建筑物自動(dòng)化的三種總線技術(shù)

建筑物自動(dòng)化的三種總線技術(shù)

摘要：中國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T16-92《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第26章《建筑物自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）》所規(guī)定的模擬和數(shù)字混合的集散型系統(tǒng)（TDS），已面臨更新為全數(shù)字系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。就像工業(yè)自動(dòng)化一樣，建筑物自動(dòng)化市場(chǎng)在技術(shù)接受期曲線上，通常落后于商業(yè)領(lǐng)域技術(shù)應(yīng)用會(huì)有幾年之久……

關(guān)鍵字：建筑物自動(dòng)化總線技術(shù)中國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T16-92《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第26章《建筑物自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）》所規(guī)定的模擬和數(shù)字混合的集散型系統(tǒng)（TDS），已面臨更新為全數(shù)字系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。就像工業(yè)自動(dòng)化一樣，建筑物自動(dòng)化市場(chǎng)在技術(shù)接受期曲線上，通常落后于商業(yè)領(lǐng)域技術(shù)應(yīng)用會(huì)有幾年之久，因此，在商業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)成功運(yùn)用多年的個(gè)人計(jì)算機(jī)和以太網(wǎng)通信，現(xiàn)在卻成為BAS更新途徑的熱門話題。PC-BasedControl和以太網(wǎng)技術(shù)，已經(jīng)開(kāi)始全面進(jìn)入BAS領(lǐng)域。2000年3月，Honewell公司推出的全數(shù)字化閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)DVM，就用PC-BasedVideoServer，類似于商業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的個(gè)人計(jì)算機(jī)式視頻服務(wù)器，取代了傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字混合的CCTV閉路電視矩陣切換器和磁帶錄象設(shè)備；DVM系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換接口把所有攝像機(jī)的視頻信號(hào)直接連入以太網(wǎng)通信，每20臺(tái)攝像機(jī)使用1臺(tái)VideoServer。這種第三代保安監(jiān)控電視的全數(shù)字化CCTV以太網(wǎng)系統(tǒng)，已經(jīng)在澳大利亞悉尼機(jī)場(chǎng)使用。PC機(jī)技術(shù)日新月異的進(jìn)步，使BAS的中央站功能不斷增強(qiáng)；PC機(jī)的商業(yè)軟件，如ODBC、API等等，已成為BAS的標(biāo)準(zhǔn)軟件；基于PC機(jī)技術(shù)的分站不斷發(fā)展。信息領(lǐng)域的以太網(wǎng)技術(shù)對(duì)工業(yè)自動(dòng)化和建筑物自動(dòng)化各個(gè)層面的影響，從上到下。BAS管理層的以太網(wǎng)正在下植到自動(dòng)化層和更低的現(xiàn)場(chǎng)層。BAS三層結(jié)構(gòu)將會(huì)成為以太網(wǎng)"一網(wǎng)到底"的三層網(wǎng)絡(luò)。完成這項(xiàng)"通體透明網(wǎng)絡(luò)"革新的主要技術(shù)，就是以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線。以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線，也可稱為以太網(wǎng)I/O（Input/Output），是控制技術(shù)和信息技術(shù)的完美結(jié)合，性能發(fā)揮到極致，它或許能夠解決工業(yè)自動(dòng)化長(zhǎng)期爭(zhēng)論不休的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題，是商業(yè)技術(shù)影響工控技術(shù)的一個(gè)范例。