2022年现场总线种类及标准 .pdf

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1、现场总线种类及标准现场总线是用于过程控制现场仪表与控制室之间的一个标准的、开放的、双向的多站数字通信系统。随着计算机技术、通讯技术、集成电路技术的发展，以全数字式现场总线（FIELDBUS）为代表的互联规范，正在迅猛发展和扩大。由于采用现场总线将使控制系统结构简单，系统安装费用减少并且易于维护；用户可以自由选择不同厂商、不同品牌的现场设备达到最佳的系统集成等一系列的优点，现场总线技术正越来越受到人们的重视。近十几年由于现场总线的国际标准不能建立，现场总线发展的种类较多，约有40 余种：如德国西门子公司Siemens 的 ProfiBus，法国的 FIP，英国的 ERA，挪威的 FINT，Ech

2、elon 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，国际标准组织-基金会现场总线FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美国的 DeviceNet 与 ControlNet 等等。现场总线的种类主要有：基金会现场

3、总线FF；ProfiBus；WorldFIP；ControlNet/DeviveNet；CAN 等1、基金会现场总线FF 现场总线基金会包含100 多个成员单位，负责制订一个综合IEC/ISA 标准的国际现场总线。它的前身是可互操作系统协议ISP（InterperableSystemProtocol）-基于德国的ProfiBis标准，和工厂仪表世界协议WORLD（WorldFactoryInstrumentationProtocol）-基于法国的FIP 标准。ISP 和 WORLDFIP 于 1994 年 6月合并成立了现场总线基金会。基金会现场总线采用国际标准化组织ISO 的开放化系统互联O

4、SI 的简化模型（1，2，7 层）。另外增加了用户层。2、ProfiBus ProfiBus自 1984 年开始研制现场总线产品，现以成为欧洲首屈一指的开放式现场总线系统，欧洲市场占有率大于40%，广泛应用于加工自动化、楼宇自动化、过程自动化、发电与输配电等领域。1996 年 6月 ProfiBus 被采纳为欧洲标准EN50170 第二卷。PNO 为其用户组织，核心公司有：Siemens 公司，E+H公司，Samson 公司，Softing 公司等。ProfiBus技 术 特 性：ProfiBus以ISO7498为 基 础，以 开 放 式 系 统 互 联 网 络OSI（OpenSystemIn

5、terconnection）作为参考模型，定义了物理传输特性，总线存取协议和应用功能。ProfiBus家族包括ProfiBus-DP，ProfiBus-PA，ProfiBus-FMS。ProfiBus-DP（DecentralizedPeriphery）是一种高速和 便 宜 的 通 信 连 接，用 于 自 动 控 制 系 统 和 设 备 级 分 散 的I/0之 间 进 行 通 信。ProfiBus-FMS（FieldBusMessageSpecification）用来解决车间级通用性通信任务。与LLI（LowerLayerInterface）构成应用层，FMS 包括了应用协议并向用户提供了可广

6、泛选用的强有力的通信服务，LLI 协调了不同的通信关系并向 FMS 提供了不依赖设备访问数据链层。ProfiBus-PA（ProcessAutomation）专为过程自动化而设计的，它可使传感器和执行器接在一根共用的总线上。根据IEC61158-2国际标准，ProfiBus-PA 可用双绞线供电技术进行数据通信，数据传输采用扩展的ProfiBus-DP 协议和描述现场设备的PA 行规。当使用电缆耦合器，ProfiBus-PA 装置能很方便的连接到ProfiBus-DP 网络。主要内容摘自“PROFIBUS-与现场总线国际标准”欧阳劲松梅恪 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1

7、页，共 5 页 -3、WorldFIP WorldFIP协会成立于1987 年 3 月，以法国CEGELEC、SCHNEIDER 等公司为基础开发了FIP（工厂仪表协议）现场总线系列产品。协会有100 多个成员，产品在法国市场占有率大于60%，欧洲约25%。产品适用于发电与输配电、加工自动化、铁路运输、地铁和过程自动化等领域。1996 年 6 月 WorldFIP 被采纳为欧洲标准EN50170。WorldFIP 是一个开放系统，不同系统、不同厂家生产的装置都可以使用WorldFIP，应用结构可以是集中型、分散型和主站-从站型。WorldFIP 现场总线构成的系统可分为三级：过程级、控制级和监

8、控级，这样用单一的WorldFIP 总线就可以满足过程控制、工厂制造加工系统和各种驱动系统的需要了。WorldFIP协议有物理层、数据链路层和应用层组成。应用层定义为两种：MPS 定义和 SubMMS 定义。MPS是工厂周期/非周期服务，SubMMS 是工厂报文的子集。物理层的作用能够确保连接到总线上的装置间进行位信息的传递。介质是屏蔽双绞线或光纤。传输速度有 31.25kb/s，1Mb/s 和 2.5Mb/s，标准速度是1Mb/s，使用光纤时最高可达5Mb/s。WorldFIP的帧有三部分组成，即帧起始定界符（FSS），数据和检验字段，以及帧结束定界符。应 用 层 服 务 有 三 个 不 同

9、 的 组：BAAS（Bus Arbitrator Application Services），MPS（Manufacturing Periodical/a Periodical Services），SubMMS（Subset of Messaging Services）。MPS 服务提供给用户：本地读/写服务，远方读/写服务，参数传输/接收指示，使用信息的刷新等。处理单元通过WorldFIP 的通信装置（通信数据库和通信芯片组成）挂到现场总线上。通信芯片包括通信控制器和线驱动，通信控制器有FIPIU2，FIPCO1，FULLFIP2，MICROFIP 等，线驱动器用于连接电缆（FIELDRIV

