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1.3 几种有影响力的现场总线

1.FF

FF是 基金会现场总线 (Foundation Fieldbus)的简称,该总线是为了适应自动化系统,特别是过程自动化系统在功能、环境与技术上的需要而专门设计的。它得到了世界上主要的自动化系统集成商的广泛支持,在北美、亚太、欧洲等地区具有较强的影响力。

基金会现场总线采用国际标准化组织(International Organization for Standardization,ISO)的开放系统互连(Open System Interconnection,OSI)参考模型的简化模型,只具备了OSI参考模型7层中的3层,即物理层、数据链路层和应用层,另外增加了用户层。FF分低速H1和高速H2两种通信速率,H1用于过程自动化的低速总线,当其传输速率为31.25kbit/s时,通信距离为200~1900m,可支持总线供电和本质安全防爆环境;H2用于制造自动化的高速总线,当其传输速率为1Mbit/s时,传输距离为750m,当其传输速率为2.5Mbit/s时,传输距离为500m。随着现场总线和以太网的发展,H2已经逐渐被高速以太网(High Speed Ethernet,HSE)取代,它满足了控制仪器仪表的终端用户对现场总线的互操作性、高速度、低成本等要求,充分利用低成本的以太网技术,并以100Mbit/s~1Gbit/s或更高的速度运行,主要应用于制造业的自动化以及逻辑控制、批处理和高级控制等场合。FF的物理传输介质支持双绞线、光缆、同轴电缆和无线发射,H1每段节点数最多32个,H2每段节点数最多124个。

2.PROFIBUS

PROFIBUS是 PROcess FIeldBUS 的缩略语,它是一种国际性的开放式现场总线标准,是由SIEMENS公司联合E+H、Samson、Softing等公司推出的,是符合德国标准DIN 19245和欧洲标准EN 50170的现场总线标准。

PROFIBUS总线采用了OSI模型中的3层,即物理层、数据链路层和应用层,另外还增加了用户层,由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA三个版本组成,可根据各自的特点用于不同的场合。DP主要用于分散外设间的高速数据传输,适用于加工自动化领域;FMS主要解决车间级通用性通信任务,完成中等速度的循环和非循环通信任务,适用于纺织、楼宇自动化等领域;PA是专门为过程自动化设计的,可以通过总线供电、提供本质安全型,可用于危险防爆区域。PROFIBUS采取主站之间的令牌传递方式和主、从站之间的主从通信方式。传输速率为9.6kbit/s~12Mbit/s,最远传输距离可达到1200m,若采用中继器可延长至10km,传输介质为双绞线或者光缆,最多可挂接127个站点。

3.CAN

CAN是 控制器局域网 (Controller Area Network)的简称,最早由德国BOSCH公司推出,用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信,其总线规范已被国际标准化组织制定为国际标准,并得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。

CAN协议也是建立在国际标准化组织的开放系统互连模型基础上的,其模型结构为物理层、数据链路层及应用层3层;其信号传输介质为双绞线和光缆。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,以切断该节点与总线的联系,使总线上的其他节点及其通信不受影响,具有较强的抗干扰能力。CAN支持多主工作方式,并采用了非破坏性总线仲裁技术,通过设置优先级来避免冲突,传输速率最高可达1Mbit/s(传输距离为40m),传输距离最远可达10km(传输速率为5kbit/s),网络节点数实际可达110个。目前已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。

4.Lonworks

Lonworks是 局部操作网络 (Local Operating Networks)的缩略语,由美国Echelon公司于1992年推出,并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。最初主要用于楼宇自动化,但很快发展到工业现场控制网。

Lonworks采用OSI参考模型的全部7层通信协议,并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,其最高通信速率为1.25Mbit/s,传输距离不超过130m;最远通信距离为2700m,传输速率为78kbit/s,节点总数可达32000个。网络的传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质,特别是电力线的使用,可将通信数据调制成载波信号或扩频信号,然后通过耦合器耦合到220V或其他交直流电力线上,甚至是耦合到没有电力的双绞线上。电力线收发器提供了一种简单、有效的方法将神经元节点加入到电力线中,这样就可以利用已有的电力线进行数据通信,大大减少了通信中遇到的布线复杂等问题。这也是Lonworks技术在楼宇自动化中得到广泛应用的重要原因。

5.CC-Link

CC-Link是 控制与通信链路系统 (Control&Communication Link)的缩略语,1996年11月由以三菱电机为主导的多家公司推出,目前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的高速传送至现场网络,在10Mbit/s的传输速率下最远传输距离可以达到100m;而在156kbit/s的传输速率下,最远传输距离可以达到1200m。如果使用电缆中继器和光中继器,则可以更加有效地扩展整个网络的传输距离。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,广泛应用于半导体生产线、自动化生产线等领域。

作为开放式现场总线,CC-Link是唯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。2005年7月,CC-Link被中国国家标准委员会批准为中国国家标准指导性技术文件。

6.Modbus

Modbus协议是 应用于电子控制器上的一种通用语言 ,从功能上来看,可以认为它是一种现场总线。通过此协议,在控制器相互之间、控制器经由网络和其他设备之间都可以通信,它已经成为一种通用工业标准。

使用Modbus总线,不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中监控。此协议定义了一个控制器能识别使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。Modbus的数据通信采用主从方式,主设备可以单独和从设备通信,也可以通过广播方式和所有从设备通信。Modbus作为一种通用的现场总线,已经得到很广泛的应用,很多厂商的工控器、PLC、变频器、智能I/O与A/D模块等设备都具备Modbus通信接口。 mHMgqTjl7nE8H2UKWBqK6POib71euLIVpUBAZGV09e1kUG6sMB7ESFhb5yXnZPaR

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