工業(yè)自動(dòng)化系統現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的現狀與展望
加入技術(shù)交流群
現場(chǎng)總線(xiàn)（Fieldbus）是90年代初國際上發(fā)展形成的，用于過(guò)程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現場(chǎng)智能設備互連通訊網(wǎng)絡(luò )。它作為工廠(chǎng)數字通信網(wǎng)絡(luò )的基礎，溝通了生產(chǎn)過(guò)程現場(chǎng)及控制設備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò )，而且還是一種開(kāi)放式、新型全分布控制系統。這項以智能傳感、控制、計算機、數字通訊等技術(shù)為主要內容的綜合技術(shù)，已經(jīng)受到世界范圍的關(guān)注，成為當今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)?，F場(chǎng)總線(xiàn)本質(zhì)上就是用于現場(chǎng)儀表與控制系統和遠程控制調度之間的一種全分散、全數字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多點(diǎn)、多站的通訊系統?，F場(chǎng)總線(xiàn)在制造業(yè)、流程工業(yè)、電力、交通、樓宇、醫藥、環(huán)保、化工等領(lǐng)域和行業(yè)的自動(dòng)化系統中具有廣泛的應用前景。這種開(kāi)放型的工廠(chǎng)底層控制網(wǎng)絡(luò )構造了新一代的網(wǎng)絡(luò )集成式全分布集散控制系統，因而又被譽(yù)為自控領(lǐng)域的局域網(wǎng)。
1 幾種流行的現場(chǎng)總線(xiàn)
（1）、基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)
基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)，即Foudation Fieldbus,簡(jiǎn)稱(chēng)FF，這是在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術(shù)。它以ISO/OSI開(kāi)放系統互連模型為基礎，取其物理層、數據鏈路層、應用層為FF通信模型的相應層次，并在應用層上增加了用戶(hù)層?；饡?huì )現場(chǎng)總線(xiàn)分低速H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為3125Kbps,通信距離可達1900m，可支持總線(xiàn)供電，支持本質(zhì)安全防爆環(huán)境。H2的傳輸速率為1Mbps和2.5Mbps兩種，其通信距離分別為750m和500m。物理傳輸介質(zhì)可支持雙絞線(xiàn)、光纜和無(wú)線(xiàn)發(fā)射，協(xié)議符合IEC1158-2標準。其物理媒介的傳輸信號采用曼徹斯特編碼，從而使串行數據位流中具有足夠的定位信息，以保持發(fā)送雙方的時(shí)間同步。
為滿(mǎn)足用戶(hù)需要，Honeywell、Ronan等公司已開(kāi)發(fā)出可完成物理層和部分數據鏈路層協(xié)議的專(zhuān)用芯片，許多儀表公司已開(kāi)發(fā)出符合FF協(xié)議的產(chǎn)品。
（2）、Asi總線(xiàn)
Asi是Siemens開(kāi)發(fā)的一種硬件替代總線(xiàn)，有主-從組織（最多62從設備）它得到PROFIBUS行業(yè)組織（PTO）支持。它將數據和電源集成在單獨一根電纜內，數據傳輸速度較快，31個(gè)從設備的循環(huán)時(shí)間為5ms。Asi結構簡(jiǎn)單并支持包括星形、線(xiàn)性、分支和樹(shù)形結構在內的許多網(wǎng)絡(luò )拓撲。雖然它目前能支持一些摸擬量設備，但它還不能方便地支持諸如條碼閱讀器、定標器、儀表和操作員接口等串行設備。
目前，在一些對附加的功能要求不高的場(chǎng)合，諸如食品加工、飲料灌裝和藥物包裝等行業(yè)，Asi總線(xiàn)得到了廣泛應用。
（3）、Device Net
Device Net是一種應用層協(xié)議，它采用最初由德國的Bosch公司開(kāi)發(fā)的控制器局域聯(lián)網(wǎng)（CAN）技術(shù)，遵循ISO/OSI參考模型，按照該基準模型，它的網(wǎng)絡(luò )結構劃分為三層：物理層、數據鏈路層和應用層，物理層下面還定義了傳輸的物理介質(zhì)。Device Net在同一網(wǎng)段上最多可容納64個(gè)節點(diǎn)，數據傳輸率為125Kbit/s、250 Kbit/s和500Kbit/s三種。Device Net是一種基于主-從連接的網(wǎng)絡(luò )，一個(gè)主設備需要來(lái)自從設備的連接和主-從兩個(gè)設備的非控制及I/O數據的協(xié)商連接。一旦建立了I/O連接，主設備通過(guò)使用輪詢(xún)、循環(huán)或狀態(tài)改變通信模式與從設備通信。最近，已在這種網(wǎng)絡(luò )內加入了“時(shí)間同步”（CIPsync）和Device Net安全網(wǎng)絡(luò )（CIPsafety）。Device Net沒(méi)有對等通信。Device Net支持包括從光電監視器到驅動(dòng)器和質(zhì)量流控制設備等大量的設備類(lèi)型。由于其標準得到眾多經(jīng)銷(xiāo)商支持，因而產(chǎn)品價(jià)格很有競爭性。
（4）、Profibus-DP
Profibus-DP是一種基于RS-485的I/O網(wǎng)絡(luò )，運行于12Mbit/s。它是一種主-從結構網(wǎng)絡(luò )，最多有126節點(diǎn)和244字節信息量。PTO是促進(jìn)和維持Profibus-DP標準的經(jīng)銷(xiāo)商組織。
Profibus-DP的12Mbit/s傳輸速率高于任何一種CAN網(wǎng)絡(luò )，從而得到眾多經(jīng)銷(xiāo)商支持，并有眾多產(chǎn)品可供利用。然而，由于它需用一種硬件ASIC，因而當網(wǎng)絡(luò )規模較小時(shí)，費用較高。Profibus-DP得到Siemens的積極支持，而且Siemens的PLC提供內裝的連通性，因而目前Profibus-DP獨步歐洲工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )市場(chǎng)。一般來(lái)說(shuō)，凡是需用Siemens PLC的地方，Profibus-DP也就成為標準的通信網(wǎng)絡(luò )。
（5）、ControlNet
ControINet最初是作為Allen-Bradley數據總線(xiàn)的替代產(chǎn)品而開(kāi)發(fā)的。它是DeviceNet和EtherNet/IP的前驅?zhuān)钛a了高確定性網(wǎng)絡(luò )和可重復性網(wǎng)絡(luò )之間的間隙。為提高靈活性而設計的這種網(wǎng)絡(luò )使用戶(hù)能構想出更好地利用網(wǎng)絡(luò )帶寬的設備配置。ControlNet工作于5Mbit/s，并支持幾種網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。通訊方式采用在相同導線(xiàn)上的多個(gè)主設備的對等報文傳送。它采用如同Device Net和EthetNet/IP那樣的控制和信息協(xié)議（CIP）應用層。ControlNet提供確定性的和可重復的操作，并允許用戶(hù)構想出用來(lái)控制I/O和報文數據的每個(gè)報文部分。但與以太網(wǎng)相比，ControlNet傳輸速率較低。
評論