清華大學(xué)自動(dòng)化系王俊杰教授

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的發(fā)展與未來(lái)

清華大學(xué)自動(dòng)化系王俊杰教授2009年9月2007－5－201什么是總線技術(shù)？

總線是一種連接多種設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸高速通道。

在計(jì)算機(jī)中為了把CPU與外部設(shè)備如：鍵盤(pán)、顯示卡、聲卡、打印機(jī)、光盤(pán)機(jī)等連接起來(lái)并互相傳送數(shù)據(jù)，采用ISA總線、PCI總線和USB總線。

—

ISA總線(Industrial

Standard

Architecture)即工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)總線，是早期使用的一種總線接口技術(shù)，由于傳輸速率低，CPU資源占用大，己不再采用。

—PCI總線（PeripheralComponentInterconnect）即外部設(shè)備互聯(lián)總線，它傳輸速度高，數(shù)據(jù)吞吐量大，功耗低。是目前廣泛采用的技術(shù)。

—USB（UniversalSerialBus）即通用串行總線，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、打印機(jī)、掃描儀、Modem、音箱等各種設(shè)備。它一般是外置式的，具有不占用計(jì)算機(jī)擴(kuò)展槽和熱插拔的優(yōu)點(diǎn)，因而安裝更為方便。也是目前廣泛采用的技術(shù)。

2

?現(xiàn)場(chǎng)總線（FIELDBUS

）

是一種用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的工業(yè)測(cè)量和控制數(shù)據(jù)的傳輸總線。

?現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS（FieldbusControlSystem）是連接工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS是目前工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展的方向！什么是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)？什么是現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS？31.制控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)介

19世紀(jì)初

蒸汽機(jī)出現(xiàn)以后，開(kāi)始了工業(yè)革命，機(jī)器產(chǎn)生后的運(yùn)行、操作對(duì)控制提出了要求，于是早期出現(xiàn)了機(jī)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)。例如蒸汽機(jī)汽缸活塞和氣門(mén)、曲軸的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)就是采用機(jī)構(gòu)控制來(lái)完成的。一些開(kāi)關(guān)量的位式控制則是由電氣控制完成的。

20世紀(jì)50-60年代出現(xiàn)了從傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)發(fā)展到以模擬信號(hào)為主的電子裝置和自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)。

□以電子技術(shù)的進(jìn)步為基礎(chǔ)

20世紀(jì)70-80年代

直接數(shù)字控制（DDC）和分布式控制系統(tǒng)（DCS）的出現(xiàn)，把分散的單回路測(cè)控系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行了統(tǒng)一管理，集中實(shí)現(xiàn)了參數(shù)顯示報(bào)警、回路調(diào)節(jié)，工況聯(lián)鎖，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和工藝流程動(dòng)態(tài)顯示等多種功能。在大型的控制系統(tǒng)中，往往還帶有操作指導(dǎo)和專家系統(tǒng)軟件。

□以計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步為基礎(chǔ)4

20世紀(jì)90年代至今

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）正在成為自動(dòng)化領(lǐng)域中控制系統(tǒng)的主導(dǎo)技術(shù)。

□以計(jì)算機(jī)、通信和控制技術(shù)的進(jìn)步為基礎(chǔ)的。人們稱為3C技術(shù)（Conpunter

ComunicationControl）圖1.1控制系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程1.制控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)介5?

