6 Type6 SwiftNet現場總線
   
Type6 SwiftNet現場總線由美國SHIP STAR協會(hui) 主持製定，得到美國波音公司的支持，主要用於(yu) 航空和航天等領域。該總線是一種結構簡單、實時性高的總線，協議僅(jin) 包括物理層和數據鏈路層。SwiftNet現場總線采用分層總線式拓撲結構，其通信體(ti) 係結構如圖6所示。

圖6 Type 6 SwiftNet現場總線體(ti) 係結構
   
物理層傳(chuan) 送速率為(wei) 5Mbps，此時每秒傳(chuan) 送105個(ge) 不同的報文。總線使用TDMA（Slotted time pision multiple access）槽路時間片多路送取方式，提供專(zhuan) 用高速、低抖動同步通道和按要求指定的通道。專(zhuan) 用通道適用於(yu) 自動狀態數據的分配或交換；按要求指定的通道則適用於(yu) 非調度報文。TDMA方式是將總線上的時間分割為(wei) 相等長度間隔，稱作槽路，隻有當總線上的站分配到槽路時，它才能監聽和發送。每個(ge) 站還能根據所占的比例，協調總線訪問、數據傳(chuan) 輸和接收數據。
   
SwiftNet總線的節點（從(cong) 站）通過I/O通道連接智能傳(chuan) 感器，由於(yu) 航空航天領域對傳(chuan) 感器和執行器要求高，該總線開始使用符合IEEE1451.1和IEEE1451.2標準的網絡傳(chuan) 感器。IEEE1451.2《用於(yu) 傳(chuan) 感器和執行器的智能轉換器接口》標準是一個(ge) 開放的標準，它在控製網絡和傳(chuan) 感器之間定義(yi) 一個(ge) 標準接口，從(cong) 而使網絡傳(chuan) 感器成為(wei) 現場總線係統現場級的數字化傳(chuan) 感器，並使用戶可以根據自己的需要選擇不同廠家生產(chan) 的智能傳(chuan) 感器，實現真正意義(yi) 上的即插即用。
 
7 Type7 WorldFIP現場總線
   
1987年成立的WorldFIP協會(hui) 製定並大力推廣Type7 WorldFIP現場總線。WorldFIP協議是EN50170歐洲標準的第三部分，物理層采用IEC61158.2標準，其產(chan) 品在法國占有60%市場，在歐洲占有大約25%份額，它廣泛應用於(yu) 發電與(yu) 輸配電、加工自動化、鐵路運輸、地鐵和過程自動化領域。
 
WorldFIP現場總線體(ti) 係結構如圖7所示，係統分為(wei) 三級，即過程級、控製級和監控級。它能滿足用戶各種需要，適合於(yu) 各種類型的應用結構，集中型、分散型和主站/從(cong) 站型。用單一的WorldFIP總線滿足過程控製、工廠製造加工和各種驅動係統的需要。為(wei) 了適應低成本的要求，開發了低成本的Device WorldFIP（DWF）總線，它是設備一級網絡，能很好適應工業(ye) 現場的各種惡劣環境，並具有本質安全防爆性能，可以實現多主站與(yu) 從(cong) 主站的通信。

圖7 Type7 WroldFIP現場總線體(ti) 係結構
   
WorldFIP協議由物理層、數據鏈路層和應用層組成。數據鏈路層采用總線裁決(jue) 方式，在任何一個(ge) 給定瞬間，僅(jin) 有一個(ge) 站可以執行總線裁決(jue) 功能，它使用一個(ge) ID-DAT幀在總線上廣播一個(ge) 標識，連接到總線上所有站的鏈路層同時記錄ID-DAT幀，僅(jin) 有一站被識別為(wei) 標識的生產(chan) 者，其它站僅(jin) 作為(wei) 使用者。應用層提供MPS和SubMMS服務，MPS是工廠周期/非周期服務，SubMMS則是工業(ye) 報文的子集。
   
8 Type8 INTERBUS現場總線
   
Type8 INTERBUS現場總線由德國Phoenix Contact 公司開發，INTERBUS Club俱樂(le) 部支持。INTERBUS在全球有1000多家總線設備生產(chan) 商，提供2500多種產(chan) 品，到目前為(wei) 止，INTERBUS在全球自動化領域已有50多萬(wan) 套應用係統得到廣泛應用。
   
