其他几种现场总线详细介绍

第十章其他几种现场总线介绍第10章其他几种现场总线介绍10.1 DeviceNet总线 10.2 HART总线 10.3 INTERBUS总线 10.4 CC-Link总线 10.5 ControlNet总线 第10章其他几种现场总线介绍10.6 WorldFIP总线 10.7 P-Net总线10.8 SwiftNet总线10.9 AS-i总线10.1 DeviceNet总线在现代的控制系统中，不仅要求现场设备完成本地的控制、监视、诊断等任务，还要能通过网络与其他控制设备及PLC进行对等通信，因此现场设备多设计成内置智能式。美国Rockwell Automation公司于1994年推出了DeviceNet网络，实现低成本高性能的工业设备的网络互连。1.DeviceNet的特点：的特点：1）DeviceNet基于CAN总线技术可连接开关、光电传感器、阀组、电动机起动器、过程传感器、变频调速设备、固态过载保护装置、条形码阅读器、I/O和人机界面等。传输速率为125-500Kbit/s每个网络的最大节点数是64个干线长度100-500m 2）DeviceNet使用的通信模式是:生产者/客户(Producer/Consumer)。该模式允许网络上的所有节点同时存取同一源数据，网络通信效率更高;采用多信道广播信息发送方式，各个客户可在同一时间接收到生产者所发送的数据，网络利用率更高。“生产者/客户”模式与传统的“源/目的”通信模式比较 3)设备可互换性。4)DeviceNet网络上的设备可以随时连接或断开 5)DeviceNel网络上的设备安装比传统的I/O布线更加节省费用 6)利用RS Network for DeviceNet软件对网络上的设备进行配置、测试和管理。2.DeviceNet总线的组织机构总线的组织机构“开放式设备网络供货商协会”（Open DeviceNet Vendor Association），简称“ODVA”。一个独立组织，管理DeviceNet技术规范，促进DeviceNet在全球的推广与应用。ODVA实行会员制：供货商会员(Vendor Member)和分销商会员(Distributor Member)。3.DeviceNet进入中国进入中国DeviceNet价格低、效率高，特别适用于制造业、工业控制、电力系统等行业的自动化，适合于制造系统的信息化。2000年2月上海电器科学研究所与ODVA签署合作协议，共同筹建ODVA China。2002年10月8日，DeviceNet现场总线被批准为国家标准。10.2 HART总线Highway Addressable Remote Transducer（“可寻址远程传感高速通道”的开放通信协议）最早由Rosemount公司开发并得到80多家著名仪表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金会。特点：在现有模拟信号传输线上实现数字通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中工业过程控制的过渡性产品。1.HART的通信模型的通信模型 物理层、数据链路层和应用层（1 1）物理层）物理层n物理层采用FSK(Frequency Shift Keying)技术，在4-20mA模拟信号上叠加一个频率信号。（2 2）数据链路层）数据链路层n用于按HART通信协议规则建立HART信息格式。n信息构成n数据字节结构 （3）应用层使HART指令付诸实现，即把通信状态转换成相应的信息。按照它规定的命令方式工作：n通用命令通用命令：所有设备理解、执行的命令;n一般行为命令一般行为命令：其功能可以在许多现场设备(尽管不是全部)中实现，这类命令包括最常用的现场设备的功能库;n特殊设备命令特殊设备命令：在某些设备中实现特殊功能，这类命令既可以在基金会中开放使用，又可以为开发此命令的公司所独有。2.HART的通信方式的通信方式HART支持点对点主从应答方式和多点广播方式。HART支持两个通信主设备HART采用统一的设备描述语言DDLHART能利用总线供电，可满足本安防爆要求。10.3 INTERBUS总线INTERBUS是德国跨国集团Phoenix公司推出的较早的现场总线，广泛地应用于汽车工业、烟草工业、仓储及传送技术、造纸工业、包装工业和食品工业等。1996年成为欧洲标准EN502542000年2月成为国际标准IEC611581.INTERBUS特点（1）协议模型）协议模型INTERBUS定义了OSI的协议模型的1、2、7层。n物理层采用RS-485串行通信标准，在同一个系统中，3种传输介质(双绞线电缆、光纤和红外线)可以根据需要混合使用。