儀表控制系統(tǒng)（ICS）精餾段提餾段圖1.1精餾塔儀表控制系統(tǒng)圖精餾塔的調(diào)節(jié)回路：·TC—溫度調(diào)節(jié)器溫度調(diào)節(jié)回路1路·PC—壓力調(diào)節(jié)器壓力調(diào)節(jié)回路1路·FC—流量調(diào)節(jié)器流量定值調(diào)節(jié)回路2路·LC—液位調(diào)節(jié)器液位調(diào)節(jié)回路2路問(wèn)題：大型系統(tǒng)，控制回路多，儀表數(shù)量多，接線復(fù)雜、故障率高。1.制控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)介6?直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）特點(diǎn)：是以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為核心，加上信號(hào)輸入/輸出（I/O）單元，信號(hào)調(diào)理模塊及傳感器、變送器和執(zhí)行器構(gòu)成控制系統(tǒng)。

可完成多回路的監(jiān)控任務(wù)。

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）代替了調(diào)節(jié)器、給定單元、顯示、記錄單元、報(bào)警單元和操作單元等。問(wèn)題：信號(hào)過(guò)于集中，I/O單元和信號(hào)調(diào)理模塊有故障，會(huì)影響較大。

一套DDC裝置可以構(gòu)成多回路控制系統(tǒng)，如上述精餾塔的6個(gè)控制回路完全可以用一套DDC裝置進(jìn)行控制。1.制控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)介7圖1.3直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)方塊圖測(cè)量傳感器1.制控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)介8?

分布式控制系統(tǒng)（DCS）特點(diǎn)：是一種數(shù)字和模擬的混合系統(tǒng)，模擬儀表分散在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，計(jì)算機(jī)在控制室中。實(shí)現(xiàn)了分散控制和集中管理的結(jié)合，達(dá)到了管控一體化的目的。生產(chǎn)控制和經(jīng)營(yíng)管理的有機(jī)結(jié)合，能滿足大多數(shù)流程工業(yè)控制的要求。問(wèn)題：系統(tǒng)封閉自成體系，各種DCS無(wú)法達(dá)到開(kāi)放和互操作的目的。

圖1.4DCS控制系統(tǒng)方塊圖調(diào)度決策層操作控制層設(shè)備層1.制控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)介9?

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）

特點(diǎn)：全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以智能化儀表為節(jié)點(diǎn)的徹底的分散性系統(tǒng)。

可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和廣播式通信，多種通信介質(zhì)、多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有開(kāi)放性和互操作性。

一種全新的設(shè)計(jì)、安裝布線、調(diào)試和運(yùn)行的方式。

代表了新一代控制系統(tǒng)發(fā)展的方向。最近幾年發(fā)展很快，己在60萬(wàn)頓乙烯裝置、大型煉鋼設(shè)備上采用全套進(jìn)口的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)獨(dú)立研發(fā)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)己經(jīng)開(kāi)始，并取得了一定的成績(jī)。圖1.5FCS控制系統(tǒng)方塊圖（總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）1.制控系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)介102.現(xiàn)場(chǎng)總線的定義和技術(shù)特點(diǎn)?現(xiàn)場(chǎng)總線是一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）的標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)（FF）的定義：

現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。?

現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）的特點(diǎn)

（1）數(shù)字化的信號(hào)傳輸以串行數(shù)字通信取代傳統(tǒng)的4-20mA模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了高速、雙向、多變量、多站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換。報(bào)文內(nèi)容豐富，可靠性高，在數(shù)據(jù)傳輸方式和連線方法上較原有系統(tǒng)有重大改變。

（2）分散的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)把DCS控制站中的功能全部分散到了每個(gè)智能節(jié)點(diǎn)（智能儀表）中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都帶有CPU和存儲(chǔ)器，可獨(dú)立完成測(cè)量、數(shù)據(jù)處理、調(diào)節(jié)、診斷等功能，任一節(jié)點(diǎn)的故障不會(huì)危及全局。11

（3）方便的互操作性和互換性

互操作是指實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間和系統(tǒng)之間的信息傳遞與溝通，

互換是指不同廠家的同類產(chǎn)品可以互相替代，異構(gòu)為一個(gè)系統(tǒng)。

（4）開(kāi)放的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通信協(xié)議，產(chǎn)品檢驗(yàn)方法都是公開(kāi)的，面向所有的制造商和用戶。開(kāi)放性更是指對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致性的要求，強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的共識(shí)和遵從。

