INTERBUS_现场总线技术及其发展
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INTERBUS现场总线技术及其发展2005 年5 月,INTERBUS 现场总线正式成为我国行业标准JB/TIO308.8《测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线类型8:INTERBUS《规范》。
INTERBUS 是世界上开发最早的现场总线,早在1984 年就由德国Phoenix Contact 公司研发,并得到Interbus Club 国际组织支持。
由于该总线的快速发展和广泛使用,INTERBUS 已先后成为DIN19258 德国标准、EN50254 欧洲标准和IEC61158 现场总线国际标准。
INTERBUS 在全球有1000 多家总线设备生产商,提供多达2500 种产品。
到目前为止,INTERBUS 现场总线在世界各地的节点安装突破750 万,在各种现场总线中名列第二。
1、INTERBUS 系统结构与规范INTERBUS 是数字的串行通信系统,用于控制系统(如何编程序控制器)与工业传感器和执行器类现场设备之间的通信。
INTERBUS 总线使用中央主——从访问方式和树状拓扑结构,用于所连接的主站系统应用与从站应用程序之间数据的交换,其系统结构图示于图1。
INTERBUS 协议给用户提供了两个数据传输通道:过程数据通道和参数通道。
组合两种通道形成混合的网络通信结构。
从主站开始的网段是第一网段(一组从站),同时该网段可通过总结耦合器扩展更多网段。
从站和总线耦合器不带地址,它们的地址是由其在环中的位置决定。
图1 INTERBUS 系统结构对于INTERBUS 系统来说,整个系统是由互相连接的总线段构成。
INTERBUS 总线可分为三种不同的总线段,即远程总线段、本地总线段和Interbus 环路段。
每个远程总线段开始于一个远程总线终端模块,一个远程总线的最大长度为400 米(铜缆),整个INTERBUS 系统的总长可达12.8 公里。
现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法现场总线(Fieldbus)是一种新型的工业通信技术,它是以数字化的方式将数据传输到工业现场设备和控制系统之间的通信总线。
现场总线的出现大大提高了工业自动化的可靠性、效率、安全和灵活性。
下面将介绍现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用和使用方法。
一、发展历程现场总线的发展可追溯到20世纪70年代,当时欧洲的一些机构开始研究数字控制系统。
80年代初,德国联邦教育研究部门的PLC工艺小组提出了“第三代工厂控制理论”,并提出了“现场总线”的概念。
90年代初,现场总线开始应用于工业自动化领域,并逐渐发展成为主流的工业通信技术。
二、特点及分类1. 特点(1)数字化传输:现场总线采用数字化通信方式,避免了模拟信号的干扰和失真,提高了数据的可靠性和准确性。
(2)灵活性:现场总线可以连接多种类型的设备和控制系统,实现设备之间的信息交换和协同工作。
(3)可扩展性:现场总线可以根据工业自动化系统的需求进行扩展和升级,具有很高的灵活性和适应性。
(4)实时性:现场总线可以实现实时数据传输和控制,提高了工业生产的效率和精度。
(5)安全性:现场总线支持加密和认证技术,保障了工业通信的安全性和可靠性。
2. 分类目前常用的现场总线主要有以下几种:(1)Profibus:是德国西门子公司研发的一种现场总线,可以实现高速数据传输和设备的实时控制。
(2)Modbus:是Modicon公司开发的一种现场总线,适用于数据采集和控制。
(3)CAN总线:是一种广泛应用于汽车和工业控制领域的现场总线,具有高速、可靠、抗干扰等特点。
(4)DeviceNet:是美国罗克韦尔公司开发的一种现场总线,适用于工业设备之间的通信和控制。
三、主要应用现场总线广泛应用于各个工业领域,包括制造业、石化、水处理、电力等。
主要应用包括以下几个方面:(1)数据采集和监控:现场总线可以实现对工业设备的数据采集和监控,提高了生产过程的可靠性和效率。
现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法一、现场总线的发展历程现场总线(Fieldbus)技术起源于20世纪80年代,当时主要是为了解决工业控制系统中数据传输和设备互联的问题。
