關(guān)于現場(chǎng)總線(xiàn)基礎技術(shù)分析的論文
摘要：現場(chǎng)總線(xiàn)（Fieldbus）是80年代末、90年代初國際上發(fā)展形成的，用于過(guò)程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現場(chǎng)智能設備互連通訊網(wǎng)絡(luò )。它作為工廠(chǎng)數字通信網(wǎng)絡(luò )的基礎，溝通了生產(chǎn)過(guò)程現場(chǎng)及控制設備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系……
關(guān)鍵詞：現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)
現場(chǎng)總線(xiàn)（Fieldbus）是80年代末、90年代初國際上發(fā)展形成的，用于過(guò)程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現場(chǎng)智能設備互連通訊網(wǎng)絡(luò )。它作為工廠(chǎng)數字通信網(wǎng)絡(luò )的基礎，溝通了生產(chǎn)過(guò)程現場(chǎng)及控制設備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò )，而且還是一種開(kāi)放式、新型全分布控制系統。這項以智能傳感、控制、計算機、數字通訊等技術(shù)為主要內容的綜合技術(shù)，已經(jīng)受到世界范圍的關(guān)注，成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，并將導致自動(dòng)化系統結構與設備的深刻變革。國際上許多實(shí)力、有影響的公司都先后在不同程度上進(jìn)行了現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)與產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)�，F場(chǎng)總線(xiàn)設備的工作環(huán)境處于過(guò)程設備的底層，作為工廠(chǎng)設備級基礎通訊網(wǎng)絡(luò )，要求具有協(xié)議簡(jiǎn)單、容錯能力強、安全性好、成本低的特點(diǎn):具有一定的時(shí)間確定性和較高的實(shí)時(shí)性要求,還具有網(wǎng)絡(luò )負載穩定，多數為短幀傳送、信息交換頻繁等特點(diǎn)。由于上述特點(diǎn)，現場(chǎng)總線(xiàn)系統從網(wǎng)絡(luò )結構到通訊技術(shù)，都具有不同上層高速數據通信網(wǎng)的特色。
一般把現場(chǎng)總線(xiàn)系統稱(chēng)為第五代控制系統，也稱(chēng)作FCS——現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統。人們一般把50年代前的氣動(dòng)信號控制系統PCS稱(chēng)作第一代，把4～20mA等電動(dòng)模擬信號控制系統稱(chēng)為第二代，把數字計算機集中式控制系統稱(chēng)為第三代，而把70年代中期以來(lái)的集散式分布控制系統DCS稱(chēng)作第四代�，F場(chǎng)總線(xiàn)控制系統FCS作為新一代控制系統，一方面，突破了DCS系統采用通信專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )的局限，采用了基于公開(kāi)化、標準化的解決方案，克服了封閉系統所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中與分散相結合的集散系統結構，變成了新型全分布式結構，把控制功能徹底下放到現場(chǎng)�？梢哉f(shuō)，開(kāi)放性、分散性與數字通訊是現場(chǎng)總線(xiàn)系統最顯著(zhù)的特征。
現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在歷經(jīng)了群雄并起，分散割據的初始階段后，盡管已有一定范圍的磋商合并，但至今尚未形成完整統一的國際標準。其中有較強實(shí)力和影響的有:FoudationFieldbus（FF）、LonWorks、Profibus、HART、CAN、Dupline等。它們具有各自的特色，在不同應用領(lǐng)域形成了自己的優(yōu)勢。本文將在簡(jiǎn)要描述現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)特點(diǎn)的基礎，緊扣系統的可靠性、實(shí)用性等，介紹現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )結構、體系結構等關(guān)鍵技術(shù)及目前較為流行的幾種有實(shí)力的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的現狀，最后闡述現場(chǎng)總線(xiàn)的發(fā)展趨勢與技術(shù)展望。
