现场总线种类及标准

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现场总线种类及标准

现场总线是用于过程控制现场仪表与控制室之间的一个标准的、开放的、双向的多站数字通信系统。随着计算机技术、通讯技术、集成电路技术的发展,以全数字式现场总线(FIELDBUS)为代表的互联规范,正在迅猛发展和扩大。由于采用现场总线将使控制系统结构简单,系统安装费用减少并且易于维护;用户可以自由选择不同厂商、不同品牌的现场设备达到最佳的系统集成等一系列的优点,现场总线技术正越来越受到人们的重视。近十几年由于现场总线的国际标准不能建立,现场总线发展的种类较多,约有40余种:如德国西门子公司Siemens的ProfiBus,法国的FIP,英国的ERA,挪威的FINT,Echelon公司的LONWorks,PhenixContact公司的InterBus,RoberBosch公司的CAN,Rosemounr公司的HART,CarloGarazzi公司的Dupline,丹麦ProcessData公司的P-net,PeterHans公司的F-Mux,以及ASI(ActraturSensorInterface),MODBus,SDS,Arcnet,国际标准组织-基金会现场总线FF:FieldBusFoundation,WorldFIP,BitBus,美国的DeviceNet与ControlNet等等。

现场总线的种类主要有:基金会现场总线FF;ProfiBus;WorldFIP;ControlNet/DeviveNet;CAN等

1、基金会现场总线FF

现场总线基金会包含100多个成员单位,负责制订一个综合IEC/ISA标准的国际现场总线。它的前身是可互操作系统协议ISP(InterperableSystemProtocol)--基于德国的ProfiBis标准,和工厂仪表世界协议WORLD (WorldFactoryInstrumentationProtocol)--基于法国的FIP标准。ISP和WORLDFIP于1994年6月合并成立了现场总线基金会。

基金会现场总线采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型(1,2,7层)。另外增加了用户层。

2、ProfiBus

ProfiBus自1984年开始研制现场总线产品,现以成为欧洲首屈一指的开放式现场总线系统,欧洲市场占有率大于40%,广泛应用于加工自动化、楼宇自动化、过程自动化、发电与输配电等领域。1996年6月ProfiBus被采纳为欧洲标准EN50170第二卷。PNO为其用户组织,核心公司有:Siemens公司,E+H 公司,Samson公司,Softing公司等。

ProfiBus技术特性:ProfiBus以ISO7498为基础,以开放式系统互联网络OSI (OpenSystemInterconnection)作为参考模型,定义了物理传输特性,总线存取协议和应用功能。ProfiBus 家族包括ProfiBus-DP,ProfiBus-PA,ProfiBus-FMS。ProfiBus-DP(DecentralizedPeriphery)是一种高速和便宜的通信连接,用于自动控制系统和设备级分散的I/0之间进行通信。ProfiBus-FMS (FieldBusMessageSpecification)用来解决车间级通用性通信任务。与LLI(LowerLayerInterface)构成应用层,FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务,LLI协调了不同的通信关系并向FMS提供了不依赖设备访问数据链层。ProfiBus-PA(ProcessAutomation)专为过程自动化而设计的,它可使传感器和执行器接在一根共用的总线上。根据IEC61158-2国际标准,ProfiBus-PA可用双绞线供电技术进行数据通信,数据传输采用扩展的ProfiBus-DP协议和描述现场设备的PA行规。当使用电缆耦合器,ProfiBus-PA装置能很方便的连接到ProfiBus-DP网络。[主要内容摘自“PROFIBUS-与现场总线国际标准”欧阳劲松梅恪]

3、WorldFIP

WorldFIP协会成立于1987年3月,以法国CEGELEC、SCHNEIDER等公司为基础开发了FIP(工厂仪表协议)现场总线系列产品。协会有100多个成员,产品在法国市场占有率大于60%,欧洲约25%。产品适用于发电与输配电、加工自动化、铁路运输、地铁和过程自动化等领域。1996年6月WorldFIP被采纳为欧洲标准EN50170。WorldFIP是一个开放系统,不同系统、不同厂家生产的装置都可以使用WorldFIP,应用结构可以是集中型、分散型和主站-从站型。WorldFIP现场总线构成的系统可分为三级:过程级、控制级和监控级,这样用单一的WorldFIP总线就可以满足过程控制、工厂制造加工系统和各种驱动系统的需要了。

WorldFIP协议有物理层、数据链路层和应用层组成。应用层定义为两种:MPS定义和SubMMS定义。MPS是工厂周期/非周期服务,SubMMS是工厂报文的子集。

物理层的作用能够确保连接到总线上的装置间进行位信息的传递。介质是屏蔽双绞线或光纤。传输速度有31.25kb/s,1Mb/s和2.5Mb/s,标准速度是1Mb/s,使用光纤时最高可达5Mb/s。

WorldFIP的帧有三部分组成,即帧起始定界符(FSS),数据和检验字段,以及帧结束定界符。

应用层服务有三个不同的组:BAAS(Bus Arbitrator Application Services),MPS (Manufacturing Periodical / a Periodical Services),SubMMS(Subset of Messaging Services)。MPS服务提供给用户:本地读/写服务,远方读/写服务,参数传输/接收指示,使用信息的刷新等。

处理单元通过WorldFIP的通信装置(通信数据库和通信芯片组成)挂到现场总线上。通信芯片包括通信控制器和线驱动,通信控制器有FIPIU2,FIPCO1,FULLFIP2,MICROFIP等,线驱动器用于连接电缆(FIELDRIVE,CREOL)或光纤(FIPOPTIC/FIPOPTIC-TS)。通信数据库用于在通信控制器和用户应用之间建立链接。[主要内容摘自“法国WorldFIP现场总线技术概况”缪学勤]

4、ControlNet/DeviveNet

ControlNet的基础技术是在RockwellAutomation企业于1995年10月公布。1997年7月成立了ControlNetInternational组织(/),Rockwell转让此项技术给该组织。组织成员有50多个如ABBRoboties,HoneywellInc.,YokogawaCorp.,ToshibaInternational,Procter&Gamble,OmronElectronicsInc.等。DeviceNet的相关网址(/)

传统的工厂级的控制体系结构有五层即工厂层、车间层、单元层、工作站层、设备层组成。而Rockwell自动化系统简化为三层结构模式:信息层(Ethernet以太网),控制层(ControlNet控制网),设备层(DeviceNet 设备网)。ControlNet层常传输大量的I/O和对等通讯信息,具有确定性和可重复性的,紧密联系控制器和I/O设备的要求。它具备如下特点:1)ControlNet在单根电缆上支持两种类型的信息传输:有实时性的控制信息和I/O数据传输,无时间苛求的信息发送和程序上/下载;2)ControlNet技术采取了一种新的通信模式,以生产者/客户模式取代了传统的源/目的模式它不仅支持传统的点对点通讯,而且允许同时向多个设备传递信息。生产者/客户模式使用时间片算法保证各节点实现同步,从而提高了带宽利用率;3)ControlNet使用同轴电缆可达6km,节点数99个,两个节点间距离最长达1000m,48个节点距离可长达250m,采用光纤和中继器后通讯距离可达几十公里。ControlNet应用于过程控制,自动化制造等领域。

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