随着技术的不断发展,现场总线技术已经成为现代工业自动化领域的关键技术之一。
1. 20世纪80年代初期,现场总线技术的研究与应用逐渐兴起,主要应用于石油、化工、钢铁等行业的过程控制系统。
2. 20世纪90年代,随着工业控制系统的发展和技术的进步,现场总线技术得到了广泛应用,几乎涵盖了所有工业生产领域。
3. 21世纪初至今,现场总线技术已经成为工业自动化系统的核心技术,越来越多的企业使用现场总线技术实现设备互联和数据传输。
二、现场总线的特点1. 开放性:现场总线技术遵循统一的国际标准,实现了不同厂商设备之间的互通互联。
2. 高可靠性:现场总线技术采用数字通信技术,具有抗干扰能力强和数据传输可靠的特点。
3. 高效率:现场总线技术可以实现设备之间的直接通信,减少了传统集中控制方式中的数据处理环节,提高了系统的响应速度和工作效率。
4. 易扩展性:现场总线技术采用网络式结构,扩展设备非常方便,可以根据实际需要进行灵活配置。
5. 低成本:现场总线技术可以减少布线、降低系统复杂度,从而减轻了系统维护和运行成本。
三、现场总线的分类根据现场总线的应用领域、通信协议和传输速率等特点,现场总线主要分为以下几类:1. 过程自动化现场总线:如FOUNDATION Fieldbus、PROFIBUS PA 等,主要用于过程控制系统中,实现设备之间的数据传输和控制。
2. 工厂自动化现场总线:如PROFIBUS DP、DeviceNet、CANopen 等,主要用于工厂自动化系统中,实现设备之间的数据交换和通信。
3. 传感器/执行器现场总线:如AS-i、IO-Link等,主要用于传感器、执行器等设备之间的通信。
四、现场总线的主要应用现场总线技术广泛应用于石油、化工、钢铁、电力、造纸、建材等工业领域,主要用于以下几个方面:1. 设备监控与控制:通过现场总线实现设备之间的实时数据采集、监控和控制。
现场总线技术的发展与应用摘要:现场总线作为一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统,近年来得到了迅猛的发展和应用。
为此本文阐述了现场总线的发展和多现场总线技术的应用。
关键字:现场总线自动化控制系统1 概述在计算机自动控制系统急速发展的今天,特别是考虑到现场总线已经普遍地渗透到自动控制的各个领域的现实,现场总线必将成为电工自动控制领域主要的发展方向之一。
现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域;并且国外大公司已经在大力拓展中国市场,发展我国的现场总线产品已经刻不容缓。
现场总线对自动化技术的影响意义深远。
当今可以认为现场总线是提高自动化系统整体水平的基础技术,对国民经济影响重大。
因此,要在自动化领域中推广应用和发展现场总线。
现场总线是近年来自动化领域中发展很快的互连通信网络,具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点。
目前,国际上各种各样的现场总线有几百种之多,统一的国际标准尚未建立。
较著名的有基金会现场总线(FF)、HART现场总线、CAN现场总线、LONWORKS现场总线、PROFIBUS 现场总线、MODBUS、PHEONIX公司的INTERBUS、AS-INTERFACE总线等.自动化控制系统就是通信网络把众多的带有通信接口的控制设备、检测元件、执行器件与主计算机连接起来,由计算机进行智能化管理,实现集中数据处理、集中监控、集中分析和集中调度的新型生产过程控制系统。
从目前国内外自动化控制系统所应用的现场总线来看,主要有PROFIBUS、MODBUS、LONWORKS、FF、HART、CAN等现场总线。
以上系统基本上都是采用单一的现场总线技术,即整个自动化控制系统中只采用一种现场总线,整个系统构造比较单一。
现场总线已不仅仅是一个新技术领域或新技术问题,在研究它的同时,我们发现它已经改变了我们的观念;如何去看待现场总线,要比研究它的技术细节更为重要.1.1现场总线是一个巨大的商业机会一项权威报告声称现场总线的应用将使控制系统的成本下降67%;巨大的商业利益直接导致产生一个巨大的市场,并且促使传统市场萎缩,从而引发技术进步。
现场总线技术标准化的发展过程及现状现场总线技术标准化的发展过程及现状1. 引言现场总线技术是现代工业自动化系统中的重要组成部分,它提供了设备互联和数据通信的标准化方案,使得工业生产过程更加灵活高效。
