廣義現場(chǎng)總線(xiàn)標準與工業(yè)以太網(wǎng)
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MVB用于車(chē)輛或機車(chē)內部通信，速率1.5Mb/s，提供3種物理接口：RS 485(距離不大于20m)；屏蔽雙絞線(xiàn)變壓器隔離接口(200m)，允許使用IEC 61158 2標準的變壓器和收發(fā)器；點(diǎn)對點(diǎn)或星型的光纖連接(2000m)。MVB具有冗余媒體，媒體訪(fǎng)問(wèn)采用具有冗余主站(總線(xiàn)管理站)的主從方式。在任何時(shí)刻總線(xiàn)上都只有一個(gè)能發(fā)起通信的主站，但有兩個(gè)或幾個(gè)能轉變?yōu)橹髡镜目偩€(xiàn)管理站。幾個(gè)總線(xiàn)管理站通過(guò)令牌傳遞來(lái)轉移主站行使權，每隔幾秒鐘轉移一次。
WTB用于車(chē)輛之間的連接，每一車(chē)輛一個(gè)節點(diǎn)，WTB可有32個(gè)節點(diǎn)(最大62個(gè))，860m，媒體冗余，采用有護層的屏蔽雙絞線(xiàn)、變壓器隔離、曼徹斯特(Manchester)編碼，速率1.5Mb/s。
由于總線(xiàn)長(cháng)，接收信號動(dòng)態(tài)范圍大，解碼器采用SDSP(統計數字信號處理器)。媒體訪(fǎng)問(wèn)采用主從方式，主站固定，但所有節點(diǎn)均有作為主站的能力，必要時(shí)(如主站失效、列車(chē)重組等)可改變主站節點(diǎn)。
MVB和WTB的鏈路層支持周期和非周期兩類(lèi)數據，提供過(guò)程數據、報文數據和管理數據3種服務(wù)。高層協(xié)議(0SI的3～7層)稱(chēng)為RTP(實(shí)時(shí)協(xié)議)，提供變量、報文和網(wǎng)絡(luò )管理3種基本服務(wù)。為了提高實(shí)時(shí)性，變量服務(wù)只有應用層。
(3) IEC SC17B(低壓配電與控制裝置分委員會(huì ))發(fā)布的國際標準IEC 62026低壓配電與控制裝置—控制器與設備接口(CDIs)[1]。
這個(gè)標準包括了已有的4種現場(chǎng)總線(xiàn)：2000年7月發(fā)布的DeviceNet、SDS(Smart distributed system)和AS i(Actuator sensor interface),以及2001年11月審議通過(guò)的Seriplex總線(xiàn)(Serial multiplexed control Bus)。
DeviceNet和SDS都是基于CAN的，即它們的低兩層協(xié)議采納了CAN，補充了物理層，增加了應用層和設備規范文件(device profile)，構成了完整的開(kāi)放的現場(chǎng)總線(xiàn)。
ASI[6]和 Seriplex[7]是兩種面向位(bit)的價(jià)格低廉的總線(xiàn)，特別適合于以開(kāi)關(guān)量為主的智能配線(xiàn)系統。AS ｉ是一種輪循方式的主／從系統，每次交換4位數據，采用無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn)，支持總線(xiàn)供電，距離100m(可加重復器擴展到300m)最大響應時(shí)間5ms。Seriplex使用電源＋、數據、時(shí)鐘、公共線(xiàn)(地)4芯加屏蔽的專(zhuān)用電纜完成主／從或點(diǎn)對點(diǎn)通信，拓撲任意，距離達1500m。它可以直接與嵌有Seriplex ASIC(專(zhuān)用集成電路)的控制元件或I/O模塊連接，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )可多至255節點(diǎn)，響應時(shí)間小于1ms。Seriplex的傳輸方式幾乎不同于其它所有總線(xiàn)，它的ASIC不停地對時(shí)鐘線(xiàn)上的脈沖記數，當記數等于自己的地址時(shí)，ASIC與數據線(xiàn)交換1位數據。
(4) IEC TC44(機械設備電氣安全技術(shù)委員會(huì ))1995年11月發(fā)布的IEC 61491工業(yè)機械電氣設備—控制單元與驅動(dòng)裝置之間的實(shí)時(shí)通信串行數據鏈路[1][8][9]。
該標準定義了一種開(kāi)放的、控制單元與驅動(dòng)裝置之間的實(shí)時(shí)光纖串行接口，又被稱(chēng)作SERCOS(Seriel Real time Communication System,串行實(shí)時(shí)通信系統)主要用于機床驅動(dòng)等運動(dòng)控制系統中對位置、速度、扭矩等的控制，尤其用在多軸協(xié)調驅動(dòng)等場(chǎng)合。此外也可用于PLC接口或其它的I/O模塊。SERCOS是一個(gè)2/4 Mbit/s的光纖環(huán)(正在改進(jìn)的2．0版速率為2/4/8/16 Mbit/s)，每環(huán)可多至254個(gè)節點(diǎn)。節點(diǎn)的主控制器或驅動(dòng)裝置中嵌入SERCOS專(zhuān)用芯片(SERCON410B等，新版為SERCON816)完成通信及驅動(dòng)功能。
此外，還有一些總線(xiàn)雖然不是國際標準，但已獲得了廣泛應用。如美國Echelon公司推出的LonWorks總線(xiàn)，已在許多行業(yè)得到應用，是建筑自動(dòng)化中起主導作用的總線(xiàn)，美國的列車(chē)通信標準也采用LonWorks。
