廣義現場(chǎng)總線(xiàn)標準與工業(yè)以太網(wǎng)
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開(kāi)發(fā)現場(chǎng)總線(xiàn)最初目的是用數字儀表內部所具有的數字信號替代4～20mA等模擬信號實(shí)現控制室與現場(chǎng)之間的信息傳輸，最初應用于過(guò)程控制及制造業(yè)?，F場(chǎng)總線(xiàn)應用以后，人們得到了更多的好處。例如控制功能徹底分散到現場(chǎng)，先進(jìn)的現場(chǎng)設備管理功能得以實(shí)現，系統的可靠性大大提高等等?，F場(chǎng)總線(xiàn)有過(guò)不同的定義，其實(shí)質(zhì)是指應用在測控現場(chǎng)，實(shí)現現場(chǎng)設備、系統管控設備之間信息交換的串行雙向數字通信網(wǎng)絡(luò )。從這一概念出發(fā)，本文所述的應用在公路車(chē)輛、鐵路列車(chē)、低壓配電與控制以及機床運動(dòng)控制等領(lǐng)域的ISO11898、IEC 61375、IEC 62026、IEC 61491等標準所定義的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )都可以認為是現場(chǎng)總線(xiàn)。這種現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展從過(guò)程控制及制造業(yè)測控領(lǐng)域開(kāi)始，以后很快發(fā)展到諸如電力監控與繼電保護、樓宇自動(dòng)化、環(huán)境監控、交通工具、能源管理、農業(yè)、自動(dòng)測試系統、醫療儀器、機器人等各種領(lǐng)域，現在現場(chǎng)總線(xiàn)已經(jīng)無(wú)處不在。
二、現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準IEC 61158
自80年代中期開(kāi)始，世界上各大控制廠(chǎng)商及標準化組織推出了多種互不兼容的現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議標準，據不完全統計，迄今為止世界上已出現過(guò)的總線(xiàn)有近200種。不同標準的現場(chǎng)產(chǎn)品不能互換，將給用戶(hù)造成極大的不便。從1984年起，IEC(國際電工委員會(huì ))/TC65(工業(yè)過(guò)程測量及控制技術(shù)委員會(huì ))和ISA(美國儀表學(xué)會(huì ))就開(kāi)始了制訂國際標準的工作。但由于受到大控制廠(chǎng)商相互競爭的影響，國際標準的制訂困難重重，商業(yè)集團為了自身的利益給國際標準的投票通過(guò)制造阻力，使得國際標準遲遲不能完成。最終不得已在1999年12月通過(guò)了一個(gè)包含了多種互不兼容的協(xié)議的標準，即IEC 61158國際標準。該標準包括了目前國際上用于過(guò)程工業(yè)及制造業(yè)的8類(lèi)主要的現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議。
Type1,IEC 61158技術(shù)規范。這是由IEC/ISA負責制訂的，曾試圖使之成為統一的國際標準的一個(gè)技術(shù)規范，基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)FF的H1(低速現場(chǎng)總線(xiàn))是它的一個(gè)子集。
Type2，ControlNet現場(chǎng)總線(xiàn)。美國AB公司、Rockwell開(kāi)發(fā)，ControlNet International(CI)組織支持。
Type3,Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)。德國西門(mén)子公司開(kāi)發(fā)，Profibus用戶(hù)組織(PNO)支持。歐洲現場(chǎng)總線(xiàn)標準三大總線(xiàn)之一。
Type4,PNet現場(chǎng)總線(xiàn)。丹麥Process Data公司開(kāi)發(fā)，PNet用戶(hù)組織支持。歐洲現場(chǎng)總線(xiàn)標準三大總線(xiàn)之一。
Type5,FF HSE(High Speed Ethernet,高速以太網(wǎng))?，F場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì )FF開(kāi)發(fā)的H2(高速現場(chǎng)總線(xiàn))。
