試論十種類型現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)
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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)
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。
圖5 Type5 FF HSE現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)
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)
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)
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)
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