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现场总线技术发展史

作者:www.cechina.cn2016.04.22阅读 5435

  现场总线(Fieldbus)是20世纪80年代末、90年代初国际上发展形成的,用于电气自动化、制造自动化,等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础,沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络,而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术www.cechina.cn,已经受到世界范围的关注,成为自动化技术发展的热点,并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。国际上许多实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层CONTROL ENGINEERING China版权所有,作为工厂设备级基础通讯网络,要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点:具有一定的时间确定性和较高的实时性要求,还具有网络负载稳定,多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。
  由于上述特点,从网络结构到通讯技术,都具有不同上层高速数据通信网的特色。一般把现场总线系统称为第五代控制系统,也称作FCS(集中式控制系统)。人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代,把4~20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代,把数字计算机集中式控制系统称为第三代,而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统,一方面,突破所造成的缺陷;另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构CONTROL ENGINEERING China版权所有,变成了新型全分布式结构,把控制功能彻底下放到现场。可以说,开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。


现场总线技术发展概览

  1984年美国Inter公司提出一种计算机分布式控制系统-位总线(BITBUS),它主要是将低速的面向过程的输入输出通道与高速的计算机总线多(MULTIBUS)分离,形成了现场总线的最初概念。80年代中期控制工程网版权所有,美国Rosemount 公司开发了一种可寻址的远程传感器(HART)通信协议。采用在4~20mA模拟量叠加了一种频率信号,用双绞线实现数字信号传输。HART协议已是现场总线的雏形。1985年由Honeywell和Bailey等大公司发起,成立了World FIP制定了FIP协议。1987年,以Siemens,Rosemount,横河等几家著名公司为首也成立了一个专门委员会互操作系统协议(ISP)并制定了PROFIBUS协议。后来美国仪器仪表学会也制定了现场总线标准IEC/ISA SP50。随着时间的推移,世界逐渐形成了两个针锋相对的互相竞争的现场总线集团:一个是以Siemens、Rosemount,横河为首的ISP集团;另一个是由Honeywell、Bailey等公司牵头的WorldFIP集团。1994年,两大集团宣布合并,融合成现场总线基金会(Fieldbus Foundation)简称FF。对于现场总线的技术发展和制定标准,基金委员会取得以下共识:共同制定遵循IEC/ISA SP50协议标准;商定现场总线技术发展阶段时间表。
  虚拟通信关系
  WIA-PA网络使用虚拟通信关系(VCR)区分不同用户应用对象所使用的路径和通信资源,使网络协议对应用完全透明。每个VCR由VCR_ID唯一标识。每个VCR由源端用户应用对象标识、目的用户应用对象标识、源端设备地址、目的端设备地址、VCR类型、VCR作用范围等属性表示。

  目前,总线种类颇多,常见的总线有Modbus,CAN,DeviceNet,Profibus,EtherNet/IP,Lonworks控制工程网版权所有,FF,EtherCAT,Modbus TCP,profiNet,InterNet/IP等。
  现场总线技术有以下几个优点:
  1、有助于工业企业降低生产成本、提高生产效率;
  2、由于分散在前端的智能设备能执行较为复杂的任务,不再需要单独的控制器、计算单元等,节省了硬件投资和使用面积;
  3、高度的系统集成自主权,可以通过比较灵活选择合适的厂家产品;整体系统的可靠性和准确性也大为提高。这一切都帮助用户实现了减低安装、使用、维护的成本,最终达到增加利润的目的;
  4、提出了以协议转换方式系统实现互操作的理论方法。协议转换可以根据通信协议的异同在不同的通信层次通过协议级、服务级和混合的方式实现,为互操作的实现提供理论和实现基础。

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