來(lái)源：網(wǎng)絡(luò) 2012-7-29　關(guān)鍵詞：工業(yè)自動(dòng)化 現(xiàn)場(chǎng)總線 工業(yè)以太網(wǎng) 工業(yè)通信　　現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)是20世紀(jì)80年代末、90年代初國(guó)際上發(fā)展形成的，用于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)過(guò)程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)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(guò)程現(xiàn)場(chǎng)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(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開(kāi)放式、新型全分布控制系統(tǒng)。這項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、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，成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，并將導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革。國(guó)際上許多實(shí)力、有影響的公司都先后在不同程度上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)?，F(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過(guò)程設(shè)備的底層，作為工廠設(shè)備級(jí)基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò)，要求具有協(xié)議簡(jiǎn)單、容錯(cuò)能力強(qiáng)、安全性好、成本低的特點(diǎn)：具有一定的時(shí)間確定性和較高的實(shí)時(shí)性要求，還具有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載穩(wěn)定，多數(shù)為短幀傳送、信息交換頻繁等特點(diǎn)。由于上述特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)到通訊技術(shù)，都具有不同上層高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的特色?！　∫话惆熏F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)稱為第五代控制系統(tǒng)，也稱作FCS——現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。人們一般把50年代前的氣動(dòng)信號(hào)控制系統(tǒng)PCS稱作第一代，把4～20mA等電動(dòng)模擬信號(hào)控制系統(tǒng)稱為第二代，把數(shù)字計(jì)算機(jī)集中式控制系統(tǒng)稱為第三代，而把70年代中期以來(lái)的集散式分布控制系統(tǒng)DCS稱作第四代?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS作為新一代控制系統(tǒng)，一方面，突破了DCS系統(tǒng)采用通信專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)的局限，采用了基于公開(kāi)化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷;另一方面把DCS的集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，變成了新型全分布式結(jié)構(gòu)，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)?？梢哉f(shuō)，開(kāi)放性、分散性與數(shù)字通訊是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)最顯著的特征?！　‖F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)展望與發(fā)展趨勢(shì)　　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展應(yīng)體現(xiàn)為兩個(gè)方面：一個(gè)是低速現(xiàn)場(chǎng)總線領(lǐng)域的繼續(xù)發(fā)展和完善;另一個(gè)是高速現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展?！　∧壳艾F(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品主要是低速總線產(chǎn)品，應(yīng)用于運(yùn)行速率較低的領(lǐng)域，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能要求不是很高。從應(yīng)用狀況看，無(wú)論是FF和Profibus，還是其他一些現(xiàn)場(chǎng)總線，都能較好地實(shí)現(xiàn)速率要求較慢的過(guò)程控制。因此，在速率要求較低的控制領(lǐng)域，誰(shuí)都很難統(tǒng)一整個(gè)世界市場(chǎng)。而現(xiàn)場(chǎng)總線的關(guān)鍵技術(shù)之一是互操作性，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的統(tǒng)一是所有用戶的愿望。今后現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)如何發(fā)展、如何統(tǒng)一，是所有生產(chǎn)廠商和用戶十分關(guān)心的問(wèn)題?！　