以總線為脈絡(luò)，分析計(jì)算機(jī)總線、測(cè)控總線和網(wǎng)絡(luò)總線在BAS技術(shù)發(fā)展中分別擔(dān)綱的角色，可以加深對(duì)BAS未來(lái)發(fā)展的了解。1、總線BUS總線一詞，源于計(jì)算機(jī)技術(shù)?？偩€是各種信號(hào)線的集合（包括地址、數(shù)據(jù)、控制、電源等），是各種信息傳輸?shù)耐?，有匯總的涵義。微軟百科詞典定義總線為：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件之間用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊唤M硬件連線（導(dǎo)線）。IBM公司將其簡(jiǎn)稱為用于傳輸信號(hào)或功率的一根或多根導(dǎo)體。在建筑物自動(dòng)化中，BAS總線可解釋為用來(lái)連接中央站分站、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或者各種系統(tǒng)的那些具有導(dǎo)電性的通路，以完成數(shù)據(jù)或信號(hào)的傳輸。以應(yīng)用范圍來(lái)分，BAS總線可劃分為計(jì)算機(jī)總線、測(cè)控總線和網(wǎng)絡(luò)總線、。計(jì)算機(jī)總線用于上位管理計(jì)算機(jī)和中央站內(nèi)部部件的連接。測(cè)控總線用于中央站與分站的連接，分站與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的連接。網(wǎng)絡(luò)總線則是將上位管理計(jì)算機(jī)和中央站、瀏覽器等視為節(jié)點(diǎn)而共同連接在一起的一條多分支線路，將數(shù)據(jù)置于網(wǎng)絡(luò)總線中，數(shù)據(jù)將會(huì)經(jīng)所有的節(jié)點(diǎn)檢測(cè)后，由其指定地址的節(jié)點(diǎn)接收。BAS管理層的以太網(wǎng)就是網(wǎng)絡(luò)總線。當(dāng)以太網(wǎng)下植到自動(dòng)化層和現(xiàn)場(chǎng)層以后，以太網(wǎng)又扮演著測(cè)控總線的角色，在這種背景下，我們借用"網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)"的概念，不免也可以說(shuō)"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"，因?yàn)樗袀鞲衅鳌?zhí)行器、分站、中央站已經(jīng)遍布以太網(wǎng)中，以太網(wǎng)被賦予完成分布式控制兼有普通信息存取的能力，人們可以隨心所欲使用以太網(wǎng)，無(wú)論是進(jìn)行實(shí)時(shí)控制還是傳遞管理信息。瓣蓬泊2離、富標(biāo)塘準(zhǔn)詞化撈S刮t輝a若n顧d勇a夾r問(wèn)d贏i勾z跑a萄t稱i深o習(xí)n邀堆悅暢作吼為版信轟息匆傳腫輸錄通脖路膛的垃總塊線于，牢追文求炸標(biāo)破準(zhǔn)嬌化夕，左是盞各辜種丟總面線岸的焰共懸同絕目問(wèn)標(biāo)著；爐只判有漠標(biāo)腸準(zhǔn)店總疊線蔽，棋才熄能三夠杠支灑持壩更冊(cè)多蕉的志性膀能騎不族同鉛的棗產(chǎn)愁品競(jìng)的韻連霉接為，佛完后成竹更判多匆更傾好霉的翠系玉統(tǒng)迎的挖集疑成火，暫實(shí)成現(xiàn)瘦更垮完浴善毅的親控滑制視和膠管哀理對(duì)，喉因產(chǎn)此達(dá)，逢總鴉經(jīng)綁以歐其媽有某匯票集文性籠能的的浴特防點(diǎn)六，丹尤獎(jiǎng)其荷需蓋要今標(biāo)耗準(zhǔn)酷化漁。嘴標(biāo)虜準(zhǔn)戲總堅(jiān)線遷的俊形僵成搶，督主宵要慘有牌兩口種翻方恭法搬，江一贊種傾是蛇由矮非縫商紫業(yè)搖的進(jìn)或預(yù)政杰府命組緩織朋所惹產(chǎn)姥生嚷的光標(biāo)般準(zhǔn)分，憐目洞的亦在撲于淚使精某徒一兆種獅類沾型獵總服線煌開(kāi)艱發(fā)亞和禽使絲用模規(guī)躲范曉化放，筍例攪如莖R趕S季2舌3科2普C低；塊這竟種斧正界規(guī)弟的環(huán)合遺法章的艙技裁術(shù)勝標(biāo)許準(zhǔn)是，澡是久在縫對(duì)寇已下有錘方錢法箏、坊途罩徑千及美技襲術(shù)隔開(kāi)衡發(fā)賭進(jìn)互行略仔厭細(xì)鳴研激究脅的粘基訴礎(chǔ)遞上駝起億草參，辣并成經(jīng)堤正鉆式蜘批現(xiàn)準(zhǔn)俯后紙產(chǎn)侄生單，想這途種安標(biāo)里準(zhǔn)積通胃常繼包芝括偶著抵一蘆些剝國(guó)綿際室標(biāo)對(duì)準(zhǔn)圣。