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浅谈什么是现场总线

时间:12-14 来源:互联网 点击:
根据国际电工委员会(IEC)和美国仪表协会(ISA)的定义,现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通讯网络,它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通讯,具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全、造价低廉、维护成本低等特点。

一、现场总线的特点

国际电工委员会(IEC)对现场总线主要有以下三点要求:

(1)统一数据链路上过程控制单元(CPU)、PLC等与数字I/O设备互连;

(2)现场总线控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取;

(3)在保证系统可靠性的基础上,有利于减小软硬件开销,降低成本和通讯媒体安装费用。SP50委员会提出的两种现场总线结构模型是:

(1)星型总线—用短距离、廉价、低速率电缆取代模拟信号传输线;

(2)总线型总线—数据传输距离长、速率高,采用点对点、点对多点和广播式通信方式。
  
从目前来看,还没有哪一种现场总线能够满足上述全部要求,各种现场总线都有自己的长处和短处。虽然用户和市场有标准化的需要,但在短期内,现场总线标准无法统一,多种现场总线并存的情况在今后较长的时间将依然存在,IEC61158标准的产生就说明了这一点。下面,将对各种现场总线的特点进行分析对比。
  
二、现场总线控制技术
  
1、现场总线控制系统
  
现场总线控制系统(FCS)是集计算机技术、网络技术和控制技术为一体的当代最先进的计算机控制技术,是一种全分散、全数字、全开放的控制系统。这种系统主要用于工业过程控制、制造业及楼宇自动化等领域,在未来将成为现代计算机控制系统的主流。
  
2、现场总线的发展现状
  
现场总线发展迅速,现处于群雄并起、百家争鸣的阶段,目前已开发出40多种现场总线。其中,符合IEC61158国际标准规定的有8种总线,包括:德国西门子公司支持的Profibus、基金会现场总线FF、德国Phoenix Contact公司支持的Interbus、美国Rockwell公司支持的Controlnet、法国Alstom公司支持的Worldfip、主要由Fisheer-Rosemount公司支持的FF HSE、,美国波音公司支持的Swift Net以及丹麦的Peocess。此外,还有几种在工业控制领域广泛应用的总线,如德国Bosch公司为汽车应用而开发的CANBUS、美国Echelon公司开发的Lon Works总线等。在这些总线中,最具影响力的有5种,分别是FF、Profitbus、HART、CAN和LonWorks,其性能对照见表1。
  
3、几种总线通信模型概述

目前,各种现场总线既遵循开放系统的原则,也兼顾了自己的特点和特殊要求(如表2所示)。参考OSI协议模型,Worldfip总线实现了OSI参考模型的1、2、7层服务,能提供变量服务、消息服务和网络管理服务,是一种数据流总线。Profibus总线也包括了OSI模型1、2、7层服务,其中Profibus-FMS把第3层到第6层服务放在底层由接口完成,Profibus-FMS/PA属于数据流总线,Profibus-DP则属于字节总线。Lonworks使用了Lontalk协议,实现了OSI参考模型全部七层服务,一种折中、平衡的现场总线,但也因此会在有些应用场合增加网络的负担,影响了通信速度。CAN总线只规定了物理层和数据链路层,用户在应用中自己定义通信协议,有突出的灵活性,有成本优势和速度优势,但一般的应用都是位总线,不适合大流量通信。

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