當(dāng)前位置:首頁 > 嵌入式 > 嵌入式教程
[導(dǎo)讀]各類型現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)綜述

按照國際電工委員會IEC/SC65C的定義,安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行和多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線。根據(jù)使用場合和用途不同,現(xiàn)場總線又分為H1低速現(xiàn)場總線和H2高速現(xiàn)場總線。IEC/SC65C最初定義H1總線為用于制造或過程區(qū)域的、通過兩根傳輸線向現(xiàn)場裝置供電的低速串行總線,H2總線為無需解決兩線制供電,用于裝置間傳送信息的高速串行總線。H1和H2總線相輔相成構(gòu)成了完整的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)信息通信網(wǎng)絡(luò)。

  經(jīng)過長達(dá)15年的爭論,IEC61158用于工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)于2000年初終于獲得通過,現(xiàn)場總線之爭逐漸隨之退潮,IEC/SC65C/WG6現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)委員會到此也完成了歷史使命。為了進(jìn)一步完善IEC61158標(biāo)準(zhǔn),IEC/SC65C成立了MT9現(xiàn)場總線修訂小組,繼續(xù)這方面的工作。MT9工作組在原來8種類型現(xiàn)場總線的基礎(chǔ)上不斷完善擴(kuò)充,于2001年8月制定出由10種類型現(xiàn)場總線組成的第三版現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn),它們是:Type1 TS61158 現(xiàn)場總線、Type2 ControlNet和 EtherNet/IP現(xiàn)場總線、Type3 Profibus現(xiàn)場總線、Type4 P-NET現(xiàn)場總線、Type5 FF HSE現(xiàn)場總線、Type6 Swift-Net 現(xiàn)場總線、Type7 WorldFIP現(xiàn)場總線、Type8 Interbus現(xiàn)場總線、Type9 FFH1現(xiàn)場總線以及Type10 Profinet現(xiàn)場總線,該標(biāo)準(zhǔn)于2003年4月成為正式國際標(biāo)準(zhǔn)。限于篇幅,本文對10種類型總線做概要論述,并簡單綜述上述總線近三年來的最新進(jìn)展。

  1 Type1 TS61158 現(xiàn)場總線

  Type1 現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)由以下部分構(gòu)成:

  PhL:IEC61158-2:1993標(biāo)準(zhǔn)的超集(Superset);

  Foundation Fieldbus的超集;

  WorldFIP的功能超集;

  DLL:IEC TS61158-3,TS61158-4;

  Foundation Fieldbus的超集;

  WorldFIP的功能超集;

  AL:IEC TS61158-5,TS61158-6。

  1998年之前,IEC/SC65C只推薦一種類型的現(xiàn)場總線,該總線主要采納Foundation Fieldbus總線和WorldFIP總線基本技術(shù),并嚴(yán)格按照IEC定義制定現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn),由于各種原因,經(jīng)過多輪投票未獲通過,只能按規(guī)定成為技術(shù)報(bào)告TS61158,以此為基礎(chǔ)形成了現(xiàn)在的Type1現(xiàn)場總線。國際電工委員會推薦的通用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示,從圖中可以看出現(xiàn)場總線系統(tǒng)可以支持各種工業(yè)領(lǐng)域的信息處理、監(jiān)視和控制系統(tǒng),用于過程控制傳感器、執(zhí)行器和本地控制器之間的低級通信,可以與工廠自動(dòng)化的PLC實(shí)現(xiàn)互連。在這里,H1現(xiàn)場總線主要用于現(xiàn)場級,其速率為31.25Kbps,負(fù)責(zé)兩線制向現(xiàn)場儀表供電,并能支持帶總線供電設(shè)備的本質(zhì)安全;H2現(xiàn)場總線主要面向過程控制級、監(jiān)控管理級和高速工廠自動(dòng)化的應(yīng)用,其速率為1Mbps,2.5Mbps和100Mbps。

  

2 Type2 ControlNet和EtherNet/IP現(xiàn)場總線

 

  由ControlNet International(CI)組織負(fù)責(zé)制定的Type2現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)由以下部分組成:

  PhL和DLL:ControlNet;