一、現場(chǎng)總線(xiàn)的技術(shù)特點(diǎn)
1、系統的開(kāi)放性。開(kāi)放系統是指通信協(xié)議公開(kāi)，各不同廠(chǎng)家的設備之間可進(jìn)行互連并實(shí)現信息交換，現場(chǎng)總線(xiàn)開(kāi)發(fā)者就是要致力于建立統一的工廠(chǎng)底層網(wǎng)絡(luò )的開(kāi)放系統。這里的開(kāi)放是指對相關(guān)標準的一致、公開(kāi)性，強調對標準的共識與遵從。一個(gè)開(kāi)放系統，它可以與任何遵守相同標準的其它設備或系統相連。一個(gè)具有總線(xiàn)功能的現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統必須是開(kāi)放的，開(kāi)放系統把系統集成的權利交給了用戶(hù)。用戶(hù)可按自己的需要和對象把來(lái)自不同供應商的產(chǎn)品組成大小隨意的系統。
2、互可操作性與互用性，這里的互可操作性，是指實(shí)現互連設備間、系統間的信息傳送與溝通，可實(shí)行點(diǎn)對點(diǎn)，一點(diǎn)對多點(diǎn)的數字通信。而互用性則意味著(zhù)不同生產(chǎn)廠(chǎng)家的性能類(lèi)似的設備可進(jìn)行互換而實(shí)現互用。
3、現場(chǎng)設備的智能化與功能自治性。它將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現場(chǎng)設備中完成，僅靠現場(chǎng)設備即可完成自動(dòng)控制的基本功能，并可隨時(shí)診斷設備的運行狀態(tài)。
4、系統結構的高度分散性。由于現場(chǎng)設備本身已可完成自動(dòng)控制的基本功能，使得現場(chǎng)總線(xiàn)已構成一種新的全分布式控制系統的體系結構。從根本上改變了現有DCS集中與分散相結合的集散控制系統體系，簡(jiǎn)化了系統結構，提高了可靠性。
5、對現場(chǎng)環(huán)境的適應性。工作在現場(chǎng)設備前端，作為工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )底層的現場(chǎng)總線(xiàn)，是專(zhuān)為在現場(chǎng)環(huán)境工作而設計的，它可支持雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線(xiàn)、電力線(xiàn)等，具有較強的抗干擾能力，能采用兩線(xiàn)制實(shí)現送電與通信，并可滿(mǎn)足本質(zhì)安全防爆要求等。
二、現場(chǎng)總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)
由于現場(chǎng)總線(xiàn)的以上特點(diǎn)，特別是現場(chǎng)總線(xiàn)系統結構的簡(jiǎn)化，使控制系統的設計、安裝、投運到正常生產(chǎn)運行及其檢修維護，都體現出優(yōu)越性。
1、節省硬件數量與投資。由于現場(chǎng)總線(xiàn)系統中分散在設備前端的智能設備能直接執行多種傳感、控制、報警和計算功能，因而可減少變送器的數量，不再需要單獨的控制器、計算單元等，也不再需要DCS系統的信號調理、轉換、隔離技術(shù)等功能單元及其復雜接線(xiàn)，還可以用工控PC機作為操作站，從而節省了一大筆硬件投資，由于控制設備的減少，還可減少控制室的占地面積。
2、節省安裝費用�，F場(chǎng)總線(xiàn)系統的接線(xiàn)十分簡(jiǎn)單，由于一對雙絞線(xiàn)或一條電纜上通�？蓲旖佣鄠�(gè)設備，因而電纜、端子、槽盒、橋架的用量大大減少，連線(xiàn)設計與接頭校對的工作量也大大減少。當需要增加現場(chǎng)控制設備時(shí)，無(wú)需增設新的電纜，可就近連接在原有的電纜上，既節省了投資，也減少了設計、安裝的工作量。據有關(guān)典型試驗工程的測算資料，可節約安裝費用60%以上。