（5）多種傳輸媒介和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)雙絞線、同軸電纜、光纖、電力線、無(wú)線射頻，各種媒介通過(guò)網(wǎng)橋互聯(lián)?？偩€型、星型、環(huán)型等。僅布線工程一項(xiàng)可節(jié)省40％。在1996年美國(guó)ISA展覽會(huì)上，主要展出了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)新產(chǎn)品。展會(huì)上打出的標(biāo)語(yǔ)稱：“你將站在控制領(lǐng)域新紀(jì)元的起點(diǎn)上?！?.現(xiàn)場(chǎng)總線的定義和技術(shù)特點(diǎn)123.現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定十分重要，它是保證互操作性和互換性的基本條件，也是具有開(kāi)放式通信協(xié)議的重要指標(biāo)。

?標(biāo)準(zhǔn)的制定從1984年就開(kāi)始了，一直到1999年7月才完成，在加拿大的渥太華，IECTC65（國(guó)際電工委員會(huì)負(fù)責(zé)工業(yè)測(cè)量和控制的第65標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)）通過(guò)了IEC61158決議，確定了8種現(xiàn)場(chǎng)總線為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

Type1

IEC技術(shù)報(bào)告即FF的H1(各大公司支持）

基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）的低速型H1

，主要用于設(shè)備層，

31.25kbps，兩線傳輸，有本安防暴型（FF的一個(gè)子集）。

1984年通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)草案，1999年1月全面定義了通信協(xié)議中各層的含義。

Type2

ControlNet

（美國(guó)Rockwell公司支持）結(jié)構(gòu)分為三層，DeviceNet

為設(shè)備層，ControlNet

為控制層，Ethernet/IP為信息層。1995年推出。13

Type3

Profibus

（德國(guó)Siemens公司支持）結(jié)構(gòu)分為三層，AS-i為設(shè)備層，Profibus–FMS（現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范，用于一般自動(dòng)化系統(tǒng)）、Profibus–PA

（過(guò)程自動(dòng)化）和Profibus–DP（加工自動(dòng)化）為操作層。

1987年開(kāi)始研制，1991年推出標(biāo)準(zhǔn)，1994年推出Profibus–PA標(biāo)準(zhǔn)。

Type4

P-Net

（丹麥Process-Data公司支持）

1983年推出，是一種多主控制器的主從模式系統(tǒng)，每段最多可有32個(gè)主控制器，采用虛擬令牌傳遞方式。每段最長(zhǎng)為1200m，可連接125個(gè)從設(shè)備，使用屏蔽雙絞線電纜，數(shù)據(jù)雙向傳輸，速率為76.8kbps。主要應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、食品等行業(yè)。3.現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制定14

Type5

FFHSE

（各大公司支持，F(xiàn)F的H2）

基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF的高速型H2

，工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，1M、2.5M、

100Mbps速率，CSMA/CD和TCP/IP協(xié)議。應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域監(jiān)控層，

2000年3月制定出規(guī)范。

Type6

SwiftNet

（美國(guó)SHIPSTAR協(xié)會(huì)制定波音公司支持）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可靠性高，應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域?？捎糜诓杉?、高速的飛行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)采用“生產(chǎn)者/消費(fèi)者”模式。

1996年研制，1998年推出。

Type7

WorldFIP

（法國(guó)Alston公司支持）三層結(jié)構(gòu)，使用雙絞線，傳輸速率有31.25k、1M、2.5Mbps，對(duì)應(yīng)的通信距離為5km、1km和500m。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可連4個(gè)子段，每個(gè)子段有32個(gè)節(jié)點(diǎn)，最多可連256個(gè)節(jié)點(diǎn)。主要用于發(fā)電、加工、運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的自動(dòng)化工程中。1987年推出。3.現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制定15

Type8

Interbus

（德國(guó)PhoenixContact公司支持）設(shè)備級(jí)的串行總線，主從模式，傳輸速率500kbps，接口為EIA-485標(biāo)準(zhǔn)，用于汽車(chē)、物流等工業(yè)控制系統(tǒng)中，1987年推出。?

