工业现场总线技术的新进展

　收稿日期:2003211215　作者简介:夏继强(1970-),男,辽宁辽阳人,副教授,xjq jw @.

工业现场总线技术的新进展

夏继强 邢春香 耿春明 满庆丰

(北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100083)

摘 要:对工业现场总线国际标准进行了简要综述,介绍了FF ,Profibus ,

C AN ,DeviceNet 等几种在国内影响较大的现场总线的发展动态,重点探讨了工业以太网领域中出现的竞争情况.在分析总结工业总线技术发展新特点的基础上,提出了国内在应用现场总线时应注意的问题.

关　键　词:发展;通信;现场总线;以太网中图分类号:TP 336

文献标识码:A 文章编号:100125965(2004)0420358205

Development of the fieldbus technology

X ia Jiqiang X ing Chunxiang G eng Chunming Man Qing feng

(School of M echanical Engineering and Automation ,Beijing University of Aeronautics and Astronautics ,Beijing 100083,China )

Abstract :A brief review of fieldbus standard was given.In our country ,controller area netw ork ,foundation fieldbus ,profibus and devicenet were prevalent fieldbus technologies in the field of industry process control.Devel 2opment trends of these fieldbus technologies in recent years were introduced.The em phasis was placed on the com 2petition in industry ethernet.Current situation and characteristic of fieldbus were analyzed to present s ome sugges 2tions in fieldbus application.

K ey words :development ;communication ;fieldbus ;ethernet

现场总线是连接现场设备和控制系统之间的

一种开放、全数字化、双向传输、多分支的通信网络,它的出现被誉为20世纪90年代工业控制领域的一场革命.由于市场利益的驱动,从上个世纪80年代现场总线刚刚出现开始,围绕现场总线技术与现场总线标准的竞争就在各大公司、甚至各国之间展开.人们期待一种统一的现场总线标准,使基于这一标准的现场设备和仪表能够互连、互操作和互换,从而实现真正意义上的开放.但是,最终形成的现场总线标准却与人们的初衷大相径庭,没有形成单一的现场总线标准,而是在国际标准中列出十几种现场总线.这也意味着没有一种现场总线能够一统天下,各个公司、利益集团围绕现场总线技术的竞争也从标准之争转向市场之争和技术之争.与此同时,没有列入国际标准范围的现场总线也没有因现场总线标准的推出而销声匿迹,而是进一步完善技术、争取更大的市场份额,

增加影响力,力图成为事实上的标准.可见,现场

总线的标准虽然通过了,各种现场总线之间的竞争却愈演愈烈.目前,现场总线技术在工业控制中的应用越来越广泛,国内的各仪表、执行器生产厂商也开始开展现场总线产品的开发工作.本文将简要说明现场总线的标准情况,介绍几种国内影响较大的现场总线技术的发展,分析现阶段现场总线技术发展中呈现出的一些新特点,并提出了国内应用现场总线技术时应该注意的问题.

1　现场总线标准

最早成为国际标准的现场总线是C AN 总线,它是关于道路交通运输工具方面的国际标准.工业控制领域的现场总线标准主要是指国际电工委员会指定的2个协议簇IEC61158和IEC62026.

IEC61158在公布后,马上进入了标准修订程序,到2002年6月已进行了2次大范围的修改,

2004年4月第30卷第4期北京航空航天大学学报

Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics April 2004V ol.30　N o 14

根据最新的IECΠT65文件,该标准目前包括10种技术类型[1]:IEC技术报告,C ontrolNet,Profibus,P2 Net,FF HSE,S wiffNet,W orldFIP,Interbus,FF Appli2 cation Layer,PROFI NET.

可以看出,IEC61158包含的种类繁多,复杂程度高.为了便于标准的应用,IECΠSC65C又制定了IEC61784(工业控制系统的连续和离散制造用现场总线行规设置)作为IEC61158的解释和补充, IEC61784涉及7个协议簇的18个工业自动化网络协议子集[1]:①F oundation Fieldbus(包括FF H1, FF HSE,FF H2);②C ontrolNet(包括C ontrolNet, E thernetΠIP);③Profibus(包括Profibus2DP,Profibus2 PA,Profinet);④P2NET(包括P2NET RS2485,P2NET RS232);⑤W orldFIP(包括W orldFIP,W orldFIP with subM MS,W orldFIP minimal for T CPΠIP);⑥Interbus (包括Interbus,Interbus for T CPΠIP,Interbus min2 imal);⑦S wiffNet(包括S wiffNet transport,FF S wiff2 Net full stack).

