現場總線是指以工廠內的測量和控制機器間的數字通訊為主的網絡,也稱現場網絡。也就是將傳感器、各種操作終端和控制器間的通訊及控制器之間的通訊進行特化的網絡。原來這些機器間的主體配線是ON/OFF、接點信號和模擬信號,通過通訊的數字化,使時間分割、多重化、多點化成為可能,從而實現高性能化、高可靠化、保養簡便化、節省配線(配線的共享)。
現場總線(Field bus)是近年來迅速發展起來的一種工業數據總線,它主要解決工業現場的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場設備間的數字通信以及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題。由于現場總線簡單、可靠、經濟實用等一系列突出的優點,因而受到了許多標準團體和計算機廠商的高度重視。它是一種工業數據總線,是自動化領域中底層數據通信網絡。
簡單說,現場總線就是以數字通信替代了傳統4-20mA模擬信號及普通開關量信號的傳輸,是連接智能現場設備和自動化系統的全數字、雙向、多站的通信系統。
現場總線的種類:
FF現場總線
1994年由ISP 基金會和World FIP(北美)兩大集團合并成立FF基金會,其宗旨在于開發出符合IEC和ISO標準的、唯一的國際現場總線(Fundation Fieldbus)。低速總線(H1)協議已于1996年發表。已完成開發的高速總線(H2)擬于1998年內發表。1997年5月建立了中國現場總線(FF)專業委員會,并籌建FF現場總線產品認證中心。
目前,FF現場總線的應用領域以過程自動化為主。如:化工、電力廠實驗系統、廢水處理、油田等行業。
LONWORKS總線
LONWORKS現場總線全稱為LONWORKS NetWorks,即分布式智能控制網絡技術,希望推出能夠適合各種現場總線應用場合的測控網絡。目前LONGWORKS應用范圍廣泛,主要包括工業控制、樓宇自動化、數據采集、SCADA系統等。國內主要應用于樓宇自動化方面。
CANBUS現場總線
CANBUS現場總線已由ISO/TC22技術委員會批準為國際標準IOS 11898(通訊速率小于1Mbps)和ISO11519(通訊速率小于125Kbps)。CANBUS主要產品應用于汽車制造、公共交通車輛、機器人、液壓系統、分散型I/O。另外在電梯、醫療器械、工具機床、樓宇自動化等場合均有所應用。
P-NET現場總線
P-NET現場總線籌建于己于1983年。1984年推出采用多重主站現場總線的第一批產品。1986年通信協議中加入了多重網絡結構和多重接口功能。1987年推出P-NET的多重接口產品。1987年P-NET標準成為開放式的完整標準,成為丹麥的國家標準。1996年成為歐洲總線標準的一部分(EN 50170 V.1)。1997年組建國際P-NET用戶組織,現有企業會員近百家,總部設在丹麥的Siekeborg,并在德國、英國、葡萄牙和加拿大等地設有地區性組織分部。
P-NET現場總線在歐洲及北美地區得到廣泛應用,其中包括石油化工、能源、交通、輕工、建材、環保工程和制造業等應用領域。
市場競爭能力,得到了較好的發展。
工業現場總線有哪些?
INTERBUS現場總線
INTERBUS是德國Phoenix公司推出的較早的現場總線,2000年2月成為國際標準IEC61158。INTERBUS采用國際標準化組織ISO的開放化系統互聯OSI的簡化模型(1,2,7層),即物理層、數據鏈路層、應用層,具有強大的可靠性、可診斷性和易維護性。其采用集總幀型的數據環通信,具有低速度、高效率的特點,并嚴格保證了數據傳輸的同步性和周期性;該總線的實時性、抗干擾性和可維護性也非常出色。INTERBUS廣泛地應用到汽車、煙草、倉儲、造紙、包裝、食品等工業,成為國際現場總線的領先者。
WorldFIP現場總線
90~91年FIP現場總線成為法國國家安全標準。96年成為歐洲標準(EN 50170 V.3)。下一步目標是靠近IEC標準,現在技術上已做好充分準備。WorldFIP國際組織在北京設有辦事處,即WorldFIP中國信息中心,負責中國的技術支持。WorldFIP現場總線采用單一總線結構來適應不同應用領域的需求,不同應用領域采用不同的總線速率。過程控制采用31.25Kbit/s,制造業為1M bit/s,驅動控制為1-2.5Mbit/s。采用總線仲裁器和優先級來管理總線上(包括各支線)的各控制站的通信。可進行1對1、1對多點(組)、1對全體等多重通信方式。在應用系統中,可采用雙總線結構,其中一條總線為備用線,增加了系統運行的安全性。
WorldFIP現場總線適用范圍廣泛,在過程自動化、制造業自動化、電力及樓宇自動化方面都有很好的應用。
CC-Link現場總線