另外IECTC17B（國(guó)際電工委員會(huì)負(fù)責(zé)低壓電器的第17B標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)）也通過(guò)了3種現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)（IEC62026），它們是：

SDS

（美國(guó)Honeywell公司支持）智能分布系統(tǒng)

AS-i

（德國(guó)Siemens公司支持）執(zhí)行器-傳感器-接口

DeviceNet（美國(guó)Rockwell公司支持）設(shè)備網(wǎng)絡(luò)

?國(guó)際上另外一個(gè)組織ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）也推出了ISO11898決議，認(rèn)定控制局域網(wǎng)CAN總線為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。（ControlAreaNetwork，德國(guó)RobertBosch公司支持）

當(dāng)時(shí)總共有12種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它們各有特點(diǎn)，在不同的領(lǐng)域荻得了廣泛的應(yīng)用。3.現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制定162003年4月IEC/SC65C/MT9小組又推出了現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的第三版IEC61158Ed.3。為了反映工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的最新發(fā)展，新版標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了10種類型現(xiàn)場(chǎng)總線（增加了2種)Type9：

PhL，DDL無(wú)定義，AL是FFH1的子集（應(yīng)用層+用戶層）

Type10：ProfiNet（Profibus的管理層）

在通信協(xié)議中：PhL(物理層)，DDL(數(shù)據(jù)鏈路層)，AL(應(yīng)用層)3.現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制定174.現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展方向—工業(yè)以太網(wǎng)□工業(yè)以太網(wǎng)（EtherNet）是一種發(fā)展方向。

以太網(wǎng)：

1975年產(chǎn)生，由美國(guó)3Com公司推出1982年由國(guó)際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)推出為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（IEEE802.3）1990年2月被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和國(guó)際電工委員會(huì)所采納，成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO/IEC8802.3）

在這期間，以太網(wǎng)從最初的10Mbps發(fā)展到100Mbps和交互式以太網(wǎng)，現(xiàn)在正在發(fā)展千兆以太網(wǎng)并使用光纖為傳輸介質(zhì)?？梢哉f(shuō)20年來(lái)以太網(wǎng)是發(fā)展最成功的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。但以太網(wǎng)最初是為IT（信息技術(shù)）領(lǐng)域而開(kāi)發(fā)的技術(shù)，發(fā)展到現(xiàn)在，它有完整的硬、軟件系統(tǒng)，可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ?，易于與Internet連接，而且應(yīng)用廣泛、技術(shù)成熟、價(jià)格便宜，主要用于信息層。18目前人們希望它能向下延伸，直接在控制層和設(shè)備層中使用，成為貫穿三層網(wǎng)絡(luò)（設(shè)備層、控制層、管理層）的技術(shù)，即工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。工廠管理層生產(chǎn)控制層設(shè)備監(jiān)控層從工廠管理層到設(shè)備監(jiān)控層的數(shù)據(jù)存取“e網(wǎng)到底”

EtherNet4.現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展方向—工業(yè)以太網(wǎng)19

工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展必須要解決的問(wèn)題：（1）以太網(wǎng)通信中的信道共享技術(shù)采用CSMA/CD（載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)）技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較重時(shí)（大于40％），網(wǎng)絡(luò)的確定性（Determinacy，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是否完整、準(zhǔn)確)和實(shí)時(shí)性（Real-time，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)能否按時(shí)完整地到達(dá)目的地)還不能滿足要求。（2）以太網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)連接的硬件上使用接插件（Connector），集線器（Hub），交換機(jī)（Switches）和普通電纜（Cable）等。它們都是為辦公室的環(huán)境下，為信息的傳輸而設(shè)計(jì)的。還不符合工業(yè)環(huán)境下工業(yè)數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)囊?。?）以太網(wǎng)的電磁兼容性（EMI）較差，在危險(xiǎn)場(chǎng)所還不具備本質(zhì)安全防爆功能。（4）以太網(wǎng)還不具備通過(guò)數(shù)據(jù)線向現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)提供電能的功能。（5）還缺乏統(tǒng)一的應(yīng)用層（用戶層）協(xié)議。4.現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展方向—工業(yè)以太網(wǎng)20