「咚佻F(xiàn)場(chǎng)總線主要應(yīng)用于控制網(wǎng)內(nèi)的互連，連接控制計(jì)算機(jī)、PLC等智能程度較高、處理速度快的設(shè)備，以及實(shí)現(xiàn)低速現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)橋間的連接，它是充分實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全分散控制結(jié)構(gòu)所必須的。目前這一領(lǐng)域還比較薄弱。因此，高速現(xiàn)場(chǎng)總線的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)將是競(jìng)爭(zhēng)十分激烈的領(lǐng)域，這也將是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的重要機(jī)會(huì)。而選擇什么樣的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為高速現(xiàn)場(chǎng)總線的整體框架將是其首要內(nèi)容?！　“l(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域廣為注的焦點(diǎn)課題，國(guó)際上現(xiàn)場(chǎng)總線的研究、開(kāi)發(fā)，使測(cè)控系統(tǒng)沖破了長(zhǎng)期封閉系統(tǒng)的禁錮，走上開(kāi)放發(fā)展的征程，這對(duì)中國(guó)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的發(fā)展是個(gè)極好的機(jī)會(huì)，也是一次嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化是發(fā)展的大趨勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)受計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的影響是十分深刻的?，F(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日新月異，發(fā)展十分迅猛，一些具有重大影響的網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)必將進(jìn)一步融合到現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)之中，這些具有發(fā)展前景的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)有;智能儀表與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開(kāi)發(fā)的軟硬件技術(shù);組態(tài)抗術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)段互連等;網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)管理軟件、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)操作與傳輸;人機(jī)接口、軟件技術(shù);現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)集成技術(shù)。　　由于目前自動(dòng)化技術(shù)從單機(jī)控制發(fā)展到工廠自動(dòng)化FA，發(fā)展到系統(tǒng)自動(dòng)化。工廠自動(dòng)化信息網(wǎng)絡(luò)可分為以下三層結(jié)構(gòu)：工廠管理級(jí)、車(chē)間監(jiān)控級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)，而現(xiàn)場(chǎng)總線是工廠底層設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)。這里先介紹一下以太網(wǎng)，本文特指工業(yè)以太網(wǎng)，工業(yè)以太網(wǎng)是作為辦公室自動(dòng)化領(lǐng)域衍生的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，按習(xí)慣主要指IEEE802.3協(xié)議，如果進(jìn)一步采用TCP/IP協(xié)議族，則采用“以太網(wǎng)+TCP/IP”來(lái)表示，其技術(shù)特點(diǎn)主要適合信息管理、信息處理系統(tǒng)，并在IT業(yè)得到了巨大的成功。在工廠管理級(jí)、車(chē)間監(jiān)控級(jí)信息集成領(lǐng)域中，工業(yè)以太網(wǎng)已有不少成功的案例，在設(shè)備層對(duì)實(shí)時(shí)性沒(méi)有嚴(yán)格要求場(chǎng)合也有許多應(yīng)用。由于現(xiàn)場(chǎng)總線目前種類(lèi)繁多，標(biāo)準(zhǔn)不一，很多人都希望以太網(wǎng)技術(shù)能介入設(shè)備低層，廣泛取代現(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，施耐德公司就是該想法的積極倡導(dǎo)者和實(shí)踐者，目前已有一批工業(yè)級(jí)產(chǎn)品問(wèn)世和實(shí)際應(yīng)用?？墒蔷湍壳岸裕蕴W(wǎng)還不能夠真正解決實(shí)時(shí)性和確定性問(wèn)題，大部分現(xiàn)場(chǎng)層仍然會(huì)首選現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。由于技術(shù)的局限和各個(gè)廠家的利益之爭(zhēng)，這樣一個(gè)多種工業(yè)總線技術(shù)并存，以太網(wǎng)技術(shù)不斷滲透的現(xiàn)狀還會(huì)維持一段時(shí)間。用戶可以根據(jù)技術(shù)要求和實(shí)際情況來(lái)選擇所需的解決方案。　　