3、節省維護開(kāi)銷(xiāo)。由于現場(chǎng)控制設備具有自診斷與簡(jiǎn)單故障處理的能力，并通過(guò)數字通訊將相關(guān)的診斷維護信息送往控制室，用戶(hù)可以查詢(xún)所有設備的運行，診斷維護信息，以便早期分析故障原因并快速排除�？s短了維護停工時(shí)間，同時(shí)由于系統結構簡(jiǎn)化，連線(xiàn)簡(jiǎn)單而減少了維護工作量。
4、用戶(hù)具有高度的系統集成主動(dòng)權。用戶(hù)可以自由選擇不同廠(chǎng)商所提供的設備來(lái)集成系統。避免因選擇了某一品牌的產(chǎn)品被“框死”了設備的選擇范圍，不會(huì )為系統集成中不兼容的協(xié)議、接口而一籌莫展，使系統集成過(guò)程中的主動(dòng)權完全掌握在用戶(hù)手中。
5、提高了系統的準確性與可靠性。由于現場(chǎng)總線(xiàn)設備的智能化、數字化，與模擬信號相比，它從根本上提高了測量與控制的準確度，減少了傳送誤差。同時(shí)，由于系統的結構簡(jiǎn)化，設備與連線(xiàn)減少，現場(chǎng)儀表內部功能加強:減少了信號的往返傳輸，提高了系統的工作可靠性。此外，由于它的設備標準化和功能模塊化，因而還具有設計簡(jiǎn)單，易于重構等優(yōu)點(diǎn)。
三、典型現場(chǎng)總線(xiàn)簡(jiǎn)介
1、基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)
基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)，即FoudationFieldbus,簡(jiǎn)稱(chēng)FF，這是在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術(shù)。其前身是以美國Fisher-Rousemount公司為首，聯(lián)合Foxboro、橫河、ABB、西門(mén)子等80家公司制訂的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首，聯(lián)合歐洲等地的150家公司制訂的WordFIP協(xié)議。屈于用戶(hù)的壓力，這兩大集團于1994年9月合并，成立了現場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì )，致力于開(kāi)發(fā)出國際上統一的現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議。它以ISO/OSI開(kāi)放系統互連模型為基礎，取其物理層、數據鏈路層、應用層為FF通信模型的相應層次，并在應用層上增加了用戶(hù)層。
基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)分低速H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為3125Kbps,通信距離可達1900m(可加中繼器延長(cháng)),可支持總線(xiàn)供電，支持本質(zhì)安全防爆環(huán)境。H2的傳輸速率為1Mbps和2.5Mbps兩種，其通信距離為750m和500m。物理傳輸介質(zhì)可支持比絞線(xiàn)、光纜和無(wú)線(xiàn)發(fā)射，協(xié)議符合IEC1158-2標準。其物理媒介的傳輸信號采用曼徹斯特編碼，每位發(fā)送數據的中心位置或是正跳變，或是負跳變。正跳變代表0，負跳變代表1，從而使串行數據位流中具有足夠的定位信息，以保持發(fā)送雙方的時(shí)間同步。接收方既可根據跳變的極性來(lái)判斷數據的“1”、“0”狀態(tài)，也可根據數據的中心位置精確定位。
為滿(mǎn)足用戶(hù)需要，Honeywell、Ronan等公司已開(kāi)發(fā)出可完成物理層和部分數據鏈路層協(xié)議的專(zhuān)用芯片，許多儀表公司已開(kāi)發(fā)出符合FF協(xié)議的產(chǎn)品，1總線(xiàn)已通過(guò)ａ測試和β測試，完成了由13個(gè)不同廠(chǎng)商提供設備而組成的FF現場(chǎng)總線(xiàn)工廠(chǎng)試驗系統。2總線(xiàn)標準也已經(jīng)形成。
1996年10月，在芝加哥舉行的ISA96展覽會(huì )上，由現場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì )組織實(shí)施，向世界展示了來(lái)自40多家廠(chǎng)商的70多種符合FF協(xié)議的產(chǎn)品，并將這些分布在不同樓層展覽大廳不同展臺上的FF展品，用醒目的橙紅色電纜，互連為七段現場(chǎng)總線(xiàn)演示系統，各展臺現場(chǎng)設備之間可實(shí)地進(jìn)行現場(chǎng)互操作，展現了基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)的成就與技術(shù)實(shí)力。
