工業(yè)自動化系統(tǒng)現(xiàn)場總線技術(shù)的現(xiàn)狀與展望
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現(xiàn)場總線（Fieldbus）是90年代初國際上發(fā)展形成的，用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領(lǐng)域的現(xiàn)場智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這項以智能傳感、控制、計算機、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，已經(jīng)受到世界范圍的關(guān)注，成為當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點。現(xiàn)場總線本質(zhì)上就是用于現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)和遠程控制調(diào)度之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互聯(lián)、多變量、多點、多站的通訊系統(tǒng)。現(xiàn)場總線在制造業(yè)、流程工業(yè)、電力、交通、樓宇、醫(yī)藥、環(huán)保、化工等領(lǐng)域和行業(yè)的自動化系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。這種開放型的工廠底層控制網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造了新一代的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布集散控制系統(tǒng)，因而又被譽為自控領(lǐng)域的局域網(wǎng)。
1 幾種流行的現(xiàn)場總線
（1）、基金會現(xiàn)場總線
基金會現(xiàn)場總線，即Foudation Fieldbus,簡稱FF，這是在過程自動化領(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開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加了用戶層?；饡F(xiàn)場總線分低速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、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符合IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。其物理媒介的傳輸信號采用曼徹斯特編碼，從而使串行數(shù)據(jù)位流中具有足夠的定位信息，以保持發(fā)送雙方的時間同步。
為滿足用戶需要，Honeywell、Ronan等公司已開發(fā)出可完成物理層和部分?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的專用芯片，許多儀表公司已開發(fā)出符合FF協(xié)議的產(chǎn)品。
（2）、Asi總線
Asi是Siemens開發(fā)的一種硬件替代總線，有主-從組織（最多62從設(shè)備）它得到PROFIBUS行業(yè)組織（PTO）支持。它將數(shù)據(jù)和電源集成在單獨一根電纜內(nèi)，數(shù)據(jù)傳輸速度較快，31個從設(shè)備的循環(huán)時間為5ms。Asi結(jié)構(gòu)簡單并支持包括星形、線性、分支和樹形結(jié)構(gòu)在內(nèi)的許多網(wǎng)絡(luò)拓撲。雖然它目前能支持一些摸擬量設(shè)備，但它還不能方便地支持諸如條碼閱讀器、定標(biāo)器、儀表和操作員接口等串行設(shè)備。
目前，在一些對附加的功能要求不高的場合，諸如食品加工、飲料灌裝和藥物包裝等行業(yè)，Asi總線得到了廣泛應(yīng)用。
（3）、Device Net
Device Net是一種應(yīng)用層協(xié)議，它采用最初由德國的Bosch公司開發(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(zhǔn)模型，它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)劃分為三層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，物理層下面還定義了傳輸?shù)奈锢斫橘|(zhì)。Device Net在同一網(wǎng)段上最多可容納64個節(jié)點，數(shù)據(jù)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)，一個主設(shè)備需要來自從設(shè)備的連接和主-從兩個設(shè)備的非控制及I/O數(shù)據(jù)的協(xié)商連接。一旦建立了I/O連接，主設(shè)備通過使用輪詢、循環(huán)或狀態(tài)改變通信模式與從設(shè)備通信。最近，已在這種網(wǎng)絡(luò)內(nèi)加入了“時間同步”（CIPsync）和Device Net安全網(wǎng)絡(luò)（CIPsafety）。Device Net沒有對等通信。Device Net支持包括從光電監(jiān)視器到驅(qū)動器和質(zhì)量流控制設(shè)備等大量的設(shè)備類型。由于其標(biāo)準(zhǔn)得到眾多經(jīng)銷商支持，因而產(chǎn)品價格很有競爭性。
（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(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，最多有126節(jié)點和244字節(jié)信息量。PTO是促進和維持Profibus-DP標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)銷商組織。
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(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小時，費用較高。Profibus-DP得到Siemens的積極支持，而且Siemens的PLC提供內(nèi)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。一般來說，凡是需用Siemens PLC的地方，Profibus-DP也就成為標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)。
（5）、ControlNet
ControINet最初是作為Allen-Bradley數(shù)據(jù)總線的替代產(chǎn)品而開發(fā)的。它是DeviceNet和EtherNet/IP的前驅(qū)，填補了高確定性網(wǎng)絡(luò)和可重復(fù)性網(wǎng)絡(luò)之間的間隙。為提高靈活性而設(shè)計的這種網(wǎng)絡(luò)使用戶能構(gòu)想出更好地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬的設(shè)備配置。ControlNet工作于5Mbit/s，并支持幾種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。通訊方式采用在相同導(dǎo)線上的多個主設(shè)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(yīng)用層。ControlNet提供確定性的和可重復(fù)的操作，并允許用戶構(gòu)想出用來控制I/O和報文數(shù)據(jù)的每個報文部分。但與以太網(wǎng)相比，ControlNet傳輸速率較低。
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