廈另哨外頂一棄種舌方碎法胞，喊是辦有滑某明一控家涉公話司爺先麥行冒開(kāi)量發(fā)吩出困一畏種揭總鞭線書(shū)技耽術(shù)鋪，遲由亮于芹成攀功融，耳得啟到挽其庸它暫公庭司絮模階仿加和歇廣袍泛義使唉用惱，兵以遮至豐一富偏棟離讀該鹿總課線泳就菜會(huì)閥產(chǎn)飽生竄不過(guò)兼腎容辯問(wèn)采題砍，龍導(dǎo)項(xiàng)致煎產(chǎn)縮品格在垮市久場(chǎng)朗中邪受洪到遭限悄制殺，窮例念如灘現(xiàn)蛇場(chǎng)休總序線濫L菌o扔n澤T無(wú)a殲l份k多喝B闖u蹈s猜；牙這洞類滑事忍實(shí)贏上趙的摩總們線改技粒術(shù)因標(biāo)麻準(zhǔn)因，蘿是燭基塌于副市那場(chǎng)專需糾求電產(chǎn)夕生模而靈形舍成始的述，撇無(wú)難需斷正慘式筐批睬準(zhǔn)球，鉛這雞種開(kāi)標(biāo)臂準(zhǔn)耽通籮常然包來(lái)括窮大傲量糠流甚行竄的呢工帆業(yè)惰標(biāo)模準(zhǔn)除。肝汁搬3貧、字計(jì)命算繁機(jī)伐總德線貫C熊o罰m蒸p外u戶t爭(zhēng)e陜r(jià)涉品B昂u壤s傲垂?jié){中右國(guó)刑行月業(yè)抵標(biāo)博準(zhǔn)面J奴G洲J扣/刪T話1迎6留-鉛9逢2廚第襲2動(dòng)6蜂章懼B確A巡S秒，復(fù)對(duì)幟中魯央踏站斬硬蜜件傘、提組姑態(tài)卸、暮系覽統(tǒng)荒軟仗件倉(cāng)的若規(guī)樓定晉（排2毛6闊.來(lái)4娃.扔2腦6膀.生5革）航非里常搞簡(jiǎn)晝單穿，捏僅夾是侍基務(wù)于擇采械用孝計(jì)延算閃機(jī)悔作闊為雪監(jiān)連控駱中歇心帆的漁一老般錢原述則慚，未如皺應(yīng)庸設(shè)鍬置弟C幣P任U苦、齡C嘆I攏U笑、患C之R德T階、卡打霞印興機(jī)井等廈規(guī)痰定鄙，沈?qū)︾犐狭裎槐」芾Ю砺溆?jì)倆算若機(jī)各則后僅帳限樣于蘭優(yōu)振化色控青制錦與連管撞理爆某澆些母功營(yíng)能傳要活求執(zhí)。膊但時(shí)是茫，葵近很年工來(lái)浙計(jì)盜算阻機(jī)饑技鴨術(shù)鍬發(fā)鬧展畝很碎快倒，貫系綱統(tǒng)碑軟墾件四、亞應(yīng)揀用項(xiàng)軟懂件送、雄存語(yǔ)儲(chǔ)缺系烈統(tǒng)乎、亭處煎理煩器尺技幟術(shù)聰、缺輸畏入動(dòng)輸匠出字系桶統(tǒng)科和謊計(jì)魂算搭機(jī)族結(jié)覺(jué)構(gòu)此，崖都廚是陶如練此搜，瞧其賊中卷，魚(yú)計(jì)糕算托機(jī)惠總算線虧技較術(shù)味與聯(lián)工舟業(yè)己自淚動(dòng)?jì)鸹?、?cè)建舉筑辨物藍(lán)自邊動(dòng)鍬化窗關(guān)忠系食密截切茂，染計(jì)較算基機(jī)睡總?cè)蹙€筋是右計(jì)揪算蛇機(jī)謎系捆統(tǒng)害信發(fā)息月總程通話道致，壇性刪能煙優(yōu)鑒劣預(yù)，妖對(duì)趴B祖A匯S根上辦位的管尼理蟲(chóng)計(jì)姥算棒機(jī)溪和器工等作義站櫻的蹈影垮響扇是床至幫關(guān)茶重捐要另的史。墊因各為改采飄用須先予進(jìn)營(yíng)的杜計(jì)狹算油機(jī)堂總脾線寬，亂可望以勿提嚇高麥工同作漁站陰的科帶藏寬售，墾改笛變茅工碼作汁站池的銀兼交容稈性綠和遍開(kāi)踐放降性利，腎并雪能迷提鳥(niǎo)高點(diǎn)工踐作康站俗的?？晌湛?jī)|性命，息這似對(duì)寄控藥制隙系溝統(tǒng)顛無(wú)象疑進(jìn)是勤最繩重抗要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/洗1貢0恭0陜+留管歇理莫適供配鞭器嘉，剖適慌用滾于匠有祝P石C最I(lǐng)艘總饑線竊的迷臺(tái)流式柄機(jī)爐，創(chuàng)能考自果動(dòng)玉監(jiān)慰聽(tīng)筒集怒線載器任速揀度摩，圣從墳而座自表動(dòng)混選赴擇如1耀0均M疫或憲1兆0弊0愿M性，臘能睛支燦持亞最或新俘的苗連蛙接幻管聰理俱規(guī)夫范捎w繁f再w華2徑.本0戶，殃支鈔持倒所滋有膚的懇主碑要遷操硬作纖系李統(tǒng)術(shù)和嘴網(wǎng)叼絡(luò)室操幅作培系湊統(tǒng)覺(jué)，服W天i框n距N亂T年、臣9奴5巧、肉9山8斜、欺2來(lái)0意0與0題，途N柔e也r課w象a聞r聚e盆、拔U閃N悼I頁(yè)X癥，畢支成持簡(jiǎn)1喬0駁B橡A是S赴-園T京X單，述5較類驗(yàn)U雀T嶄P孩，旬R盒J拋-齊4熊5腔連傾接梯器爽，蹄數(shù)斗據(jù)嶼路俗徑誘寬洞度繭3宴2尊位唱，奏可撥在澤0倡-把5存5振℃斧環(huán)高境敗中妹工順作潮。柄領(lǐng)宵4服．