2、LonWorks
LonWorks是又一具有強勁實(shí)力的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，它是由美國Ecelon公司推出并由它們與摩托羅拉、東芝公司共同倡導，于1990年正式公布而形成的。它采用了ISO/OSI模型的全部七層通訊協(xié)議，采用了面向對象的設計方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )變量把網(wǎng)絡(luò )通信設計簡(jiǎn)化為參數設置，其通訊速率從300bps至15Mbps不等，直接通信距離可達到2700m(78kbps，雙絞線(xiàn)),支持雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線(xiàn)、電源線(xiàn)等多種通信介質(zhì)，并開(kāi)發(fā)相應的本安防爆產(chǎn)品，被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò )。
LonWorks技術(shù)所采用的LonTalk協(xié)議被封裝在稱(chēng)之為Neuron的芯片中并得以實(shí)現。集成芯片中有3個(gè)8位CPU;一個(gè)用于完成開(kāi)放互連模型中第1～2層的功能，稱(chēng)為媒體訪(fǎng)問(wèn)控制處理器，實(shí)現介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)的控制與處理;第二個(gè)用于完成第3～6層的功能，稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò )處理器，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )變量處理的尋址、處理、背景診斷、函數路徑選擇、軟件計量時(shí)、網(wǎng)絡(luò )管理，并負責網(wǎng)絡(luò )通信控制、收發(fā)數據包等;第三個(gè)是應用處理器，執行操作系統服務(wù)與用戶(hù)代碼。芯片中還具有存儲信息緩沖區，以實(shí)現CPU之間的信息傳遞，并作為網(wǎng)絡(luò )緩沖區和應用緩沖區。如Motorola公司生產(chǎn)的神經(jīng)元集成芯片MC143120E2就包含了2KRAM和2KEEPROM。
LonWorks技術(shù)的不斷推廣促成了神經(jīng)元芯片的低成本(每片價(jià)格約5～9美元)，而芯片的低成本又返過(guò)來(lái)促進(jìn)了LonWorks技術(shù)的推廣應用，形成了良好循環(huán)，據Ecelon公司的有關(guān)資料，到1996年7月，已生產(chǎn)出500萬(wàn)片神經(jīng)元芯片。
LonWorks公司的技術(shù)策略是鼓勵各OEM開(kāi)發(fā)商運用LonWorks技術(shù)和神經(jīng)元芯片，開(kāi)發(fā)自己的應用產(chǎn)品，據稱(chēng)目前已有2600多家公司在不同程度上卷入了LonWorks技術(shù):1000多家公司已經(jīng)推出了LonWorks產(chǎn)品，并進(jìn)一步組織起LonWark互操作協(xié)會(huì )，開(kāi)發(fā)推廣LonWorks技術(shù)與產(chǎn)品。它被廣泛應用在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、保安系統、辦公設備、運輸設備、工業(yè)過(guò)程控制等行業(yè)。為了支持LonWorks與其它協(xié)議和網(wǎng)絡(luò )之間的互連與互操作，該公司正在開(kāi)發(fā)各種網(wǎng)關(guān)，以便將LonWorks與以太網(wǎng)、FF、Modbus、DeviceNet、Profibus、Serplex等互連為系統。
另外，在開(kāi)發(fā)智能通信接口、智能傳感器方面，LonWorks神經(jīng)元芯片也具有獨特的優(yōu)勢。LonWorks技術(shù)已經(jīng)被美國暖通工程師協(xié)會(huì )ASRE定為建筑自動(dòng)化協(xié)議BACnet的一個(gè)標準。根據剛剛收到的消息，美國消費電子制造商協(xié)會(huì )已經(jīng)通過(guò)決議，以L(fǎng)onWorks技術(shù)為基礎制定了EIA-709標準。
