现场总线系统
全数字串行、双向通信系统
现场总线控制系统(Fieldbus Control System)是一种全数字串行、双向通信系统,用于连接智能现场设备和自动化系统。这种系统在工厂网络的分级中,既是过程控制和智能仪表的局部网,也是在网络上传递控制应用的平台。
定义
现场总线控制系统(FCS)是一种全数字、双向、多站的通信系统,旨在解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信问题,以及这些设备与高级控制系统之间的信息传递问题。
作用
现场总线控制系统在制造业、流程工业、交通、楼宇、电力等多个方面的自动化系统中发挥重要作用。2003年4月,IEC61158 Ed.3现场总线标准第3版正式成为国际标准,规定了包括TS61158在内的10种类型的现场总线。
特征
技术特征
现场总线技术具有以下特征:
1. 全数字化通信
2. 开放型的互联网络
3. 互可操作性与互用性
4. 现场设备的智能化
5. 系统结构的高度分散性
6. 对现场环境的适应性
系统特点
现场总线控制系统的主要特点是:
1. 现场控制设备具有通信功能,便于构成工厂底层控制网络。
2. 通信标准的公开、一致,使系统具备开放性,设备间具有互可操作性。
3. 功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。
4. 控制功能下放到现场,使控制系统结构具备高度的分散性。
优点
现场总线控制系统具有以下优点:
1. 使自控设备与系统步入了信息网络的行列,拓宽了其应用领域。
2. 一对双绞线上可挂接多个控制设备,节省安装费用。
3. 节省维护开销。
4. 提高了系统的可靠性。
5. 为用户提供了更灵活的系统集成主动权。
发展现状
尽管国际电工技术委员会/国际标准协会(IEC/ISA)自1984年起就开始制定现场总线标准,但由于各国各公司的利益之争,统一的标准尚未完成。市场上存在约四十种现场总线,其中不到十种占据了80%的市场份额。每种总线都有其特定的应用领域,并且大多都有大型跨国公司为背景并成立相应的国际组织。此外,许多设备制造商参与了多个总线组织,以便扩大其产品的使用范围。尽管如此,由于市场竞争激烈,各大总线都在努力开发接口技术,使其能够与其他总线相连。
主流现场总线
基金会现场总线(Foundation Fieldbus)
基金会现场总线是由美国Fisher-Rousemount公司牵头,联合横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议,以及Honeywell公司牵头,联合欧洲等地150余家公司制定的World FIP协议于1994年9月合并而成。该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用,具有良好的发展前景。
CAN(Controller Area Network)
CAN最初由德国博世公司公司推出,现已发展成为ISO国际标准组织制定的国际标准,得到了英特尔、Motorola、NEC等公司的支持。CAN协议分为两层:物理层和数据链路层。CAN的信号传输采用短帧结构,传输时间短,具有自动关闭功能,具有较强的抗干扰能力。
Lonworks
Lonworks由美国echelon公司推出,并由Motorola、东芝公司共同倡导。它采用ISO/OSI模型的全部七层通讯协议,采用面向对象的设计方法,通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质,通讯速率从300bit/s至1.5M/s不等,直接通信距离可达2700m(78Kbit/s),被誉为通用控制网络。
DeviceNet
DeviceNet是一种低成本的通信连接,也是一种简单的网络解决方案,有着开放的网络标准。DeviceNet具有的直接互联性不仅改善了设备间的通信,而且提供了相当重要的设备级阵地功能。DebiceNet基于CAN技术,传输率为125Kbit/s至500Kbit/s,每个网络的最大节点为64个,其通信模式为:生产者/客户(Producer/Consumer),采用多信道广播信息发送方式。
PROFIBUS
PROFIBUS是德国标准(DIN19245)和欧洲标准(EN50170)的现场总线标准。由PROFIBUS--DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA系列组成。DP用于分散外设间高速数据传输,适用于加工自动化领域。FMS适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等。PA用于过程自动化的总线类型,服从IEC1158-2标准。PROFIBUS支持主-从系统、纯主站系统、多主多从混合系统等几种传输方式。
HART
HART是Highway Addressable Remote Transducer的缩写,最早由Rosemount公司开发。其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信,属于模拟系统向数字电路转变的过渡产品。其通信模型采用物理层、数据链路层和应用层三层,支持点对点主从应答方式和多点广播方式。
CC-Link
CC-Link是Control\u0026传播学 Link(控制与通信链路系统)的缩写,在1996年11月,由三菱电机为主导的多家公司推出,其增长势头迅猛,在亚洲占有较大份额。在其系统中,可以将控制和信息数据同时以10Mbit/s高速传送至现场网络,具有性能卓越、使用简单、应用广泛、节省成本等优点。
WorldFIP
WorldFIP的北美部分与ISP合并为FF以后,WorldFIP的欧洲部分仍保持独立,总部设在法国。其在欧洲市场占有重要地位,特别是在法国占有率大约为60%。WorldFIP的特点是具有单一的总线结构来适用不同的应用领域的需求,而且没有任何网关或网桥,用软件的办法来解决高速和低速的衔接。
INTERBUS
INTERBUS是德国Phoenix公司推出的较早的现场总线,2000年2月成为国际标准IEC61158。INTERBUS采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型(1,2,7层),即物理层、数据链路层、应用层,具有强大的可靠性、可诊断性和易维护性。
发展趋势
现场总线技术的发展趋势包括寻求统一的现场总线国际标准和Industrial Ethernet走向工业控制网络。工业以太网技术的四大阵营已经形成,其中包括Modbus-IDA工业以太网、Ethernet/IP工业以太网、PROFInet工业以太网和Foundation Fieldbus HSE工业以太网。
参考资料
现场总线技术介绍和现场总线系统应用研究.电子工程世界-news.eeworld.com.cn...-2024-5-2.2024-10-30
第4节 现场总线控制系统.电子发烧友.2024-10-30
现场总线的原理和组成.电子发烧友.2024-10-30
目录
概述
定义
作用
特征
技术特征
系统特点
优点
发展现状
主流现场总线
基金会现场总线(Foundation Fieldbus)
CAN(Controller Area Network)
Lonworks
DeviceNet
PROFIBUS
HART
CC-Link
WorldFIP
INTERBUS
发展趋势
参考资料