【測控專業(yè)英語】FieldbusesandInteroperability控制系統(tǒng)集成與互操作性

【測控專業(yè)英語】FieldbusesandInteroperability控制系統(tǒng)集成與互操作性第一頁，共34頁。WordsandExpressionsfieldbus現(xiàn)場總線interoperability互用性，協(xié)同工作能力drivecontroller驅(qū)動控制器regulator調(diào)節(jié)器；穩(wěn)壓器;調(diào)節(jié)閥client-servermodel客戶端-服務(wù)器模型distributedreal-timesystem分布式實時系統(tǒng)timeliness合時，時layerstructure層次結(jié)構(gòu)spinalcolumn

脊柱hierarchicalorganization等級結(jié)構(gòu)，分層結(jié)構(gòu)2第二頁，共34頁。WordsandExpressionsfunctionalarchitecture

功能體系結(jié)構(gòu)operationalarchitecture

操作體系結(jié)構(gòu)application

應(yīng)用程序entity

實體statevalue狀態(tài)值，狀態(tài)變量time-constrainedcommunication

(受)時(間)約(束)的Standardization標(biāo)準(zhǔn)化

3第三頁，共34頁。Maincontent

FieldbusesandInteroperability1Fieldbus2Standardization34第四頁，共34頁。

Inthelastsixoreightyears,theword‘fieldbus’hasbeenverywidelyused.Itscommonmeaningis“anetworkforconnectingfielddevicessuchassensors,andfieldcontrollerssuchasPLCs,regulatorsdrivecontrollersandsoon”.

在過去的6~8年,“fieldbus”這一詞被非常廣泛地使用?，F(xiàn)場總線是諸如傳感器這樣的連接現(xiàn)場的設(shè)備及如PLC、調(diào)節(jié)閥驅(qū)動控制器等現(xiàn)場控制器的網(wǎng)絡(luò)。FieldbusesandInteroperability5第五頁，共34頁。

Butthisisonlyaninformaldefinition,andthispaperwilldefinethefieldbusservicesandtheirqualitiesofservicemoreprecisely.

但是，這僅僅是一個非正式的定義，文章更精確地定義了現(xiàn)場總線服務(wù)及他們的服務(wù)品質(zhì)。

Afieldbusisatypeofrealtimecommunicationsystem,and,isthenbasedonlayeredstructurededucedfromtheOSIseven-layermodel(Zimmermann,1980)?，F(xiàn)場總線是從OSI7層模型中推導(dǎo)出的基于分層結(jié)構(gòu)模型的實時通信系統(tǒng)。FieldbusesandInteroperability6第六頁，共34頁。

However,manychoicesarepossibleineachofthelayers,bothfortheservicesandfortheprotocols.

然而，對于服務(wù)和協(xié)議，在每個層中有很多潛在性的選擇。

Someoftheservicesdefinedforeachfieldbusareverysimilar(theyallowthecommunicationofdatabetweenthevariousdevices),buttheprotocolschosenprovidedifferentqualitiesofservice,essentiallyintermoftimeliness.為每種現(xiàn)場總線定義的一些服務(wù)是非常相似的（他們允許在各種的設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通訊)，但協(xié)議的選擇本質(zhì)依據(jù)時效性去提供不同服務(wù)品質(zhì)。FieldbusesandInteroperability7第七頁，共34頁。

Otherservicesdependontheapproachthathadledtoagivenfieldbusspecificationor,inotherwords,dependontheprimaryobjectivesofthedesigners,whichmaybeexpressedasfollows:

其他服務(wù)取決于一個導(dǎo)致了給定的現(xiàn)場總線規(guī)范的方法，或者換句話說，依賴于設(shè)計師的最初的目的，可以如下表示：FieldbusesandInteroperability

afieldbusisonlyanetworkforsimplifyingthewiringbetweendevices,orafieldbusisthespinal

columnofadistributedreal-timesystem.現(xiàn)場總線僅僅是一個簡化設(shè)備之間布線的網(wǎng)絡(luò)，或者說現(xiàn)場總線是的一個分布式實時系統(tǒng)的脊柱。8第八頁，共34頁。

