WorldFIP現(xiàn)場總線的特點

1 引言

2000年1月4日，歷時12年IEC(國際電工委員會)發(fā)布了最終獲得通過的 IEC61158標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)包括8種類型的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，容納了8種互不兼容的協(xié)議。WorldFIP工廠儀表總線是其中Type7現(xiàn)場總線(法國Alstom 公司支持)。WorldFIP是歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的3個組成部分之一(Volume3),WorldFIP是在法國標(biāo)準(zhǔn)FIC46601-C46607的基礎(chǔ)上采納了IEC物理層國際標(biāo)準(zhǔn)(1158-2)發(fā)展起來的。由3個通信層組成,如圖1所示。

WorldFIP的顯著特點是為所有的工業(yè)和過程控制提供帶有一個物理層的單一現(xiàn)場總線。底層控制系統(tǒng)制造系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)都可直接連到控制一級的WorldFIP總線上,毋需采用將RS-485和其它低速總線相混和的方式來接連底層設(shè)備以實現(xiàn)同樣的功能。

2 數(shù)據(jù)通道

總線上傳輸?shù)男畔⒖蒣2]分為兩種,一種用于控制,如采樣信號、命令信號、控制器間的交換變量等，另一種為監(jiān)視、維護(hù)、人機(jī)接口等非控制信息，如事件變量、自診斷信息、參數(shù)或算法調(diào)整等，前一種信息的交換是周期性實時的，后一種則是非周期隨機(jī)的。

在WorldFIP中，通信信道就象數(shù)據(jù)通道一樣同時容納了上述兩種通信對象，使兩種信息在同一條總線上互不影響地傳遞，即隨機(jī)性的消息傳遞不會影響控制用實時通信，這是由于WorldFIP協(xié)議是靠硬件實現(xiàn)的，而且兩種信息的比例可由用戶自行決定。

3 區(qū)分方法

在WorldFIP中，通信實體間變量通信時不進(jìn)行物理尋址而是將信息項用16位整數(shù)的標(biāo)識符進(jìn)行全局邏輯尋址。對于一個給定的標(biāo)識符只能有一個產(chǎn)生者變量，可有多個使用者變量，對于消息傳輸消息幀中包含24位源地址和目的地址，指明通信實體所在網(wǎng)段號和站點號。

由于變量的這種不與物理地址和特定芯片序列號相關(guān)聯(lián)的特性使WorldFIP的重新配置變得很容易。

4 訪問控制

WorldFIP的介質(zhì)訪問控制是帶調(diào)度的，即總線仲裁器按照事先設(shè)計好的“變量掃描表”(總線仲裁表)期性地向總線上廣播含變量標(biāo)識符的“問題幀”，只有唯一的生產(chǎn)者識別出該問題幀是向自己發(fā)出的之后，才能以“響應(yīng)幀”作為回應(yīng)。WorldFIP的可預(yù)見性就在于總線仲裁器能夠根據(jù)變量的掃描周期在合適的時間間隔內(nèi)周而復(fù)始永不停息地掃描該變量。與令牌總線不同的是，它確定的是每個信息發(fā)布者占用總線的最短時間而不是可以占用的最長時間因而實時性更強。在WorldFIP網(wǎng)絡(luò)中可以有多個總線仲裁器以構(gòu)成冗余。

5 生產(chǎn)者(P)-消費者(C)模式

WorldFIP在通信方式上采用生產(chǎn)者-消費者模式[1],如圖2所示:

產(chǎn)生信息的設(shè)備稱為“生產(chǎn)者”(Producer)，使用信息的設(shè)備稱為“消費者”(Consumer)。任何時間只能有一個節(jié)點產(chǎn)生信息但可為其它任何節(jié)點或所有節(jié)點使用。節(jié)點上可以是分布I/O、智能設(shè)備或控制器。這種通信不是主-從式,而是對等式通信,可以實現(xiàn)節(jié)點的一對一、一對多、一對全(廣播)的通信。其好處在于:周期性數(shù)據(jù)總是可以得到及時的響應(yīng);借助防火墻可隨時在總線上增加節(jié)點以監(jiān)視當(dāng)前信息但卻不影響實時通信;可以很容易地復(fù)制節(jié)點或網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成冗余，當(dāng)某個節(jié)點或網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，信息可以原封不動在“搬”到冗余的節(jié)點或網(wǎng)絡(luò)上，確保系統(tǒng)的連續(xù)運行;每個節(jié)點還具有后臺傳遞信息的能力，而不干擾臨界時間數(shù)據(jù)的通信;通過網(wǎng)關(guān)和TCP/IP協(xié)議可將WorldFIP連接到更高層次的網(wǎng)絡(luò)上去。