四、我國制訂現場(chǎng)總線(xiàn)標準的動(dòng)向[10]
在我國，現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應用還相當落后。在技術(shù)相對落后的領(lǐng)域中，國家標準的制訂常等同采用相應的國際標準。在現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準的制訂過(guò)程中，我國對IEC/ISA的工作即對IEC 61158技術(shù)報告一直是投贊成票的，即希望有一種和國際標準一致的單一的國家標準。1993．10已等同采用IEC 61158 2(物理層規范)形成了GB/T 16657 2，并計劃等同采用IEC 61158技術(shù)報告的3、4、5、6部分。國家已大力投資支持開(kāi)發(fā)FF現場(chǎng)總線(xiàn)并取得了成效，正準備通過(guò)互操作檢驗。
1999年12月投票表決新的多總線(xiàn)共存的IEC 61158標準時(shí)，我國同樣投了贊成票，即承認了多總線(xiàn)共存的局面。但是，我國對于現場(chǎng)總線(xiàn)國家標準的制訂，已不打算等同采用IEC 61158標準。這是因為：第一，新的國際標準是按總論、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……等分標準發(fā)布的，8種標準分散在各個(gè)部分中，用戶(hù)使用一種總線(xiàn)標準時(shí)，要從近4000頁(yè)文件中挑選，極不方便。第二，8種總線(xiàn)，性能有優(yōu)劣，應用范圍有寬窄，開(kāi)發(fā)難度有難易，開(kāi)放程度也不同，一種總線(xiàn)一般都能用于多個(gè)領(lǐng)域，我國完全沒(méi)有必要全部采用。我國準備采用的做法是：
(1) 選擇我們認為影響大的優(yōu)秀的有市場(chǎng)前途的一些總線(xiàn)為我國的標準。這些總線(xiàn)必須是真正開(kāi)放的?？偩€(xiàn)所支持的國際組織必須支持、幫助中國的標準化工作，支持中國的企業(yè)開(kāi)發(fā)現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品。
(2) 標準的文本采用歐洲現場(chǎng)總線(xiàn)標準的方式，一個(gè)一個(gè)總線(xiàn)分開(kāi)，便于用戶(hù)使用。1996年歐洲標準化委員會(huì )發(fā)布的EN50170標準包括了Profibus、WorldFIP、Ｐ Net三種現場(chǎng)總線(xiàn)，后又采用了ControlNet和FF。
五、關(guān)于工業(yè)以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議簇[11]
幾年以前，Ethernet(以太網(wǎng))還被認為不能用于工業(yè)控制領(lǐng)域，這主要是因為Ethernet的CDMA/CD媒體訪(fǎng)問(wèn)方式不能保證網(wǎng)絡(luò )(傳輸時(shí)間)的確定性，負荷重時(shí)網(wǎng)絡(luò )的傳輸效率很低甚至崩潰。故在以往開(kāi)放的DCS中不得不采用昂貴的令牌網(wǎng)如MAP網(wǎng)。但是Ethernet技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應用以及低廉的價(jià)格吸引著(zhù)工業(yè)控制領(lǐng)域。100Mb/s的快速Ethernet誕生以后，一些機構開(kāi)發(fā)出適合于工業(yè)環(huán)境的Ethernet器件，開(kāi)始將Ethernet用于DCS的監控級。事實(shí)證明，由于其高速、低負荷率，完全能保證系統的實(shí)時(shí)性?，F在多個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)行業(yè)性組織都在進(jìn)行Ethernet用作工業(yè)網(wǎng)絡(luò )的研究并推出了他們的解決方案。除上述的FF HSE外，還有Ethernet/IP(The Open DeviceNet Vendor Association支持)、ProfiNet(The Profibus Trade Organization支持)、Interface for Distributed Automation(The IDA Group支持)，Modbus/TCP(The Modbus Users Group支持)等。這些研究不僅僅是把Ethernet用作高層網(wǎng)絡(luò )，而且希望將它直接和現場(chǎng)設備連接，實(shí)現所謂“一網(wǎng)到底；”、“一網(wǎng)打凈”。支持推進(jìn)這些研究活動(dòng)的國際組織有工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會(huì ) (Industrial Ethernet Association)、工業(yè)自動(dòng)化開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )協(xié)會(huì )(IAONA)等。我國的“十五”863第一批項目也將工業(yè)以太網(wǎng)現場(chǎng)總線(xiàn)列為重點(diǎn)攻關(guān)項目。
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