廣義現(xiàn)場總線標準與工業(yè)以太網(wǎng)
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MVB用于車輛或機車內(nèi)部通信，速率1.5Mb/s，提供3種物理接口：RS 485(距離不大于20m)；屏蔽雙絞線變壓器隔離接口(200m)，允許使用IEC 61158 2標準的變壓器和收發(fā)器；點對點或星型的光纖連接(2000m)。MVB具有冗余媒體，媒體訪問采用具有冗余主站(總線管理站)的主從方式。在任何時刻總線上都只有一個能發(fā)起通信的主站，但有兩個或幾個能轉變?yōu)橹髡镜目偩€管理站。幾個總線管理站通過令牌傳遞來轉移主站行使權，每隔幾秒鐘轉移一次。
WTB用于車輛之間的連接，每一車輛一個節(jié)點，WTB可有32個節(jié)點(最大62個)，860m，媒體冗余，采用有護層的屏蔽雙絞線、變壓器隔離、曼徹斯特(Manchester)編碼，速率1.5Mb/s。
由于總線長，接收信號動態(tài)范圍大，解碼器采用SDSP(統(tǒng)計數(shù)字信號處理器)。媒體訪問采用主從方式，主站固定，但所有節(jié)點均有作為主站的能力，必要時(如主站失效、列車重組等)可改變主站節(jié)點。
MVB和WTB的鏈路層支持周期和非周期兩類數(shù)據(jù)，提供過程數(shù)據(jù)、報文數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)3種服務。高層協(xié)議(0SI的3～7層)稱為RTP(實時協(xié)議)，提供變量、報文和網(wǎng)絡管理3種基本服務。為了提高實時性，變量服務只有應用層。
(3) IEC SC17B(低壓配電與控制裝置分委員會)發(fā)布的國際標準IEC 62026低壓配電與控制裝置—控制器與設備接口(CDIs)[1]。
這個標準包括了已有的4種現(xiàn)場總線：2000年7月發(fā)布的DeviceNet、SDS(Smart distributed system)和AS i(Actuator sensor interface),以及2001年11月審議通過的Seriplex總線(Serial multiplexed control Bus)。
DeviceNet和SDS都是基于CAN的，即它們的低兩層協(xié)議采納了CAN，補充了物理層，增加了應用層和設備規(guī)范文件(device profile)，構成了完整的開放的現(xiàn)場總線。
ASI[6]和 Seriplex[7]是兩種面向位(bit)的價格低廉的總線，特別適合于以開關量為主的智能配線系統(tǒng)。AS ｉ是一種輪循方式的主／從系統(tǒng)，每次交換4位數(shù)據(jù)，采用無屏蔽雙絞線，支持總線供電，距離100m(可加重復器擴展到300m)最大響應時間5ms。Seriplex使用電源＋、數(shù)據(jù)、時鐘、公共線(地)4芯加屏蔽的專用電纜完成主／從或點對點通信，拓撲任意，距離達1500m。它可以直接與嵌有Seriplex ASIC(專用集成電路)的控制元件或I/O模塊連接，每個網(wǎng)絡可多至255節(jié)點，響應時間小于1ms。Seriplex的傳輸方式幾乎不同于其它所有總線，它的ASIC不停地對時鐘線上的脈沖記數(shù)，當記數(shù)等于自己的地址時，ASIC與數(shù)據(jù)線交換1位數(shù)據(jù)。
(4) IEC TC44(機械設備電氣安全技術委員會)1995年11月發(fā)布的IEC 61491工業(yè)機械電氣設備—控制單元與驅動裝置之間的實時通信串行數(shù)據(jù)鏈路[1][8][9]。
該標準定義了一種開放的、控制單元與驅動裝置之間的實時光纖串行接口，又被稱作SERCOS(Seriel Real time Communication System,串行實時通信系統(tǒng))主要用于機床驅動等運動控制系統(tǒng)中對位置、速度、扭矩等的控制，尤其用在多軸協(xié)調驅動等場合。此外也可用于PLC接口或其它的I/O模塊。SERCOS是一個2/4 Mbit/s的光纖環(huán)(正在改進的2．0版速率為2/4/8/16 Mbit/s)，每環(huán)可多至254個節(jié)點。節(jié)點的主控制器或驅動裝置中嵌入SERCOS專用芯片(SERCON410B等，新版為SERCON816)完成通信及驅動功能。
此外，還有一些總線雖然不是國際標準，但已獲得了廣泛應用。如美國Echelon公司推出的LonWorks總線，已在許多行業(yè)得到應用，是建筑自動化中起主導作用的總線，美國的列車通信標準也采用LonWorks。