Thefieldbuswasinitiallypresentedatitsbeginning,asthenetworkatthebottomlevelinaCIMarchitecture,thehierarchicalorganizationofanautomationsystemderivedformtheMAPtask

force.Today,thesituationisratherdifferent.CIM:ComputerIntegratedManufacturing計算機集成制造MAP：ManufacturingAutomationProtocol生產(chǎn)自動化協(xié)議

在開始現(xiàn)場總線技術(shù)被最初的提出作為在計算機集成制造結(jié)構(gòu)中底層的網(wǎng)絡(luò)，自動化系統(tǒng)的等級結(jié)構(gòu)來自于生產(chǎn)自動化協(xié)議工作組。今天，這樣的形勢是相當(dāng)不同的。FieldbusesandInteroperability9第九頁，共34頁。

Firstly,thestrictlypyramidalmodelofautomationsystemsisnowrecognizedasnotbeingwellsuitedtoexplainingormodelingallcommunicationaspects.首先,自動化系統(tǒng)的嚴(yán)格金字塔模型是目前公認(rèn)的不是很適合所有通信方面解釋或建模。FieldbusesandInteroperability

Indeed,itisnecessarytodistinguishthefunctionalarchitecturefromtherealoroperationalarchitecture(Simonot-Lionetal.,1995).事實上，從真實的操作體系結(jié)構(gòu)中區(qū)分功能體系結(jié)構(gòu)是必要的。10第十頁，共34頁。

Thereforea3-axismodelhasbeendefined,inordertoexplainthedifferentfunctionalexchangesofinformationinanautomationsystem.

因此，在自動化系統(tǒng)中為了解釋不同功能的信息交換，定義了一個3軸模型。FieldbusesandInteroperability

Thecompleteapplicationisstructuredinentities,providingdifferentlevelsofservice,andinflowsbetweentheseentities(Simonot-Lionetal.,1995).

在實體中構(gòu)造了一個完整的應(yīng)用程序，提供不同的服務(wù)水平，并在這些實體之間流動。11第十一頁，共34頁。

Twotypesoftrafficmaybeidentified.Theso-called‘verticaltraffic’iscomposedofrequestsfromanupperentitytoalowerone,andofconfirmationsassociatedwiththerequestsinasimilarwayasinthe“client-server”model.識別兩種類型的通信。所謂的‘縱向通信’是由一個從上到下實體的請求信息和以類似的方式依照“客戶端-服務(wù)器”模式與請求信息相關(guān)的確認(rèn)信息組成的。FieldbusesandInteroperability12第十二頁，共34頁。

Intheothersense(bottom-up),requestsarecalled“indication”andconfirmations,“responses”.

在另一個意義上(由下而上的實體)，請求信息被稱為“指示”，確認(rèn)信息被稱為“響應(yīng)”。

Theso-called“horizontaltraffic”iscomposedofexchangesofdatabetweenentities.Datamaycomprisestatevaluesorevents.所謂的“橫向通信”是由實體之間的數(shù)據(jù)交換組成。數(shù)據(jù)可以由狀態(tài)變量或事件響應(yīng)組成。FieldbusesandInteroperability13第十三頁，共34頁。

Theexchangesarenolongerdefinedaccordingtotheclient-servermodel,butbetweenaproducerandoneormoreconsumers(ThomesseandNoury,1989).Thefieldbusesprovideforoneorbothofthesecommunicationmodels.數(shù)據(jù)交換不再是根據(jù)客戶端-服務(wù)器模式定義而是采用生產(chǎn)者和消費者模式定義?，F(xiàn)場總線提供了一種或兩種通信模式。FieldbusesandInteroperability14第十四頁，共34頁。

Theyhavebeenextendedtoeightmodelsbyacombinationofthepreviousbasicmodelsandthenumberofcommunicatingentities(Vega-SaenzandThomesse,1995).acombinationof