希3蜓膜以慈太耐網(wǎng)肯介滋質(zhì)捆訪撒問(wèn)尸控色制肢（廚M僅A挎C趨）暮C總S挨M燕A呼/澆C練D般載波監(jiān)聽(tīng)多址訪問(wèn)/牽沖綿突罰檢涌測(cè)鄭是類以究太虛網(wǎng)夸搶會(huì)先炎式米信捉息居發(fā)止送法的偏主職要駝技謙術(shù)勸，蒸它占包粒括巾有嘆先涼聽(tīng)泊再撇講日、志無(wú)酸聲魯則恨講遞、涂有確空鹿就何講扭、耳邊敲講片邊哀聽(tīng)求、牢一擊人扯獨(dú)統(tǒng)講欠、呀退振避和三細(xì)舍望等對(duì)信房息條發(fā)飼送家規(guī)懼則視，餓保沖證掀所疼有趴站病點(diǎn)座都柴能藥以毅公估平賭方言式蛙通邀過(guò)科競(jìng)之爭(zhēng)閘來(lái)深訪忽問(wèn)蠻大語(yǔ)家撫共嫁享柔的局以慶太沃網(wǎng)嗚，里雖常然亭難太免炒有湊"飛后凡到串先萄服筐務(wù)圓"魚(yú)的顧現(xiàn)棟象胃，鼻但毫是榴，炒由誰(shuí)于亮C匆S慶M葬A艇/購(gòu)C迅D梢有催一兆套巷完時(shí)整蹈的欠處弦理康沖館突個(gè)的笛方徑法華，灑大順體鍛上企實(shí)烘現(xiàn)墻了淺對(duì)哨網(wǎng)掙絡(luò)覽總翁線炮的否公良平芝訪別問(wèn)婚。澤它挪是凈退旨避辜三字舍商的斯自氣調(diào)很整禁功且能偵，歡保語(yǔ)證豪所辟有程信聲息艱的渾發(fā)李送篩都逐是雷成調(diào)功典的忙，女例支如姨常汽用篩的它一拒種伶沖驢突甘退礦避假延果遲野算錦法盒，魔稱省為發(fā)"童截傲斷誤的皂二嫂進(jìn)憐制巧指賴數(shù)艙回累退嶄（時(shí)E圾B(niǎo)摧E他）罵"裳，嚴(yán)它蒙使屋發(fā)鉤送屯信鳴息螞的傘站悅點(diǎn)疾，便每券沖藍(lán)突閥一陳次尼，輝自肝動(dòng)冷延促遲播一椒個(gè)吊以嶺2顧的里冪健函輝數(shù)來(lái)計(jì)工算鳴的瑞退訓(xùn)避斷時(shí)男間忌，晉用嫌這處種句不今斷技擴(kuò)狼大給回艱退柱時(shí)零間蘋來(lái)盾適咱應(yīng)耳網(wǎng)狂絡(luò)凳流栗量容的胃變仿化西，夜這臣是相一送種斧很宏巧婦妙算的蒙方脫法擺。鋒它套規(guī)釀定憲了塊退失避特也作是縱有竿限糠度偵的且，揀即健最證大驕退葬避潛時(shí)臨間閃以尼2各1然0資倍拐為而限舒，觸忍睛讓舞次甚數(shù)助也泳是番有匯限詢的湖，偏以怠2厭1耽6卵次妙為坊限揪，葬否寬則紅就并會(huì)左丟肆掉駁這薯個(gè)佛屢胳發(fā)梳屢述敗僑以撕太拳岡獸幀慨，橋這蜓種壞情嚇況塘是雕絕猴少界發(fā)逢生胸的庫(kù)，撓除知非粒以督太血網(wǎng)已已徹經(jīng)落癱耕瘓館。以太網(wǎng)每幀發(fā)送之間有一個(gè)固定的間隙64字節(jié)、512位，稱為時(shí)間片，用來(lái)識(shí)別由于沖突而失敗的發(fā)送信息幀碎片（最小幀規(guī)定為64字節(jié)，包括48字節(jié)數(shù)據(jù)），在512位時(shí)間內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)岡所有站點(diǎn)檢測(cè)到載波（有信息發(fā)送）和合法的沖突、信息幀碎片，從而保證以太網(wǎng)能正常工作，不受非有效幀（碎片）的影響。一般談到以太網(wǎng)，主要是指802.3的CSMA/CD協(xié)議，它是以太網(wǎng)的主經(jīng)軟件（其它還幀結(jié)構(gòu)軟件等）此外，以太網(wǎng)還包括以太網(wǎng)接口卡NIC、收發(fā)器、中繼器硬件?？傊?，以太網(wǎng)是一種局域網(wǎng)，是共享總線型局域網(wǎng)（包括集線器Hub網(wǎng)絡(luò)），是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)之一，應(yīng)用最廣泛。4．4以太網(wǎng)與TCP／IP傳輸控制協(xié)議／網(wǎng)際協(xié)議（TCP／IP）是實(shí)踐中產(chǎn)生的解決網(wǎng)絡(luò)互連和異構(gòu)計(jì)算機(jī)之間提供可行的透明通信服務(wù)的一組協(xié)議，它是世界上最大網(wǎng)絡(luò)因特網(wǎng)的基礎(chǔ)。以其公用性和有效性，成為公認(rèn)的開(kāi)放系統(tǒng)。TCP／IP是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，或者簡(jiǎn)稱其為因特網(wǎng)通信協(xié)議。BAS結(jié)構(gòu)圖中，標(biāo)明以太網(wǎng)，是說(shuō)網(wǎng)絡(luò)采用共享總線拓?fù)?，?biāo)明TCP／IP，是說(shuō)數(shù)據(jù)傳輸采用因特網(wǎng)通信協(xié)議。TCP／IP獨(dú)立于特定的計(jì)算機(jī)軟硬件、獨(dú)立于特定的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即使你不接入Internet，用它也是最好的組網(wǎng)方案，所以，我們?cè)诒疚拈_(kāi)始，對(duì)JGJ／T16－92BAS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就標(biāo)明采用TCP／IP，更何況，BAS進(jìn)入Internet也是勢(shì)在必行的事情。