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的興起，開(kāi)辟了工廠底層網(wǎng)絡(luò)的新天地。它將促進(jìn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，為企業(yè)帶來(lái)新的效益，因而會(huì)得到廣泛的應(yīng)用，并推動(dòng)自動(dòng)化相關(guān)行業(yè)的發(fā)展?！　∈忻嫔献畹攘餍械木糯蟋F(xiàn)場(chǎng)總線　　目前國(guó)際上有40多種現(xiàn)場(chǎng)總線，但沒(méi)有任何一種現(xiàn)場(chǎng)總線能覆蓋所有的應(yīng)用面，按其傳輸數(shù)據(jù)的大小可分為3類(lèi)：傳感器總線(sensorbus)，屬于位傳輸;設(shè)備總線(devicebus)，屬于字節(jié)傳輸;現(xiàn)場(chǎng)總線，屬于數(shù)據(jù)流傳輸。下面讓我一起去認(rèn)識(shí)這九種現(xiàn)再總線?！　?、FF現(xiàn)場(chǎng)總線　　FF現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)是由WORLDFIPNA(北美部分，不包括歐洲)和ISPFoundation于1994年6月聯(lián)合成立的，它是一個(gè)國(guó)際性的組織，其目標(biāo)是建立單一的、開(kāi)放的、可互操作的現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)組織給予了IEC現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)起草工作組以強(qiáng)大的支持。這個(gè)組織目前有l(wèi)00多成員單位，包括了全世界主要的過(guò)程控制產(chǎn)品及系統(tǒng)的生產(chǎn)公司。1997年4月這個(gè)組織在中國(guó)成立了中國(guó)儀協(xié)現(xiàn)場(chǎng)總線專(zhuān)業(yè)委員會(huì)(CFC)。致力于這項(xiàng)技術(shù)在中國(guó)的推廣應(yīng)用。FF成立的時(shí)間比較晚，在推出自己的產(chǎn)品和把這項(xiàng)技術(shù)完整地應(yīng)用到工程上相對(duì)于PROFIBUS和WORLDFIP要晚。但是正由于FF是1992年9月成立的，是以FisherRosemount公司為核心的ISP(可互操作系統(tǒng)協(xié)議)與WORLDFIPNA兩大組織合并而成的，因此這個(gè)組織具有相當(dāng)實(shí)力：目前FF在IEC現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制訂過(guò)程中起著舉足輕重的作用?！　‖F(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)自成立以來(lái)，經(jīng)過(guò)十年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一個(gè)開(kāi)放的、全數(shù)字化的工業(yè)通信系統(tǒng)，并在上世紀(jì)末開(kāi)始進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，推動(dòng)了中國(guó)的工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)步，并開(kāi)始了大型全區(qū)域系統(tǒng)集成的應(yīng)用。一個(gè)開(kāi)放式的總線協(xié)議，很重要的一點(diǎn)就是有多少設(shè)備支持這個(gè)協(xié)議。否則，這個(gè)協(xié)議的開(kāi)放性就沒(méi)有意義了。　　在無(wú)線和遠(yuǎn)程I/O管理方面，現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)發(fā)布了基金會(huì)遠(yuǎn)程運(yùn)營(yíng)管理初步規(guī)范。新的技術(shù)規(guī)范是基金會(huì)面向無(wú)線和遠(yuǎn)程I/O進(jìn)行遠(yuǎn)程運(yùn)營(yíng)管理解決方案的一部分，面向遠(yuǎn)程運(yùn)營(yíng)管理設(shè)備定義了代表基金會(huì)HART設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)總線變送器模塊。該模塊可以顯示有線HART及無(wú)線HART設(shè)備?！　〈送?，該規(guī)范還描述了通過(guò)基金會(huì)高速以太網(wǎng)(HSE)傳輸基本HART命令協(xié)議接觸HART設(shè)備進(jìn)行配置和資產(chǎn)管理的理想方法。規(guī)范也對(duì)在連接基金會(huì)遠(yuǎn)程運(yùn)營(yíng)管理設(shè)備的有線多觸點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線HART網(wǎng)絡(luò)中識(shí)別和維護(hù)HART設(shè)備狀態(tài)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定義。　　“新的變送器模塊規(guī)范將會(huì)使那些需要將HART和無(wú)線HART設(shè)備連入基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線、提升其與控制系統(tǒng)或者基金會(huì)設(shè)備的最終用戶受益，”現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)技術(shù)開(kāi)發(fā)總監(jiān)DaveGlanzer說(shuō)道：“他們可能會(huì)需要對(duì)資產(chǎn)管理采用一種網(wǎng)絡(luò)化的方法，連接大量的HART和無(wú)線HART設(shè)備，進(jìn)行配置和維護(hù)?！