n数据链路层采用集总帧的数据环型存取方式。n应用层定义了网络信息的读、写及操作命令，同时检测网络设备和统计通信失败。2.INTERBUS具有强大的可靠性、可诊断具有强大的可靠性、可诊断性和易维护性性和易维护性（1）INTERBUS采用集总帧型的数据环通信n低速率、高效率的特点，并且严格保证了数据传输的同步性和周期性;n全双工的通信方式相0.5Mbit/s的一致速率保证了数据通信的实时性；n差分信号传输和专门的总线环路检查保证了强大的抗干扰性和设备实时监控。（2）强大的诊断功能是INTERBUS区别于其他总线所独有的。详细的故障信息(故障地址、故障类型和故障历史记录)，诊断寄存器提供了用户程序处理故障信息的工具。特别是:n准确的故障地址为快速排除故障提供了保障。n故障历史记录为排除难于把握的随机干扰提供了可能。（3）强大的诊断功能同时也保证了方便的可维护性。3.INTERBUS用户组织INTERBUS CLUBINTERBUS CLUB负责向设备生产厂家提供INTERBUS的接口方案和接口芯片，向其成员提供信息，帮助解决技术问题及为特定的应用找寻合适的lNTERBUS产品。INTERBUS的技术发起人为德国菲尼克斯公司中国INTERBUS技术中心成立于1999年7月，现设立在南京菲尼克斯电气公司工业自动化部。10.4 CC-Link总线1.开放式现场总线CC-Link的背景在1996年11月，以三菱电机为主导的多家公司以多厂家设备环境、高性能、省配线理念开发、公布和开放了现场总线CC-Link，第一次正式向市场推出了CC-Link这一全新的多厂商、高性能、省配线的现场网络。CC-Link是Control&Communication Link(控制与通信链路系统)的简称。即:在工控系统中，可以将控制和信息数据同时以l0Mbit/s高速传输的现场网络。CC-Link具有性能卓越、应用广泛、使用简单、节省成本等突出优点。作为开放式现场总线，CC-Link是惟一起源于亚洲地区的总线系统，CC-Link的技术特点尤其适合亚洲人的思维习惯。2000年11月，CC-Link协会(CC-Link Partner Association简称CLPA)在日本成立。主要负责CC-Link在全球的普及和推进工作。CLPA由“Woodhead”、“Contec”、“Digital”、“NEC”、“松下电工”和“三菱电机”等6个常务理事会员发起。到2002年3月底，CLPA在全球拥有952家会员公司。包括浙大中控、中科软大等几家中国大陆地区的会员公司。2.CC-Link的卓越性能一般工业控制领域的网络分为3到4个层次：上位的管理层、控制层和部件层。部件层：设备层和传感器层CC-Link是一个以设备层为主的网络，同时也可以覆盖较高层次的控制层和较低层次的传感器层。（1）CC-Link的网络结构一般情况下，CC-Link整个一层网络可由1个主站和64个子站组成，它采用总线方式通过屏蔽双绞线进行连接。网络中的主站由三菱电机FX系列以上的PLC或计算机担当。子站可以是远程I/O模块、特殊功能模块、带有CPU的PLC本地站、人机界面、变频器、伺服系统、机器人以及各种测量仪表、阀门、数控系统等现场仪表设备。（2）CC-Link的传输速度CC-Link具有高速的数据传输速度，最高可以达到l0Mbit/s，其数据传输速度随距离的增长而逐渐减慢。（3）CC-Link实现高速大容量的数据传输CC-Link提供循环传输和瞬时传输两种方式的通信。（4）CC-Link丰富的功能1）自动刷新功能、预约站功能。2)完善的 RAS功能。nRAS是 Reliability(可靠性)、Availabilily(有效性)、Serviceability(可维护性)的缩写。3)互操作性和即插即用功能。4)循环传送和瞬时传送功能。5)优异抗噪性能和兼容性。6)工程简化。3.CC-Link推广组织CLPACLPA负责全球范围内CC-Link的推广和普及工作。为了在中国普及CC-Link技术，专门设立了CC-Link推广中心，负责CC-Link在中国大陆和香港地区的推广和普及工作，并对加人CC-Link协议的成员进行技术支持工作和市场协调工作。10.5 ControlNet总线1.ControlNet简介ControlNet是一个高速的工业控制网络，在同一电缆上同时支持I/O息和报文信息(包括程序、组态、诊断等信息)，集中体现了控制网络对控制(Control)、组态(Configuration)、采集(Collect)等信息的完全支持，ControlNet基于生产者/消费者这一先进的网络模型，该模型为网络提供更高有效性、一致性和柔韧性。