現(xiàn)場(chǎng)總線種類及標(biāo)準(zhǔn)介紹

 現(xiàn)場(chǎng)總線是用于過(guò)程控制現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室之間的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、開(kāi)放的、雙向的多站數(shù)字通信系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、集成電路技術(shù)的發(fā)展，以全數(shù)字式現(xiàn)場(chǎng)總線（FIELDBUS）為代表的互聯(lián)規(guī)范，正在迅猛發(fā)展和擴(kuò)大。由于采用現(xiàn)場(chǎng)總線將使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)安裝費(fèi)用減少并且易于維護(hù)；用戶可以自由選擇不同廠商、不同品牌的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成等一系列的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)正越來(lái)越受到人們的重視。近十幾年由于現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)不能建立，現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展的種類較多，約有40余種：如德國(guó)西門(mén)子公司Siemens的ProfiBus，法國(guó)的FIP，英國(guó)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，丹麥ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Arcnet，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織-基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美國(guó)的DeviceNet與ControlNet等等。
　　 現(xiàn)場(chǎng)總線的種類主要有：基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF；ProfiBus；WorldFIP；
　　ControlNet/DeviveNet；CAN等
　　
　　 1、基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF
　　 現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)包含100多個(gè)成員單位，負(fù)責(zé)制訂一個(gè)綜合IEC/ISA標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總
　　線。它的前身是可互操作系統(tǒng)協(xié)議ISP（InterperableSystemProtocol）--基于德國(guó)的
　　ProfiBis標(biāo)準(zhǔn)，和工廠儀表世界協(xié)議WORLD （WorldFactoryInstrumentationProtocol）--
　　基于法國(guó)的FIP標(biāo)準(zhǔn)。ISP和WORLDFIP于1994年6月合并成立了現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)。
　　基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的開(kāi)放化系統(tǒng)互聯(lián)OSI的簡(jiǎn)化模型（1，2，7層）。
　　另外增加了用戶層。
　　
　　 2、ProfiBus
　　 ProfiBus自1984年開(kāi)始研制現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，現(xiàn)以成為歐洲首屈一指的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線
　　系統(tǒng)，歐洲市場(chǎng)占有率大于40%，廣泛應(yīng)用于加工自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化、發(fā)電
　　與輸配電等領(lǐng)域。1996年6月ProfiBus被采納為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170第二卷。PNO為其用戶組織，核心公司有：Siemens公司，E+H公司，Samson公司，Softing公司等。
　　 ProfiBus技術(shù)特性：ProfiBus以ISO7498為基礎(chǔ)，以開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)OSI
　?。∣penSystemInterconnection）作為參考模型，定義了物理傳輸特性，總線存取協(xié)議和應(yīng)
　　用功能。ProfiBus家族包括ProfiBus-DP，ProfiBus-PA，ProfiBus-FMS。ProfiBus-DP
　　（DecentralizedPeriphery）是一種高速和便宜的通信連接，用于自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)
　　分散的I/0之間進(jìn)行通信。ProfiBus-FMS（FieldBusMessageSpecification）用來(lái)解決車間
　　級(jí)通用性通信任務(wù)。與LLI（LowerLayerInterface）構(gòu)成應(yīng)用層，F(xiàn)MS包括了應(yīng)用協(xié)議并向
　　用戶提供了可廣泛選用的強(qiáng)有力的通信服務(wù)，LLI協(xié)調(diào)了不同的通信關(guān)系并向FMS提供了不
　　依賴設(shè)備訪問(wèn)數(shù)據(jù)鏈層。ProfiBus-PA（ProcessAutomation）專為過(guò)程自動(dòng)化而設(shè)計(jì)的，
　　它可使傳感器和執(zhí)行器接在一根共用的總線上。根據(jù)IEC61158-2國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，ProfiBus-PA可用雙絞線供電技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)傳輸采用擴(kuò)展的ProfiBus-DP協(xié)議和描述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的
　　PA行規(guī)。當(dāng)使用電纜耦合器，ProfiBus-PA裝置能很方便的連接到ProfiBus-DP網(wǎng)絡(luò)。[主要