薄　≡诂F(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)架構(gòu)內(nèi)部，H1和HSE可以提供分布式功能模塊的能力，與HSE一起形成容量更大的通道，加快數(shù)據(jù)傳輸和傳輸量?；饡?huì)遠(yuǎn)程運(yùn)營(yíng)管理的開(kāi)發(fā)，為有線及無(wú)線HSE主干網(wǎng)絡(luò)建立了一個(gè)開(kāi)放式、非專(zhuān)利性的規(guī)范，可以通過(guò)接口將不同的基金會(huì)遠(yuǎn)程運(yùn)營(yíng)管理設(shè)備和無(wú)線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集成?！　∈褂酶咚貶SE連接，可以高效的將模塊化的數(shù)字和模擬現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備大幅度集中到控制室當(dāng)中。通過(guò)使用諸如智能遠(yuǎn)程終端單元(RTU)這類(lèi)HSE設(shè)備功能，這項(xiàng)技術(shù)可以將各種形式的傳統(tǒng)I/O輕而易舉的融入到自然的現(xiàn)場(chǎng)總線環(huán)境當(dāng)中。這一解決方案在同一個(gè)以太網(wǎng)絡(luò)上可以同時(shí)支持?jǐn)?shù)字輸入、數(shù)字輸出、模擬輸入、模擬輸出和H1現(xiàn)場(chǎng)總線?！　?、LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線　　LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線是美國(guó)Echelon公司1992年推出的局部操作網(wǎng)絡(luò),最初主要用于樓宇自動(dòng)化,但很快發(fā)展到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)。LonWorks技術(shù)為設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)可互操作的控制網(wǎng)絡(luò)提供了一套完整、開(kāi)放、成品化的解決途徑。LonWorks技術(shù)的核心是神經(jīng)元芯片(NeuronChip)。該芯片內(nèi)部裝有3個(gè)微處理器:MAC處理器完成介質(zhì)訪問(wèn)控制;網(wǎng)絡(luò)處理器完成OSI的3～6層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議;應(yīng)用處理器完成用戶現(xiàn)場(chǎng)控制應(yīng)用。它們之間通過(guò)公用存儲(chǔ)器傳遞數(shù)據(jù)。在控制單元中需要采集和控制功能,為此,神經(jīng)元芯片特設(shè)置11個(gè)I/O口。這些I/O口可根據(jù)需求不同來(lái)靈活配置與外圍設(shè)備的接口,如RS232、并口、定時(shí)/計(jì)數(shù)、間隔處理、位I/O等?！　onWorks提供的不僅僅是一套高性能的神經(jīng)元芯片,更重要的是,它提供了一套完整的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的通信不僅要將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送、接收,更多的是數(shù)據(jù)的打包、拆包、流量處理、出錯(cuò)處理。這使控制工程師不得不在數(shù)據(jù)通信上投入大量精力。LonWorks在這方面提供了非常友好的服務(wù),提供了一套完整的建網(wǎng)工具——LonBuild?！　∈紫?它提供了一套C語(yǔ)言的編譯器,從而大大減少了開(kāi)發(fā)時(shí)間。在這個(gè)編譯器中,提供了對(duì)11個(gè)I/O非常詳盡的庫(kù)函數(shù)。在通信方面,它也提出了一個(gè)全新的概念——網(wǎng)絡(luò)變量。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量,網(wǎng)絡(luò)上的通信只需將相關(guān)節(jié)點(diǎn)上的網(wǎng)絡(luò)變量連接一下即可。網(wǎng)絡(luò)變量是應(yīng)用程序定義的一個(gè)特殊靜態(tài)變量,可以是ANSIC所定義的各種類(lèi)型,也可以是自定義類(lèi)型,還可以規(guī)定優(yōu)先級(jí)、響應(yīng)方式等。網(wǎng)絡(luò)變量被定義為輸入或輸出,當(dāng)定義為輸出的網(wǎng)絡(luò)變量被賦予新值時(shí),與該輸出變量相連的輸入網(wǎng)絡(luò)變量就會(huì)被立刻賦予同樣的新值?！　×硗?LonBuild還集成開(kāi)發(fā)環(huán)境和編譯于一體,具備C調(diào)試器,可在多個(gè)仿真器上調(diào)試應(yīng)用程序,并具備網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析和通信分析的功能?！　∽?0年代末以來(lái)，多種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已逐漸形成其影響并在一些特定的應(yīng)用領(lǐng)域顯示了自己的優(yōu)勢(shì)。它們各有優(yōu)勢(shì)，顯示出較強(qiáng)的生命力。例如基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF)是在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術(shù)。PROFIBUS是德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。該系列有DP.FMS.PA三種型號(hào)，其中DP型適用于加工自動(dòng)化領(lǐng)域;FMS型適用于紡織.樓宇自動(dòng)化，可編程控制器.低壓開(kāi)關(guān)等;PA型則用于過(guò)程自動(dòng)化。CAN最早由德國(guó)BOSCH公司推出，用于汽車(chē)內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。