現場總線技術及其控制系統縱橫談
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總之，現場總線是３Ｃ技術（計算機、通訊、控制）的融合。其技術的特點是：信號輸出全數字、控制功能全分散、標準統一全開發(fā)。
４ 現場總線與局域網的區(qū)別
（１）按功能比較，現場總線連接自動化最底層的現場控制器和現場智能儀表設備，網線上傳輸的是小批量數據信息，如檢測信息、狀態(tài)信息、控制信息等，傳輸速率低，但實時性高。簡而言之，現場總線是一種實時控制網絡。局域網用于連接局域區(qū)域的各臺計算機，網線上傳輸的是大批量的數字信息，如文本、聲音、圖像等，傳輸速率高，但不要求實時性。從這個意義而言，局域網是一種高速信息網絡。
（２）按實現方式比較，現場總線可采用各種通訊介質，如雙絞線、電力線、光纖、無線、紅外線等，實現成本低。局域網需要專用電纜，如同軸電纜、光纖等，實現成本高。
５ 現場總線系統ＦＣＳ與集散控制系統ＤＣＳ的比較
ＦＣＳ是在ＤＣＳ的基礎上發(fā)展起來的，ＦＣＳ順應了自動控制系統的發(fā)展潮流，它必將替代ＤＣＳ。這已是業(yè)內人士的基本共識。然而，任何新事物的發(fā)生、發(fā)展都是在對舊事物的揚棄中進行的，ＦＣＳ與ＤＣＳ的關系必然也不例外。ＦＣＳ代表潮流與發(fā)展方向，而ＤＣＳ則代表傳統與成熟，也是獨具優(yōu)勢的事物。特別是現階段，
ＦＣＳ尚沒有統一的國際標準而呈群雄逐鹿之勢，ＤＣＳ則以其成熟的發(fā)展，完備的功能及廣泛的應用而占據著一個尚不可完全替代的地位。筆者認為：現場總線控制系統ＦＣＳ應該與集散式控制系統ＤＣＳ相互兼容。首先以工程成本與效益看，現場總線的根本優(yōu)勢是良好的互操作性；結構簡單，從而布線費用低；控制功能分散，靈活可靠，以及現場信息豐富。然而這些優(yōu)勢是建立在ＦＣＳ系統初裝的前提下，倘若企業(yè)建立有完善的ＤＣＳ，現在要向ＦＣＳ過渡，則必須仔細考慮現有投資對已有投資的回報率。充分利用已有的ＤＣＳ設施，現有ＤＣＳ 的布線以及成熟的ＤＣＳ控制管理方式來實現ＦＣＳ是我們應選之途。雖然現場總線對已有的數字現場協議有優(yōu)勢可言，但向其過渡的代價與風險是必須分析清楚的。再者，從技術的繼承及控制手段上，也要求ＦＣＳ與ＤＣＳ應相兼容。ＦＣＳ實現控制功能下移至現場層，使ＤＣＳ的多層網絡被扁平化，各個現場設備節(jié)點的獨立功能得以加強，因此，在ＦＣＳ中有必要增加和完善現場子層設備間的數據通訊功能。由于歷史的原因，ＤＣＳ通常擁有大型控制柜用以協調各個設備，同時更強調層與層的數據傳輸?？梢?，兩種控制在策略上各具優(yōu)勢。ＤＣＳ適用于較慢的數據傳輸速率；ＦＣＳ則更適用于較快的數據傳輸速率，以及更靈活的處理數據。然而，當數據量超過一定值過于偏大時，如果同層的設備過于獨立，則很容易導致數據網絡的堵塞。要解決這個問題，擬設立一個適當的監(jiān)控層用以協調相互通訊的設備，必然是有益的，ＤＣＳ就能輕松地勝任這一工作?？梢?，為使ＦＣＳ的控制方式和手段完善化，是有必要借鑒ＤＣＳ的一些控制思想的。
要把握新世紀工業(yè)過程控制的發(fā)展趨勢，無論在學術研究或是工程應用方面都有必要使ＦＣＳ綜合與繼承ＤＣＳ的成熟控制策略；與此同時，ＤＣＳ的發(fā)展也應追尋ＦＣＳ控制策略的新思想，使其具有新的生命力。ＤＣＳ應能動地將底層控制權交付給ＦＣＳ系統，將較高層的系統協調管理功能發(fā)揚光大，完成對新時代，新形勢的工業(yè)控制系統的智能設備集成。
６ 當前流行的幾類現場總線
（1）基金會現場總線ＦＦ：基金會總線（ＦＦ，Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）是在過程自動化領域得到廣泛支持和具有專有良好發(fā)展前景的技術。其前身是以美國Ｆｉｓｈｅｒ－Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ公司為首，聯合Ｆｏｘｂｏｒｏ、橫河、ＡＢＢ、西門子等８０家公司制訂的ＩＳＰ協議和以Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ公司為首，聯合歐洲等地的１５０家公司制訂的Ｗｏｒｌｄ ＦＩＰ協議。屈于用戶的壓力，這兩大集團于１９９４年 ９月合并，成立了現場總線基金會，致力于開發(fā)出國際上統一的現場總線協議。它以ＩＳＯ／ＯＳＩ開放系統層上增加了用戶層。用戶層主要針對自動化測控應用的需要，定義了信息存取的統一規(guī)則，采用設備描述語言規(guī)定了通用的功能塊集。由于這些公司是該領域現場自控設備發(fā)展方向的能力，因而由它們組成的基金會所頒布的現場總線規(guī)范具有一定的權威性。