CC-Link是Control&CommunicationLink(控制與通信鏈路系統)的縮寫,在1996年11月,由三菱電機為主導的多家公司推出,其增長勢頭迅猛,在亞洲占有較大份額,目前在歐洲和北美發展迅速。在其系統中,可以將控制和信息數據同時以10Mbit/s高速傳送至現場網絡,具有性能卓越、使用簡單、應用廣泛、節省成本等優點。其不僅解決了工業現場配線復雜的問題,同時具有優異的抗噪性能和兼容性。CC-Link是一個以設備層為主的網絡,同時也可覆蓋較高層次的控制層和較低層次的傳感層。2005年7月CC-Link被中國國家標準委員會批準為中國國家標準指導性技術文件。
HART現場總線
HART是HighwayAddressableRemoteTransduer的縮寫。最早由Rosemout公司開發并得到80多家著名儀表公司的支持,于1993年成立了HART通信基金會。這種被稱為可尋址遠程傳感高速通道的開放通信協議,其特點是現有模擬信號傳輸線上實現數字通信,屬于模擬系統向數字系統轉變過程中工業過程控制的過渡性產品,因而在當前的過渡時期具有較強的。
Devicenet現場總線
Devicenet是一種低成本的通訊總線。它將工業設備(如:限位開關,光電傳感器,閥組,馬達啟動器,過程傳感器,條形碼讀取器,變頻驅動器,面板顯示器和操作員接口)接到網絡,從而消除了昂貴的硬接線成本。直接互連性改善了設備間的通訊,并同時提供了相當重要的設備級診斷功能,這是通過硬接線I/O接口很難實現的。
CAN現場總線
CAN是控制網絡ControlAreaNetwork的簡稱,最早由德國BOSCH公司推出,用于汽車內部測量與執行部件之間的數據通信。其總線規范現已被ISO國際標準組織制訂為國際標準,得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持,已廣泛應用在離散控制領域。CAN協議也是建立在國際標準組織的開放系統互連模型基礎上的,不過,其模型結構只有3層,只取OSI底層的物理層、數據鏈路層和頂上層的應用層。其信號傳輸介質為雙絞線,通信速率最高可達1Mbps/40m,直接傳輸距離最遠可達10km/kbps,可掛接設備最多可達110個。
Profibu現場總線
Profibus是作為德國國家標準DIN19245和歐洲標準prEN50170的現場總線。ISO/OSI模型也是它的參考模型。由Profibus-Dp、Profibus-FMS、Profibus-PA組成了Profibus系列。DP型用于分散外設間的高速傳輸,適合于加工自動化領域的應用。FMS意為現場信息規范,適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等一般自動化,而PA型則是用于過程自動化的總線類型,它遵從IEC1158-2標準。該項技術是由西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理層、數據鏈路層,由這兩部分形成了其標準第一部分的子集,DP型隱去了3~7層,而增加了直接數據連接擬合作為用戶接口,FMS型只隱去第3~6層,采用了應用層,作為標準的第二部分。PA型的標準目前還處于制定過程之中,其傳輸技術遵從IEC1158-2(1)標準,可實現總線供電與本質安全防爆。
LonWorks現場總線
LonWorks現場總線是美國Echelon公司1992年推出的局部操作網絡,最初主要用于樓宇自動化,但很快發展到工業現場網。LonWorks技術為設計和實現可互操作的控制網絡提供了一套完整、開放、成品化的解決途徑。LonWorks技術的核心是神經元芯片(NeuronChip)。該芯片內部裝有3個微處理器:MAC處理器完成介質訪問控制;網絡處理器完成OSI的3~6層網絡協議;應用處理器完成用戶現場控制應用。它們之間通過公用存儲器傳遞數據。在控制單元中需要采集和控制功能,為此,神經元芯片特設置11個I/O口。這些I/O口可根據需求不同來靈活配置與外圍設備的接口,如RS232、并口、定時/計數、間隔處理、位I/O等。
FF現場總線
FF現場總線基金會是由WORLDFIPNA(北美部分,不包括歐洲)和ISPFoundation于1994年6月聯合成立的,它是一個國際性的組織,其目標是建立單一的、開放的、可互操作的現場總線國際標準。這個組織給予了IEC現場總線標準起草工作組以強大的支持。這個組織目前有l00多成員單位,包括了全世界主要的過程控制產品及系統的生產公司。1997年4月這個組織在中國成立了中國儀協現場總線專業委員會(CFC)。致力于這項技術在中國的推廣應用。FF成立的時間比較晚,在推出自己的產品和把這項技術完整地應用到工程上相對于PROFIBUS和WORLDFIP要晚。但是正由于FF是1992年9月成立的,是以FisherRosemount公司為核心的ISP(可互操作系統協議)與WORLDFIPNA兩大組織合并而成的,因此這個組織具有相當實力:目前FF在IEC現場總線標準的制訂過程中起著舉足輕重的作用。
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