現(xiàn)場總線技術(shù)

1、第四章 現(xiàn)場總線技術(shù)談英姿東南大學自控系工業(yè)自動化教研室內(nèi)容題要概述現(xiàn)場總線標準化的發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)場總線的標準化幾種流行的現(xiàn)場總線技術(shù)現(xiàn)場總線發(fā)展展望概述什么是現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)特點現(xiàn)場總線的技術(shù)特征現(xiàn)場總線的分類什么是現(xiàn)場總線根據(jù)國際電工委員會61158標準定義,現(xiàn)場總線是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線.現(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場儀表與控制室系統(tǒng)之間的一種開放、全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)。 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是建立在現(xiàn)場總線技術(shù)基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)扁平化，具有開放性、可互操作性、常規(guī)控制功能徹底分散、有統(tǒng)一的控制策略組態(tài)方法的新一代的分散型

2、控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)特點現(xiàn)場總線模型結(jié)構(gòu)一般的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)只采用三層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層；最簡單的只有前兩層，復(fù)雜一點的外加一個應(yīng)用層?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型主從型；C/S型環(huán)型通信型現(xiàn)場總線的技術(shù)特征功能上管理集中，控制分散；結(jié)構(gòu)上橫向分散、縱向分級；快速實時響應(yīng)能力；互操作性；高可靠性；快速實時響應(yīng)能力快速實時響應(yīng)能力的要求傳輸速率不高于1Mbps響應(yīng)時間為0.010.5s具有處理隨機事件的能力提高實時性的措施高可靠性硬件嚴格篩選；軟件簡單易用；在線快速排除故障；獨立的局部數(shù)據(jù)庫；容錯技術(shù)和冗余技術(shù)現(xiàn)場總線的分類按照與其傳送的平均數(shù)據(jù)分組（data packet）長度相關(guān)的復(fù)雜程

3、度分，現(xiàn)場總線又可分為四類：傳感器層：信息量小、響應(yīng)快、位傳輸設(shè)備層：可靠性高、響應(yīng)快、字節(jié)傳輸控制層：信息量大、可靠性高、信息傳輸信息層：信息量大、集成度高、文件傳輸現(xiàn)場總線標準化的發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)場總線國際標準化體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線系統(tǒng)安全規(guī)范“本安”的概念功能塊與設(shè)備描述規(guī)范現(xiàn)場總線國際標準化體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線國際標準協(xié)議IEC62026低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備技術(shù)委員會第1部分：一般要求第2部分：執(zhí)行/傳感器接口ASI第3部分：電器設(shè)備網(wǎng)絡(luò)DeviceNet第4部分：LonTalk（已取消）第5部分：智能化分布系統(tǒng)SDS第6部分：串行多路控制總線SMCB現(xiàn)場總線系統(tǒng)安全規(guī)范功能塊與設(shè)備描述規(guī)范現(xiàn)場設(shè)

4、備信息格式及功能描述規(guī)范稱為”行規(guī)”(Profile), 行規(guī)可有效實現(xiàn)各種現(xiàn)場設(shè)備應(yīng)用層互聯(lián)。 功能塊的應(yīng)用功能塊的結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線的標準化現(xiàn)場總線標準化情況多標準并存現(xiàn)場總線國際標準IEC61158中采用的8種類型，以及其他一些現(xiàn)場總線，如Lonworks等，將在今后一段時間內(nèi)共同發(fā)展，并相互競爭相互取長補短。此外；國際跨國公司除了從事他們所支持的現(xiàn)場總線技術(shù)的研究與開發(fā)，還兼顧其他總線的應(yīng)用。 現(xiàn)場總線標準FFControlNetProfibusP-NETFFHSESwiftNetWorldFIPINTERBUSFFHSE支持單位:現(xiàn)場總線基金會(Fisher-Rosemount等100多家

5、公司)。準:IEC61158;IEC61784;IEC61131-3;IEEE80和RFC894的工業(yè)標準以太網(wǎng);IETF(互聯(lián)網(wǎng)管理任務(wù)要點)。應(yīng)用領(lǐng)域:流程工業(yè)及其它工業(yè)控制。使用情況:艾默生等公司(4家)已有產(chǎn)品通過注冊。主要性能特點IEC支持，開放性好，可互操作性好;使用工業(yè)級的以太網(wǎng)、集線器、交換機等設(shè)備;網(wǎng)絡(luò)層使用IP行規(guī)，傳輸層使用TCP、VDP(用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，即為IEIF標準下768項協(xié)議)行規(guī);作為FCS的主干網(wǎng)絡(luò)，可局域網(wǎng)冗余，設(shè)備冗余。FF支持單位:現(xiàn)場總線基金會(Fisher-Rosemount等100多家公司)。標準:IEC61158;IEC61784。應(yīng)用領(lǐng)域:流