HART最早由ROSEmount公司開(kāi)發(fā)并行到80多家著名儀表公司的支持，是在現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的通信。由于它們?cè)诟髯苑秶鷥?nèi)各自為政，不可避免地限制了整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展，不利于整個(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)集成，而我公司開(kāi)發(fā)出的Lonworks產(chǎn)品，分別在釀酒.電力.建筑.工業(yè)自動(dòng)化和化工行業(yè)中應(yīng)用并取得良好的效果?！　‰S著我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，我國(guó)在智能化領(lǐng)域的需求日益劇增。而國(guó)際上現(xiàn)有的其他類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)總線所存在的固有局限性，使得它們?cè)趹?yīng)用時(shí)受到這樣那樣的約束。LON總線則綜合了當(dāng)今現(xiàn)場(chǎng)總線的多種功能，同時(shí)具備了局域網(wǎng)的一些特點(diǎn)，使得它被廣泛地應(yīng)用于航空/航天，農(nóng)業(yè)控制、計(jì)算機(jī)/外圍設(shè)備、診斷/監(jiān)控、電子測(cè)量設(shè)備、測(cè)試設(shè)備、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事/防衛(wèi)、辦公室設(shè)備系統(tǒng)、機(jī)器人、安全警衛(wèi)、保密、運(yùn)動(dòng)/游藝、電話通信、運(yùn)輸設(shè)備等領(lǐng)域。其通用性表明，它不是針對(duì)某一個(gè)特殊領(lǐng)域的總線，而是具有可將不同領(lǐng)域的控制系統(tǒng)綜合成一個(gè)以LONWORKS為基礎(chǔ)的更復(fù)雜系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。　　3、Profibu現(xiàn)場(chǎng)總線　　Profibus是作為德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)prEN50170的現(xiàn)場(chǎng)總線。ISO/OSI模型也是它的參考模型。由Profibus-Dp、Profibus-FMS、Profibus-PA組成了Profibus系列。DP型用于分散外設(shè)間的高速傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用。FMS意為現(xiàn)場(chǎng)信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開(kāi)關(guān)等一般自動(dòng)化，而PA型則是用于過(guò)程自動(dòng)化的總線類(lèi)型，它遵從IEC1158-2標(biāo)準(zhǔn)。該項(xiàng)技術(shù)是由西門(mén)子公司為主的十幾家德國(guó)公司、研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，由這兩部分形成了其標(biāo)準(zhǔn)第一部分的子集，DP型隱去了3～7層，而增加了直接數(shù)據(jù)連接擬合作為用戶接口，F(xiàn)MS型只隱去第3～6層，采用了應(yīng)用層，作為標(biāo)準(zhǔn)的第二部分。PA型的標(biāo)準(zhǔn)目前還處于制定過(guò)程之中，其傳輸技術(shù)遵從IEC1158-2(1)標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)總線供電與本質(zhì)安全防爆。　　Porfibus支持主—從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對(duì)總線的控制權(quán)，可主動(dòng)發(fā)送信息。對(duì)多主站系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主站之間采用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點(diǎn)可在一個(gè)事先規(guī)定的時(shí)間內(nèi)擁有總線控制權(quán)，共事先規(guī)定好令牌在各主站中循環(huán)一周的最長(zhǎng)時(shí)間。按Profibus的通信規(guī)范，令牌在主站之間按地址編號(hào)順序，沿上行方向進(jìn)行傳遞。主站在得到控制權(quán)時(shí)，可以按主—從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。主站可采取對(duì)所有站點(diǎn)廣播(不要求應(yīng)答)或有選擇地向一組站點(diǎn)廣播。Profibus的傳輸速率為96～12kbps最大傳輸距離在12kbps時(shí)為1000m，15Mbps時(shí)為400m，可用中繼器延長(zhǎng)至10km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個(gè)站點(diǎn)?！　?、CAN現(xiàn)場(chǎng)總線　　CAN是控制網(wǎng)絡(luò)ControlAreaNetwork的簡(jiǎn)稱，最早由德國(guó)BOSCH公司推出，用于汽車(chē)內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。其總線規(guī)范現(xiàn)已被ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持，已廣泛應(yīng)用在離散控制領(lǐng)域。CAN協(xié)議也是建立在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的開(kāi)放系統(tǒng)互連模型基礎(chǔ)上的，不過(guò)，其模型結(jié)構(gòu)只有3層，只取OSI底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和頂上層的應(yīng)用層。