這樣，LonWorks已經(jīng)建立了一套從協(xié)議開(kāi)發(fā)、芯片設計、芯片制造、控制模塊開(kāi)發(fā)制造、OEM控制產(chǎn)品、最終控制產(chǎn)品、分銷(xiāo)、系統集成等一系列完整的開(kāi)發(fā)、制造、推廣、應用體系結構，吸引了數萬(wàn)家企業(yè)參與到這項工作中來(lái)，這對于一種技術(shù)的推廣、應用有很大的促進(jìn)作用。
3、Profibus
Profibus是作為德國國家標準DIN19245和歐洲標準prEN50170的現場(chǎng)總線(xiàn)。ISO/OSI模型也是它的參考模型。由Profibus-Dp、Profibus-FMS、Profibus-PA組成了Profibus系列。DP型用于分散外設間的高速傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應用。FMS意為現場(chǎng)信息規范，適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開(kāi)關(guān)等一般自動(dòng)化，而PA型則是用于過(guò)程自動(dòng)化的總線(xiàn)類(lèi)型，它遵從IEC1158-2標準。該項技術(shù)是由西門(mén)子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的。它采用了OSI模型的物理層、數據鏈路層，由這兩部分形成了其標準第一部分的子集，DP型隱去了3～7層，而增加了直接數據連接擬合作為用戶(hù)接口，FMS型只隱去第3～6層，采用了應用層，作為標準的第二部分。PA型的標準目前還處于制定過(guò)程之中，其傳輸技術(shù)遵從IEC1158-2(1)標準，可實(shí)現總線(xiàn)供電與本質(zhì)安全防爆。
Porfibus支持主—從系統、純主站系統、多主多從混合系統等幾種傳輸方式。主站具有對總線(xiàn)的控制權，可主動(dòng)發(fā)送信息。對多主站系統來(lái)說(shuō)，主站之間采用令牌方式傳遞信息，得到令牌的站點(diǎn)可在一個(gè)事先規定的時(shí)間內擁有總線(xiàn)控制權，共事先規定好令牌在各主站中循環(huán)一周的最長(cháng)時(shí)間。按Profibus的通信規范，令牌在主站之間按地址編號順序，沿上行方向進(jìn)行傳遞。主站在得到控制權時(shí)，可以按主—從方式，向從站發(fā)送或索取信息，實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)通信。主站可采取對所有站點(diǎn)廣播(不要求應答),或有選擇地向一組站點(diǎn)廣播。
Profibus的傳輸速率為96～12kbps最大傳輸距離在12kbps時(shí)為1000m，15Mbps時(shí)為400m，可用中繼器延長(cháng)至10km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)，也可以是光纜，最多可掛接127個(gè)站點(diǎn)。
4、CAN
CAN是控制網(wǎng)絡(luò )ControlAreaNetwork的簡(jiǎn)稱(chēng)，最早由德國B(niǎo)OSCH公司推出，用于汽車(chē)內部測量與執行部件之間的數據通信。其總線(xiàn)規范現已被ISO國際標準組織制訂為國際標準，得到了Motorola、Intel、Philips、Siemens、NEC等公司的支持，已廣泛應用在離散控制領(lǐng)域。
CAN協(xié)議也是建立在國際標準組織的開(kāi)放系統互連模型基礎上的，不過(guò)，其模型結構只有3層，只取OSI底層的物理層、數據鏈路層和頂上層的應用層。其信號傳輸介質(zhì)為雙絞線(xiàn)，通信速率最高可達1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠可達10km/kbps,可掛接設備最多可達110個(gè)。
CAN的信號傳輸采用短幀結構，每一幀的有效字節數為8個(gè)，因而傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低。當節點(diǎn)嚴重錯誤時(shí)，具有自動(dòng)關(guān)閉的功能以切斷該節點(diǎn)與總線(xiàn)的聯(lián)系，使總線(xiàn)上的其它節點(diǎn)及其通信不受影響，具有較強的抗干擾能力。