四、我國制訂現(xiàn)場總線標準的動向[10]
在我國，現(xiàn)場總線技術的開發(fā)和應用還相當落后。在技術相對落后的領域中，國家標準的制訂常等同采用相應的國際標準。在現(xiàn)場總線國際標準的制訂過程中，我國對IEC/ISA的工作即對IEC 61158技術報告一直是投贊成票的，即希望有一種和國際標準一致的單一的國家標準。1993．10已等同采用IEC 61158 2(物理層規(guī)范)形成了GB/T 16657 2，并計劃等同采用IEC 61158技術報告的3、4、5、6部分。國家已大力投資支持開發(fā)FF現(xiàn)場總線并取得了成效，正準備通過互操作檢驗。
1999年12月投票表決新的多總線共存的IEC 61158標準時，我國同樣投了贊成票，即承認了多總線共存的局面。但是，我國對于現(xiàn)場總線國家標準的制訂，已不打算等同采用IEC 61158標準。這是因為：第一，新的國際標準是按總論、物理層規(guī)范和服務定義、數(shù)據(jù)鏈路服務定義、數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議規(guī)范……等分標準發(fā)布的，8種標準分散在各個部分中，用戶使用一種總線標準時，要從近4000頁文件中挑選，極不方便。第二，8種總線，性能有優(yōu)劣，應用范圍有寬窄，開發(fā)難度有難易，開放程度也不同，一種總線一般都能用于多個領域，我國完全沒有必要全部采用。我國準備采用的做法是：
(1) 選擇我們認為影響大的優(yōu)秀的有市場前途的一些總線為我國的標準。這些總線必須是真正開放的?？偩€所支持的國際組織必須支持、幫助中國的標準化工作，支持中國的企業(yè)開發(fā)現(xiàn)場總線產(chǎn)品。
(2) 標準的文本采用歐洲現(xiàn)場總線標準的方式，一個一個總線分開，便于用戶使用。1996年歐洲標準化委員會發(fā)布的EN50170標準包括了Profibus、WorldFIP、Ｐ Net三種現(xiàn)場總線，后又采用了ControlNet和FF。
五、關于工業(yè)以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議簇[11]
幾年以前，Ethernet(以太網(wǎng))還被認為不能用于工業(yè)控制領域，這主要是因為Ethernet的CDMA/CD媒體訪問方式不能保證網(wǎng)絡(傳輸時間)的確定性，負荷重時網(wǎng)絡的傳輸效率很低甚至崩潰。故在以往開放的DCS中不得不采用昂貴的令牌網(wǎng)如MAP網(wǎng)。但是Ethernet技術的快速發(fā)展和廣泛應用以及低廉的價格吸引著工業(yè)控制領域。100Mb/s的快速Ethernet誕生以后，一些機構開發(fā)出適合于工業(yè)環(huán)境的Ethernet器件，開始將Ethernet用于DCS的監(jiān)控級。事實證明，由于其高速、低負荷率，完全能保證系統(tǒng)的實時性?，F(xiàn)在多個現(xiàn)場總線行業(yè)性組織都在進行Ethernet用作工業(yè)網(wǎng)絡的研究并推出了他們的解決方案。除上述的FF HSE外，還有Ethernet/IP(The Open DeviceNet Vendor Association支持)、ProfiNet(The Profibus Trade Organization支持)、Interface for Distributed Automation(The IDA Group支持)，Modbus/TCP(The Modbus Users Group支持)等。這些研究不僅僅是把Ethernet用作高層網(wǎng)絡，而且希望將它直接和現(xiàn)場設備連接，實現(xiàn)所謂“一網(wǎng)到底；”、“一網(wǎng)打凈”。支持推進這些研究活動的國際組織有工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)會 (Industrial Ethernet Association)、工業(yè)自動化開放網(wǎng)絡協(xié)會(IAONA)等。我國的“十五”863第一批項目也將工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線列為重點攻關項目。
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