其信號(hào)傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率最高可達(dá)1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km/kbps，可掛接設(shè)備最多可達(dá)110個(gè)。　　CAN的信號(hào)傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)，因而傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低。當(dāng)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，具有自動(dòng)關(guān)閉的功能以切斷該節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)系，使總線上的其它節(jié)點(diǎn)及其通信不受影響，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。CAN支持多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任何節(jié)點(diǎn)均在任意時(shí)刻主動(dòng)向其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和全局廣播方式接收/發(fā)送數(shù)據(jù)。它采用總線仲裁技術(shù)，當(dāng)出現(xiàn)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸信息時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)則主動(dòng)停止發(fā)送，從而避免了總線沖突。已有多家公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了符合CAN協(xié)議的通信芯片，如Intel公司的82527，Motorola公司的MC68HC05X4，Philips公司的82C250等。還有插在PC機(jī)上的CAN總線接口卡，具有接口簡(jiǎn)單、編程方便、開(kāi)發(fā)系統(tǒng)價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)?！　?、Devicenet現(xiàn)場(chǎng)總線　　Devicenet是一種低成本的通訊總線。它將工業(yè)設(shè)備(如：限位開(kāi)關(guān)，光電傳感器，閥組，馬達(dá)啟動(dòng)器，過(guò)程傳感器，條形碼讀取器，變頻驅(qū)動(dòng)器，面板顯示器和操作員接口)連接到網(wǎng)絡(luò)，從而消除了昂貴的　　硬接線成本。直接互連性改善了設(shè)備間的通訊，并同時(shí)提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級(jí)診斷功能，這是通過(guò)硬接線I/O接口很難實(shí)現(xiàn)的?！　evicenet是一種簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)解決方案，它在提供多供貨商同類(lèi)部件間的可互換性的同時(shí)，減少了配線和安裝工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的成本和時(shí)間。DeviceNet不僅僅使設(shè)備之間以一根電纜互相連接和通訊，更重要的是它給系統(tǒng)所帶來(lái)的設(shè)備級(jí)的診斷功能。該功能在傳統(tǒng)的I/O上是很難實(shí)現(xiàn)的?！　evicenet是一個(gè)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范和協(xié)議都是開(kāi)放的，供貨商將設(shè)備連接到系統(tǒng)時(shí)，無(wú)需為硬件，軟件或授權(quán)付費(fèi)。任何對(duì)DeviceNet技術(shù)感興趣的組織或個(gè)人都可以從開(kāi)放式DeciceNet供貨商協(xié)會(huì)(ODVA)獲得DeviceNet規(guī)范，并可以加入ODVA，參加對(duì)DeviceNet規(guī)范進(jìn)行增補(bǔ)的技術(shù)工作組?！　evicenet的許多特性沿襲于CAN，CAN總線是一種設(shè)計(jì)良好的通信總線，它主要用于實(shí)時(shí)傳輸控制數(shù)據(jù)。DeviceNet的主要特點(diǎn)是：短幀傳輸，每幀的最大數(shù)據(jù)為8個(gè)字節(jié);無(wú)破壞性的逐位仲裁技術(shù);網(wǎng)絡(luò)最多可連接64個(gè)節(jié)點(diǎn);數(shù)據(jù)傳輸波特率為125kb/s、250kb/s、500kb/s;點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、多主或主/從通信方式;采用CAN的物理和數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)約?！　?、HART現(xiàn)場(chǎng)總線　　HART是HighwayAddressableRemoteTransduer的縮寫(xiě)。最早由Rosemout公司開(kāi)發(fā)并得到80多家著名儀表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金會(huì)。這種被稱為可尋址遠(yuǎn)程傳感高速通道的開(kāi)放通信協(xié)議，其特點(diǎn)是現(xiàn)有模擬信號(hào)傳輸線上實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信，屬于模擬系統(tǒng)向數(shù)字系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過(guò)程中工業(yè)過(guò)程控制的過(guò)渡性產(chǎn)品，因而在當(dāng)前的過(guò)渡時(shí)期具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，得到了較好的發(fā)展?！　