CAN支持多主方式工作，網(wǎng)絡(luò )上任何節點(diǎn)均在任意時(shí)刻主動(dòng)向其它節點(diǎn)發(fā)送信息，支持點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)和全局廣播方式接收/發(fā)送數據。它采用總線(xiàn)仲裁技術(shù)，當出現幾個(gè)節點(diǎn)同時(shí)在網(wǎng)絡(luò )上傳輸信息時(shí)，優(yōu)先級高的節點(diǎn)可繼續傳輸數據，而優(yōu)先級低的節點(diǎn)則主動(dòng)停止發(fā)送，從而避免了總線(xiàn)沖突。
已有多家公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了符合CAN協(xié)議的通信芯片，如Intel公司的82527，Motorola公司的MC68HC05X4，Philips公司的82C250等。還有插在PC機上的CAN總線(xiàn)接口卡，具有接口簡(jiǎn)單、編程方便、開(kāi)發(fā)系統價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。
5、HART
HART是HighwayAddressableRemoteTransduer的縮寫(xiě)。最早由Rosemout公司開(kāi)發(fā)并得到80多家著(zhù)名儀表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金會(huì )。這種被稱(chēng)為可尋址遠程傳感高速通道的開(kāi)放通信協(xié)議，其特點(diǎn)是現有模擬信號傳輸線(xiàn)上實(shí)現數字通信，屬于模擬系統向數字系統轉變過(guò)程中工業(yè)過(guò)程控制的過(guò)渡性產(chǎn)品，因而在當前的過(guò)渡時(shí)期具有較強的市場(chǎng)競爭能力，得到了較好的發(fā)展。
HART通信模型由3層組成:物理層、數據鏈路層和應用層。物理層采用FSK(FrequencyShiftKeying)技術(shù)在4～20mA模擬信號上迭加一個(gè)頻率信號，頻率信號采用Bell202國際標準;數據傳輸速率為1200bps,邏輯“0”的信號頻率為2200Hz，邏輯“1”的信號傳輸頻率為1200Hz。
數據鏈路層用于按HART通信協(xié)議規則建立HART信息格式。其信息構成包括開(kāi)頭碼、顯示終端與現場(chǎng)設備地址、字節數、現場(chǎng)設備狀態(tài)與通信狀態(tài)、數據、奇偶校驗等。其數據字節結構為1個(gè)起始位，8個(gè)數據位，1個(gè)奇偶校驗位，1個(gè)終止位。應用層的作用在于使HART指令付諸實(shí)現，即把通信狀態(tài)轉換成相應的信息。它規定了一系列命令;按命令方式工作。它有3類(lèi)命令，第一類(lèi)稱(chēng)為通用命令，這是所有設備理解、執行的命令;第二類(lèi)稱(chēng)為一般行為命令，它所提供的功能可以在許多現場(chǎng)設備(盡管不是全部)中實(shí)現，這類(lèi)命令包括最常用的現場(chǎng)設備的功能庫;第三類(lèi)稱(chēng)為特殊設備命令，以便在某些設備中實(shí)現特殊功能，這類(lèi)命既可以在基金會(huì )中開(kāi)放使用，又可以為開(kāi)發(fā)此命令的公司所獨有。在一個(gè)現場(chǎng)設備中通�？砂l(fā)現同時(shí)存在這3類(lèi)命令。HART支持點(diǎn)對點(diǎn)主從應答方式和多點(diǎn)廣播方式。按應答應方式工作時(shí)的數據更新速率為2～3次/ｓ,按廣播方式工作時(shí)的數據更新速率為3～4次/ｓ,它還可支持兩個(gè)通信主設備�？偩�(xiàn)上可掛設備數多達15個(gè)，每個(gè)現場(chǎng)設備可有256個(gè)變量，每個(gè)信息最大可包含4個(gè)變量。最大傳輸距離3000m，HART采用統一的設備描述語(yǔ)言DDL�，F場(chǎng)設備開(kāi)發(fā)商采用這種標準語(yǔ)言來(lái)描述設備特性，由HART基金會(huì )負責登記管理這些設備描述并把它們編為設備描述字典，主設備運用DDL技術(shù)，來(lái)理解這些設備的特性參數而不必為這些設備開(kāi)發(fā)專(zhuān)用接口。但由于這種模擬數字混信號制，導致難以開(kāi)發(fā)出一種能滿(mǎn)足各公司要求的通信接口芯片。HART能利用總線(xiàn)供電，可滿(mǎn)足本安防爆要求。
6、RS-485