INTERBUS現場總線是一種開放的串行總線，可以構成各種拓撲形式，並允許有16級嵌套連接方式。該總線最多可掛512個(ge) 現場設備，設備之間的最大距離400米，無需中繼器網絡的最大距離為(wei) 12.8公裏。INTERBUS總線包括遠程總線和本地總線，遠程總線用於(yu) 遠距離傳(chuan) 送數據，采用RS-485傳(chuan) 輸，網絡本身不供電，通信速率為(wei) 500Kbps和2Mbps。INTERBUS有自己獨特的環路結構，環路使用標準電纜同時傳(chuan) 送數據和電源。環路可以連接模擬、數字設備甚至複雜的傳(chuan) 感器/執行器，也允許直接接入智能終端儀(yi) 表。


圖8 Type8 INTERBUS現場總線體(ti) 係結構
   
協議包括物理層、數據鏈路層和應用層。數據鏈路層采用麵向過程數據的傳(chuan) 輸方法及集總幀協議，可以傳(chuan) 輸循環過程數據和非循環數據，幀信息包括一個(ge) 啟動信號、回送信息、數據安全/結束信息。集總幀具有非常高的傳(chuan) 輸效率，其效率高達52%，盡管INTERBUS通信速率為(wei) 500Kbps和2Mbps，通信速度和效率很高。應用層服務用於(yu) 實現實時數據交換、VFD支持、變量訪問、程序調用和12個(ge) 相關(guan) 的服務。
   
INTERBUS總線有很強的監視診斷功能，總線監控功能監視整個(ge) 網絡係統的運行狀態，同時也提供總線網絡的變結構功能，能及時根據設計要求，關(guan) 斷和連接總線的某個(ge) 子總線段。監控功能是現場安裝、調試、診斷和維護的有力工具。具體(ti) 功能是識別和確定安裝錯誤和部件錯誤，現場總線模塊具有輸入/輸出的狀態顯示，在調試時可設置輸出狀態，以及可以保存某些智能設備的參數。
   
為(wei) 了提高工業(ye) 網絡的安全性，以滿足製造業(ye) 和過程工業(ye) 自動化故障安全通信的要求，特別是在汽車製造業(ye) 中具有安全總線的功能被放在首位。INTERBUS俱樂(le) 部從(cong) 1999年開始進行INTERBUS安全總線研究，在2001年得到了德國BIA組織EN954-1 KAT.4標準的許可證明，並符合IEC61508安全通信標準。INTERBUS的安全總線由一個(ge) Safe Control控製模塊和現場分散式智能模塊組成，控製模塊的唯一功能就是控製安全數據。這種解決(jue) 方案優(you) 於(yu) 其它方案，它將控製係統與(yu) 安全總線的功能截然分開，控製係統機構清晰簡單，不影響今後的擴展和修改，成本明顯降低。這是現場總線的一個(ge) 發展方向。
   
9 Type9 FF H1現場總線
   
H1現場總線是由FF現場總線基金會(hui) 負責製定的。FF基金會(hui) 成員由世界著名的儀(yi) 表製造商和用戶組成，其成員生產(chan) 的變送器、DCS、執行器、流量儀(yi) 表占世界市場的90%，它們(men) 對過程控製現場工業(ye) 網絡的功能需求了解透徹，在過程控製方麵積累了豐(feng) 富的經驗，提出的現場總線網絡架構較為(wei) 全麵，其通信體(ti) 係結構如圖9所示。Type9現場總線是Type1現場總線的子集。
   
FF H1現場總線協議由物理層、數據鏈路層、應用層以及考慮到現場裝置的控製功能和具體(ti) 應用而增加的用戶層組成。H1總線支持多種傳(chuan) 輸媒體(ti) ：雙絞線、電纜、光纜和無線媒體(ti) 。傳(chuan) 輸速率為(wei) 31.25Kbps，通信距離最大為(wei) 1 900米。該總線支持總線供電和本質安全。

圖9 Type 9  FF H1現場總線體(ti) 係結構
   
數據鏈路層負責實現鏈路活動調度、數據的接收發送、活動狀態的響應、總線上各設備間的鏈路時間同步等。這裏，總線訪問控製采用鏈路活動調度器（LAS）方式，LAS擁有總線上所有設備的清單，由它負責總線段上各設備對總線的操作。
   
現場總線應用層由現場總線訪問（FAS）子層和現場總線報文規範(FMS)子層構成。FAS子層提供發布者/預訂者、客戶機/服務器和報告分發三種模式的報文服務。FMS子層提供對象字典（OD）服務、變量訪問服務和事件服務等。現場總線用戶層具有標準功能塊（FB）和裝置描述功能。標準規定32種功能塊，現場裝置使用這些功能塊完成控製策略。由於(yu) 裝置描述功能包括描述裝置通信所需的所有信息，並且與(yu) 主站無關(guan) ，所以可使現場裝置實現真正的互操作。#p#分頁標題#e#
   
10 Type10 PROFI net現場總線
   
PNO組織於(yu) 2001年8月發表了PROFInet規範。PROFInet將工廠自動化和企業(ye) 信息管理層IT技術有機地融為(wei) 一體(ti) ，同時又完全保留了Profibus現有的開放性。
   
