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1、工控领域最流行的九大现场总线-07-27 11:55:57来源： OFweek工控网我要分享评论投稿订阅导读：现场总线技术的兴起，开辟了工厂底层网络的新天地。它将增进公司网络的迅速发展，为公司带来新的效益，因而会得到广泛的应用，并推动自动化有关行业的发展。 现场总线（Fieldbus）是20世纪80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于现场总线技术过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基本，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一种基层网络，并且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、
2、计算机、数字通讯等技术为重要内容的综合技术，已经受到世界范畴的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统构造与设备的深刻变革。国际上许多实力、有影响的公司都先后在不同限度上进行了现场总线技术与产品的开发。现场总线设备的工作环境处在过程设备的底层，作为工厂设备级基本通讯网络，规定具有合同简朴、容错能力强、安全性好、成本低的特点：具有一定的时间拟定性和较高的实时性规定，还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息互换频繁等特点。由于上述特点，现场总线系统从网络构造到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS现场总线控制系统。人们一般把50年
3、代前的气动信号控制系统PCS称作第一代，把420mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统，一方面，突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、原则化的解决方案，克服了封闭系统所导致的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统构造，变成了新型全分布式构造，把控制功能彻底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最明显的特性。现场总线技术展望与发展趋势现场总线技术的发展应体现为两个方面：一种是低速现场总线领域的继续发展和完善；另
4、一种是高速现场总线技术的发展。目前现场总线产品重要是低速总线产品，应用于运营速率较低的领域，对网络的性能规定不是很高。从应用状况看，无论是FF和Profibus，还是其她某些现场总线，都能较好地实现速率规定较慢的过程控制。因此，在速率规定较低的控制领域，谁都很难统一整个世界市场。而现场总线的核心技术之一是互操作性，实现现场总线技术的统一是所有顾客的愿望。此后现场总线技术如何发展、如何统一，是所有生产厂商和顾客十分关怀的问题。高速现场总线重要应用于控制网内的互连，连接控制计算机、PLC等智能限度较高、解决速度快的设备，以及实现低速现场总线网桥间的连接，它是充足实现系统的全分散控制构造所必须的。目
5、前这一领域还比较单薄。因此，高速现场总线的设计、开发将是竞争十分剧烈的领域，这也将是现场总线技术实现统一的重要机会。而选择什么样的网络技术作为高速现场总线的整体框架将是其首要内容。发呈现场总线技术已成为工业自动化领域广为注的焦点课题，国际上现场总线的研究、开发，使测控系统冲破了长期封闭系统的禁锢，走上开放发展的征程，这对中国现场总线控制系统的发展是个极好的机会，也是一次严峻的挑战。自动化系统的网络化是发展的大趋势，现场总线技术受计算机网络技术的影响是十分深刻的。目前网络技术日新月异，发展十分迅猛，某些具有重大影响的网络新技术必将进一步融合到现场总线技术之中，这些具有发展前景的现场总线技术有；智
6、能仪表与网络设备开发的软硬件技术；组态抗术，涉及网络拓扑构造、网络设备、网段互连等；网络管理技术，涉及网络管理软件、网络数据操作与传播；人机接口、软件技术；现场总线系统集成技术。由于目前自动化技术从单机控制发展到工厂自动化FA，发展到系统自动化。工厂自动化信息网络可分为如下三层构造：工厂管理级、车间监控级、现场设备级，而现场总线是工厂底层设备之间的通信网络。这里先简介一下以太网，本文特指工业以太网，工业以太网是作为办公室自动化领域衍生的工业网络合同，按习惯重要指IEEE802.3合同，如果进一步采用TCP/IP合同族，则采用“以太网+TCP/IP”来表达，其技术特点重要适合信息管理、信息解决系
7、统，并在IT业得到了巨大的成功。在工厂管理级、车间监控级信息集成领域中，工业以太网已有不少成功的案例，在设备层对实时性没有严格规定场合也有许多应用。由于现场总线目前种类繁多，原则不一，诸多人都但愿以太网技术能介入设备低层，广泛取代既有现场总线技术，施耐德公司就是该想法的积极倡导者和实践者，目前已有一批工业级产品问世和实际应用。可是就目前而言，以太网还不可以真正解决实时性和拟定性问题，大部分现场层仍然会首选现场总线技术。由于技术的局限和各个厂家的利益之争，这样一种多种工业总线技术并存，以太网技术不断渗入的现状还会维持一段时间。顾客可以根据技术规定和实际状况来选择所需的解决方案。现场总线技术的兴起
8、，开辟了工厂底层网络的新天地。它将增进公司网络的迅速发展，为公司带来新的效益，因而会得到广泛的应用，并推动自动化有关行业的发展。市面上最等流行的九大现场总线目前国际上有40多种现场总线，但没有任何一种现场总线能覆盖所有的应用面，按其传播数据的大小可分为3类：传感器总线（sensorbus），属于位传播；设备总线（devicebus），属于字节传播；现场总线，属于数据流传播。下面让我一起去结识这九种现再总线。1、FF现场总线FF现场总线基金会是由WORLDFIPNA（北美部分，不涉及欧洲）和ISPFoundation于1994年6月联合成立的，它是一种国际性的组织，其目的是建立单一的、开放的、可
