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现场总线种类及标准介绍

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作者:时间:2006-05-02来源:现场总线论坛
 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(
http://www.controlnet.org),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(
http://www.odva.org/
  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。
  
  5、CAN
   CAN(ControllerAreaNetwork)称为控制局域网,属于总线式通讯网络。CAN总线规范了
  任意两个CAN节点之间的兼容性,包括电气特性及数据解释协议,CAN协议分为二层:物理
  层和数据链路层。物理层决定了实际位传送过程中的电气特性,在同一网络中,所有节点
  的物理层必须保持一致,但可以采用不同方式的物理层。CAN的数据链路层功能包括帧组织
  形式,总线仲裁和检错、错误报告及处理,确认哪个信息要发送的,确认接收到的信息及
  为应用层提供了接口。CAN网络具有如下特点:CANBUS网络上任意一个节点均可在任意时刻
  主动向网络上的其它节点发送信息,而不分主从。通讯灵活,可方便地构成多机备份系统
  及分布式监测、控制系统。网络上的节点可分成不同的优先级以满足不同的实时要求。
  采用非破坏性总线裁决技术,当两个节点同时向网络上传送信息时,优先级低的节点
  主动停止数据发送,而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据。具有点对点,一点对
  多点及全局广播传送接收数据的功能。通讯距离最远可达10KM/5KBPS,通讯速率最高可达
  1MBPS/40M。网络节点数实际可达110个。每一帧的有效字节数为8个,这样传输时间短,受
  干扰的概率低。每帧信息都有CRC校验及其它检错措施,数据出错率极低,可靠性极高.通
  讯介质采用廉价的双绞线即可,无特殊要求。在传输信息出错严重时,节点可自动切断它
  与总线的联系,以使总线上的其它操作不受影响。
  
  现场总线标准
  现场总线标准有如下种类:
  丹麦国家标准DSF21906:P-Net
  德国国家标准DIN19245(1-2):ProfiBus-FMS
  德国国家标准DIN19245(3):ProfiBus-DP
  德国国家标准DIN19245(4):ProfiBus-PA
  法国国家标准FIPC46601-607:WorldFIP
  日本JEMA标准CC-Link
  美国国家标准ANSI/NEMA以等同方式支持的ISA/IEC标准草案
  1)ISA/IEC61158-1总论;
  2)ISA/IEC61158-2物理层规范
  3)ISA/IEC61158-3链路层服务定义1998/09/30未通过
  4)ISA/IEC61158-4链路层规范;1998/09/30未通过
  5)ISA/IEC61158-5应用层服务定义;1998/09/30未通过
  6)ISA/IEC61158-6应用层规范;1998/09/30未通过
  7)ISA/IEC61158-7管理系统
  8)ISA/IEC61158-8一致性试验
  9)ISA/IEC61804过程控制模块
  欧洲标准EN50170(CLC65CX)
  Vol.IP-Net
  Vol.IIProfiBus
  Vol.IIIWorldFIP
  Vol.IVFF,联合王国(UK)IEC国家委员会提议
  Vol.VControlNet,联合王国(UK)IEC国家委员会提议
  欧洲标准EN50254(CLC65CX)
  1)ProfiBusDP
  2)FIPDWF
  3)Interbus
  欧洲标准EN50295(CLCTC17B)
  1)ASI
  欧洲标准prEN50325
  1)DeviceNet美国Rockwell
  2)SDS美国Honeywell
  国际标准ISO11898
  1)德国CANbus;
  2)美国DeviceNet;
  3)特性接近ProfiBus;
  国际标准IEC62026(IECSC65C)
  1)ASI法国、德国
  2)DeviceNet美国Rockwell
  3)SDS美国Honeywell
  
  

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