試論十種類型現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)
經(jīng)過長達15年的爭論,IEC61158用于工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)于2000年初終于獲得通過,現(xiàn)場總線之爭逐漸隨之退潮,IEC/SC65C/WG6現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)委員會到此也完成了歷史使命。為了進一步完善IEC61158標(biāo)準(zhǔn),IEC/SC65C成立了MT9現(xiàn)場總線修訂小組,繼續(xù)這方面的工作。MT9工作組在原來8種類型現(xiàn)場總線的基礎(chǔ)上不斷完善擴充,于2001年8月制定出由10種類型現(xiàn)場總線組成的第三版現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn),它們是:Type1 TS61158 現(xiàn)場總線、Type2 ControlNet 和 Ethernet/IP 現(xiàn)場總線、Type3 Profibus現(xiàn)場總線、Type4 P-NET現(xiàn)場總線、Type5 FF HSE現(xiàn)場總線、Type6 Swift-Net 現(xiàn)場總線、Type7 WorldFIP現(xiàn)場總線、Type8 INTERBUS現(xiàn)場總線、Type9 FF H1現(xiàn)場總線以及Type10 PROFInet現(xiàn)場總線,該標(biāo)準(zhǔn)于2003年4月成為正式國際標(biāo)準(zhǔn)。限于篇幅,本文對10種類型總線做概要論述,并簡單綜述上述總線近三年來的最新進展。
1 Type1 TS61158 現(xiàn)場總線
Type1 現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)由以下部分構(gòu)成:
PhL:IEC61158-2:1993標(biāo)準(zhǔn)的超集(Superset);
Foundation Fieldbus的超集;
WorldFIP的功能超集;
DLL:IEC TS61158-3,TS61158-4;
Foundation Fieldbus的超集;
WorldFIP的功能超集;
AL:IEC TS61158-5,TS61158-6。
1998年之前,IEC/SC65C只推薦一種類型的現(xiàn)場總線,該總線主要采納Foundation Fieldbus總線和WorldFIP總線基本技術(shù),并嚴(yán)格按照IEC定義制定現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn),由于各種原因,經(jīng)過多輪投票未獲通過,只能按規(guī)定成為技術(shù)報告TS61158,以此為基礎(chǔ)形成了現(xiàn)在的Type1現(xiàn)場總線。國際電工委員會推薦的通用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示,從圖中可以看出現(xiàn)場總線系統(tǒng)可以支持各種工業(yè)領(lǐng)域的信息處理、監(jiān)視和控制系統(tǒng),用于過程控制傳感器、執(zhí)行器和本地控制器之間的低級通信,可以與工廠自動化的PLC實現(xiàn)互連。在這里,H1現(xiàn)場總線主要用于現(xiàn)場級,其速率為31.25Kbps,負責(zé)兩線制向現(xiàn)場儀表供電,并能支持帶總線供電設(shè)備的本質(zhì)安全;H2現(xiàn)場總線主要面向過程控制級、監(jiān)控管理級和高速工廠自動化的應(yīng)用,其速率為1Mbps,2.5Mbps和100Mbps。
圖1 通用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
由ControlNet International(CI)組織負責(zé)制定的Type2現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)由以下部分組成:
PhL和DLL:ControlNet;
AL:Control Net和Ethernet/IP。
Type2現(xiàn)場總線系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。ControlNet采用一種新的通信模式,即生產(chǎn)者/客戶(Producer/Consumer)模式,這種模式允許網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點,同時從單個數(shù)據(jù)源存取相同的數(shù)據(jù),其主要特點是增強了系統(tǒng)的功能,提高了效率和實現(xiàn)精確的同步。網(wǎng)絡(luò)的媒體送取,通過限制時間存取算法來控制,即采用并行時間域多路存?。–TDMA)方法,在每個網(wǎng)絡(luò)刷新間隔(NUI)內(nèi)調(diào)節(jié)節(jié)點的傳送信息機會。
圖2 Type2 現(xiàn)場總線系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
3 Type3 Profibus 現(xiàn)場總線
Type3現(xiàn)場總線得到Profibus用戶組織PNO的支持,德國西門子公司則是Profibus產(chǎn)品的主要供應(yīng)商。Profibus系列由三個兼容部分組成,即Profibus-DP、Profibus-FMS和Profibus-PA三條總線構(gòu)成。為了提高Profibus總線性能,近幾年P(guān)NO推出了新版本的Profibus-DP-V1和Profibus-DP-V2,同時逐步取消Profibus-FMS總線。擴展的Profibus-DP現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)如圖3所示,Profibus-DP特別適用于設(shè)備級自動控制系統(tǒng)與分散I/O之間高速通信。Profibus-PA專為過程自動化設(shè)計,它能夠?qū)⒆兯推骱蛨?zhí)行器連接到一根公共總線,使用兩根線就可以完成供電和數(shù)據(jù)通信,并能實現(xiàn)本質(zhì)安全性能。以此為基礎(chǔ),擴展的DP功能DPV1進一步完善了Profibus-PA功能;DPV2解決了從站之間的通信與時間同步等重大問題。
圖3 Type3 Profibus現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)
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