)安全防爆性能，可以實(shí)現多主站與從主站的通信。
圖7 Type7 WroldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構
8 Type8 INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)
Type8 INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)由德國Phoenix Contact 公司開(kāi)發(fā)，INTERBUS Club俱樂(lè )部支持。INTERBUS在全球有1000多家總線(xiàn)設備生產(chǎn)商，提供2500多種產(chǎn)品，到目前為止，INTERBUS在全球自動(dòng)化領(lǐng)域已有50多萬(wàn)套應用系統得到廣泛應用。
INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)是一種開(kāi)放的串行總線(xiàn)，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(xiàn)最多可掛512個(gè)現場(chǎng)設備，設備之間的最大距離400米，無(wú)需中繼器網(wǎng)絡(luò )的最大距離為12.8公里。INTERBUS總線(xiàn)包括遠程總線(xiàn)和本地總線(xiàn)，遠程總線(xiàn)用于遠距離傳送數據，采用RS-485傳輸，網(wǎng)絡(luò )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(shí)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/執行器，也允許直接接入智能終端儀表。
圖8 Type8 INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構
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