TCP／IP協(xié)議有三個(gè)特點(diǎn)，首先它的開(kāi)放性，可以把現(xiàn)行的各種局域網(wǎng)互聯(lián)起來(lái)，其次，它統(tǒng)一了地址規(guī)則，這種IP地址與域名系統(tǒng)的唯一性，保證了因特網(wǎng)走向全球，最后，高層協(xié)議基本標(biāo)準(zhǔn)化，使各種用戶可靠而且便利，這一特點(diǎn)，在工業(yè)自動(dòng)化中，有很好的應(yīng)用，可以把標(biāo)準(zhǔn)化的控制總線協(xié)議，包裝在高層協(xié)議中，使TCP／IP成為工業(yè)控制通信協(xié)議。TCP／IP分成4個(gè)層次：應(yīng)用層--常用的應(yīng)用程序有SMTP（郵件傳送）、NFS（網(wǎng)絡(luò)文件）、NIS（網(wǎng)絡(luò)信息）、SNMNP（網(wǎng)絡(luò)管理）、FTP（文件傳輸）、DNS（域名系統(tǒng)）等，以及工業(yè)自動(dòng)化通信協(xié)議，也可在本層打包，如Moddbus、HoneywellC-Bus等。傳輸層--提供端到端（即應(yīng)用程序之間）的通信，主要功能是信息格式化、數(shù)據(jù)確認(rèn)和丟失重傳等，主要有（TCP傳輸控制協(xié)議）和UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UserDataprogramProtocol，它在工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中看好，它把數(shù)據(jù)先打包，后經(jīng)IP發(fā)送，效率高于TCP）網(wǎng)絡(luò)接口層--不同網(wǎng)或同網(wǎng)中計(jì)算機(jī)之間的通信，處理數(shù)據(jù)報(bào)和路由，主要是IP（網(wǎng)際互連協(xié)議）網(wǎng)絡(luò)接口層--提供與物理網(wǎng)絡(luò)的連接，它包括所有現(xiàn)行的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)標(biāo)準(zhǔn)，最重要的是以太網(wǎng)（802.3系列）。5、測(cè)控總線MeasureandControlBusBAS現(xiàn)場(chǎng)層和自動(dòng)層的總線，可視為測(cè)控總線。JGJ／T16－92第26章BAS26.6.l節(jié)規(guī)定"從現(xiàn)場(chǎng)到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的信號(hào)傳輸，需綜合考慮""（1）簡(jiǎn)化傳輸控制的硬件結(jié)構(gòu)；（2）減少傳輸導(dǎo)線的根數(shù)；（3）弱化維修的技術(shù)難度"，還進(jìn)一步指出了采用的方法"可選用一對(duì)一的傳輸方式、矩陣選碼一公用線傳輸方式或多路復(fù)用技術(shù)的一路通道多方使用的傳輸方式（陣列式傳輸方式）""首先考慮時(shí)分制"等等。反映中國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)控信號(hào)傳輸?shù)闹匾曇约耙蟛捎米钚录夹g(shù)的愿望。在當(dāng)時(shí)的歷史條件下，已經(jīng)把測(cè)控總線闡述得淋漓盡致。自從HGH／TI6頒布近十年來(lái)，測(cè)控信號(hào)傳輸領(lǐng)域發(fā)生了重大的變化，這就是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)所帶來(lái)的深刻變革，對(duì)BAS的影響當(dāng)然也是非常深遠(yuǎn)的。只有現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)才能符合JGJ/T1-92第26.6.1節(jié)規(guī)定的三項(xiàng)要求：最簡(jiǎn)單的傳輸控制，最少的導(dǎo)線根數(shù)，最方便的維修技術(shù)；而且，最重要的是，現(xiàn)場(chǎng)總線帶來(lái)了工業(yè)自動(dòng)化開(kāi)放系統(tǒng)的新局面，減少了自控系統(tǒng)壽命周期成本LifeCycleCost。因此，測(cè)控總線的討論，可以歸納為現(xiàn)場(chǎng)總線的討論。國(guó)際電工委員會(huì)IEC定義現(xiàn)場(chǎng)總線是安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。安裝在控制室內(nèi)的BAS中央站與現(xiàn)場(chǎng)的分站，分站與現(xiàn)場(chǎng)的傳感器，它們之間的信號(hào)傳輸均適用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。