　　內(nèi)容摘自“PROFIBUS-與現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)”歐陽(yáng)勁松梅恪]
　　
　　3、WorldFIP
　　WorldFIP協(xié)會(huì)成立于1987年3月，以法國(guó)CEGELEC、SCHNEIDER等公司為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)了FIP
　?。üS儀表協(xié)議）現(xiàn)場(chǎng)總線系列產(chǎn)品。協(xié)會(huì)有100多個(gè)成員，產(chǎn)品在法國(guó)市場(chǎng)占有率大于60%，
　　歐洲約25%。產(chǎn)品適用于發(fā)電與輸配電、加工自動(dòng)化、鐵路運(yùn)輸、地鐵和過(guò)程自動(dòng)化等領(lǐng)域。
　　 1996年6月WorldFIP被采納為歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170。WorldFIP是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，不同系統(tǒng)、不同廠家生產(chǎn)的裝置都可以使用WorldFIP，應(yīng)用結(jié)構(gòu)可以是集中型、分散型和主站-從站型。
　　 WorldFIP現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成的系統(tǒng)可分為三級(jí)：過(guò)程級(jí)、控制級(jí)和監(jiān)控級(jí)，這樣用單一的
　　WorldFIP總線就可以滿足過(guò)程控制、工廠制造加工系統(tǒng)和各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的需要了。
　　WorldFIP協(xié)議有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層組成。應(yīng)用層定義為兩種：MPS定義和
　　SubMMS定義。MPS是工廠周期/非周期服務(wù)，SubMMS是工廠報(bào)文的子集。
　　 物理層的作用能夠確保連接到總線上的裝置間進(jìn)行位信息的傳遞。介質(zhì)是屏蔽雙絞線
　　或光纖。傳輸速度有31.25kb/s，1Mb/s和2.5Mb/s，標(biāo)準(zhǔn)速度是1Mb/s，使用光纖時(shí)最高可
　　達(dá)5Mb/s。
　　 WorldFIP的幀有三部分組成，即幀起始定界符（FSS），數(shù)據(jù)和檢驗(yàn)字段，以及幀結(jié)束
　　定界符。
　　 應(yīng)用層服務(wù)有三個(gè)不同的組：BAAS（Bus Arbitrator Application Services），MPS
　?。∕anufacturing Periodical / a Periodical Services），SubMMS（Subset of Messaging Services）。MPS服務(wù)提供給用戶：本地讀/寫(xiě)服務(wù)，遠(yuǎn)方讀/寫(xiě)服務(wù)，參數(shù)傳輸/接收指示，使用信息的刷新等。
　　 處理單元通過(guò)WorldFIP的通信裝置（通信數(shù)據(jù)庫(kù)和通信芯片組成）掛到現(xiàn)場(chǎng)總線上。
　　通信芯片包括通信控制器和線驅(qū)動(dòng)，通信控制器有FIPIU2，F(xiàn)IPCO1，F(xiàn)ULLFIP2，MICROFIP
　　等，線驅(qū)動(dòng)器用于連接電纜（FIELDRIVE，CREOL）或光纖（FIPOPTIC/FIPOPTIC-TS）。通
　　信數(shù)據(jù)庫(kù)用于在通信控制器和用戶應(yīng)用之間建立鏈接。[主要內(nèi)容摘自“法國(guó)WorldFIP現(xiàn)場(chǎng)
　　總線技術(shù)概況”繆學(xué)勤]
　　
　　4、ControlNet/DeviveNet
　　ControlNet的基礎(chǔ)技術(shù)是在RockwellAutomation企業(yè)于1995年10月公布。1997年7月成
　　立了ControlNetInternational組織（http://www.controlnet.org），Rockwell轉(zhuǎn)讓此項(xiàng)
　　技術(shù)給該組織。組織成員有50多個(gè)如ABBRoboties，HoneywellInc.，YokogawaCorp.，
　　ToshibaInternational，Procter&Gamble，OmronElectronicsInc.等。
　　DeviceNet的相關(guān)網(wǎng)
　　址（http://www.odva.org/）
　　傳統(tǒng)的工廠級(jí)的控制體系結(jié)構(gòu)有五層即工廠層、車間層、單元層、工作站層、設(shè)備層組成。
　　而Rockwell自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)化為三層結(jié)構(gòu)模式：信息層（Ethernet以太網(wǎng)），控制層
　?。–ontrolNet控制網(wǎng)），設(shè)備層（DeviceNet設(shè)備網(wǎng)）。ControlNet層常傳輸大量的I/O和
　　對(duì)等通訊信息，具有確定性和可重復(fù)性的，緊密聯(lián)系控制器和I/O設(shè)備的要求。它具備如下
　　特點(diǎn)：1）ControlNet在單根電纜上支持兩種類型的信息傳輸：有實(shí)時(shí)性的控制信息和I/O
　　數(shù)據(jù)傳輸，無(wú)時(shí)間苛求的信息發(fā)送和程序上/下載；2）ControlNet技術(shù)采取了一種新的通
　　信模式，以生產(chǎn)者/客戶模式取代了傳統(tǒng)的源/目的模式它不僅支持傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，而
　　且允許同時(shí)向多個(gè)設(shè)備傳遞信息。生產(chǎn)者/客戶模式使用時(shí)間片算法保證各節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)同步，
　　從而提高了帶寬利用率；3）ControlNet使用同軸電纜可達(dá)6km，節(jié)點(diǎn)數(shù)99個(gè)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間
　　距離最長(zhǎng)達(dá)1000m，48個(gè)節(jié)點(diǎn)距離可長(zhǎng)達(dá)250m，采用光纖和中繼器后通訊距離可達(dá)幾十公里。
　　ControlNet應(yīng)用于過(guò)程控制，自動(dòng)化制造等領(lǐng)域。
　　
　　5、CAN
