第五代控制系統(tǒng)FCS之現(xiàn)場總線技術(shù)

現(xiàn)場總線技術(shù)Fieldbus第五代控制系統(tǒng)FCS概念歐瑪執(zhí)行器現(xiàn)場總線產(chǎn)品_1歐瑪執(zhí)行器現(xiàn)場總線產(chǎn)品_2發(fā)展歷史1984年

現(xiàn)場總線的最初概念I(lǐng)nter公司提出一種計算機分布式控制系統(tǒng)-位總線，它主要是將低速的面向過程的輸入輸出通道與高速的計算機總線多分離Rosemount公司開發(fā)了一種可尋址的遠程傳感器HART通信協(xié)議。采用在4～20mA模擬量疊加了一種頻率信號，用雙絞線實現(xiàn)數(shù)字信號傳輸。Honeywell和Bailey等大公司成立WorldFIP制定了FIP協(xié)議80年代中期

現(xiàn)場總線雛形1985年發(fā)展歷史美國儀器儀表學(xué)會總線標準IEC/ISASP50共同制定遵循IEC/ISASP50協(xié)議標準；商定現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展階段時間表1994年FieldbusFoundationSiemens，Rosemount，橫河等成立了專門委員會互操作系統(tǒng)協(xié)議ISP并制定PROFIBUS協(xié)議1987年典型現(xiàn)場總線基金會現(xiàn)場總線FoudationFieldbusProfibusLonWorks/u/vw/1431463CANHARTRS-485基金會現(xiàn)場總線FoudationFieldbusFoudationFieldbus宗旨就是開發(fā)一種統(tǒng)一的現(xiàn)場總線標準，并推動現(xiàn)場總線的應(yīng)用?，F(xiàn)在，F(xiàn)F包括了世界上95％的儀表及控制系統(tǒng)制造商，已制定了低速H1標準(31．25kb／s)，高速H2標準正在制定中?，F(xiàn)場總線統(tǒng)一標準最終制定必將全面推進FCS的應(yīng)用，用戶在實現(xiàn)控制策略和系統(tǒng)開發(fā)方面發(fā)生巨大的變化?；饡F(xiàn)場總線FoudationFieldbusFoudationFieldbus主要面向過程自動化的需求的現(xiàn)場總線標準，它是這一應(yīng)用領(lǐng)域功能最完整的現(xiàn)場總線解決方案。高速以太網(wǎng)HSE規(guī)范擴充了它基于以太網(wǎng)協(xié)議以達到整體架構(gòu)的完美集成?；饡F(xiàn)場總線FoudationFieldbusFoudationFieldbus目前半數(shù)以上認證FF設(shè)備和主機系統(tǒng)都使用Softing技術(shù)Hl更多的是從工業(yè)過程和DCS應(yīng)用考慮，為滿足現(xiàn)場儀表和簡單控制回路的通訊需要而開發(fā)。Hl總線的波特率低，難以滿足大系統(tǒng)要求，也不能滿足制造工業(yè)快速過程的需要;HSE是以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的高速現(xiàn)場總線，它與Hl可組成兩級通訊網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)大系統(tǒng)的實時控制和信息管理功能。ProfibusProfibus是作為德國國家標準DIN19245和歐洲標準prEN50170的現(xiàn)場總線。ISO/OSI模型也是它的參考模型。

由Profibus-Dp、Profibus-FMS、Profibus-PA組成了Profibus系列。DP型用于分散外設(shè)間的高速傳輸，適合于加工自動化領(lǐng)域的應(yīng)用。FMS意為現(xiàn)場信息規(guī)范，適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關(guān)等一般自動化，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(shù)是由西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的。

Profibus的傳輸速率為96～12kbps最大傳輸距離在12kbps時為1000m，15Mbps時為400m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個站點。Profibus

采用OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層，由這兩部分形成了其標準第一部分的子集。

DP型隱去了3～7層，而增加了直接數(shù)據(jù)連接擬合作為用戶接口。

FMS型只隱去第3～6層，采用了應(yīng)用層，作為標準的第二部分。

PA型的標準目前還處于制定過程之中，其傳輸技術(shù)遵從IEC1158-2（1）標準，可實現(xiàn)總線供電與本質(zhì)安全防爆。Profibus

LonWorks

采用ISO/OSI模型的全部七層通訊協(xié)議，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)置，通訊速率從300bps至15Mbps不等，直接通信距離可達2700m

(78kbps，雙絞線),支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電源線等多種通信介質(zhì)，并開發(fā)相應(yīng)的本安防爆產(chǎn)品，被譽為通用控制網(wǎng)絡(luò)。LonWorks

LonWoeks技術(shù)的不斷推廣促成了神經(jīng)元芯片的低成本，而芯片的低成本又返過來促進了LonWorks技術(shù)的推廣應(yīng)用，形成了良好循環(huán)。它被廣泛應(yīng)用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、運輸設(shè)備、工業(yè)過程控制等行業(yè)

LonWorks

集成芯片中有3個8位CPU;一個用于完成開放互連模型中第1～2層的功能，稱為媒體訪問控制處理器，實現(xiàn)介質(zhì)訪問的控制與處理;第二個用于完成第3～6層的功能，稱為網(wǎng)絡(luò)處理器，進行網(wǎng)絡(luò)變量處理的尋址、處理、背景診斷、函數(shù)路徑選擇、軟件計量時、網(wǎng)絡(luò)管理，并負責(zé)網(wǎng)絡(luò)通信控制、收發(fā)數(shù)據(jù)包等;第三個是應(yīng)用處理器，執(zhí)行操作系統(tǒng)服務(wù)與用戶代碼。芯片中還具有存儲信息緩沖區(qū)，以實現(xiàn)CPU之間的信息傳遞，并作為網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)和應(yīng)用緩沖區(qū)。CANControlAreaNetworkCAN協(xié)議也是建立在國際標準組織的開放系統(tǒng)互連模型基礎(chǔ)上的，不過，其模型結(jié)構(gòu)只有3層，只取OSI底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和頂上層的應(yīng)用層。其信號傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率最高可達1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠可達10km/kbps,可掛接設(shè)備最多可達110個。CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計算機控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標準總線，并且擁有以CAN為底層協(xié)議專為大型貨車和重工機械車輛設(shè)計的J1939協(xié)議。近年來，其所具有的高可靠性和良好的錯誤檢測能力受到重視，被廣泛應(yīng)用于汽車計算機控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強和振動大的工業(yè)環(huán)境

。CANControlAreaNetworkCAN總線是德國BOSCH公司從80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它是一種多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維。通信速率可達1MBPS。采用多主競爭式總線結(jié)構(gòu)，具有多主站運行和分散仲裁的串行總線以及廣播通信的特點。CAN總線上任意節(jié)點可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息而不分主次，因此可在各節(jié)點之間實現(xiàn)自由通信。它是一種