目前己推出的幾種典型工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)：

①HSE（FoundationFieldbus,FF，2000）②ModbusTCP/IP(Schneider，1999)③EtherNet/IP（ODVA，Rockwell，1999）④ProfiNet(SIEMENS,2001)⑤EPA（EthernetforPlantAutomation，CHINA，2004）

目前工業(yè)以太網(wǎng)（Industrial

EtherNet）或稱實(shí)時(shí)以太網(wǎng)（RTE，RealTimeEtherNet，IEC61784-2通過(guò)）是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向！4.現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展方向—工業(yè)以太網(wǎng)21在中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)、全國(guó)工業(yè)過(guò)程測(cè)量與控制標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)的支持下，由淅江大學(xué)、淅大中控公司、中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所、重慶郵電大學(xué)、清華大學(xué)、大連理工大學(xué)、上海自動(dòng)化儀表研究所、機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所和北京華控技術(shù)公司組成的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，在國(guó)家“863”計(jì)劃CIMS主題系列課題的支持下，經(jīng)過(guò)3年的技術(shù)攻關(guān)，提出了基于工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)控制解決方案EPA（用于成套自動(dòng)化裝置的以太網(wǎng)）。目前己上報(bào)囯際有關(guān)組織，申請(qǐng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之一。4.現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展方向—工業(yè)以太網(wǎng)22

5.現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展方向—無(wú)線工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)工業(yè)環(huán)境下利用無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)□降低安裝、運(yùn)行維護(hù)成本、減少接插件故障，移動(dòng)自由不受限制，投運(yùn)快速?！趺绹?guó)能源部的研究估計(jì)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)會(huì)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)節(jié)能10%和降低排放或泄漏15%。

目前美國(guó)儀表系統(tǒng)和自動(dòng)化學(xué)會(huì)的ISASP100標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)正在加緊制定在現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)控制環(huán)境下實(shí)現(xiàn)無(wú)線工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。著重在三方面制定標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)線工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的技術(shù)要求；無(wú)線工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)的生命周期；無(wú)線工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)面向現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備的應(yīng)用。在SP100標(biāo)委會(huì)下設(shè)有五個(gè)主要的分標(biāo)委會(huì)：射頻物理學(xué)基礎(chǔ)、可互操作性，用戶要求、用戶指南和系統(tǒng)集成，并分頭制定標(biāo)準(zhǔn)。23

5.現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展方向—無(wú)線工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)

SP100規(guī)定的無(wú)線工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)五種應(yīng)用類型安全

0類：緊急動(dòng)作（恒為關(guān)鍵）信息時(shí)間性的重要程度控制

1類：閉環(huán)調(diào)節(jié)控制（通常關(guān)鍵）2類：閉環(huán)監(jiān)督控制（經(jīng)常非關(guān)鍵）

3類：開(kāi)環(huán)控制（由人工控制）

監(jiān)測(cè)監(jiān)控4類：標(biāo)記、產(chǎn)生短期操作結(jié)果（例如：基于事件的維護(hù)）

5類：記錄和下載/上載不產(chǎn)生直接的操作結(jié)果（例如：歷史數(shù)據(jù)采集、事件順序記錄SOE、預(yù)防性維護(hù)）24

5.現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展方向—無(wú)線工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)

ZigBee技術(shù)

