紫金桥浅谈现场总线

　　现场总线是进程操控理论中的热门话题，也是相关范畴的技能热门，遭到了世界范围内的广泛重视。在评论现场总线之前咱们无妨先回想一下进程操控范畴的开展进程以及现场总线的发生布景。这或许会对咱们了解现场总线的实质和开展有所协助。
　　操控体系的开展以及现场总线的发生
　　跟着科学技能的快速开展，进程操控范畴在曩昔的两个世纪里发生了巨大的革新。150多年前呈现的依据5－13psi的气动信号标准（PCS，Pneumatic Control System气动操控体系），标志着操控理论开端构成，但此刻没有有操控室的概念；20世纪50年代，跟着依据0－10mA或4－20mA的电流模仿信号的模仿进程操控体系被提出并得到广泛的运用，标志了电气主动操控年代的到来，三大操控论的建立奠定了现代操控的根底，建立操控室、操控功用别离的形式也一向沿袭至今；20世纪70年代，跟着数字核算机的介入，发生了”集中操控”的中心操控核算机体系，而信号传输体系大部分是仍然沿袭4－20mA的模仿信号，不久人们也发现了伴跟着”集中操控”，该体系存在着易失控、可靠性低的缺陷，并很快将其开展为散布式操控体系（DCS，Distributed Control System散布式操控体系）；微处理器的遍及运用和核算机可靠性的进步，使散布式操控体系得到了广泛的运用，由多台核算机和一些智能外表以及智能部件完结的散布式操控是其最首要的特征，而数字传输信号也在逐渐替代模仿传输信号。跟着微处理器的快速开展和广泛的运用，数字通讯网络延伸到工业进程现场成为可能，发生了以微处理器为中心，运用集成电路替代惯例电子线路，施行信息收集、显现、处理、传输以及优化操控等功用的智能设备。设备之间互相通讯、操控，在精度、可操作性以及可靠性、可保护性等都有更高的要求。由此，导致了现场总线的发生。
　　现场总线的实质和长处
　　1984年，现场总线的概念得到正式提出。IEC（International Electrotechnical Commission,世界电工委员会）对现场总线（Fieldbus）的界说为：现场总线是一种运用于出产现场，在现场设备之间、现场设备和操控设备之间实施双向、串形、多结点的数字通讯技能。
　　不同的安排和不同的人可能对现场总线有着不同的界说，不过通常情况下，咱们公认现场总线的实质　　 表现在以下六个方面：
　　现场通讯网络
　　用于进程主动化和制作主动化的现场设备或现场外表互连的现场通讯网络。
　　现场设备互联
　　依据实践需求运用不同的传输介质把不同的现场设备或许现场外表互相相关。
　　互操作性
　　用户能够依据本身的需求挑选不同厂家或不同类型的产品构成所需的操控回路，然后能够自在地集成FCS。
　　涣散功用块
　　FCS 抛弃了DCS 的输入/输出单元和操控站, 把DCS 操控站的功用块涣散地分配给现场外表, 然后构成虚拟操控站，彻底地完结了涣散操控。
　　通讯线供电
　　通讯线供电方法答应现场外表直接从通讯线上吸取能量, 这种方法供给用于实质安全环境的低功耗现场外表, 与其配套的还有安全栅。
　　敞开式互联网络
　　现场总线为敞开式互联网络，既能够与同层网络互联，也可与不同层网络互联，还能够完结网络数据库的同享。
　　从以上内容咱们能够看到，现场总线表现了散布、敞开、互联、高可靠性的特色，而这些正是DCS体系的缺陷。DCS通常是1对1独自传送信号，其所选用的模仿信号精度低，易受搅扰，坐落操作室的操作员对模仿外表往往难以调整参数和猜测毛病，处于”失控”状况，许多的外表厂商自定标准，互换性差，外表的功用也较单一，难以满意现代的要求，并且简直一切的操控功用都坐落操控站中。FCS则采纳一对多双向传输信号，选用的数字信号精度高、可靠性强，设备也一直处于操作员的长途监控和可控状况，用户能够自在按需挑选不同品牌品种的设备互联，智能外表具有通讯、操控和运算等丰厚的功用，并且操控功用涣散到各个智能外表中去。由此咱们能够看到FCS相对于DCS的巨大进步。
　　也正是因为FCS的以上特色使得其在规划、装置、投运到正常出产都具有很大的优越性：首要因为涣散在前端的智能设备能履行较为杂乱的使命，不再需求独自的操控器、核算单元等，节省了硬件出资和运用面积；FCS的接线较为简略，并且一条传输线能够挂接多了设备，大大节省了装置费用；因为现场操控设备往往具有自确诊功用，并能将毛病信息发送至操控室，减轻了保护作业；一起，因为用户具有高度的体系集成自主权，能够经过比较灵敏挑选适宜的厂家产品；全体体系的可靠性和准确性也大为进步。这一切都协助用户完结了减低装置、运用、保护的本钱，终究到达增加利润的意图。
　　现场总线的现状
　　因为各个国家各个公司的利益之争，尽管早在1984年世界电工技能委员会/世界标准协会（IEC/ISA）就着手开端拟定现场总线的标准，至今一致的标准仍未完结。许多公司也推出其各自的现场总线技能，但互相的敞开性和互操作性还难以一致。现在现场总线商场有着以下的特色：
　　多种现场总线并存