与SC65C制定的标准相比,IEC17B的标准制订要简单得多.IEC17B制订的总线标准主要涉及设备层的现场总线,相关的标准是IEC62026中的控制器与电器设备接口.它包括了4种协议:AS2I (操作器Π传感器接口),DeviceNet,S DS(轻巧的分布式系统),Seriplex(串行多路复用控制总线).

经多方争执和妥协而形成的仍然是多总线标准并存的局面,因此当前现场总线种类并没有因总线标准的制定而有所减少.

既然不能通过制定标准解决总线纷争,就只有通过市场来解决了.以太网的成功就是这种解决方法的典型例子,在局域网标准中,令牌环、令牌总线、以太网同为国际标准,但是以太网由于市场的认可成为了实际上的局域网国际标准.因此,各种总线组织仍然继续完善各自总线的功能,期望能占领更多的市场份额,成为事实上的标准.

2　几种主要总线的最新进展

成为国际标准的现场总线都有其应用背景和大公司的技术和资金支持.成为国际标准后这些现场总线技术的发展并没有停滞,一方面,除了巩固自身优势应用领域的地位外,还不断地扩展到其它领域;另一方面,这些现场总线不断完善自身,并将其它现场总线的先进技术融入到自己的技术中.在众多现场总线中,目前国内应用的情况并不均衡,下面介绍几种在国内影响较大的现场总线的进展情况.2.1　基金会总线FF

1994年ISP基金会和W orldFIP(北美)两大集团合并成立FF基金会,最初的宗旨是开发出符合IEC和IS O标准的、唯一的现场总线,最终成为了IEC61158众多总线中的一种.FF的H1在成为国际标准时,已经有成功的应用实例,FF的高速以太网(HSE)虽然也成为了国际标准,而其最终规范(FS1.0)直到2000年3月29日才发布.FF的高速以太网(HSE)最初目的是成为现场总线国际标准(IEC61158)中的唯一与以太网相兼容的标准[2],但它的产品却并未及时推出.

为了使FF的H1产品有更好的上层支持, 2000年11月,FF邀请A LST OM公司(W orldFIP组织的主要成员)作为赞助商成员加入FF.这次合作标志着FF与W orldFIP全面合作的开始.FF2H1与W orldFIP在技术上很相近,在市场上和技术上又正好处于互补的位置,在这种情况下合作是必要的.FF虽然在过程控制领域有着良好的性能,由于其开发费用昂贵,技术复杂,真正通过FF测试的产品并不多,到2001年10月,FF宣布有100种不同的FF产品通过该组织的一致性和互操作性测试.其中,压力,流量,温度,阀门定位器等占了注册产品的大部分,另外还有少量的控制器和高速以太网连接设备[3].

我国对FF的协议研究及产品开发起步不晚,投入较大,在“九五”期间还组织了针对FF的技术攻关,目前已经基本具备了FF产品的开发能力并开发出了几种FF的产品,但由于FF产品价格昂贵,在国内的技术支持难以满足用户的要求,整个应用水平远低于最初估计的情况.

2.2　Profibus现场总线

Profibus由西门子公司在1987年推出,后来移交给Profibus用户组织,现为PI(Profibus Interna2 tional)管理.Profibus于1989年成为德国国家标准,1996年被欧洲电工标准化委员会批准为欧洲标准E N50170.2,是最早研制开发和技术成熟的现场总线之一.

Profibus早期的标准包含Profibus FMS,Profi2 bus DP,Profibus PA3个子集,在成为国际标准以后,提出了ProfiNet解决方案:即Profibus与以太网相结合,使用开放的IT标准,对Profibus FMS的投入减弱.在推出ProfiNet解决方案的同时Profibus 还不断完善总线产品,包括上层的软件和各种网关产品.迄今为止,在世界范围内加入PI的公司已经超过了1200家,已经有2000多种Profibus和

953

第4期 夏继强等:工业现场总线技术的新进展