9、互操作的现场总线国际原则。这个组织予以了IEC现场总线原则起草工作组以强大的支持。这个组织目前有l00多成员单位，涉及了全世界重要的过程控制产品及系统的生产公司。1997年4月这个组织在中国成立了中国仪协现场总线专业委员会（CFC）。致力于这项技术在中国的推广应用。FF成立的时间比较晚，在推出自己的产品和把这项技术完整地应用到工程上相对于PROFIBUS和WORLDFIP要晚。但是正由于FF是1992年9月成立的，是以FisherRosemount公司为核心的ISP（可互操作系统合同）与WORLDFIPNA两大组织合并而成的，因此这个组织具有相称实力：目前FF在IEC现场总线原则的制定过程中起
10、着举足轻重的作用。现场总线基金会自成立以来，通过十年的发展，已经形成了一种开放的、全数字化的工业通信系统，并在上世纪末开始进入中国市场，推动了中国的工业自动化技术进步，并开始了大型全区域系统集成的应用。一种开放式的总线合同，很重要的一点就是有多少设备支持这个合同。否则，这个合同的开放性就没故意义了。在无线和远程I/O管理方面，现场总线基金会发布了基金会远程运营管理初步规范。新的技术规范是基金会面向无线和远程I/O进行远程运营管理解决方案的一部分，面向远程运营管理设备定义了代表基金会HART设备的现场总线变送器模块。该模块可以显示有线HART及无线HART设备。此外，该规范还描述了通过基金会高速
11、以太网（HSE）传播基本HART命令合同接触HART设备进行配备和资产管理的抱负措施。规范也对在连接基金会远程运营管理设备的有线多触点网络和无线HART网络中辨认和维护HART设备状态的构造进行了定义。“新的变送器模块规范将会使那些需要将HART和无线HART设备连入基金会现场总线、提高其与控制系统或者基金会设备的最后顾客受益，”现场总线基金会技术开发总监DaveGlanzer说道：“她们也许会需要对资产管理采用一种网络化的措施，连接大量的HART和无线HART设备，进行配备和维护。”在现场总线基金会架构内部，H1和HSE可以提供分布式功能模块的能力，与HSE一起形成容量更大的通道，加快数据传
12、播和传播量。基金会远程运营管理的开发，为有线及无线HSE主干网络建立了一种开放式、非专利性的规范，可以通过接口将不同的基金会远程运营管理设备和无线现场设备网络进行集成。使用高速HSE连接，可以高效的将模块化的数字和模拟现场I/O设备大幅度集中到控制室当中。通过使用诸如智能远程终端单元（RTU）此类HSE设备功能，这项技术可以将多种形式的老式I/O轻而易举的融入到自然的现场总线环境当中。这一解决方案在同一种以太网络上可以同步支持数字输入、数字输出、模拟输入、模拟输出和H1现场总线。2、LonWorks现场总线LonWorks现场总线是美国Echelon公司1992年推出的局部操作网络,最初重要用
13、于楼宇自动化,但不久发展到工业现场网。LonWorks技术为设计和实现可互操作的控制网络提供了一套完整、开放、成品化的解决途径。LonWorks技术的核心是神经元芯片(NeuronChip)。该芯片内部装有3个微解决器:MAC解决器完毕介质访问控制;网络解决器完毕OSI的36层网络合同;应用解决器完毕顾客现场控制应用。它们之间通过公用存储器传递数据。在控制单元中需要采集和控制功能,为此,神经元芯片特设立11个I/O口。这些I/O口可根据需求不同来灵活配备与外围设备的接口,如RS232、并口、定期/计数、间隔解决、位I/O等。LonWorks提供的不仅仅是一套高性能的神经元芯片,更重要的是,它提
14、供了一套完整的开发平台。工业现场中的通信不仅要将数据实时发送、接受,更多的是数据的打包、拆包、流量解决、出错解决。这使控制工程师不得不在数据通信上投入大量精力。LonWorks在这方面提供了非常和谐的服务,提供了一套完整的建网工具LonBuild。一方面,它提供了一套C语言的编译器,从而大大减少了开发时间。在这个编译器中,提供了对11个I/O非常详尽的库函数。在通信方面,它也提出了一种全新的概念网络变量。通过网络变量,网络上的通信只需将有关节点上的网络变量连接一下即可。网络变量是应用程序定义的一种特殊静态变量,可以是ANSIC所定义的多种类型,也可以是自定义类型,还可以规定优先级、响应方式等。
15、网络变量被定义为输入或输出,当定义为输出的网络变量被赋予新值时,与该输出变量相连的输入网络变量就会被立即赋予同样的新值。此外,LonBuild还集成开发环境和编译于一体,具有C调试器,可在多种仿真器上调试应用程序,并具有网络合同分析和通信分析的功能。自80年代末以来，多种现场总线技术已逐渐形成其影响并在某些特定的应用领域显示了自己的优势。它们各有优势，显示出较强的生命力。例如基金会现场总线（FF）是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的技术。PROFIBUS是德国国标DIN19245和欧洲原则EN50170的现场总线原则。该系列有DPFMSPA三种型号，其中DP型合用于加工自动化领域
16、；FMS型合用于纺织楼宇自动化，可编程控制器低压开关等；PA型则用于过程自动化。CAN最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。HART最早由ROSEmount公司开发并行到80多家出名仪表公司的支持，是在既有模拟信号传播线上实现数字信号的通信。由于它们在各自范畴内各自为政，不可避免地限制了整个系统的发展，不利于整个系统的系统集成，而我公司开发出的Lonworks产品，分别在酿酒电力建筑工业自动化和化工行业中应用并获得良好的效果。随着国内社会主义现代化建设进程的不断推动，国内在智能化领域的需求日益剧增。而国际上既有的其她类现场总线所存在的固有局限性，使得它们在应用时受到这样那样的约束。LON总线则综合了当今现场总线的多种功能，同步具有了局域网的某些特点，使得它被广泛地应用于航空