ART通信模型由3層組成：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。物理層采用FSK(FrequencyShiftKeying)技術(shù)在4～20mA模擬信號(hào)上迭加一個(gè)頻率信號(hào)，頻率信號(hào)采用Bell202國(guó)際標(biāo)準(zhǔn);數(shù)據(jù)傳輸速率為1200bps，邏輯0的信號(hào)頻率為2200Hz，邏輯1的信號(hào)傳輸頻率為1200Hz。數(shù)據(jù)鏈路層用于按HART通信協(xié)議規(guī)則建立HART信息格式。其信息構(gòu)成包括開(kāi)頭碼、顯示終端與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備地址、字節(jié)數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)與通信狀態(tài)、數(shù)據(jù)、奇偶校驗(yàn)等。其數(shù)據(jù)字節(jié)結(jié)構(gòu)為1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)奇偶校驗(yàn)位，1個(gè)終止位。應(yīng)用層的作用在于使HART指令付諸實(shí)現(xiàn)，即把通信狀態(tài)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信息。它規(guī)定了一系列命令;按命令方式工作。它有3類(lèi)命令，第一類(lèi)稱為通用命令，這是所有設(shè)備理解、執(zhí)行的命令;第二類(lèi)稱為一般行為命令，它所提供的功能可以在許多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(盡管不是全部)中實(shí)現(xiàn)，這類(lèi)命令包括最常用的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的功能庫(kù);第三類(lèi)稱為特殊設(shè)備命令，以便在某些設(shè)備中實(shí)現(xiàn)特殊功能，這類(lèi)命既可以在基金會(huì)中開(kāi)放使用，又可以為開(kāi)發(fā)此命令的公司所獨(dú)有。在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中通?？砂l(fā)現(xiàn)同時(shí)存在這3類(lèi)命令?！　ART支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)主從應(yīng)答方式和多點(diǎn)廣播方式。按應(yīng)答應(yīng)方式工作時(shí)的數(shù)據(jù)更新速率為2～3次/s，按廣播方式工作時(shí)的數(shù)據(jù)更新速率為3～4次/s，它還可支持兩個(gè)通信主設(shè)備。總線上可掛設(shè)備數(shù)多達(dá)15個(gè)，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可有256個(gè)變量，每個(gè)信息最大可包含4個(gè)變量。最大傳輸距離3000m，HART采用統(tǒng)一的設(shè)備描述語(yǔ)言DDL?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備開(kāi)發(fā)商采用這種標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言來(lái)描述設(shè)備特性，由HART基金會(huì)負(fù)責(zé)登記管理這些設(shè)備描述并把它們編為設(shè)備描述字典，主設(shè)備運(yùn)用DDL技術(shù)，來(lái)理解這些設(shè)備的特性參數(shù)而不必為這些設(shè)備開(kāi)發(fā)專(zhuān)用接口。但由于這種模擬數(shù)字混信號(hào)制，導(dǎo)致難以開(kāi)發(fā)出一種能滿足各公司要求的通信接口芯片。HART能利用總線供電，可滿足本安防爆要求?！　?、CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線　　CC-Link是Control&CommunicationLink(控制與通信鏈路系統(tǒng))的縮寫(xiě)，在1996年11月，由三菱電機(jī)為主導(dǎo)的多家公司推出，其增長(zhǎng)勢(shì)頭迅猛，在亞洲占有較大份額，目前在歐洲和北美發(fā)展迅速。在其系統(tǒng)中，可以將控制和信息數(shù)據(jù)同時(shí)以10Mbit/s高速傳送至現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，具有性能卓越、使用簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛、節(jié)省成本等優(yōu)點(diǎn)。其不僅解決了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)配線復(fù)雜的問(wèn)題，同時(shí)具有優(yōu)異的抗噪性能和兼容性。CC-Link是一個(gè)以設(shè)備層為主的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也可覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感層。2005年7月CC-Link被中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)批準(zhǔn)為中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)性技術(shù)文件?！　　　