WorldFIP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的特點(diǎn)

1 引言

2000年1月4日，歷時(shí)12年IEC(國(guó)際電工委員會(huì))發(fā)布了最終獲得通過(guò)的 IEC61158標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)包括8種類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，容納了8種互不兼容的協(xié)議。WorldFIP工廠(chǎng)儀表總線(xiàn)是其中Type7現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)(法國(guó)Alstom 公司支持)。WorldFIP是歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的3個(gè)組成部分之一(Volume3),WorldFIP是在法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)FIC46601-C46607的基礎(chǔ)上采納了IEC物理層國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(1158-2)發(fā)展起來(lái)的。由3個(gè)通信層組成,如圖1所示。

WorldFIP的顯著特點(diǎn)是為所有的工業(yè)和過(guò)程控制提供帶有一個(gè)物理層的單一現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。底層控制系統(tǒng)制造系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都可直接連到控制一級(jí)的WorldFIP總線(xiàn)上,毋需采用將RS-485和其它低速總線(xiàn)相混和的方式來(lái)接連底層設(shè)備以實(shí)現(xiàn)同樣的功能。

2 數(shù)據(jù)通道

總線(xiàn)上傳輸?shù)男畔⒖蒣2]分為兩種,一種用于控制,如采樣信號(hào)、命令信號(hào)、控制器間的交換變量等，另一種為監(jiān)視、維護(hù)、人機(jī)接口等非控制信息，如事件變量、自診斷信息、參數(shù)或算法調(diào)整等，前一種信息的交換是周期性實(shí)時(shí)的，后一種則是非周期隨機(jī)的。

在WorldFIP中，通信信道就象數(shù)據(jù)通道一樣同時(shí)容納了上述兩種通信對(duì)象，使兩種信息在同一條總線(xiàn)上互不影響地傳遞，即隨機(jī)性的消息傳遞不會(huì)影響控制用實(shí)時(shí)通信，這是由于WorldFIP協(xié)議是靠硬件實(shí)現(xiàn)的，而且兩種信息的比例可由用戶(hù)自行決定。

3 區(qū)分方法

在WorldFIP中，通信實(shí)體間變量通信時(shí)不進(jìn)行物理尋址而是將信息項(xiàng)用16位整數(shù)的標(biāo)識(shí)符進(jìn)行全局邏輯尋址。對(duì)于一個(gè)給定的標(biāo)識(shí)符只能有一個(gè)產(chǎn)生者變量，可有多個(gè)使用者變量，對(duì)于消息傳輸消息幀中包含24位源地址和目的地址，指明通信實(shí)體所在網(wǎng)段號(hào)和站點(diǎn)號(hào)。

由于變量的這種不與物理地址和特定芯片序列號(hào)相關(guān)聯(lián)的特性使WorldFIP的重新配置變得很容易。

4 訪(fǎng)問(wèn)控制

WorldFIP的介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制是帶調(diào)度的，即總線(xiàn)仲裁器按照事先設(shè)計(jì)好的“變量掃描表”(總線(xiàn)仲裁表)期性地向總線(xiàn)上廣播含變量標(biāo)識(shí)符的“問(wèn)題幀”，只有唯一的生產(chǎn)者識(shí)別出該問(wèn)題幀是向自己發(fā)出的之后，才能以“響應(yīng)幀”作為回應(yīng)。WorldFIP的可預(yù)見(jiàn)性就在于總線(xiàn)仲裁器能夠根據(jù)變量的掃描周期在合適的時(shí)間間隔內(nèi)周而復(fù)始永不停息地掃描該變量。與令牌總線(xiàn)不同的是，它確定的是每個(gè)信息發(fā)布者占用總線(xiàn)的最短時(shí)間而不是可以占用的最長(zhǎng)時(shí)間因而實(shí)時(shí)性更強(qiáng)。在WorldFIP網(wǎng)絡(luò)中可以有多個(gè)總線(xiàn)仲裁器以構(gòu)成冗余。

5 生產(chǎn)者(P)-消費(fèi)者(C)模式

WorldFIP在通信方式上采用生產(chǎn)者-消費(fèi)者模式[1],如圖2所示:

產(chǎn)生信息的設(shè)備稱(chēng)為“生產(chǎn)者”(Producer)，使用信息的設(shè)備稱(chēng)為“消費(fèi)者”(Consumer)。任何時(shí)間只能有一個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生信息但可為其它任何節(jié)點(diǎn)或所有節(jié)點(diǎn)使用。節(jié)點(diǎn)上可以是分布I/O、智能設(shè)備或控制器。這種通信不是主-從式,而是對(duì)等式通信,可以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的一對(duì)一、一對(duì)多、一對(duì)全(廣播)的通信。其好處在于:周期性數(shù)據(jù)總是可以得到及時(shí)的響應(yīng);借助防火墻可隨時(shí)在總線(xiàn)上增加節(jié)點(diǎn)以監(jiān)視當(dāng)前信息但卻不影響實(shí)時(shí)通信;可以很容易地復(fù)制節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成冗余，當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，信息可以原封不動(dòng)在“搬”到冗余的節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)上，確保系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行;每個(gè)節(jié)點(diǎn)還具有后臺(tái)傳遞信息的能力，而不干擾臨界時(shí)間數(shù)據(jù)的通信;通過(guò)網(wǎng)關(guān)和TCP/IP協(xié)議可將WorldFIP連接到更高層次的網(wǎng)絡(luò)上去。