　　现在世界上存在着大约四十余种现场总线，如法国的FIP，英国的ERA，德国西门子公司Siemens的ProfiBus，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，CarloGarazzi公司的Dupline，丹麦ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Arcnet，世界标准安排-基金会现场总线FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美国的DeviceNet与ControlNet等等。这些现场总线大都用于进程主动化、医药范畴、加工制作、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等范畴，大约不到十种的总线占有８０％左右的商场。
　　各种总线都有其运用的范畴
　　每种总线大都有其运用的范畴，比方FF、PROFIBUS-PA适用于石油、化工、医药、冶金等职业的进程操控范畴；LonWrks、PROFIBUS-FMS、DevieceNet适用于楼宇、交通运输、农业等范畴；DeviceNet、PROFIBUS-DP适用于加工制作业，而这些区分也不是肯定的，每种现场总线都力求将其运用范畴扩展，互相浸透。
　　每种现场总线都有其世界安排和支撑布景
　　大多数的现场总线都有一个或几个大型跨国公司为布景并建立相应的世界安排，力求扩展自己的影响、得到更多的商场份额。比方PROFIBUS以Siemens公司为首要支撑，并建立了PROFIBUS世界用户安排WorldFIP以Alstom公司为首要后台，建立了WorldFIP世界用户安排。
　　多种总线成为国家和区域标准
　　为了加强自己的竞赛才能，许多总线都争夺成为国家或许区域的标准，比方PROFIBUS已成为德国标准，WorldFIP已成为法国标准等。
　　设备制作商参加多个总线安排
　　为了扩展自己产品的运用范围，许多设备制作商往往参加不止一个乃至多个总线安排。
　　各个总线互相和谐共存
　　因为竞赛剧烈，并且还没有哪一种或几种总线能一统商场，许多重要企业都力求开发接口技能，使自己的总线能和其他总线相连，在世界标准中也呈现了和谐共存的局势。
　　工业主动化技能运用于各行各业，要求也千变万化，运用一种现场总线技能也很难满意一切职业的技能要求；现场总线不同于核算机网络，人们将会面临一个多种总线技能标准共存的实践世界。技能开展很大程度上遭到商场规律、商业利益的限制；技能标准不仅是一个技能标准，也是一个商业利益的退让产品。而现场总线的关键技能之一是互相的互操作性，完结现场总线技能的一致是一切用户的希望。
　　干流现场总线简介
　　下面就几种干流的现场总线做一简略介绍。
　　1基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF）
　　这是以美国Fisher-Rousemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司拟定的ISP协议和以Honeywell公司为首的联合欧洲等地150余家公司拟定的WorldFIP协议于1994年9月兼并的。该总线在进程主动化范畴得到了广泛的运用，具有杰出的开展前景。
　　基金会现场总线选用世界标准化安排ISO的敞开化体系互联OSI的简化模型（1，2，7层），即物理层、数据链路层、运用层，别的增加了用户层。FF分低速H1和高速H2两种通讯速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通讯间隔可达1900m，可支撑总线供电和实质安全防爆环境。后者传输速率为1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通讯间隔为750m和500m，支撑双绞线、光缆和无线发射，协议符号IEC1158-2标准。FF的物理前言的传输信号选用曼切斯特编码。
　　CAN（ControllerAreaNetwork 操控器局域网）
　　最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散操控范畴，其总线标准已被ISO世界标准安排拟定为世界标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支撑。CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。CAN的信号传输选用短帧结构，传输时间短，具有主动封闭功用，具有较强的抗搅扰才能。CAN支撑多主作业方法，并选用了非破坏性总线裁定技能，经过设置优先级来防止抵触，通讯间隔最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M /1Mbp/s，网络节点数实践可达110个。现在已有多家公司开发了契合CAN协议的通讯芯片。