試論十種類型現(xiàn)場總線的體系結(jié)構(gòu)
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經(jīng)過長達(dá)15年的爭論，IEC61158用于工業(yè)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)于2000年初終于獲得通過，現(xiàn)場總線之爭逐漸隨之退潮，IEC/SC65C/WG6現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)到此也完成了歷史使命。為了進(jìn)一步完善IEC61158標(biāo)準(zhǔn)，IEC/SC65C成立了MT9現(xiàn)場總線修訂小組，繼續(xù)這方面的工作。MT9工作組在原來8種類型現(xiàn)場總線的基礎(chǔ)上不斷完善擴(kuò)充，于2001年8月制定出由10種類型現(xiàn)場總線組成的第三版現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，它們是：Type1 TS61158 現(xiàn)場總線、Type2 ControlNet 和 Ethernet/IP 現(xiàn)場總線、Type3 Profibus現(xiàn)場總線、Type4 P-NET現(xiàn)場總線、Type5 FF HSE現(xiàn)場總線、Type6 Swift-Net 現(xiàn)場總線、Type7 WorldFIP現(xiàn)場總線、Type8 INTERBUS現(xiàn)場總線、Type9 FF H1現(xiàn)場總線以及Type10 PROFInet現(xiàn)場總線，該標(biāo)準(zhǔn)于2003年4月成為正式國際標(biāo)準(zhǔn)。限于篇幅，本文對10種類型總線做概要論述，并簡單綜述上述總線近三年來的最新進(jìn)展。
1 Type1 TS61158 現(xiàn)場總線
Type1 現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)由以下部分構(gòu)成：
PhL：IEC61158-2：1993標(biāo)準(zhǔn)的超集（Superset）；
Foundation Fieldbus的超集；
WorldFIP的功能超集；
DLL：IEC TS61158-3，TS61158-4；
Foundation Fieldbus的超集；
WorldFIP的功能超集；
AL：IEC TS61158-5，TS61158-6。
1998年之前，IEC/SC65C只推薦一種類型的現(xiàn)場總線，該總線主要采納Foundation Fieldbus總線和WorldFIP總線基本技術(shù)，并嚴(yán)格按照IEC定義制定現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，由于各種原因，經(jīng)過多輪投票未獲通過，只能按規(guī)定成為技術(shù)報(bào)告TS61158，以此為基礎(chǔ)形成了現(xiàn)在的Type1現(xiàn)場總線。國際電工委員會(huì)推薦的通用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，從圖中可以看出現(xiàn)場總線系統(tǒng)可以支持各種工業(yè)領(lǐng)域的信息處理、監(jiān)視和控制系統(tǒng)，用于過程控制傳感器、執(zhí)行器和本地控制器之間的低級通信，可以與工廠自動(dòng)化的PLC實(shí)現(xiàn)互連。在這里，H1現(xiàn)場總線主要用于現(xiàn)場級，其速率為31.25Kbps，負(fù)責(zé)兩線制向現(xiàn)場儀表供電，并能支持帶總線供電設(shè)備的本質(zhì)安全；H2現(xiàn)場總線主要面向過程控制級、監(jiān)控管理級和高速工廠自動(dòng)化的應(yīng)用，其速率為1Mbps，2.5Mbps和100Mbps。
圖1 通用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
由ControlNet International(CI)組織負(fù)責(zé)制定的Type2現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)由以下部分組成：
PhL和DLL：ControlNet；
AL：Control Net和Ethernet/IP。
Type2現(xiàn)場總線系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。ControlNet采用一種新的通信模式，即生產(chǎn)者/客戶（Producer/Consumer）模式，這種模式允許網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)，同時(shí)從單個(gè)數(shù)據(jù)源存取相同的數(shù)據(jù)，其主要特點(diǎn)是增強(qiáng)了系統(tǒng)的功能，提高了效率和實(shí)現(xiàn)精確的同步。網(wǎng)絡(luò)的媒體送取，通過限制時(shí)間存取算法來控制，即采用并行時(shí)間域多路存?。–TDMA）方法，在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)刷新間隔（NUI）內(nèi)調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的傳送信息機(jī)會(huì)。
圖2 Type2 現(xiàn)場總線系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
3 Type3 Profibus 現(xiàn)場總線
Type3現(xiàn)場總線得到Profibus用戶組織PNO的支持，德國西門子公司則是Profibus產(chǎn)品的主要供應(yīng)商。Profibus系列由三個(gè)兼容部分組成，即Profibus-DP、Profibus-FMS和Profibus-PA三條總線構(gòu)成。為了提高Profibus總線性能，近幾年P(guān)NO推出了新版本的Profibus-DP-V1和Profibus-DP-V2，同時(shí)逐步取消Profibus-FMS總線。擴(kuò)展的Profibus-DP現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)如圖3所示，Profibus-DP特別適用于設(shè)備級自動(dòng)控制系統(tǒng)與分散I/O之間高速通信。Profibus-PA專為過程自動(dòng)化設(shè)計(jì)，它能夠?qū)⒆兯推骱蛨?zhí)行器連接到一根公共總線，使用兩根線就可以完成供電和數(shù)據(jù)通信，并能實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全性能。以此為基礎(chǔ)，擴(kuò)展的DP功能DPV1進(jìn)一步完善了Profibus-PA功能；DPV2解決了從站之間的通信與時(shí)間同步等重大問題。
圖3 Type3 Profibus現(xiàn)場總線體系結(jié)構(gòu)
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