基金會現場總線分低速Ｈ１和高速Ｈ２兩種通信速率。Ｈ１的傳輸速率為３１．２５ｋｂｐｓ，通信距離可達１９００ｍ（可加中繼器延長），可支持總線供電防爆環(huán)境。Ｈ２的傳輸可為１Ｍｂｐｓ和２．５Ｍｂｐｓ兩種，其通信距離分別為７５０ｍ和５００ｍ。物理傳輸介質可支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射，協議符合ＩＥＣ１１５８－２標準。其物理媒介的傳輸信號采用曼徹斯特編碼。
基金會現場總線的主要技術內容，包括ＦＦ通信協議、用于完成開放互連模型中第２～７層通信協議的通信棧（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｔａｃｋ）用于描述設備特征、參數、屬性及操作功能塊；實現系統組態(tài)、調度、管理等功能的系統軟件以及構筑集成自動化系統、網絡系統的系統集成技術。１９９６年在芝加哥舉行的ＩＳＡ９６展覽會上，由現場總線基金組織實施，首次向世界展示了來自４０多家廠商的７０多種符合ＦＦ協議的產品并將這些分布在不同樓層展覽大廳不同展臺上的ＦＦ展品，用醒目的橙紅色電纜，展現了基金會現場總線的基本概貌。
（2）ＣＡＮ總線：ＣＡＮ總線最早是由德國Ｂｏｓｃｈ公司推出，用于汽車內部測量與執(zhí)行部件之間的數據通信協議。其總線規(guī)范已被ＩＳＯ國際標準組織制定為國際標準，并且廣泛應用于離散控制領域。它也是基于ＯＳＩ模型，但進行了優(yōu)化，采用了其中的物理層、數據鏈路層、應用層，提高了實時性。其節(jié)點有優(yōu)先級設定，支持點對點、一點對多點、廣播模式通信。各節(jié)點可隨時發(fā)送消息。傳輸介質為雙絞線，通信速率與總線長度有關。ＣＡＮ總線采用短消息報文，每一幀有效字節(jié)數為８個；當節(jié)點出錯時，可自動關閉，抗干擾能力強，可靠性高。
（3）ＬｏｎＷｏｒｋｓ總線：ＬｏｎＷｏｒｋｓ技術是美國ＥＣＨＥＬＯＮ公司開發(fā)，并與Ｍｏｔｏｒｏｌａ和東芝公司共同倡導的現場總線技術。它采用了ＯＳＩ參考模型全部的七層協議結構。ＬｏｎＷｏｒｋｓ技術的核心是具備通信和控制功能的Ｎｅｕｒｏｎ芯片。Ｎｅｕｒｏｎ芯片實現完整的ＬｏｎＷｏｒｋｓ的ＬｏｎＴａｌｋ通信協議。其上集成有三個８位ＣＰＵ。一個ＣＰＵ完成ＯＳＩ模型第一和第二層的功能，稱為介質訪問處理器。一個ＣＰＵ是應用處理器，運行操作系統與用戶代碼。還有一個ＣＰＵ為網絡處理器，作為前兩者的中介，它進行網絡變量尋址、更新、路徑選擇、網絡通信管理等。由神經芯片構成的節(jié)點之間可以進行對等通信。ＬｏｎＷｏｒｋｓ支持多種物理介質并支持多種拓撲結構，組網方式靈活，其ＩＳ－７８本安物理通道使得它可以應用于危險區(qū)域。ＬｏｎＷｏｒｋｓ應用范圍主要包括樓宇自動化、工業(yè)控制等，在組建分布式監(jiān)控網絡方面有較優(yōu)越的性能。
（4）ＰＲＯＦＩＢＵＳ總線：ＰＲＯＦＩＢＵＳ是德國國家ＤＩＮ１９２４５和歐洲標準ＥＮ５０１７０的現場總線標準。由ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ，ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＭＳ，ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＰＡ組成了ＰＲＯＦＩＢＵＳ系列。ＤＰ型用于分散外設間的高速數據傳輸，適合于加工自動化領域的應用。ＦＭＳ意為現場信息規(guī)范，ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＭＳ適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等。而ＰＡ型則是用于過程自動化的總線類型，它遵從ＩＥＣ１１５８－２標準。該項技術是西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的。它采用了ＯＳＩ模型的物理層、數據鏈路層。ＦＭＳ還采用了應用層。傳輸速率為９．６ｋｂｐｓ－１２Ｍｂｐｓ，最大傳輸距離在１２Ｍｂｐｓ時為１００ｍ１．５Ｍｂｐｓ時為４００ｍ，可用中繼器延長至１０ｋｍ其傳輸介質可以是雙絞線，也可以是光纜。最多可掛接１２７站點?？蓪崿F總線供電與本質安全防爆。
ＰＲＯＦＩＢＵＳ支持主從方式、純主方式、多主多從通信方式。主站對總線具有控制權，主站間通過傳遞令牌來傳遞對總線的控制權。取得控制權的主站，可向從站發(fā)送、獲取信息。
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