盡管ＲＳ-485不能稱(chēng)為現場(chǎng)總線(xiàn)，但是作為現場(chǎng)總線(xiàn)的鼻祖，還有許多設備繼續沿用這種通訊協(xié)議。采用RS-485通訊具有設備簡(jiǎn)單、低成本等優(yōu)勢，仍有一定的生命力。以RS-485為基礎的OPTO-22命令集等也在許多系統中得到了廣泛的應用。
四、現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)展望與發(fā)展趨勢
發(fā)展現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)已成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域廣為注的焦點(diǎn)課題，國際上現場(chǎng)總線(xiàn)的'研究、開(kāi)發(fā)，使測控系統沖破了長(cháng)期封閉系統的禁錮，走上開(kāi)放發(fā)展的征程，這對我國現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的發(fā)展是個(gè)極好的機會(huì )，也是一次嚴峻的挑戰�，F場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是控制、計算機、通訊技術(shù)的交叉與集成，涉及的內容十分廣泛，筆者認為應不失時(shí)機地抓好我國現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)與產(chǎn)品的研究與開(kāi)發(fā)。自動(dòng)化系統的網(wǎng)絡(luò )化是發(fā)展的大趨勢，現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)受計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的影響是十分深刻的�，F在網(wǎng)絡(luò )技術(shù)日新月異，發(fā)展十分迅猛，一些具有重大影響的網(wǎng)絡(luò )新技術(shù)必將進(jìn)一步融合到現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)之中，這些具有發(fā)展前景的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)有:智能儀表與網(wǎng)絡(luò )設備開(kāi)發(fā)的軟硬件技術(shù);組態(tài)抗術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò )拓撲結構、網(wǎng)絡(luò )設備、網(wǎng)段互連等;網(wǎng)絡(luò )管理技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò )管理軟件、網(wǎng)絡(luò )數據操作與傳輸;人機接口、軟件技術(shù);現場(chǎng)總線(xiàn)系統集成技術(shù)�，F場(chǎng)總線(xiàn)屬于尚在發(fā)展之中的技術(shù)，我國在這一技術(shù)領(lǐng)域還剛剛起步，了解國際上該項技術(shù)的現狀與發(fā)展動(dòng)向，對我國相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，對自動(dòng)化技術(shù)、設備的更新，無(wú)疑具有重要的作用�？傮w說(shuō)來(lái)，自動(dòng)化系統與設備將朝著(zhù)現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構的方向前進(jìn)，這一發(fā)展趨勢是肯定的。既然是總線(xiàn)，就要向著(zhù)趨于開(kāi)放統一的方向發(fā)展，成為大家都遵守的標準規范，但由于這一技術(shù)所涉及的應用領(lǐng)域十分廣泛，幾乎覆蓋了所有連續、離散工業(yè)領(lǐng)域，如過(guò)程自動(dòng)化、制造加工自動(dòng)化、樓半自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化等等。大千世界，眾多領(lǐng)域，需求各異，一個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)體系下可能不止容納單一的標準。另外，從以上介紹也可以看出，幾大技術(shù)均具有自己的特點(diǎn)，已在不同應用領(lǐng)域形成了自己的優(yōu)勢。加上商業(yè)利益的驅使，它們都各自正在十分激烈的市場(chǎng)競爭中求得發(fā)展。