  AL:Control Net和EtherNet/IP。

  Type2現(xiàn)場總線系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。ControlNet采用一種新的通信模式,即生產(chǎn)者/客戶(Producer/Consumer)模式,這種模式允許網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn),同時(shí)從單個(gè)數(shù)據(jù)源存取相同的數(shù)據(jù),其主要特點(diǎn)是增強(qiáng)了系統(tǒng)的功能,提高了效率和實(shí)現(xiàn)精確的同步。網(wǎng)絡(luò)的媒體送取,通過限制時(shí)間存取算法來控制,即采用并行時(shí)間域多路存取(CTDMA)方法,在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)刷新間隔(NUI)內(nèi)調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的傳送信息機(jī)會。

  

 

  圖2 Type2 現(xiàn)場總線系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

  EtherNet/IP以太網(wǎng)工業(yè)協(xié)議是一種開放的工業(yè)網(wǎng)絡(luò),它使用有源星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),可以將10Mbps和100Mbps產(chǎn)品混合使用。該協(xié)議在TCP/UDP/IP之上附加控制和信息協(xié)議(CIP),提供一個(gè)公共的應(yīng)用層。CIP的控制部分用于實(shí)時(shí)I/O報(bào)文,其信息部分用于報(bào)文交換。ControlNet和EtherNet/IP都使用該協(xié)議通信,分享相同的對象庫、對象和設(shè)備行規(guī),使得多個(gè)供應(yīng)商的設(shè)備能在上述整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)即插即用。對象的定義是嚴(yán)格的,在同一種網(wǎng)絡(luò)上支持實(shí)時(shí)報(bào)文、組態(tài)和診斷。為了提高工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性能,ODVA(開放的DeviceNet供應(yīng)商協(xié)會)于2003年8月公布了IEEE1588“用于EtherNet/IP實(shí)時(shí)控制應(yīng)用的時(shí)鐘同步”標(biāo)準(zhǔn)。

  3 Type3 Profibus 現(xiàn)場總線

  Type3 現(xiàn)場總線得到Profibus用戶組織PNO的支持,德國西門子公司則是Profibus產(chǎn)品的主要供應(yīng)商。Profibus系列由三個(gè)兼容部分組成,即Profibus-DP、Profibus-FMS和Profibus-PA三條總線構(gòu)成。為了提高Profibus總線性能,近幾年P(guān)NO推出了新版本的Profibus-DP-V1和Profibus-DP-V2,同時(shí)逐步取消Profibus-FMS總線。擴(kuò)展的Profibus-DP現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)如圖3所示,Profibus-DP特別適用于設(shè)備級自動(dòng)控制系統(tǒng)與分散I/O之間高速通信。Profibus-PA專為過程自動(dòng)化設(shè)計(jì),它能夠?qū)⒆兯推骱蛨?zhí)行器連接到一根公共總線,使用兩根線就可以完成供電和數(shù)據(jù)通信,并能實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全性能。以此為基礎(chǔ),擴(kuò)展的DP功能DPV1進(jìn)一步完善了Profibus-PA功能;DPV2解決了從站之間的通信與時(shí)間同步等重大問題。

  

 

  圖3 Type3 Profibus現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)

  Profibus-DPV1主要是增加了非循環(huán)服務(wù),并擴(kuò)大了與2類主站的通信。眾所周知,Profibus-DP性能的特征是在循環(huán)連接(Mscy-C1)的基礎(chǔ)上應(yīng)用數(shù)據(jù)交換服務(wù),實(shí)現(xiàn)一個(gè)主站和一系列從站之間集中的數(shù)據(jù)交換。1類主站指PLC、PC或控制器。2類主站指操作員站和編程器等。DPV1擴(kuò)展了上述功能,在已有的Mscy-C1連接基礎(chǔ)上,增加了非循環(huán)服務(wù),利用新的服務(wù)可以對從站中任何數(shù)據(jù)組進(jìn)行讀寫。過去,2類主站只能利用DP從站的無連接服務(wù),現(xiàn)在則可通過面向連接的通信對數(shù)組進(jìn)行非循環(huán)讀寫,同時(shí)為進(jìn)入因特網(wǎng)通信擴(kuò)充了功能。

