现场总线有哪些现场总线.docx

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现场总线有哪些现场总线

现场总线有哪些-现场总线

　　1.TS61158现场总线

　　Type1现场总线标准由以下部分构成：

PhL：

IEC61158-2：

1993标准的超集（Superset）；FoundationFieldbus的超集；WorldFIP的功能超集；DLL：

IECTS61158-3，TS61158-4；FoundationFieldbus的超集；WorldFIP的功能超集；AL：

IECTS61158-5，TS61158-6。

　　1998年之前，IEC/SC65C只推举一种类型的现场总线，该总线主要接受FoundationFieldbus总线和WorldFIP总线基本技术，并严格依据IEC定义制定现场总线标准，由于各种缘由，经过多轮投票未获通过，只能按规定成为技术报告TS61158，以此为基础形成了现在的Type1现场总线。

国际电工委员会推举的通用现场总线网络结构如图1所示，从图中可以看消灭场总线系统可以支持各种工业领域的信息处理、监视和把握系统，用于过程把握传感器、执行器和本地把握器之间的低级通信，可以与工厂自动化的plc实现互连。

在这里，H1现场总线主要用于现场级，其速率为31.25Kbps，负责两线制向现场仪表供电，并能支持带总线供电设备的本质平安；H2现场总线主要面对过程把握级、监控管理级和高速工厂自动化的应用，其速率为1Mbps，2.5Mbps和100Mbps。

图1通用现场总线网络结构

　　2.ControlNet和Ethernet/IP现场总线

　　由ControlNetInternational（CI）组织负责制定的Type2现场总线标准由以下部分组成：

PhL和DLL：

ControlNet；AL：

ControlNet和Ethernet/IP。

　　Type2现场总线系统体系结构如图2所示。

ControlNet接受一种新的通信模式，即生产者/客户（Producer/Consumer）模式，这种模式允许网络上的全部节点，同时从单个数据源存取相同的数据，其主要特点是增加了系统的功能，提高了效率和实现精确的同步。

网络的媒体送取，通过限制时间存取算法来把握，即接受并行时间域多路存取（CTDMA）方法，在每个网络刷新间隔（NUI）内调整节点的传送信息机会。

图2Type2现场总线系统体系结构

　　Ethernet/IP以太网工业协议是一种开放的工业网络，它使用有源星形拓扑结构，可以将10Mbps和100Mbps产品混合使用。

该协议在TCP/UDP/IP之上附加把握和信息协议（CIP），供应一个公共的应用层。

CIP的把握部分用于实时I/O报文，其信息部分用于报文交换。

ControlNet和Ethernet/IP都使用该协议通信，共享相同的对象库、对象和设备行规，使得多个供应商的设备能在上述整个网络中实现即插即用。

对象的定义是严格的，在同一种网络上支持实时报文、组态和诊断。

为了提高工业以太网的实时性能，ODVA（开放的Devicenet供应商协会）于2003年8月公布了IEEE1588“用于Ethernet/IP实时把握应用的时钟同步”标准。

　　3.Profibus现场总线

　　Type3现场总线得到Profibus用户组织PNO的支持，德国西门子公司则是Profibus产品的主要供应商。

Profibus系列由三个兼容部分组成，即Profibus-DP、Profibus-FMS和Profibus-PA三条总线构成。

为了提高Profibus总线性能，近几年PNO推出了新版本的Profibus-DP-V1和Profibus-DP-V2，同时逐步取消Profibus-FMS总线。

扩展的Profibus-DP现场总线体系结构如图3所示，Profibus-DP特殊适用于设备级自动把握系统与分散I/O之间高速通信。

Profibus-PA专为过程自动化设计，它能够将变送器和执行器连接到一根公共总线，使用两根线就可以完成供电和数据通信，并能实现本质平安性能。

以此为基础，扩展的DP功能DPV1进一步完善了Profibus-PA功能；DPV2解决了从站之间的通信与时间同步等重大问题。

图3Type3Profibus现场总线体系结构

　　Profibus-DPV1主要是增加了非循环服务，并扩大了与2类主站的通信。

众所周知，Profibus-DP性能的特征是在循环连接（Mscy-C1）的基础上应用数据交换服务，实现一个主站和一系列从站之间集中的数据交换。

1类主站指PLC、PC或把握器。

2类主站指操作员站和编程器等。

DPV1扩展了上述功能，在已有的Mscy-C1连接基础上，增加了非循环服务，利用新的服务可以对从站中任何数据组进行读写。

过去，2类主站只能利用DP从站的无连接服务，现在则可通过面对连接的通信对数组进行非循环读写，同时为进入因特网通信扩充了功能。

　　Profibus-DPV2可以实现循环通信、非循环通信以及从站之间的通信。

由于从站之间可直接通信，通信时间缩短1个DP总线周期和主站周期，从而使反应时间缩短60%至90%，同时建立了等时间间隔的总线循环周期，其时间偏差小于1μs，即适用于高精度定位把握，又可实现闭环把握。

DPV2可依据不同的应用需要开发专用行规（profile），如用于运动把握的ProfiDrive和用于联锁爱护的ProfiSafe等。

　　4.P-NET现场总线

　　P-NET现场总线由丹麦Process-DataSikeboryAps公司从1983年开头开发，主要应用于啤酒、食品、农业和饲养业，它得到P-NET用户组织的支持，在现场大约有5000多个应用系统。