C-Link的技術(shù)在不斷的進(jìn)步和發(fā)展過(guò)程中，CLPA在2002年推出CC-Link家簇下端產(chǎn)品和協(xié)議CC-Link/LT，主要用于開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)的傳輸和通信，使CC-Link在整個(gè)結(jié)構(gòu)上更加完善和豐滿，并且其成本將更加降低。2003年初，CLPA宣布推出CC-LinkV2.0版本，是原來(lái)的系統(tǒng)通信量擴(kuò)大了8倍?！　】傊?，CC-Link是一個(gè)技術(shù)先進(jìn)、性能卓越、應(yīng)用廣泛、使用簡(jiǎn)單、成本較低的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線，其在中國(guó)的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用有著廣闊的前景。　　8、WorldFIP現(xiàn)場(chǎng)總線　　WORLDFIP是法國(guó)FIP公司在1988年最先推出的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。實(shí)際上，WORLDFIP最早提供了現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)，使現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)初步具有了信息化的技術(shù)特征?！　orkdFIP的北美部分與ISP合并為FF以后，WorldFIP的歐洲部分仍保持獨(dú)立，總部設(shè)在法國(guó)。其在歐洲市場(chǎng)占有重要地位，特別是在法國(guó)占有率大約為60%。WorldFIP的特點(diǎn)是具有單一的總線結(jié)構(gòu)來(lái)適用不同的應(yīng)用領(lǐng)域的需求，而且沒(méi)有任何網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)橋，用軟件的辦法來(lái)解決高速和低速的銜接。WorldFIP與FFHSE可以實(shí)現(xiàn)“透明聯(lián)接”，并對(duì)FF的H1進(jìn)行了技術(shù)拓展，如速率等。在與IEC61158第一類(lèi)型的連接方面，WorldFIP做得最好，走在世界前列?！　orldFIP融合了控制技術(shù)和信息技術(shù)，是一種先進(jìn)而開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線。在協(xié)議的設(shè)計(jì)上，一開(kāi)始就把滿足各種環(huán)境下對(duì)生產(chǎn)控制的要求和工業(yè)用戶的實(shí)際需要放在首位，并且考慮了相關(guān)技術(shù)，尤其是信息技術(shù)發(fā)展所帶來(lái)的影響。開(kāi)發(fā)出的WorldFIP在一條總線上，在單一協(xié)議的框架內(nèi)，在有調(diào)度的訪問(wèn)控制下，既傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、又傳輸隨機(jī)信息，兩者之間互不影響，從而既是實(shí)時(shí)的可預(yù)測(cè)性的，又是面向未來(lái)的可與Internet連接的現(xiàn)場(chǎng)總線?！　orldFIP現(xiàn)場(chǎng)總線采用曼徹斯特編碼方式并利用磁性變壓器隔離，具有良好的抗電磁干擾能力，根據(jù)測(cè)試，在級(jí)干擾條件下，能保證正常通信。因此，非常適用于電磁干擾比較強(qiáng)的場(chǎng)合?！　∧壳伴_(kāi)發(fā)WorldFIP產(chǎn)品具有很多有利條件，如他的技術(shù)成熟、資料完整并易獲得、現(xiàn)成產(chǎn)品種類(lèi)齊全、基礎(chǔ)期間容易得到等。此外還有各種實(shí)際應(yīng)用可供參考。只需不多的投入，在較短的時(shí)間內(nèi)即可完成產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。　　9、INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線　　INTERBUS是德國(guó)Phoenix公司推出的較早的現(xiàn)場(chǎng)總線，2000年2月成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158。INTERBUS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)，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層，具有強(qiáng)大的可靠性、可診斷性和易維護(hù)性。其采用集總幀型的數(shù)據(jù)環(huán)通信，具有低速度、高效率的特點(diǎn)，并嚴(yán)格保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐叫院椭芷谛?該總線的實(shí)時(shí)性、抗干擾性和可維護(hù)性也非常出色。INTERBUS廣泛地應(yīng)用到汽車(chē)、煙草、倉(cāng)儲(chǔ)、造紙、包裝、食品等工業(yè)，成為國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線的領(lǐng)先者?！　〈送廨^有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線還有丹麥公司Process-DataA/S提出的P-Net，該總線主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、食品等行業(yè);SwiftNet現(xiàn)場(chǎng)總線主要使用在航空航天等領(lǐng)域?！　〗Y(jié)束語(yǔ)　　現(xiàn)場(chǎng)總線適應(yīng)了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的方向，使用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)必將帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。