  Profibus-DPV2可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)通信、非循環(huán)通信以及從站之間的通信。由于從站之間可直接通信,通信時(shí)間縮短1個(gè)DP總線周期和主站周期,從而使反應(yīng)時(shí)間縮短60%至90%,同時(shí)建立了等時(shí)間間隔的總線循環(huán)周期,其時(shí)間偏差小于1μs,即適用于高精度定位控制,又可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。DPV2可根據(jù)不同的應(yīng)用需要開發(fā)專用行規(guī)(profile),如用于運(yùn)動(dòng)控制的ProfiDrive和用于聯(lián)鎖保護(hù)的Profisafe等。

  4 Type4 P-NET現(xiàn)場總線

  P-NET現(xiàn)場總線由丹麥Process-Data Sikebory Aps公司從1983年開始開發(fā),主要應(yīng)用于啤酒、食品、農(nóng)業(yè)和飼養(yǎng)業(yè),它得到P-NET用戶組織的支持,在現(xiàn)場大約有5000多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)。

  

 

  圖4 Type4 P-NET現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu) [!--empirenews.page--]

  P-NET現(xiàn)場總線是一種多主站、多網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),圖4給出了P-NET系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)??偩€采用分段結(jié)構(gòu),每個(gè)總線分段上可以連接多個(gè)主站,主站之間通過接口能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)上互連,它允許在幾個(gè)總線區(qū)直接尋址,無需遞階網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該總線通信協(xié)議包括1、2、3、4和7層,并利用信道機(jī)構(gòu)定義用戶層。通信采用虛擬令牌(virtual token)傳遞方式,主站發(fā)送一個(gè)請求,被尋址的從站在390μs內(nèi)立即返回一個(gè)響應(yīng),只有存放到從站內(nèi)存中的數(shù)據(jù)才可被訪問。每個(gè)站節(jié)點(diǎn)都含有一個(gè)通用的單芯片微處理機(jī),配套的2KB EPROM不僅可用作通信,而且可用于測量、標(biāo)定、轉(zhuǎn)換和應(yīng)用功能。P-NET接口芯片執(zhí)行數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能,第3層和第4層的功能由宿主處理器中的軟件解決。該總線物理層基于RS-485標(biāo)準(zhǔn),使用屏蔽雙絞線電纜,傳輸距離1.2km,應(yīng)用NRZ編碼異步傳輸。

  5 Tpye5 FF HSE現(xiàn)場總線

  1998年,美國Fieldbus Foundation(FF)基金會決定采用高速以太網(wǎng)(High Speed Ethernet,HSE)技術(shù)開發(fā)H2現(xiàn)場總線,作為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)控制級以上通信網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng),它與H1現(xiàn)場總線整合構(gòu)成信息集成開放的體系結(jié)構(gòu),圖5給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。HSE網(wǎng)絡(luò)遵循標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)規(guī)范,并根據(jù)過程控制的需要適當(dāng)增加了一些功能,但這些增加的功能可以在標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet結(jié)構(gòu)框架內(nèi)無縫地進(jìn)行操作,因而FF HSE總線可以使用當(dāng)前流行的商用(COTS)以太網(wǎng)設(shè)備。100Mbps以太網(wǎng)拓?fù)涫遣捎媒粨Q機(jī)形成星形連接,這種交換機(jī)具有防火墻功能,以阻斷特殊類型的信息出入網(wǎng)絡(luò)。HSE使用標(biāo)準(zhǔn)的IEEE802.3信號傳輸,標(biāo)準(zhǔn)的Ethernet接線和通信媒體。設(shè)備和交換機(jī)之間距離,使用雙絞線為100米,光纜可達(dá)2千米。HSE使用連接裝置(LD)連接H1子系統(tǒng),LD執(zhí)行網(wǎng)橋功能,它允許就地連在H1網(wǎng)絡(luò)上的各現(xiàn)場設(shè)備,以完成點(diǎn)對點(diǎn)對等通信。HSE支持冗余通信,網(wǎng)絡(luò)上的任何設(shè)備都能作冗余配置。