：事物的結(jié)合、綜合、一系列

現(xiàn)場總線通過先前一系列基礎(chǔ)模型和通信實體數(shù)量組合擴展到八種模型。

FieldbusesandInteroperability15第十五頁，共34頁。

Secondly,newnetworkssuchasASI,SDSandDeviceNet,sometimescalled“subfieldbus”“sensorbus”or“devicebus”havebeenintroducedintothearchitecture.ASI：ActuatorSensorInterface執(zhí)行器傳感器接口SDS:SmartDistributedSystem智能分布系統(tǒng)DeviceNet設(shè)備網(wǎng)(ASI、SDS、DeviceNet為三種現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn))

其次,新的網(wǎng)絡(luò)如ASI、SDS和設(shè)備網(wǎng),“現(xiàn)場總線分支”“傳感器總線”或“設(shè)備總線”已經(jīng)被引入結(jié)構(gòu)中。FieldbusesandInteroperability16第十六頁，共34頁。

Theydonotdifferfundamentallyfromtheothers;theyhaveonlybeendesignedinordertoobtainverylow-costconnectionsforareducednumberofsimpleitemsofequipment,andarethenplacedlowerthanthefieldbusesintheoperationalarchitecture.

從根本上他們沒有什么不同，他們僅被設(shè)計以獲得非常廉價的連接以降低簡單的設(shè)備項的數(shù)量，并在操作架構(gòu)中低于現(xiàn)場總線安放。FieldbusesandInteroperability17第十七頁，共34頁。

Thirdly,fieldbusesmaybeusedascellnetworksorcontrol-roomnetworks.Indeed,ifagivenfieldbusprovidesgoodserviceandallowsthemanagementofthetrafficrequiredbyentitieswiththerightqualityofservice,itmaybeusedatdifferentlevelsofthearchitecture.第三，把現(xiàn)場總線用作蜂窩網(wǎng)或是控制室網(wǎng)。事實上，如果一個給定的現(xiàn)場總線提供良好的服務(wù)并根據(jù)具有恰當(dāng)服務(wù)質(zhì)量的實體需求給予通信管理，它可以用于不同層次的結(jié)構(gòu)。FieldbusesandInteroperability18第十八頁，共34頁。Maincontent

FieldbusesandInteroperability1Fieldbus2Standardization319第十九頁，共34頁。Eventhoughmuchworkhasbeencomplete,andeventhoughmanyproductsexits,notalltheproblemhaveyetbeensolved.Someimportanttopicsofcurrentresearcharegivenbelow.盡管很多工作已經(jīng)完成并且許多產(chǎn)品退出，但并不是所有的問題都被解決。下面給出目前研究的重要課題。

FieldbusServices,protocols.Itisnotonlyofconcerntocreatenewservices,butalsotodefinemorepreciselyandformallytime-constrainedservicesandtheirrelatedqualityofservice.服務(wù)，協(xié)議。它不僅僅是對創(chuàng)造新服務(wù)的關(guān)注，而是更精確和正式地定義受時間約束的服務(wù)以及相關(guān)服務(wù)質(zhì)量。20第二十頁，共34頁。

Now,fromaprotocolpointofview,thereisaplacefornewprotocolsandoperatingsystemssomewherebetweencompletelystaticmechanismsandcompletelydynamicones,thatcouldintegratejointschedulingoftasksandmessagesinordertomeet(asfaraspossible)thetimeconstraintsdynamically.現(xiàn)在，從一個協(xié)議的角度看，在介于完全動態(tài)機制和靜態(tài)機制之間的存在一些空間用于存放新的協(xié)議和操作系統(tǒng)，可以整合任務(wù)和信息的聯(lián)合調(diào)度,以滿足(盡可能)動態(tài)的時間限制。Fieldbus21第二十一頁，共34頁。

Indeed,thesolutionschosenforthedesignofallthefieldbusesfavoureitherdynamicbehaviourwithsomeriskofnotmeetingtheconstrainst,orstaticbehaviourtomeettheconstraintsbutwithoutsomuchrobustness.事實上，為所有的現(xiàn)場總線設(shè)計所選擇的方案既有利于一些不滿足約束條件的動態(tài)風(fēng)險行為，也有利于滿足不帶魯棒性約束條件的靜態(tài)行為。Fieldbus22第二十二頁，共34頁。

Thisisaproblemofdynamicdistributedsystemscontrolinwhichthereisstillmuchtobedone.