6、程工業(yè)及其它工業(yè)控制。使用情況:已有試點工程投入運行。多家生產(chǎn)各種有FFH1接口的產(chǎn)品，可以滿足系統(tǒng)集成要求。 FF主要性能特點IEC支持，開放性好，可互操作性好;多種傳輸介質(zhì);傳輸速率31.25kbit/s;支持本質(zhì)安全防爆;有數(shù)據(jù)鏈路網(wǎng)橋連接與HSE相連。ProfibusProfibus-DPProfibus-PAProfibus-FMSProfibus-DPProfibus-DP支持單位:西門子公司Profibus國際組織(PI)，我國有用戶組織或?qū)I(yè)委員會(CPO)。標準:IEC61158; IEC61784; DIN19245;EN50170。應(yīng)用領(lǐng)域:工廠自動化和樓宇自動化。使用情

7、況:應(yīng)用很廣，已有250家生產(chǎn)廠商2000多種產(chǎn)品，已安裝25萬節(jié)點。Profibus-DP主要性能特點傳輸速率范圍很廣，可高速數(shù)據(jù)通信9.6Kbit/s12Mbit/s傳輸介質(zhì):RS-485技術(shù)雙絞屏蔽銅電纜和光纖傳輸;Profibus-PAProfibus-PA 支持單位:西門子公司Profibus國際組織(PI)，我國有用戶組織或?qū)I(yè)委員會(CPO)。標準:IEC61158; IEC61784;DIN19245;EN50170。應(yīng)用領(lǐng)域:流程工業(yè)。使用情況:應(yīng)用很廣，已有250家生產(chǎn)廠商2000多種產(chǎn)品，已安裝25萬節(jié)點。Profibus-PA主要性能特點用于連接現(xiàn)場儀表，可本質(zhì)安全防爆

8、;可通過耦合器與Profibus-DP相連;Profibus-FMSProfibus-FMS支持單位:西門子公司Profibus國際組織(PI)，我國有用戶組織或?qū)I(yè)委員會(CPO)。標準:IEC61158; IEC61784; DIN19245;EN50170。使用情況:應(yīng)用很廣，已有250家生產(chǎn)廠商2000多種產(chǎn)品，已安裝25萬節(jié)點。Profibus-FMS主要性能特點為單元層和現(xiàn)場層的數(shù)據(jù)通信，為多功能通信;可與Profibus-DP在同一總線上傳輸信息。應(yīng)用領(lǐng)域:工廠級或車間級的通信。WorldFIPWorldFIP世界工廠儀表協(xié)議支持單位:法國Alstom公司(原Honeywell公

9、司為北美參加單位，后與FF合并)。標準:IEC61158;IEC61784;EN50170(FIP為法國國家標準)。應(yīng)用領(lǐng)域:電力工業(yè)、鐵路交通、工業(yè)控制、樓宇自動化。使用情況:應(yīng)用較廣，已有400多種產(chǎn)品。主要性能特點實時工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò);通信速率:31.25Kbit/s,1Mbit/s, 2.5Mbit/s,25Mbit/s;傳輸介質(zhì):屏蔽雙絞線、光纖;層次清晰、簡潔高效，控制信息和非控制信息互不干擾，時空一致，確保同步P-NET支持單位:丹麥Proces-Data公司。標準:IEC61158;IEC61784;EN50179。應(yīng)用領(lǐng)域:奶制品廠、啤酒廠、農(nóng)業(yè)環(huán)境控制、動物飼養(yǎng)系統(tǒng)、瀝青和水泥

10、生產(chǎn)、紡織工業(yè)、太陽能電站、燃料管理系統(tǒng)。使用情況:應(yīng)用歷史較長，在食品工業(yè)和農(nóng)業(yè)、養(yǎng)豬自動化方面，歐洲市場占有率高。P-NET主要性能特點使用屏蔽雙絞線電纜(RS485)，總線分段結(jié)構(gòu)，每段長1200m;通信速率:76.8kbit/s;結(jié)構(gòu)簡單靈活，易于擴展，不采用專用芯片。SwiftNetSwiftNet得到美國波音公司支持。SwiftNet現(xiàn)場總線是一種結(jié)構(gòu)簡單、實時性強的總線，協(xié)議僅包括物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，在標準中沒有定義應(yīng)用層。 INTERBUS支持單位:PhoenixContact公司、INTERBUS用戶協(xié)會和行業(yè)標準化協(xié)會(INTERBUS-CLUB)標準:IEC61158;IEC61784; EN50254;DIN19258。應(yīng)用領(lǐng)域:工業(yè)控制，用于PLC、IPC等現(xiàn)場設(shè)備的連接。汽車制造、生產(chǎn)線、食品工業(yè)、煤礦輸送線、合成纖維、自來水廠。使用情況:應(yīng)用很廣，1000多家生產(chǎn)廠家，2500多種產(chǎn)品，已有450萬節(jié)點50萬系統(tǒng)應(yīng)用實績。INTERBUS主要性能特點環(huán)型拓撲網(wǎng)絡(luò)，通過總線控制板引出主干線外，并具有165分支層;傳輸媒介:銅導(dǎo)線、光導(dǎo)傳輸、其他傳輸(紅外、高頻電環(huán)式);傳輸速率: