WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)的特點(diǎn)

1 引言

2000年1月4日，歷時(shí)12年IEC(國際電工委員會(huì ))發(fā)布了最終獲得通過(guò)的 IEC61158標準。新標準包括8種類(lèi)型的現場(chǎng)總線(xiàn)標準，容納了8種互不兼容的協(xié)議。WorldFIP工廠(chǎng)儀表總線(xiàn)是其中Type7現場(chǎng)總線(xiàn)(法國Alstom 公司支持)。WorldFIP是歐洲標準EN50170的3個(gè)組成部分之一(Volume3),WorldFIP是在法國標準FIC46601-C46607的基礎上采納了IEC物理層國際標準(1158-2)發(fā)展起來(lái)的。由3個(gè)通信層組成,如圖1所示。

WorldFIP的顯著(zhù)特點(diǎn)是為所有的工業(yè)和過(guò)程控制提供帶有一個(gè)物理層的單一現場(chǎng)總線(xiàn)。底層控制系統制造系統和驅動(dòng)系統都可直接連到控制一級的WorldFIP總線(xiàn)上,毋需采用將RS-485和其它低速總線(xiàn)相混和的方式來(lái)接連底層設備以實(shí)現同樣的功能。

2 數據通道

總線(xiàn)上傳輸的信息可[2]分為兩種,一種用于控制,如采樣信號、命令信號、控制器間的交換變量等，另一種為監視、維護、人機接口等非控制信息，如事件變量、自診斷信息、參數或算法調整等，前一種信息的交換是周期性實(shí)時(shí)的，后一種則是非周期隨機的。

在WorldFIP中，通信信道就象數據通道一樣同時(shí)容納了上述兩種通信對象，使兩種信息在同一條總線(xiàn)上互不影響地傳遞，即隨機性的消息傳遞不會(huì )影響控制用實(shí)時(shí)通信，這是由于WorldFIP協(xié)議是靠硬件實(shí)現的，而且兩種信息的比例可由用戶(hù)自行決定。

3 區分方法

在WorldFIP中，通信實(shí)體間變量通信時(shí)不進(jìn)行物理尋址而是將信息項用16位整數的標識符進(jìn)行全局邏輯尋址。對于一個(gè)給定的標識符只能有一個(gè)產(chǎn)生者變量，可有多個(gè)使用者變量，對于消息傳輸消息幀中包含24位源地址和目的地址，指明通信實(shí)體所在網(wǎng)段號和站點(diǎn)號。

由于變量的這種不與物理地址和特定芯片序列號相關(guān)聯(lián)的特性使WorldFIP的重新配置變得很容易。

4 訪(fǎng)問(wèn)控制

WorldFIP的介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制是帶調度的，即總線(xiàn)仲裁器按照事先設計好的“變量掃描表”(總線(xiàn)仲裁表)期性地向總線(xiàn)上廣播含變量標識符的“問(wèn)題幀”，只有唯一的生產(chǎn)者識別出該問(wèn)題幀是向自己發(fā)出的之后，才能以“響應幀”作為回應。WorldFIP的可預見(jiàn)性就在于總線(xiàn)仲裁器能夠根據變量的掃描周期在合適的時(shí)間間隔內周而復始永不停息地掃描該變量。與令牌總線(xiàn)不同的是，它確定的是每個(gè)信息發(fā)布者占用總線(xiàn)的最短時(shí)間而不是可以占用的最長(cháng)時(shí)間因而實(shí)時(shí)性更強。在WorldFIP網(wǎng)絡(luò )中可以有多個(gè)總線(xiàn)仲裁器以構成冗余。

5 生產(chǎn)者(P)-消費者(C)模式

WorldFIP在通信方式上采用生產(chǎn)者-消費者模式[1],如圖2所示:

產(chǎn)生信息的設備稱(chēng)為“生產(chǎn)者”(Producer)，使用信息的設備稱(chēng)為“消費者”(Consumer)。任何時(shí)間只能有一個(gè)節點(diǎn)產(chǎn)生信息但可為其它任何節點(diǎn)或所有節點(diǎn)使用。節點(diǎn)上可以是分布I/O、智能設備或控制器。這種通信不是主-從式,而是對等式通信,可以實(shí)現節點(diǎn)的一對一、一對多、一對全(廣播)的通信。其好處在于:周期性數據總是可以得到及時(shí)的響應;借助防火墻可隨時(shí)在總線(xiàn)上增加節點(diǎn)以監視當前信息但卻不影響實(shí)時(shí)通信;可以很容易地復制節點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò )構成冗余，當某個(gè)節點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò )發(fā)生故障時(shí)，信息可以原封不動(dòng)在“搬”到冗余的節點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò )上，確保系統的連續運行;每個(gè)節點(diǎn)還具有后臺傳遞信息的能力，而不干擾臨界時(shí)間數據的通信;通過(guò)網(wǎng)關(guān)和TCP/IP協(xié)議可將WorldFIP連接到更高層次的網(wǎng)絡(luò )上去。