PROFInet現場總線體(ti) 係結構如圖10所示，從(cong) 圖中看出，該方案支持開放的、麵向對象的通信，這種通信建立在普遍使用的Ethernet TCP/IP基礎上，優(you) 化的通信機製還可以滿足實時通信的要求。基於(yu) 對象應用的DCOM通信協議是通過該協議標準建立的。以對象的形式表示的PROFInet組件根據對象協議交換其自動化數據。自動化對象即COM對象作為(wei) PDU以DCOM協議定義(yi) 的形式出現在通信總線上。連接對象活動控製（ACCO）確保已組態的互相連接的設備間通信關(guan) 係的建立和數據交換。傳(chuan) 輸本身是由事件控製的，ACCO也負責故障後的恢複，包括質量代碼和時間標記的傳(chuan) 輸、連接的監視、連接丟(diu) 失後的再建立以及相互連接性的測試和診斷。


圖10 Type10 PROFInet 現場總線體(ti) 係結構
   
Profibus可以通過代理服務器(Proxy)很容易地實現與(yu) 其它現場總線係統的集成，在該方案中，通過代理服務器將通用的Profibus網絡連接到工業(ye) 以太網；通過以太網TCP/IP訪問Profibus設備是由Proxy使用遠方程序調用和Microsoft DCOM進行處理的。
   
PROFInet提供工程設計工具和製造商專(zhuan) 用的編程和組態軟件，使用這種工具可以從(cong) 控製器編程軟件開發的設備來創建基於(yu) COM的自動化對象，這種工具也將用於(yu) 組態基於(yu) PROFInet的自動化係統，使用這種獨立於(yu) 製造商的對象和連接編輯器可減少15%的開發時間。
   
結語
   
10種類型現場總線采用完全不同的通信協議。Type1采用LAS方式和Publisher/Subscriber模式；Type2 ControlNet使用CTDMA方法和Producer/Consumer模式，Ethernet/IP使用Ethernet TCP/IP協議；Type3是令牌環和主站/從(cong) 站方式；Type4通信采用虛擬令牌傳(chuan) 遞方式；Type5采用CSMA/CD方式和Ethernet TCP/IP協議；Type6使用TDMA多路存取方式；Type7使用總線裁決(jue) 方式；Type8采用整體(ti) 幀協議；Type9采用LAS方式和Publisher/Subscriber模式；Type10使用Ethernet TCP/IP協議。
   
從(cong) 以上論述可以看出，十種類型現場總線體(ti) 係結構和通信協議都不相同，但對Ethernet TCP/IP工業(ye) 以太網技術用於(yu) H2高速現場總線基本達成共識，Ethernet/IP、FF HSE和PROFInet工業(ye) 以太網技術事實上已成為(wei) 國際標準。
   
據了解，IEC61158標準的維護期為(wei) 2007年12月31日，就是說在此之前不會(hui) 增加新的現場總線，對目前標準內(nei) 的現場總線也不會(hui) 做修改。由此可見，現場總線係統的體(ti) 係結構和格局已經基本確定，工業(ye) 以太網和現場總線在係統中的定位已經明確，它們(men) 兩(liang) 者之間的關(guan) 係見表1。

表1 工業(ye) 以太網與(yu) 現場總線關(guan) 係


   
表中列出了當前工業(ye) 以太網技術的4個(ge) 主要競爭(zheng) 者，FF HSE、EtherNet/IP和PROFInet現場級都有自己的現場總線，這種格局今後不會(hui) 改變。Phoenix Contacts公司Type8 INTERBUS采用的IDA工業(ye) 以太網技術發展很快，並將工業(ye) 以太網延伸到現場I/O級，同時Modbus TCP/IP協議已被提交國際因特網工程特別工作組（IETF），希望這個(ge) 協議能成為(wei) 工業(ye) 因特網協議標準。為(wei) 了使此項工作加速推進，MODBUS組織和IDA組織於(yu) 2003年10月底宣布合並。國內(nei) 也正在開展工業(ye) 以太網的開發工作，浙大中控技術有限公司開發的EPA工業(ye) 以太網已經延伸到現場一級，並在化工廠獲得成功試用。
   
現場總線的長期爭(zheng) 論使人們(men) 逐漸認識到，數字技術的統一完全不同於(yu) 模擬技術，現場總線控製係統的統一之路應該充分吸收Internet技術實現統一的成功經驗，麵向市場，不斷創新，建立一個(ge) 具有互操作性的工業(ye) 以太網網絡，最終為(wei) 工業(ye) 自動化創建一個(ge) 統一的信息平台。