  FF HSE的1~4層由現(xiàn)有的以太網(wǎng)、TCP/IP和IEEE標(biāo)準(zhǔn)所定義,HSE和H1使用同樣的用戶層,現(xiàn)場總線信息規(guī)范(FMS)在H1中定義了服務(wù)接口,現(xiàn)場設(shè)備訪問代理(FDA)為HSE提供接口。用戶層規(guī)定功能模塊、設(shè)備描述(DD)、功能文件(CF)以及系統(tǒng)管理(SM)。FF規(guī)范21種功能模塊供基本的和先進(jìn)的過程控制使用。FF還規(guī)定了新的柔性功能模塊(FFB),用以進(jìn)行復(fù)雜的批處理和混合控制應(yīng)用,F(xiàn)FB支持?jǐn)?shù)據(jù)采集的監(jiān)控,子系統(tǒng)接口、事件順序、多路數(shù)據(jù)采集、PLC和其他協(xié)議通信的網(wǎng)間連接器。

   6 Type6 SwiftNet現(xiàn)場總線

 

  Type6 SwiftNet現(xiàn)場總線由美國SHIP STAR協(xié)會主持制定,得到美國波音公司的支持,主要用于航空和航天等領(lǐng)域。該總線是一種結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)時(shí)性高的總線,協(xié)議僅包括物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。SwiftNet現(xiàn)場總線采用分層總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),其通信體系結(jié)構(gòu)如圖6所示。

  

 

  圖6 Type 6 SwiftNet現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)

  物理層傳送速率為5Mbps,此時(shí)每秒傳送105個(gè)不同的報(bào)文??偩€使用TDMA(Slotted time division multiple access)槽路時(shí)間片多路送取方式,提供專用高速、低抖動(dòng)同步通道和按要求指定的通道。專用通道適用于自動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)的分配或交換;按要求指定的通道則適用于非調(diào)度報(bào)文。TDMA方式是將總線上的時(shí)間分割為相等長度間隔,稱作槽路,只有當(dāng)總線上的站分配到槽路時(shí),它才能監(jiān)聽和發(fā)送。每個(gè)站還能根據(jù)所占的比例,協(xié)調(diào)總線訪問、數(shù)據(jù)傳輸和接收數(shù)據(jù)。

  SwiftNet總線的節(jié)點(diǎn)(從站)通過I/O通道連接智能傳感器,由于航空航天領(lǐng)域?qū)鞲衅骱蛨?zhí)行器要求高,該總線開始使用符合IEEE1451.1和IEEE1451.2標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)傳感器。IEEE1451.2《用于傳感器和執(zhí)行器的智能轉(zhuǎn)換器接口》標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn),它在控制網(wǎng)絡(luò)和傳感器之間定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口,從而使網(wǎng)絡(luò)傳感器成為現(xiàn)場總線系統(tǒng)現(xiàn)場級的數(shù)字化傳感器,并使用戶可以根據(jù)自己的需要選擇不同廠家生產(chǎn)的智能傳感器,實(shí)現(xiàn)真正意義上的即插即用。

  7 Type7 WorldFIP現(xiàn)場總線

  1987年成立的WorldFIP協(xié)會制定并大力推廣Type7 WorldFIP現(xiàn)場總線。WorldFIP協(xié)議是EN50170歐洲標(biāo)準(zhǔn)的第三部分,物理層采用IEC61158.2標(biāo)準(zhǔn),其產(chǎn)品在法國占有60%市場,在歐洲占有大約25%份額,它廣泛應(yīng)用于發(fā)電與輸配電、加工自動(dòng)化、鐵路運(yùn)輸、地鐵和過程自動(dòng)化領(lǐng)域。

  WorldFIP現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)如圖7所示,系統(tǒng)分為三級,即過程級、控制級和監(jiān)控級。它能滿足用戶各種需要,適合于各種類型的應(yīng)用結(jié)構(gòu),集中型、分散型和主站/從站型。用單一的WorldFIP總線滿足過程控制、工廠制造加工和各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的需要。為了適應(yīng)低成本的要求,開發(fā)了低成本的Device WorldFIP(DWF)總線,它是設(shè)備一級網(wǎng)絡(luò),能很好適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的各種惡劣環(huán)境,并具有本質(zhì)安全防爆性能,可以實(shí)現(xiàn)多主站與從主站的通信。