是一種新興的依據(jù)IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信的短距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于近距離無(wú)線信號(hào)連接。在現(xiàn)場(chǎng)層無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，同樣屬于無(wú)線短程網(wǎng)的ZigBee（IEEE802.15.4）要比藍(lán)牙（IEEE802.15.1）更具廣泛的應(yīng)用前景。這主要是基于以下原因：ZigBee的應(yīng)用開(kāi)發(fā)門(mén)檻遠(yuǎn)低于藍(lán)牙（BlueTeeth），其最復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的軟件開(kāi)發(fā)工作量?jī)H為藍(lán)牙節(jié)點(diǎn)開(kāi)發(fā)的10%，其最簡(jiǎn)單的精簡(jiǎn)功能設(shè)備（RFD）即一般節(jié)點(diǎn)的軟件開(kāi)發(fā)工作量?jī)H為藍(lán)牙的2%；

ZigBee的功耗遠(yuǎn)低于藍(lán)牙，這是因?yàn)榫桶l(fā)射的頻寬比來(lái)講，ZigBee為0.01，藍(lán)牙為0.99，即ZigBee的發(fā)射時(shí)間只占其周期的1%，而藍(lán)牙卻占99%；

ZigBee的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)容量遠(yuǎn)多于藍(lán)牙。25ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ途W(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器全功能設(shè)備(FFD,Router):可以支持任何一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)商者和普通協(xié)商者，并且可以和任何一種設(shè)備進(jìn)行通信

精簡(jiǎn)功能設(shè)備(RFD)：只支持星型結(jié)構(gòu)，不能成為任何協(xié)商者，可以和網(wǎng)絡(luò)協(xié)商者進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。

星型網(wǎng)狀型簇狀型26我們使用IAONA(工業(yè)自動(dòng)化開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟)主席KaiLorentz先生的話作為總結(jié)

“自動(dòng)化是一個(gè)非常大的領(lǐng)域，要想有一個(gè)完美的能適合各種應(yīng)用的總線解決方案幾乎是不可能的，因此現(xiàn)在市場(chǎng)形成了針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域的各種專門(mén)的解決方案，我們認(rèn)為這是一個(gè)自然的過(guò)程，然而以太網(wǎng)在其中具有很多的共性，如TCP/IP、通用物理層等，這些共性給使用者帶來(lái)實(shí)在的利益，例如他們可以使用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器來(lái)查看各種自動(dòng)化設(shè)備，我們認(rèn)為這將是工業(yè)以太網(wǎng)帶來(lái)的深遠(yuǎn)的影響，即在支持TCP/IP和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的基礎(chǔ)上，不同的協(xié)議可共存?！?/p>

6.總結(jié)277.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)舉例—AS-I總線

AS-i（Actuator-Sensor-Interface）是執(zhí)行器－傳感器－接口的英文縮寫(xiě)。它是一種用來(lái)在控制器（主站）和傳感器∕執(zhí)行器（從站）之間雙向交換信息的總線網(wǎng)絡(luò)，它屬于現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus）下面底層（設(shè)備層）的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。一個(gè)AS-i總線系統(tǒng)通過(guò)它主站中的網(wǎng)關(guān)可以和多種現(xiàn)場(chǎng)總線（如FF、Profibus、等）相連接。AS-i主站可以作為上層現(xiàn)場(chǎng)總線的一個(gè)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，在它下面又可以掛接一批AS-i從站。AS-i總線系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)如下：（1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：總線型、樹(shù)型和環(huán)型。（2）傳輸介質(zhì)：非屏蔽、非絞接的2芯電纜，既傳輸數(shù)據(jù)又提供電源。當(dāng)用扁平電纜時(shí)，可使用特殊的穿刺安裝專利技術(shù)進(jìn)行連接。（3）電纜長(zhǎng)度：≤100m，可使用中繼器增加長(zhǎng)度，最多可用2個(gè)中繼器。（4）從站數(shù)量：每個(gè)AS-i網(wǎng)絡(luò)最多可有31個(gè)從站（或62個(gè)從站）。（5）從站可接的元件數(shù)：每個(gè)從站最多可接4個(gè)傳感器∕執(zhí)行器，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可接124個(gè)傳感器/執(zhí)行器（或248個(gè)傳感器∕執(zhí)行器)。28