有理由認為:在從現在起的未來(lái)10ａ內，可能出現幾大總線(xiàn)標準共存，甚至在一個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)系統內，幾種總線(xiàn)標準的設備通過(guò)路由網(wǎng)關(guān)互連實(shí)現信息共享的局面。在連續過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域內，今后10ａ內，FF基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)將成為主流發(fā)展趨勢，LonWorks將成為有力的競爭對手，HART作為過(guò)渡性產(chǎn)品也能有一定的市場(chǎng)。這3種技術(shù)是從這一領(lǐng)域的工業(yè)需求出發(fā)，其用戶(hù)層的各種功能是專(zhuān)業(yè)連續過(guò)程設計的，而且充分考慮到連續工業(yè)的使用環(huán)境，如支持總線(xiàn)供電，可滿(mǎn)足本質(zhì)安全防爆要求等。另外，FF基金會(huì )幾乎集中了世界上主要自動(dòng)化儀表制造商;LonWorks形成了全面的分工合作體系。這些因素對成為這一領(lǐng)域的主流技術(shù)是十分關(guān)鍵的。
由于HART建立在目前廣泛采用的模擬系統之上，它可以充分照顧到現有設備和已有投資的效益，技術(shù)上也充分考慮連續過(guò)程使用環(huán)境的需要。目前它已經(jīng)占有一定的市場(chǎng)份額，其技術(shù)本身還在不斷完善與更新，如提高傳輸速率等。目前國外HART儀表的市場(chǎng)份額還在不斷增長(cháng)，呈上升趨勢，但是它畢竟是過(guò)渡性產(chǎn)品，其生存周期不會(huì )很長(cháng)。國內則由于很多項目都是新項目，所以對兼容性的考慮較少，而對先進(jìn)性的考慮較多，相信HART在國內的市場(chǎng)份額不會(huì )很大。國內市場(chǎng)與國外市場(chǎng)會(huì )有比較大的差異。一方面國外市場(chǎng)上占優(yōu)勢的產(chǎn)品會(huì )不斷滲透到國內;另一方面，由于國內廠(chǎng)商的規模相對較小，研發(fā)能力較差，更多的是依賴(lài)技術(shù)供應商的支持，比較容易受現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)供應商(芯片制造商等)對國內的支持和市場(chǎng)推廣力度的影響。國內目前僅LonWorks技術(shù)有實(shí)質(zhì)性的市場(chǎng)活動(dòng)，所以大部分國內廠(chǎng)商將首先將接受LonWorks技術(shù)。盡管FF號稱(chēng)儀器儀表行業(yè)的未來(lái)標準，但是由于沒(méi)有明確的市場(chǎng)策略和在國內的積極的市場(chǎng)活動(dòng)，市場(chǎng)份額將會(huì )受到很大影響。而且事實(shí)表明，所有的現場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì )(FF)會(huì )員在研制符合FF標準的同時(shí)，都同時(shí)推出采用LonWorks技術(shù)的應用，由此可見(jiàn)LonWorks技術(shù)的生命力十分頑強。在離散制造加工領(lǐng)域，由于行業(yè)應用的特點(diǎn)和歷史原因，其主流技術(shù)會(huì )有一些差別。Profibus和CAN在這一領(lǐng)域具有較強的競爭力。他們已經(jīng)在這一領(lǐng)域形成了自己的優(yōu)勢。
在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、智能通信產(chǎn)品等方面，LonWorks則具有獨特的優(yōu)勢。由于LonWorks技術(shù)的特點(diǎn)，在多樣化控制系統的應用上將會(huì )有較大的發(fā)展。
現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的興起，開(kāi)辟了工廠(chǎng)底層網(wǎng)絡(luò )的新天地。它將促進(jìn)企業(yè)網(wǎng)絡(luò )的快速發(fā)展，為企業(yè)帶來(lái)新的效益，因而會(huì )得到廣泛的應用，并推動(dòng)自動(dòng)化相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。
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