资质荣誉

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工业自动化系统现场总线技术的现状与展望

  现场总线(Fieldbus)是90年代初国际上发展形成的,用于过程自动化、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础,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。它不仅是一个基层网络,而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术,已经受到世界范围的关注,成为当今自动化领域技术发展的热点。现场总线本质上就是用于现场仪表与控制系统和远程控制调度之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通讯系统。现场总线在制造业、流程工业、电力、交通、楼宇、医药、环保、化工等领域和行业的自动化系统中具有广泛的应用前景。这种开放型的工厂底层控制网络构造了新一代的网络集成式全分布集散控制系统,因而又被誉为自控领域的局域网。

  基金会现场总线,即Foudation Fieldbus,简称FF,这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。它以ISO/OSI开放系统互连模型为基础,取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次,并在应用层上增加了用户层。基金会现场总线Kbps,通信距离可达1900m,可支持总线供电,支持本质安全防爆环境。H2的传输速率为1Mbps和2.5Mbps两种,其通信距离分别为750m和500m。物理传输介质可支持双绞线标准。其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码,从而使串行数据位流中具有足够的定位信息,以保持发送双方的时间同步。

  为满足用户需要,Honeywell、Ronan等公司已开发出可完成物理层和部分数据链路层协议的专用芯片,许多仪表公司已开发出符合FF协议的产品。

  Asi是Siemens开发的一种硬件替代总线从设备)它得到PROFIBUS行业组织(PTO)支持。它将数据和电源集成在单独一根电缆内,数据传输速度较快,31个从设备的循环时间为5ms。Asi结构简单并支持包括星形、线性、分支和树形结构在内的许多网络拓扑。虽然它目前能支持一些摸拟量设备,但它还不能方便地支持诸如条码阅读器、定标器、仪表和操作员接口等串行设备。

  目前,在一些对附加的功能要求不高的场合,诸如食品加工、饮料灌装和药物包装等行业,Asi总线)、Device Net

  Device Net是一种应用层协议,它采用最初由德国的Bosch公司开发的控制器局域联网(CAN)技术,遵循ISO/OSI参考模型,按照该基准模型,它的网络结构划分为三层:物理层、数据链路层和应用层,物理层下面还定义了传输的物理介质。Device Net在同一网段上最多可容纳64个节点,数据传输率为125Kbit/s、250 Kbit/s和500Kbit/s三种。Device Net是一种基于主-从连接的网络,一个主设备需要来自从设备的连接和主-从两个设备的非控制及I/O数据的协商连接。一旦建立了I/O连接,主设备通过使用轮询、循环或状态改变通信模式与从设备通信。最近,已在这种网络内加入了“时间同步”(CIPsync)和Device Net安全网络(CIPsafety)。Device Net没有对等通信。Device Net支持包括从光电监视器到驱动器和质量流控制设备等大量的设备类型。由于其标准得到众多经销商支持,因而产品价格很有竞争性。

  Profibus-DP是一种基于RS-485的I/O网络,运行于12Mbit/s。它是一种主-从结构网络,最多有126节点和244字节信息量。PTO是促进和维持Profibus-DP标准的经销商组织。

  Profibus-DP的12Mbit/s传输速率高于任何一种CAN网络,从而得到众多经销商支持,并有众多产品可供利用。然而,由于它需用一种硬件ASIC,因而当网络规模较小时,费用较高。Profibus-DP得到Siemens的积极支持,而且Siemens的PLC提供内装的连通性,因而目前Profibus-DP独步欧洲工业控制网络市场。一般来说,凡是需用Siemens PLC的地方,Profibus-DP也就成为标准的通信网络。

  ControINet最初是作为Allen-Bradley数据总线的替代产品而开发的。它是DeviceNet和EtherNet/IP的前驱,填补了高确定性网络和可重复性网络之间的间隙。为提高灵活性而设计的这种网络使用户能构想出更好地利用网络带宽的设备配置。ControlNet

  工作于5Mbit/s,并支持几种网络拓扑结构。通讯方式采用在相同导线上的多个主设备的对等报文传送。它采用如同Device Net和EthetNet/IP那样的控制和信息协议(CIP)应用层。ControlNet提供确定性的和可重复的操作,并允许用户构想出用来控制I/O和报文数据的每个报文部分。但与以太网相比,ControlNet传输速率较低。