十种类型现场总线的体系结构简析

上的时间分割为相等长度间隔，称作槽路，只有当总线上的站分配到槽路时，它才能监听和发送。每个站还能根据所占的比例，协调总线访问、数据传输和接收数据。
SwiftNet总线的节点（从站）通过I/O通道连接智能传感器，由于航空航天领域对传感器和执行器要求高，该总线开始使用符合IEEE1451.1和IEEE1451.2标准的网络传感器。IEEE1451.2《用于传感器和执行器的智能转换器接口》标准是一个开放的标准，它在控制网络和传感器之间定义一个标准接口，从而使网络传感器成为现场总线系统现场级的数字化传感器，并使用户可以根据自己的需要选择不同厂家生产的智能传感器，实现真正意义上的即插即用。
7 Type7 WorldFIP现场总线
1987年成立的WorldFIP协会制定并大力推广Type7 WorldFIP现场总线。WorldFIP协议是EN50170欧洲标准的第三部分，物理层采用IEC61158.2标准，其产品在法国占有60%市场，在欧洲占有大约25%份额，它广泛应用于发电与输配电、加工自动化、铁路运输、地铁和过程自动化领域。
WorldFIP现场总线体系结构如图7所示，系统分为三级，即过程级、控制级和监控级。它能满足用户各种需要，适合于各种类型的应用结构，集中型、分散型和主站/从站型。用单一的WorldFIP总线满足过程控制、工厂制造加工和各种驱动系统的需要。为了适应低成本的要求，开发了低成本的Device WorldFIP（DWF）总线，它是设备一级网络，能很好适应工业现场的各种恶劣环境，并具有本质安全防爆性能，可以实现多主站与从主站的通信。

图7 Type7 WroldFIP现场总线体系结构

WorldFIP协议由物理层、数据链路层和应用层组成。数据链路层采用总线裁决方式，在任何一个给定瞬间，仅有一个站可以执行总线裁决功能，它使用一个ID-DAT帧在总线上广播一个标识，连接到总线上所有站的链路层同时记录ID-DAT帧，仅有一站被识别为标识的生产者，其它站仅作为使用者。应用层提供MPS和SubMMS服务，MPS是工厂周期/非周期服务，SubMMS则是工业报文的子集。
8 Type8 INTERBUS现场总线
Type8 INTERBUS现场总线由德国Phoenix Contact 公司开发，INTERBUS Club俱乐部支持。INTERBUS在全球有1000多家总线设备生产商，提供2500多种产品，到目前为止，INTERBUS在全球自动化领域已有50多万套应用系统得到广泛应用。
INTERBUS现场总线是一种开放的串行总线，可以构成各种拓扑形式，并允许有16级嵌套连接方式。该总线最多可挂512个现场设备，设备之间的最大距离400米，无需中继器网络的最大距离为12.8公里。INTERBUS总线包括远程总线和本地总线，远程总线用于远距离传送数据，采用RS-485传输，网络本身不供电，通信速率为500Kbps和2Mbps。INTERBUS有自己独特的环路结构，环路使用标准电缆同时传送数据和电源。环路可以连接模拟、数字设备甚至复杂的传感器/执行器，也允许直接接入智能终端仪表。

图8 Type8 INTERBUS现场总线体系结构

协议包括物理层、数据链路层和应用层。数据链路层采用面向过程数据的传输方法及集总帧协议，可以传输循环过程数据和非循环数据，帧信息包括一个启动信号、回送信息、数据安全/结束信息。集总帧具有非常高的传输效率，其效率高达52%，尽管INTERBUS通信速率为500Kbps和2Mbps，通信速度和效率很高。应用层服务用于实现实时数据交换、VFD支持、变量访问、程序调用和12个相关的服务。
INTERBUS总线有很强的监视诊断功能，总线监控功能监视整个网络系统的运行状态，同时也提供总线网络的变结构功能，能及时根据设计要求，关断和连接总线的某个子总线段。监控功能是现场安装、调试、诊断和维护的有力工具。具体功能是识别和确定安装错误和部件错误，现场总线模块具有输入/输出的状态显示，在调试时可设置输出状态，以及可以保存某些智能设备的参数。
为了提高工业网络的安全性，以满足制造业和过程工业自动化故障安全通信的要求，特别是在汽车制造业中具有安全总线的功能被放在首位。INTERBUS俱乐部从1999年开始进行INTERBUS安全总线研究，在2001年得到了德国BIA组织EN954-1 KAT.4标准的许可证明，并符合IEC61508安全通信标准。INTERBUS的安全总线由一个Safe Control控制模块和现场分散式智能模块组成，控制模块的唯一功能就是控制安全数据。这种解决方案优于其它方案，它将控制系统与安全总线的功能截然分开，控制系统机构清晰简单，不影响今后的扩展和修改，成本明显降低。这是现场总线的一个发展方向。
9 Type9 FF H1现场总线
H1现场总线是由FF现场总线基金会负责制定的。FF基金会成员由世界著名的仪表制造商和用户组成，其成员生产的变送器、DCS、执行器、流量仪表占世界市场的90%，它们对过程控制现场工业网络的功能需求了解透彻，在过程控制方面积累了丰富的经验，提出的现场总线网络架构较为全面，其通信体系结构如图9所示。Type9现场总线是Type1现场总线的子集。
FF H1现场总线协议由物理层、数据链路层、应用层以及考虑到现场装置的控制功能和具体应用而增加的用户层组成。H1总线支持多种传输媒体：双绞线、电缆、光缆和无线媒体。传输速率为31.25Kbps，通信距离最大为1 900米。该总线支持总线供电和本质安全。