Type6,SwiftNet現場(chǎng)總線(xiàn)。美國SHIP STAR協(xié)會(huì )主持制定，波音公司支持。
Type7,WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)。法國WorldFIP協(xié)會(huì )制訂并支持。歐洲現場(chǎng)總線(xiàn)標準三大總線(xiàn)之一。
Type8,Interbus現場(chǎng)總線(xiàn)。德國Phoenix Contact公司開(kāi)發(fā)，Interbus Club支持。
上述8種總線(xiàn)中，Type1是為過(guò)程控制開(kāi)發(fā)的，支持總線(xiàn)供電和本質(zhì)安全。Type5(FF HSE)是與之配套的高速現場(chǎng)總線(xiàn)，用于對時(shí)間有苛刻要求或數據量較大的場(chǎng)合，如斷續生產(chǎn)的制造業(yè)，以及監控級。Type2(ControlNet)為監控級總線(xiàn)，它的底層(設備級)總線(xiàn)為DeviceNet，兩者有著(zhù)共同的應用層。Type3(Profibus)有3個(gè)部分Profibus FMS、Profibus DP和Profibus PA，采用不同的物理層，分別用于監控級、斷續生產(chǎn)的制造業(yè)的現場(chǎng)級和過(guò)程控制的現場(chǎng)級。Type7(WorldFIP)也有不同的物理層，可用于過(guò)程控制和制造業(yè)的現場(chǎng)級。Type4(PNet)多用于食品、飼養業(yè)、農業(yè)及工業(yè)一般自動(dòng)化。Type6(SwiftNet)主要用于航空航天領(lǐng)域。Type8(Interbus)主要用于制造業(yè)的現場(chǎng)級(設備級)或一般自動(dòng)化。
IEC61158 Ed.3.0分成總論、物理層規范和服務(wù)定義、數據鏈路服務(wù)定義、數據鏈路協(xié)議規范、應用層服務(wù)定義、應用層協(xié)議規范6個(gè)部分，它的用戶(hù)層功能塊是IEC 61804標準，再加上IEC 61784(連續與斷續制造用行規集，草案)構成一個(gè)完整的現場(chǎng)總線(xiàn)標準。
三、現場(chǎng)總線(xiàn)的其它國際標準
除了IEC 61158外，IEC及ISO還制定了一些特殊行業(yè)的現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準。
(1) 1993年ISO/TC22/SC3(公路車(chē)輛技術(shù)委員會(huì )電氣電子分委員會(huì ))發(fā)布的ISO 11898公路車(chē)輛—數字信息交換—用于高速通信的CAN以及低速標準ISO 11519。
該標準基于有名的CAN(控制器局域網(wǎng))總線(xiàn)，已有很多文獻介紹。與之相關(guān)的還有ISO 119921(公路車(chē)輛—主拖與被拖車(chē)輛之間的電氣連接—數字信息交換—卡車(chē)/拖車(chē)收發(fā)器標準)和ISO 11898 3(容錯收發(fā)器標準)兩個(gè)低速的物理接口標準ISO119921提高了發(fā)送電平，具有很高的抗電磁干擾能力，能抵御100V以上的共模射頻電壓和約6V的地電位差，可用于嚴酷的電磁環(huán)境。
ISO 11898 3的特點(diǎn)是具有總線(xiàn)管理功能和容錯性能。在總線(xiàn)CAN H和CAN L之一斷線(xiàn)、CAN H和CAN L之一對電源短路或對地短路、CAN H和CAN L相互短路及線(xiàn)路與終端電阻斷開(kāi)時(shí)均能給出指示?？偩€(xiàn)在正常狀態(tài)時(shí)為差分傳輸，故障時(shí)轉為單線(xiàn)傳輸，故障消除后又自動(dòng)轉為差分傳輸。
由于CAN沒(méi)有規定應用層和物理接口，一些組織給它制定了不同的應用層和物理接口標準構成了幾種完整的現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議，其中比較有名的有下文提到的DeviceNet、SDS以及CANopen等。
(2) 1999年9月IEC TC9(鐵路電氣設備技術(shù)委員會(huì ))發(fā)布的國際標準IEC 61375列車(chē)通信網(wǎng)(TCN)[5]。
該標準定義了兩層總線(xiàn)：列車(chē)總線(xiàn)(WTB,Wire Train Bus)和多功能車(chē)輛總線(xiàn)(MVB,Multifunction Vehicle Bus)。
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