图4Type4P-NET现场总线体系结构

　　P-NET现场总线是一种多主站、多网络系统，图4给出了P-NET系统的体系结构。

总线接受分段结构，每个总线分段上可以连接多个主站，主站之间通过接口能够实现网上互连，它允许在几个总线区直接寻址，无需递阶网络结构。

该总线通信协议包括1、2、3、4和7层，并利用信道机构定义用户层。

通信接受虚拟令牌（virtualtoken）传递方式，主站发送一个恳求，被寻址的从站在390μs内马上返回一个响应，只有存放到从站内存中的数据才可被访问。

每个站节点都含有一个通用的单芯片微处理机，配套的2KBEPROM不仅可用作通信，而且可用于测量、标定、转换和应用功能。

P-NET接口芯片执行数据链路层的全部功能，第3层和第4层的功能由宿主处理器中的软件解决。

该总线物理层基于RS-485标准，使用屏蔽双绞线电缆，传输距离1.2km，应用NRZ编码异步传输。

5.FFHSE现场总线

　　1998年，美国FieldbusFoundation（FF）基金会打算接受高速以太网（HighSpeedEthernet，HSE）技术开发H2现场总线，作为现场总线把握系统把握级以上通信网络的主干网，它与H1现场总线整合构成信息集成开放的体系结构，图5给出了系统结构。

HSE网络遵循标准的以太网规范，并依据过程把握的需要适当增加了一些功能，但这些增加的功能可以在标准的Ethernet结构框架内无缝地进行操作，因而FFHSE总线可以使用当前流行的商用（COTS）以太网设备。

100Mbps以太网拓扑是接受交换机形成星形连接，这种交换机具有防火墙功能，以阻断特殊类型的信息出入网络。

HSE使用标准的IEEE802.3信号传输，标准的Ethernet接线和通信媒体。

设备和交换机之间距离，使用双绞线为100米，光缆可达2千米。

HSE使用连接装置（LD）连接H1子系统，LD执行网桥功能，它允许就地连在H1网络上的各现场设备，以完成点对点对等通信。

HSE支持冗余通信，网络上的任何设备都能作冗余配置。

　　FFHSE的1~4层由现有的以太网、TCP/IP和IEEE标准所定义，HSE和H1使用同样的用户层，现场总线信息规范（FMS）在H1中定义了服务接口，现场设备访问代理（FDA）为HSE供应接口。

用户层规定功能模块、设备描述（DD）、功能文件（CF）以及系统管理（SM）。

FF规范21种功能模块供基本的和先进的过程把握使用。

FF还规定了新的柔性功能模块（FFB），用以进行简单的批处理和混合把握应用，FFB支持数据采集的监控，子系统接口、大事挨次、多路数据采集、PLC和其他协议通信的网间连接器。

图5Type5FFHSE现场总线体系结构

　　6.SwiftNet现场总线

　　Type6SwiftNet现场总线由美国SHIPSTAR协会主持制定，得到美国波音公司的支持，主要用于航空和航天等领域。

该总线是一种结构简洁、实时性高的总线，协议仅包括物理层和数据链路层。

SwiftNet现场总线接受分层总线式拓扑结构，其通信体系结构如图6所示。

图6Type6SwiftNet现场总线体系结构

　　物理层传送速率为5Mbps，此时每秒传送105个不同的报文。

总线使用TDMA（Slottedtimedivisionmultipleaccess）槽路时间片多路送取方式，供应专用高速、低抖动同步通道和按要求指定的通道。

专用通道适用于自动状态数据的安排或交换；按要求指定的通道则适用于非调度报文。

TDMA方式是将总线上的时间分割为相等长度间隔，称作槽路，只有当总线上的站安排到槽路时，它才能监听和发送。

每个站还能依据所占的比例，协调总线访问、数据传输和接收数据。

　　SwiftNet总线的节点（从站）通过I/O通道连接智能传感器，由于航空航天领域对传感器和执行器要求高，该总线开头使用符合IEEE1451.1和IEEE1451.2标准的网络传感器。

IEEE1451.2《用于传感器和执行器的智能转换器接口》标准是一个开放的标准，它在把握网络和传感器之间定义一个标准接口，从而使网络传感器成为现场总线系统现场级的数字化传感器，并使用户可以依据自己的需要选择不同厂家生产的智能传感器，实现真正意义上的即插即用。

　　7.WorldFIP现场总线

　　1987年成立的WorldFIP协会制定并大力推广Type7WorldFIP现场总线。

WorldFIP协议是EN50170欧洲标准的第三部分，物理层接受IEC61158.2标准，其产品在法国占有60%市场，在欧洲占有大约25%份额，它广泛应用于发电与输配电、加工自动化、铁路运输、地铁和过程自动化领域。

WorldFIP现场总线体系结构如图7所示，系统分为三级，即过程级、把握级和监控级。

它能满足用户各种需要，适合于各种类型的应用结构，集中型、分散型和主站/从站型。

用单一的WorldFIP总线满足过程把握、工厂制造加工和各种驱动系统的需要。

为了适应低成本的要求，开发了低成本的DeviceWorldFIP（DWF）总线，它是设备一级网络，能很好适应工业现场的各种恶劣环境，并具有本质平安防爆性能，可以实现多主站与从主站的通信。

图7Type7WroldFIP现场总线体系结构

　　WorldFIP协议由物理层、数据链路层和应用层组成。

数据链路层接受总线裁决方式，在任何一个给定瞬间，仅有一个站可以执行总线裁决功能，它使用一个ID-DAT帧在总线上广播一个标识，连接到总线上全部站的链路层同时记录ID-DAT帧，仅有一站被识别为标识的生产者，其它站仅作为使用者。

应用层供应MPS和SubMMS服务，MPS是工厂周期/非周期服务，SubMMS则是工业报文的子集。

　　8.INTERBUS现场总线

　　Type8INTERBUS现场总线由德国Phoen