換言之，自動(dòng)化層和現(xiàn)場(chǎng)層，采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是歷史發(fā)展的必然。當(dāng)有人提?quot;現(xiàn)場(chǎng)總線是管理控制一體化方案的催化劑"時(shí)（美國(guó)Fisher公司Martin先生），我們深刻體會(huì)這一雋語(yǔ)的豐富內(nèi)涵。5．1現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展歷史1983年，Honeywell公司推出的差分信號(hào)驅(qū)動(dòng)器，成功地在4-20mA直流信號(hào)上疊加了數(shù)字信號(hào)，隨即投入市場(chǎng)的智能化儀表Smart變送器，是現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品的前驅(qū)，這些帶有微處理器芯片的儀表，除了在原由模擬信號(hào)儀表的基礎(chǔ)上增加了復(fù)雜的計(jì)算功能外，還在4-20mA直流信號(hào)上迭加了數(shù)字信號(hào)，使現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間的連接，從模擬信號(hào)過(guò)渡到了數(shù)字信號(hào)。這種工作機(jī)制，成為美國(guó)fisher-Rosemount公司著名的現(xiàn)場(chǎng)總線HART通信協(xié)議的基礎(chǔ)。1984年，美國(guó)儀表協(xié)會(huì)ISA／SO50工作組，開(kāi)始制定現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。IEC也成立現(xiàn)場(chǎng)總線工作組IEC／TC65／SC65C／WG6，開(kāi)始研究現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。1985年，國(guó)際電工委員會(huì)決定由ProwayWorkingGroup負(fù)責(zé)研究現(xiàn)場(chǎng)總線體系結(jié)構(gòu)和制定標(biāo)準(zhǔn)。1986年，德國(guó)推出Profibus過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。1990年，美國(guó)Echelon公司推出LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品。1992年，Siemens、Rosemount、Rosemount、ABB、Foxboro、Yokogawa等80家公司聯(lián)合，成立ISP協(xié)會(huì)，著手在Profibus基礎(chǔ)上制定標(biāo)準(zhǔn)。1993年，Honewell、Bailey等公司成立WorldFIP協(xié)會(huì)，有120家公司參加，準(zhǔn)備以法國(guó)標(biāo)準(zhǔn)FIP（FactorInsrtumentationProtocol）為基礎(chǔ)制定標(biāo)準(zhǔn)。1994年，ISP和WorldFIP北美部份合并，成立FF現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)（FieldbusFoundation）。推動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)。1996年，F(xiàn)F公布了低速總線H1標(biāo)準(zhǔn)。2000年1月4日，IEC宣布現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)以86%贊成、12%反對(duì)通過(guò)，IEC-61158面世。5．2現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC-611588種現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線納入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，如果考慮到世界上已有30多種現(xiàn)場(chǎng)總線，這也還是在統(tǒng)一的路程上，前進(jìn)了一大步。從上表可以看出，8種現(xiàn)場(chǎng)，有8種通信協(xié)議，互不兼容，距離統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線，還有很大距離，雖然這些現(xiàn)場(chǎng)總線在功能上可以互補(bǔ)。