2.ControlNet协议结构参照了OSI7层协议模型，并参照了其中的1、2、3、4、7层。既考虑了网络的效率和实现的复杂程度，没有像LonWorks那样采用完整的7层;又兼顾到协议技术的向前兼容性和功能完整性，与一般现场总线相比增加了网络层和传输层。这对于和异种网络的互连和网络的桥接功能提供了支持，更有利于大范围的组网。2.ControlNet International简介1997年7月由罗克韦尔等22家公司联合发起成立了控制网国际组织(ControlNet lnternational-CI)。CI是一个为用户和供货厂商服务的非盈利性的独立组织，它负责ControlNet技术规范的管理和发展，并通过开发测试软件提供产品的一致性测试，出版ControlNet产品目录，进行ControlNet技术培训等，促进世界范围内ControlNet技术的推广和应用。10.6 WoHdFIP1.WorldFIP 的产生的产生WorldFIP的北美部分与ISP合并成为FF以后，WorldFIP的欧洲部分仍保持独立，总部设在法国，该协议符合法国国家标准和欧洲标准EN50170的第三部分(PROFIBUS为第二部分，P-Net为第一部分)。WorldFIP广泛用于发电与输配电、制造自动化、铁路运输、地铁等自动化领域。2.WorldFIP的特点的特点具有单一的总线结构来适用不同应用领域的需求，而且没有任何网桥或网关。低速与高速部分的衔接用软件的办法来解决。WorldFIP与FFHSE可以实现“透明联接”，并对FF的Hl进行了技术的拓展:如速率等。在与IEC61158第一类型联接方面，WorldFIP做得最好，该方面它己经走在世界前列。10.7 P-NetP-Net现场总线由丹麦Process-Data A/S公司提出，主要应用于农业、水产、饲养、林业、食品等行业。现已成为欧洲标准EN50170的第一部分、IEC61158类型4。P-Net采用了ISO/OSI模型的物理层、数据链路层、网络层、服务器和应用层。P-Net的特点的特点P-Net是一种多主控器主从式总线P-Net总线只提供了一种传输速率，它可以同时应用在工厂自动化系统的几个层次上，而各层次的运输速率保持一致。P-Net总线访问采用一种“虚拟令牌传递”的方式，总线访问权通过虚拟令牌在主站之间循环传递。P-Net不采用专用芯片10.8 SwiftNet1.应用和协议结构应用和协议结构SwiftNet是SHIPSTAR协会应波音公司的要求开发的一种现场总线。它主要用于航空和航天等领域。结构简单、实时性高 的 总 线，它 的ISO/OSI参考模型只有物理层和数据链路层，没有定义应用层。2.2.特点特点SwiftNet有着很高的扫描频率，是一种同步现场总线。SwiftNet将总线上所有节点的局域时间锁定，以实现报警同步，并可杜绝差拍所引起的伪信号。总线时间同步也将有效减少随机因素对总线的影响。SwiftNet允许模拟I/O和离散I/O以非常高速度共享一条总线。10.9 AS-i总线AS-i(Actuator Sensor-interface)是执行器-传感器接口在控制器(主站、Master)和传感器/执行器(从站、Slave)之间双向交换信息、主从结构的总线网络现场总线下面设备级的底层通信网络10.9.1 AS-i国际协会AS-i总线由11家公司联合资助和规划、德国科技部的支持。AS-i国际协会(AS-International Association)规划AS-i部件的开发和系统的定义，进行有关标准化的工作，组织产品的标准测试和软件认证，以保证AS-i产品的开放性和互操作性。10.9.2 AS-I与PROFlBUS-DP现场总线的连接一个AS-i总线中的主站最多可以带31个从站，从站的地址为5位，可以有32个地址，但“0”地址留作地址自动分配时的特殊用途。一个AS-i的主站又可以通过网关(Gateway)和PROFlBUS-DP现场总线连接，作为它的一个从站。10.9.3 AS-i总线的使用AS-i总线用于具有开关量特征的传感器/执行器中，也可用于各种开关电器中。AS-i是总线供电，即两条传输线既传输信号，又向主站和从站提供电源。AS-i主站由带有AS-i主机电路板的可编程序控制器(PLC)或工业计算机(lPC)组成，它是AS-i总线的核心。10.9.4 AS-i从站的分类智能型开关装置：它本身就带有从机专用芯片和配套电路，形成一体化从站，这种智能化传感器/执行器或其他开关电器就可以直接和AS-i网线连接。使用专门设计的AS-i接口“用户模块”：从机专用芯片和配套电路，它除了有通信接口外，一般还带有8个I/O口，这样它就可以和8个普通的开关元件相连接构成分离型从站。