10、E，CREOL）或光纤（FIPOPTIC/FIPOPTIC-TS）。通信数据库用于在通信控制器和用户应用之间建立链接。主要内容摘自“法国 WorldFIP 现场总线技术概况”缪学勤 4、ControlNet/DeviveNet ControlNet的基础技术是在RockwellAutomation企业于1995 年 10 月公布。1997 年 7 月成立了ControlNetInternational组织（http:/www.controlnet.org/），Rockwell 转让此项技术给该组织。组织成员有 50 多个如ABBRoboties，HoneywellInc.，YokogawaCo

11、rp.，ToshibaInternational，Procter&Gamble，OmronElectronicsInc.等。DeviceNet 的相关网址（http:/www.odva.org/）传统的工厂级的控制体系结构有五层即工厂层、车间层、单元层、工作站层、设备层组成。而Rockwell 自动化系统简化为三层结构模式：信息层（Ethernet 以太网），控制层（ControlNet 控制网），设备层（DeviceNet设备网）。ControlNet 层常传输大量的I/O 和对等通讯信息，具有确定性和可重复性的，紧密联系控制器和I/O 设备的要求。它具备如下特点：1）ControlNet

12、在单根电缆上支持两种类型的信息传输：有实时性的控制信息和I/O 数据传输，无时间苛求的信息发送和程序上/下载；2）ControlNet技术采取了一种新的通信模式，以生产者/客户模式取代了传统的源/目的模式它不仅支持传统的点对点通讯，而且允许同时向多个设备传递信息。生产者/客户模式使用时间片算法保证各节点实现同步，从而提高了带宽利用率；3）ControlNet 使用同轴电缆可达6km，节点数 99 个，两个节点间距离最长达1000m，48 个节点距离可长达250m，采用光纤和中继器后通讯距离可达几十公里。ControlNet 应用于过程控制，自动化制造等领域。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师

13、精心整理-第 2 页，共 5 页 -5、CAN CAN(ControllerAreaNetwork)称为控制局域网，属于总线式通讯网络。CAN 总线规范了任意两个CAN 节点之间的兼容性，包括电气特性及数据解释协议，CAN 协议分为二层：物理层和数据链路层。物理层决定了实际位传送过程中的电气特性，在同一网络中，所有节点的物理层必须保持一致，但可以采用不同方式的物理层。CAN 的数据链路层功能包括帧组织形式，总线仲裁和检错、错误报告及处理，确认哪个信息要发送的，确认接收到的信息及为应用层提供了接口。CAN 网络具有如下特点：CANBUS 网络上任意一个节点均可在任意时刻主动向网络上的其它节点发送

14、信息，而不分主从。通讯灵活，可方便地构成多机备份系统及分布式监测、控制系统。网络上的节点可分成不同的优先级以满足不同的实时要求。采用非破坏性总线裁决技术，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据。具有点对点，一点对多点及全局广播传送接收数据的功能。通讯距离最远可达 10KM/5KBPS，通讯速率最高可达1MBPS/40M。网络节点数实际可达110 个。每一帧的有效字节数为8个，这样传输时间短，受干扰的概率低。每帧信息都有CRC校验及其它检错措施，数据出错率极低，可靠性极高通讯介质采用廉价的双绞线即可，无特殊要求。在传输信息出错严

15、重时，节点可自动切断它与总线的联系，以使总线上的其它操作不受影响。现场总线标准现场总线标准有如下种类：丹麦国家标准DSF21906：P-Net 德国国家标准DIN19245（1-2）：ProfiBus-FMS 德国国家标准DIN19245（3）：ProfiBus-DP 德国国家标准DIN19245（4）：ProfiBus-PA 法国国家标准FIPC46601-607：WorldFIP 日本 JEMA标准 CC-Link 美国国家标准ANSI/NEMA 以等同方式支持的ISA/IEC 标准草案1)ISA/IEC61158-1总论；2)ISA/IEC61158-2物理层规范3)ISA/IEC611

16、58-3链路层服务定义1998/09/30未通过4)ISA/IEC61158-4链路层规范；1998/09/30未通过5)ISA/IEC61158-5应用层服务定义；1998/09/30未通过名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 5 页 -6)ISA/IEC61158-6应用层规范；1998/09/30未通过7)ISA/IEC61158-7管理系统8)ISA/IEC61158-8一致性试验9)ISA/IEC61804过程控制模块欧洲标准EN50170（CLC65CX）Vol.IP-Net Vol.IIProfiBus Vol.IIIWorldFIP Vol.IVFF,联

17、合王国(UK)IEC 国家委员会提议Vol.VControlNet,联合王国(UK)IEC 国家委员会提议欧洲标准 EN50254（CLC65CX）1)ProfiBusDP 2)FIPDWF 3)Interbus 欧洲标准 EN50295（CLCTC17B）1)ASI 欧洲标准 prEN50325 1)DeviceNet 美国 Rockwell 2)SDS 美国 Honeywell 国际标准 ISO11898 1)德国 CANbus;2)美国 DeviceNet;3)特性接近 ProfiBus;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 5 页 -国际标准 IEC62026(IECSC65C)1)ASI 法国、德国2)DeviceNet 美国 Rockwell 3)SDS 美国 Honeywell 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 5 页 -