　　 CAN(ControllerAreaNetwork)稱為控制局域網(wǎng)，屬于總線式通訊網(wǎng)絡(luò)。CAN總線規(guī)范了
　　任意兩個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)之間的兼容性，包括電氣特性及數(shù)據(jù)解釋協(xié)議，CAN協(xié)議分為二層：物理
　　層和數(shù)據(jù)鏈路層。物理層決定了實(shí)際位傳送過(guò)程中的電氣特性，在同一網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(diǎn)
　　的物理層必須保持一致，但可以采用不同方式的物理層。CAN的數(shù)據(jù)鏈路層功能包括幀組織
　　形式，總線仲裁和檢錯(cuò)、錯(cuò)誤報(bào)告及處理，確認(rèn)哪個(gè)信息要發(fā)送的，確認(rèn)接收到的信息及
　　為應(yīng)用層提供了接口。CAN網(wǎng)絡(luò)具有如下特點(diǎn)：CANBUS網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻
　　主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從。通訊靈活，可方便地構(gòu)成多機(jī)備份系統(tǒng)
　　及分布式監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)可分成不同的優(yōu)先級(jí)以滿足不同的實(shí)時(shí)要求。
　　采用非破壞性總線裁決技術(shù)，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)
　　主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，一點(diǎn)對(duì)
　　多點(diǎn)及全局廣播傳送接收數(shù)據(jù)的功能。通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM/5KBPS，通訊速率最高可達(dá)
　　1MBPS/40M。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá)110個(gè)。每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)，這樣傳輸時(shí)間短，受
　　干擾的概率低。每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其它檢錯(cuò)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低，可靠性極高．通
　　訊介質(zhì)采用廉價(jià)的雙絞線即可，無(wú)特殊要求。在傳輸信息出錯(cuò)嚴(yán)重時(shí)，節(jié)點(diǎn)可自動(dòng)切斷它
　　與總線的聯(lián)系，以使總線上的其它操作不受影響。
　　
　　現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)
　　現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)有如下種類：
　　丹麥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DSF21906：P-Net
　　德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245（1-2）：ProfiBus-FMS
　　德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245（3）：ProfiBus-DP
　　德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245（4）：ProfiBus-PA
　　法國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)FIPC46601-607：WorldFIP
　　日本JEMA標(biāo)準(zhǔn)CC-Link
　　美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ANSI/NEMA以等同方式支持的ISA/IEC標(biāo)準(zhǔn)草案
　　1)ISA/IEC61158-1總論；
　　2)ISA/IEC61158-2物理層規(guī)范
　　3)ISA/IEC61158-3鏈路層服務(wù)定義1998/09/30未通過(guò)
　　4)ISA/IEC61158-4鏈路層規(guī)范；1998/09/30未通過(guò)
　　5)ISA/IEC61158-5應(yīng)用層服務(wù)定義；1998/09/30未通過(guò)
　　6)ISA/IEC61158-6應(yīng)用層規(guī)范；1998/09/30未通過(guò)
　　7)ISA/IEC61158-7管理系統(tǒng)
　　8)ISA/IEC61158-8一致性試驗(yàn)
　　9)ISA/IEC61804過(guò)程控制模塊
　　歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170（CLC65CX）
　　Vol.IP-Net
　　Vol.IIProfiBus
　　Vol.IIIWorldFIP
　　Vol.IVFF,聯(lián)合王國(guó)(UK)IEC國(guó)家委員會(huì)提議
　　Vol.VControlNet,聯(lián)合王國(guó)(UK)IEC國(guó)家委員會(huì)提議
　　歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50254（CLC65CX）
　　1)ProfiBusDP
　　2)FIPDWF
　　3)Interbus
　　歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50295（CLCTC17B）
　　1)ASI
　　歐洲標(biāo)準(zhǔn)prEN50325
　　1)DeviceNet美國(guó)Rockwell
　　2)SDS美國(guó)Honeywell
　　國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898
　　1)德國(guó)CANbus;
　　2)美國(guó)DeviceNet;
　　3)特性接近ProfiBus;
　　國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC62026(IECSC65C)
　　1)ASI法國(guó)、德國(guó)
　　2)DeviceNet美國(guó)Rockwell
　　3)SDS美國(guó)Honeywell
　　
　　
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