為了解決現(xiàn)場(chǎng)總線統(tǒng)一問(wèn)題，借鑒IT行業(yè)的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)，就是第5種類型，即以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線。1998年，在美國(guó)休斯敦召開(kāi)的ISA展覽會(huì)期間，成正了工業(yè)自動(dòng)化開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟IAONA，建議把FF的H2高速現(xiàn)場(chǎng)總線，改成高速以太網(wǎng)HSE，有Honeywell參加的18個(gè)公司31位工程師正在Foxboro公司積極進(jìn)行開(kāi)發(fā)，希望HSE能成為眾望所歸的現(xiàn)場(chǎng)總線。HSE的特點(diǎn)是速度高（100Mbps），數(shù)據(jù)通過(guò)量大，與計(jì)算機(jī)聯(lián)接容易，價(jià)格低。有兩類用途，一類是完成由于計(jì)算量過(guò)大而不適合在現(xiàn)場(chǎng)儀表中進(jìn)行的運(yùn)算，另一類是作為多條低速H1總線或其他網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。HSE是否適用干BAS，是有待研究的事情。在IEC61158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，有歐洲標(biāo)準(zhǔn)建筑物自動(dòng)化系統(tǒng)MBS－TC247推薦的ProfibusFMS總線和WorldFIP總線，但是沒(méi)有歐洲推薦的LonWorks總線和歐洲設(shè)備總線EIB。5．3現(xiàn)場(chǎng)總線的三層結(jié)構(gòu)從IEC61158標(biāo)準(zhǔn)中的8類總線，可以看出現(xiàn)場(chǎng)總線并不需要保持與ISO／OS17層結(jié)構(gòu)一致，只需物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層等三層就可以了。因?yàn)槊嫦蚩刂频男畔⒈容^簡(jiǎn)單，但需要快速而可靠地到達(dá)目的地，七層模式使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換變慢，會(huì)滯后實(shí)時(shí)控制的時(shí)間要求，七層有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)接口成本也較高，同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備也不需要OSI地址。IEC61158還規(guī)定，所有2至8類現(xiàn)場(chǎng)總線，均需對(duì)類型1的FF總線提供接口，但2至8類總線之間，不要求提供接口。5．4以太網(wǎng)作為現(xiàn)場(chǎng)總線的主要問(wèn)題及其解決方法由于以太網(wǎng)802.3采用隨機(jī)式的CSMA/CD信息發(fā)送方式，對(duì)事實(shí)控制來(lái)說(shuō)，就帶來(lái)一?quot;不確定性"問(wèn)題，不能事先預(yù)言測(cè)控信息傳送的時(shí)間，存在著"后到先服務(wù)"現(xiàn)象。而令牌式"排隊(duì)發(fā)言"信息傳送是可以預(yù)言的。要克服這個(gè)缺點(diǎn)，就要提高以太網(wǎng)的傳輸能力。由于10／100BASE－T全雙工交換式以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，基本上解決了CSMA／CD隨即發(fā)送帶來(lái)的"不確定性"問(wèn)題。1990年，智能交換機(jī)的出現(xiàn)，基本上淘汰了信息發(fā)送時(shí)的沖突，而且，智能交換機(jī)的成本不斷下降，為工業(yè)控制實(shí)際應(yīng)用提供了可能。智能交換機(jī)（網(wǎng)絡(luò)開(kāi)關(guān)EtherSwitch），能同時(shí)提供多條數(shù)據(jù)傳輸途徑，功能和電話交換機(jī)相似，使整體吞吐量顯著提高，同時(shí)智能交換機(jī)還使用一種名為"切入法"（CutThrough）的新橋接技術(shù)（常規(guī)橋接是使用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)），是延遲時(shí)間又降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。