  

 

  圖7 Type7 WroldFIP現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)

  WorldFIP協(xié)議由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層組成。數(shù)據(jù)鏈路層采用總線裁決方式,在任何一個(gè)給定瞬間,僅有一個(gè)站可以執(zhí)行總線裁決功能,它使用一個(gè)ID-DAT幀在總線上廣播一個(gè)標(biāo)識,連接到總線上所有站的鏈路層同時(shí)記錄ID-DAT幀,僅有一站被識別為標(biāo)識的生產(chǎn)者,其它站僅作為使用者。應(yīng)用層提供MPS和SubMMS服務(wù),MPS是工廠周期/非周期服務(wù),SubMMS則是工業(yè)報(bào)文的子集。

  8 Type8 Interbus現(xiàn)場總線

  Type8 Interbus現(xiàn)場總線由德國Phoenix Contact 公司開發(fā),Interbus Club俱樂部支持。Interbus在全球有1000多家總線設(shè)備生產(chǎn)商,提供2500多種產(chǎn)品,到目前為止,Interbus在全球自動(dòng)化領(lǐng)域已有50多萬套應(yīng)用系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。

  Interbus現(xiàn)場總線是一種開放的串行總線,可以構(gòu)成各種拓?fù)湫问?,并允許有16級嵌套連接方式。該總線最多可掛512個(gè)現(xiàn)場設(shè)備,設(shè)備之間的最大距離400米,無需中繼器網(wǎng)絡(luò)的最大距離為12.8公里。Interbus總線包括遠(yuǎn)程總線和本地總線,遠(yuǎn)程總線用于遠(yuǎn)距離傳送數(shù)據(jù),采用RS-485傳輸,網(wǎng)絡(luò)本身不供電,通信速率為500Kbps和2Mbps。Interbus有自己獨(dú)特的環(huán)路結(jié)構(gòu),環(huán)路使用標(biāo)準(zhǔn)電纜同時(shí)傳送數(shù)據(jù)和電源。環(huán)路可以連接模擬、數(shù)字設(shè)備甚至復(fù)雜的傳感器/執(zhí)行器,也允許直接接入智能終端儀表。

  

 

  圖8 Type8 Interbus現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu) [!--empirenews.page--]

  協(xié)議包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。數(shù)據(jù)鏈路層采用面向過程數(shù)據(jù)的傳輸方法及集總幀協(xié)議,可以傳輸循環(huán)過程數(shù)據(jù)和非循環(huán)數(shù)據(jù),幀信息包括一個(gè)啟動(dòng)信號、回送信息、數(shù)據(jù)安全/結(jié)束信息。集總幀具有非常高的傳輸效率,其效率高達(dá)52%,盡管INTERBUS通信速率為500Kbps和2Mbps,通信速度和效率很高。應(yīng)用層服務(wù)用于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換、VFD支持、變量訪問、程序調(diào)用和12個(gè)相關(guān)的服務(wù)。

  INTERBUS總線有很強(qiáng)的監(jiān)視診斷功能,總線監(jiān)控功能監(jiān)視整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),同時(shí)也提供總線網(wǎng)絡(luò)的變結(jié)構(gòu)功能,能及時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求,關(guān)斷和連接總線的某個(gè)子總線段。監(jiān)控功能是現(xiàn)場安裝、調(diào)試、診斷和維護(hù)的有力工具。具體功能是識別和確定安裝錯(cuò)誤和部件錯(cuò)誤,現(xiàn)場總線模塊具有輸入/輸出的狀態(tài)顯示,在調(diào)試時(shí)可設(shè)置輸出狀態(tài),以及可以保存某些智能設(shè)備的參數(shù)。