動態(tài)分布系統(tǒng)控制的問題仍然有許多工作要做。

Conformancetestingandinteroperability.Anotherresearchissueistoimprovetheconformancetestingmethods,includingthecharacterizationofthequalityofService.

一致性測試和互用性。另外的研究課題是如何改進一致性測試方法，包括服務(wù)質(zhì)量的特性。Fieldbus23第二十三頁，共34頁。

ThismaycovertheQoSmodeling,measurementandevaluation,andthedefinitionofconformanceclassesthatarebasednotonlyontheserviceavailability,butalsoontheirQoS(seealso(ISO/IEC,1996)).

QoS=qualityofservice服務(wù)質(zhì)量這可涵蓋服務(wù)質(zhì)量模型、測量與評價，一致性的定義分類不僅基于服務(wù)有效性，而且基于他們服務(wù)質(zhì)量。

Fieldbus

Theinteroperabilityistestedbetweencommunicatingequipment,butthispropertydependsontheapplicationsbeingsupported.

測試通信設(shè)備之間互操作性，但其性能取決于應(yīng)用程序的支持。24第二十四頁，共34頁。

Alsoitisonlyatthe

applicationintegration

stagethatsomeproblemscanbedetected.Forthisreason,itisofmajorinteresttobeabletoprovethisapplicationinteroperabilitybeforeimplementation.也只有在應(yīng)用集成的階段一些問題才可以被檢測出來。因此,它最主要的好處在于能夠證明在執(zhí)行前這個應(yīng)用程序的互操作性。Fieldbus25第二十五頁，共34頁。

Whatisneeded,then,arenotonlymodelsbutalsoamethodologytoconductthedesign,tochooseagivendistribution,andsoon.

那么,它不僅采用模型還采用方法論進行設(shè)計去選擇一個給定的分布是必須的。

Systemdesignmodelingandvalidation.Itwasmentionedearlierthatthefieldbusisthespinalcolumnofautomationsystems.

系統(tǒng)設(shè)計的建模和驗證?，F(xiàn)場總線是自動化系統(tǒng)的脊柱之前已經(jīng)提過。Fieldbus26第二十六頁，共34頁。

Itisknownhowtoproveafieldbusprotocolandtotestanimplementation,buttheprovingorthetestingofacompletesystemisalwaysaproblem.如何證明現(xiàn)場總線協(xié)議和測試現(xiàn)場總線協(xié)議的執(zhí)行情況是眾所周知的,但一個完整的系統(tǒng)驗證或檢測始終是一個問題。

Itwouldbeinterestingtobesurethatasystemdesignedwithafieldbusiscorrectbeforeitsimplementation.

令人關(guān)注的是確保帶有現(xiàn)場總線系統(tǒng)設(shè)計在實施之前是正確的。Fieldbus27第二十七頁，共34頁。

Thatmeansthatitwouldbeimportanttodefinerealisticmodelsoffieldbuses,ofoperatingsystemsandofapplicationsandequipment,thatarewellsuitedforaformalvalidation.

這就意味著詳述帶有現(xiàn)場總線、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和設(shè)備的真實模型是非常重要的，它非常適合正式驗證。Fieldbus28第二十八頁，共34頁。

Itisnowofmajorimportancetoobtainverywellsuitedcomputer-aideddesign

tools,inordertocoverallthestagesfromthespecificationtotheimplementationofagivenapplication,includingvalidationsateachstage,andthentouserealisticmodelsofthefieldbusprotocols,companionstandardsanddistributedapplications.現(xiàn)在最重要的是獲得非常適合計算機輔助設(shè)計的工具，以涵蓋一個給定的應(yīng)用程序中從詳述到執(zhí)行中的所有階段，包括每個階段的確認(rèn)，并使用帶有現(xiàn)場總線協(xié)議、同類標(biāo)準(zhǔn)和分布式應(yīng)用程序