1993全雙工技術(shù)是以太網(wǎng)可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，理論上又可以使傳輸速度翻上一番，再加上快速以太網(wǎng)的出現(xiàn)，以太網(wǎng)在處理事實(shí)控制方面，已經(jīng)可以做到測(cè)控信息的傳輸不再是"不確定"的，而是有著"良好概率GoodProbability"的表現(xiàn)，能夠適應(yīng)事實(shí)控制的需要。以太網(wǎng)傳送測(cè)控信息的另一個(gè)問(wèn)題是線路"利用率"，線路效率。利用率是指線路用來(lái)成功地傳輸幀的時(shí)間部分。每個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包中那些不代表實(shí)際數(shù)據(jù)部分（同步、地址、字段長(zhǎng)度、錯(cuò)誤檢驗(yàn)）較大，共26個(gè)字節(jié)，這種"開(kāi)銷"使線路利用率下降。在測(cè)控領(lǐng)域，實(shí)際數(shù)據(jù)很短，例如，DI20個(gè)字節(jié)、DO16個(gè)字凇IAO200個(gè)字節(jié)、通信接口500字節(jié)、PID運(yùn)算500字節(jié)、計(jì)數(shù)器4個(gè)字節(jié)等，這樣，當(dāng)使用以太網(wǎng)信息包包裝時(shí)，大量信號(hào)還需要加上填充符才能滿足最小48個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度要求，如DI、DO、計(jì)數(shù)器，因此，效率較低。但是，實(shí)際上，由于爭(zhēng)先式發(fā)送，會(huì)改變效率，計(jì)算指出，如果連續(xù)發(fā)送兩個(gè)64字節(jié)的以太網(wǎng)信息包，效率可以提高到54％。盡管如此，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，仍然重視如何減少"開(kāi)銷"，提高通信效率，例如，在通信協(xié)議中，想已用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP來(lái)取代最常用的傳輸控制協(xié)議TCP，因?yàn)閁DP信息包的包裝比TCP簡(jiǎn)單，只有4個(gè)字節(jié)，而TCP，則是26個(gè)字節(jié)。IEC61158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線HSE高速以太網(wǎng)就考慮采用UDP／IP來(lái)代替TCP／IP。不過(guò)，以太網(wǎng)的高速度，已經(jīng)把這些問(wèn)題全部覆蓋了，就算是以最低速3Mbps有效速率運(yùn)行，一個(gè)100個(gè)字節(jié)的實(shí)時(shí)控制信息，在以太網(wǎng)的傳輸時(shí)間，只有0.336毫秒（[100＋26]×8/3M），對(duì)BAS，已是很理想的數(shù)據(jù)了。5．5TCP／IP作為現(xiàn)場(chǎng)總線的通信協(xié)議的討論TCP／IP協(xié)議是一組協(xié)議，采用四層結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)場(chǎng)總路線三層結(jié)構(gòu)很相似，因此，適用于現(xiàn)場(chǎng)總線。采用TCP／IP的以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線，由于數(shù)據(jù)鏈路層的CSMA／CD，使得數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間是建立?quot;概率"基礎(chǔ)上，但由于以太網(wǎng)線路的改進(jìn)，情況大為改善。TCP／IP是非常流行的技術(shù)，移植到現(xiàn)場(chǎng)總線是順理成章的事，問(wèn)題之一是TCP／IP是為因特網(wǎng)設(shè)計(jì)的，TCP是要處理面對(duì)成千上萬(wàn)的網(wǎng)站，它要處理好這么多路由的連接，只能采取在TCP層，設(shè)置發(fā)送機(jī)和接收機(jī)，提供端到端的可靠的進(jìn)程間的通信，使數(shù)據(jù)報(bào)在傳輸過(guò)程中始終保持連接狀態(tài)，只有雙向通信。TCP才去發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)（雙向通信不是指兩機(jī)器獨(dú)占式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)話，而是說(shuō)兩臺(tái)機(jī)器間有一交互信息流），TCP發(fā)出信號(hào)后，必須等待對(duì)方應(yīng)答信號(hào)，否則會(huì)重發(fā)，這種定向連接協(xié)議，使兩個(gè)端機(jī)經(jīng)常以適當(dāng)?shù)乃俣认嗷ネㄔ挘琓CP傳輸控制在兩個(gè)機(jī)