  為了提高工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的安全性,以滿足制造業(yè)和過程工業(yè)自動(dòng)化故障安全通信的要求,特別是在汽車制造業(yè)中具有安全總線的功能被放在首位。INTERBUS俱樂部從1999年開始進(jìn)行INTERBUS安全總線研究,在2001年得到了德國BIA組織EN954-1 KAT.4標(biāo)準(zhǔn)的許可證明,并符合IEC61508安全通信標(biāo)準(zhǔn)。INTERBUS的安全總線由一個(gè)Safe Control控制模塊和現(xiàn)場分散式智能模塊組成,控制模塊的唯一功能就是控制安全數(shù)據(jù)。這種解決方案優(yōu)于其它方案,它將控制系統(tǒng)與安全總線的功能截然分開,控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)清晰簡單,不影響今后的擴(kuò)展和修改,成本明顯降低。這是現(xiàn)場總線的一個(gè)發(fā)展方向。

  9 Type9 FF H1現(xiàn)場總線

  H1現(xiàn)場總線是由FF現(xiàn)場總線基金會負(fù)責(zé)制定的。FF基金會成員由世界著名的儀表制造商和用戶組成,其成員生產(chǎn)的變送器、DCS、執(zhí)行器、流量儀表占世界市場的90%,它們對過程控制現(xiàn)場工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的功能需求了解透徹,在過程控制方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),提出的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)較為全面,其通信體系結(jié)構(gòu)如圖9所示。Type9現(xiàn)場總線是Type1現(xiàn)場總線的子集。

  FF H1現(xiàn)場總線協(xié)議由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層以及考慮到現(xiàn)場裝置的控制功能和具體應(yīng)用而增加的用戶層組成。H1總線支持多種傳輸媒體:雙絞線、電纜、光纜和無線媒體。傳輸速率為31.25Kbps,通信距離最大為1 900米。該總線支持總線供電和本質(zhì)安全。

  

 

  圖9 Type9 FF H1現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)

  數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)鏈路活動(dòng)調(diào)度、數(shù)據(jù)的接收發(fā)送、活動(dòng)狀態(tài)的響應(yīng)、總線上各設(shè)備間的鏈路時(shí)間同步等。這里,總線訪問控制采用鏈路活動(dòng)調(diào)度器(LAS)方式,LAS擁有總線上所有設(shè)備的清單,由它負(fù)責(zé)總線段上各設(shè)備對總線的操作。

  現(xiàn)場總線應(yīng)用層由現(xiàn)場總線訪問(FAS)子層和現(xiàn)場總線報(bào)文規(guī)范(FMS)子層構(gòu)成。FAS子層提供發(fā)布者/預(yù)訂者、客戶機(jī)/服務(wù)器和報(bào)告分發(fā)三種模式的報(bào)文服務(wù)。FMS子層提供對象字典(OD)服務(wù)、變量訪問服務(wù)和事件服務(wù)等。現(xiàn)場總線用戶層具有標(biāo)準(zhǔn)功能塊(FB)和裝置描述功能。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定32種功能塊,現(xiàn)場裝置使用這些功能塊完成控制策略。由于裝置描述功能包括描述裝置通信所需的所有信息,并且與主站無關(guān),所以可使現(xiàn)場裝置實(shí)現(xiàn)真正的互操作。10 Type10 PROFI net現(xiàn)場總線

 

  PNO組織于2001年8月發(fā)表了Profinet規(guī)范。Profinet將工廠自動(dòng)化和企業(yè)信息管理層IT技術(shù)有機(jī)地融為一體,同時(shí)又完全保留了Profibus現(xiàn)有的開放性。

  Profinet現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)如圖10所示,從圖中看出,該方案支持開放的、面向?qū)ο蟮耐ㄐ?,這種通信建立在普遍使用的Ethernet TCP/IP基礎(chǔ)上,優(yōu)化的通信機(jī)制還可以滿足實(shí)時(shí)通信的要求?;趯ο髴?yīng)用的DCOM通信協(xié)議是通過該協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)建立的。以對象的形式表示的Profinet組件根據(jù)對象協(xié)議交換其自動(dòng)化數(shù)據(jù)。自動(dòng)化對象即COM對象作為PDU以DCOM協(xié)議定義的形式出現(xiàn)在通信總線上。連接對象活動(dòng)控制(ACCO)確保已組態(tài)的互相連接的設(shè)備間通信關(guān)系的建立和數(shù)據(jù)交換。傳輸本身是由事件控制的,ACCO也負(fù)責(zé)故障后的恢復(fù),包括質(zhì)量代碼和時(shí)間標(biāo)記的傳輸、連接的監(jiān)視、連接丟失后的再建立以及相互連接性的測試和診斷。

