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工业数据通信和控制网络(现场总线)现场总线技术现场总线控制系统(简称)其结构模式为〃FCS工作站一现场总线智能仪表〃二层结构,成本低、可靠性高,可实现真正的开放式互连系统结构操作站LAN月艮务器H2Hl H1现场总线现场设备网桥现场设备现场总线现场总124Hl Hl H132H1线控制层现场设备FCS32原理图控制系统应用图示例使用控制系统分布确定现场总线的接线现场总线网段控制室H1#3PCGreen LiquorStorageLT111LT112现场总线网段Hl#2LT101Re-Burned PurchasedLime LimeDT109FT11019SC11124IP102IP104A IP104B CoolerSC1102320FT102AT10321TT104Heater CV-101A/OAT106AT107AAT107BLT108SC10822现场总线#网段Hl1TT105现场总线定义现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通讯网络节点网络体系包括、以及各种智能化的现场控制设备基于统
一、规IPC PLC范的通信协议通过同一总线实现相互间的数据传输与信息共享位于生产控制的底层网络结构通信总线在现场设备中的延伸现场总线的发展年到年,国际性组织(现场总线19961998FF基金会)和(国际组织)先后发布了适于过程自动化PNO Profibus的现场总线标准、()和和都在实际HlH2HSE Profibus-PA,H1PA工程中开始应用年底,包含种现场总线标准在19998内的国际标准开始生效,除、和外,还IEC-61158Hl HSEPA有、、、等五种WorldFIP Interbus ControlNetP-NET SwiftNet较适合于工厂自动化,合用于汽车工业,总线Profibus CANFF()主要合用于过程控制Foundation Fieldbus现场总线的网络结构现场总线的星形网络结构现场总线的网络结构特点Ethernet/Highway Filedbus、IPC PLCoController/Getway子系统I/O Filedbus实际上是〃半分散’、〃半数字〃的系统DCS采用的是一个彻底分散的控制方式FCS现场总线的技术特征()全数字化通信()开放型的互联网12络()互可操作性与互用性()现场设备的智能化()系统结构345的高度分散性()对现场环境的适应性6现场总线的特点现场控制设备具有通信功能,便于构成工厂底层控制网络通信标准的公开、一致,使系统具备开放性,设备间具有互可操作性功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性控制功能下放到现场,使控制系统结构具备高度的分散性现场总线标准正技术报告★IEC_C_Typel:IEC_Type2:ControlNet国际标准只是一种模式,种类型都是平等的※各组织XIEC_8按照技术报告IEC Typel的框架组织各自的行规,但不改变各组织专有的行规Profile标准的其中需要对提供接口,而标准本身MEC Type2~Type8Typel不要求提供接口,用户在应用各类型时仍可使用各Type2~Type8自的行规,其目的就是为了保护各自的利益★Type3:Profibus Type4:P-Net★Type5:FF HSEType6:SwiftNET Type7:WorldFIPType8:Interbus以上种总线采用彻底不同的通信协议!8控制网络要求控制网络要求确定性和可重复性确定性是指有限制的延迟和有保证的传送,也就是说一个报文能在可预测的时间周期内成功的发送出去可重复性是络的传输能力不受网络上节点的动态改变增加节点或者删除节点和网络负载的改变而影响这正是普通局域网不适合作为控制网的原因现场总线通常采用以下二种技术来保证其实时性一是简化技术简化网络结构,现场总线普通将网络形式简化成线形;简化通信模型,普通只利用了中的层;简化节点信OSI/RM2〜3息,通常简化到惟独几字节经过以上简化,可以极大地提高通信传递速度二是采用网络管理技术来实现实时性,并保证其可预知性例如:采用主-从访问方式,只要限制网络的规模,就可以将响应时间控制在指定的时间内总而言之,实时性要求是现场总线区别于普通计算机通信的主要因素改善现场总线的实时性,减少响应时间的不确定性是现场总线的重要发展趋势网络结构计算机通信系统的结构是网络状的,节点间的通信路径是不固定的;大部份现场总线的结构是线状的,节点间的通信路径是比较固定的采用线状结构的原因在于
①容易实现对现场仪表的总线FB供电
②容易实现本安防爆规范如果线状结构的现场总线上某支路断开了以后,这条支路就可能彻底瘫痪,而普通的网络系统则没有这种问题,信息还可以通过选择其它路由进行传递现场总线网络模型(普遍性)模型现场总线模型用户ISO/OSI层(程序)用户层应用层7现场总线信息规范子层现场总线访问子层FMS FAS表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层数据链路层物理层物理层通信栈9SVtZt基金会现场总线「「「由「)」(和ld WoJlpid NoJ4V AmJiOen)斗(在年合并而成」ISd ln4J0dJeql Sys4m dJo0t66V-J总线由低速」」和高速」」组成高速总线发展计划_Ht_HS3HZ已取销)(似参考模型为基础的四层结构模型,采用t JJ_Ht0SI令牌总线介质访问技术,用于工业产生现场设备连接)(Z JJ_HS3:则采用基于郊〃川斗)(的六层结构,主要用于创l33380Zt+TOWd造业)离散控制(自动化以及逻辑控制、批处理和高级控制等场合
二、基金会现场总线的通信模型采用简化的层结构,t.ISO/OSI H即物理层)(、数据链路层)(应用层)(与参考模dHl all.Adl:Z.型的不同点制定了通行标准、对用户应用进行了独有规范——加用户应用层)用户层(’用于实现各厂商设备的独有特性,提高各设备间的相互操作性;应用层设有两个子层——总线访问子层)」t.(、总线报文规范子层)」(AS MS物理层的功能实现现场设备与物理总线的连接;为现场设t.Z.备与传输媒体的连接提供机械电气接口;为现场设备对总线的收、t.法提供和平规范的物理信号)曼彻斯特波形(:应考虑电气隔离、V.信号滤波、设备供电等;普通使用双绞线、标明+、-表明接触上S.的极性;网络设备-典型的接线盒将分支连接至主干线个接线盒支Hl1持和台设备短路保护带故障指示可选,内置/可拨码终2/4/8/1012端器可插拔的分支接线接口全球危()险区域认证密封式结构可wei以抵御环境影响内置型连接结构T。