  

 

  圖10 Type10 Profinet現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)

  Profibus可以通過代理服務(wù)器(Proxy)很容易地實(shí)現(xiàn)與其它現(xiàn)場總線系統(tǒng)的集成,在該方案中,通過代理服務(wù)器將通用的Profibus網(wǎng)絡(luò)連接到工業(yè)以太網(wǎng);通過以太網(wǎng)TCP/IP訪問Profibus設(shè)備是由Proxy使用遠(yuǎn)方程序調(diào)用和Microsoft DCOM進(jìn)行處理的。

  Profinet提供工程設(shè)計(jì)工具和制造商專用的編程和組態(tài)軟件,使用這種工具可以從控制器編程軟件開發(fā)的設(shè)備來創(chuàng)建基于COM的自動(dòng)化對象,這種工具也將用于組態(tài)基于Profinet的自動(dòng)化系統(tǒng),使用這種獨(dú)立于制造商的對象和連接編輯器可減少15%的開發(fā)時(shí)間。

  結(jié)語

  10種類型現(xiàn)場總線采用完全不同的通信協(xié)議。Type1采用LAS方式和Publisher/Subscriber模式;Type2 ControlNet使用CTDMA方法和Producer/Consumer模式,EtherNet/IP使用Ethernet TCP/IP協(xié)議;Type3是令牌環(huán)和主站/從站方式;Type4通信采用虛擬令牌傳遞方式;Type5采用CSMA/CD方式和Ethernet TCP/IP協(xié)議;Type6使用TDMA多路存取方式;Type7使用總線裁決方式;Type8采用整體幀協(xié)議;Type9采用LAS方式和Publisher/Subscriber模式;Type10使用Ethernet TCP/IP協(xié)議。

  從以上論述可以看出,十種類型現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)和通信協(xié)議都不相同,但對Ethernet TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)用于H2高速現(xiàn)場總線基本達(dá)成共識,EtherNet/IP、FF HSE和Profinet工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)事實(shí)上已成為國際標(biāo)準(zhǔn)。

  據(jù)了解,IEC61158標(biāo)準(zhǔn)的維護(hù)期為2007年12月31日,就是說在此之前不會增加新的現(xiàn)場總線,對目前標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)的現(xiàn)場總線也不會做修改。由此可見,現(xiàn)場總線系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和格局已經(jīng)基本確定,工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線在系統(tǒng)中的定位已經(jīng)明確,它們兩者之間的關(guān)系見表1。

  表1 工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線關(guān)系

  

 

  表中列出了當(dāng)前工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的4個(gè)主要競爭者,F(xiàn)F HSE、EtherNet/IP和Profinet現(xiàn)場級都有自己的現(xiàn)場總線,這種格局今后不會改變。Phoenix Contacts公司Type8 INTERBUS采用的IDA工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展很快,并將工業(yè)以太網(wǎng)延伸到現(xiàn)場I/O級,同時(shí)Modbus TCP/IP協(xié)議已被提交國際因特網(wǎng)工程特別工作組(IETF),希望這個(gè)協(xié)議能成為工業(yè)因特網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。為了使此項(xiàng)工作加速推進(jìn),Modbus組織和IDA組織于2003年10月底宣布合并。國內(nèi)也正在開展工業(yè)以太網(wǎng)的開發(fā)工作,浙大中控技術(shù)有限公司開發(fā)的EPA工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)延伸到現(xiàn)場一級,并在化工廠獲得成功試用。

  現(xiàn)場總線的長期爭論使人們逐漸認(rèn)識到,數(shù)字技術(shù)的統(tǒng)一完全不同于模擬技術(shù),現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的統(tǒng)一之路應(yīng)該充分吸收Internet技術(shù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的成功經(jīng)驗(yàn),面向市場,不斷創(chuàng)新,建立一個(gè)具有互操作性的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò),最終為工業(yè)自動(dòng)化創(chuàng)建一個(gè)統(tǒng)一的信息平臺。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡稱"軟通動(dòng)力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