本文将深入探讨现场总线技术标准化的发展过程及现状,以帮助读者更全面地了解这一关键技术。
2. 现场总线技术的起源与发展现场总线技术最早由德国公司P3联合施耐德电气公司于1987年共同推出,通过引入总线通信协议,实现了工业设备的联网通信。
这一创新对于提升工业自动化系统的效率和可靠性产生了革命性影响。
随着技术的发展,现场总线技术逐渐成熟,成为了工业自动化领域的重要标准之一。
3. 现场总线技术标准化的意义随着工业自动化的快速发展,不同设备厂商开发出的设备数量众多,而这些设备之间的数据交换是必不可少的。
然而,由于每个厂商的设备都有各自的通信协议和接口,设备之间的互联变得困难重重。
现场总线技术的标准化解决了这一问题,通过统一的通信协议和接口标准,各种设备可以方便地进行数据交换和联网通信。
这一标准化不仅提高了工业生产效率,还降低了设备的开发和维护成本。
4. 现场总线技术标准化的发展过程现场总线技术的标准化发展过程可以分为以下几个阶段:4.1. 初期标准化在现场总线技术的早期发展阶段,各个制造商推出了各自的通信协议和接口标准,这导致了设备之间的不兼容问题。
为了解决这一问题,国际电工委员会(IEC)于1991年推出了第一版现场总线技术标准IEC61158,实现了不同设备的互联互通。
这标志着现场总线技术的初步标准化。
4.2. 标准化的深入发展随着技术的进一步成熟,现场总线技术在标准化方面也取得了重要进展。
IEC逐步推出了多个与现场总线技术相关的标准,包括IEC61784、IEC61804等,进一步规范了设备之间的通信协议和接口标准。
国际组织EtherCAT Technology Group也推出了EtherCAT总线技术,成为现场总线技术的另一种标准选择。
浅谈现场总线技术的发展摘要:现场总线控制系统是继分散控制系统之后出现的新一代控制系统,它代表的是一种数字化到现场、网络化到现场、控制功能和设备管理到现场的发展方向。
关键字:现场总线(FCS)、MODBUS、Profibus、FF(基金会总线)、HARTAbstract:The field bus controlsystem is a new generation ofcontrolsystem after DCS,it represents adigitalto the scene,network devices,control function and management of equipmentto the sitedevelopment direction.Key words:field bus(FCS),MODBUS,Profibus,FF(Foundation Fieldbus),HART中国分类号:TF11 文献标识码:A 文章标号:2095-2104(2012)03-0001-02 一引言现场总线(FCS)是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线,它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。
由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点,因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。
现场总线的含义主要体现在以下几个方面:(1)现场通信网络:现场总线是用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互联的现场通信网络,把通信线一直延伸到生产现场或生产设备。
(2)互操作性:互操作性的含义是来自不同制造厂的现场设备,不仅可以相互通信,而且可以统一组态,构成所需的控制回路,共同实现控制策略。
(3)分散功能块:现场总线控制系统(FCS)废弃了分散型控制系统(DCS)的输入/输出单元和控制站,把DCS控制站的功能块分散给现场仪表,从而构成虚拟控制站。
现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网。
它的出现将对该领域的发展产生重要影响。
本场报告主要介绍了现场总线技术及其发展趋势,主要包括现场总线现状及发展、企业网络集成系统介绍和现场总线简介三部分。
一、现场总线现状发展1、现场总线的定义现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统,也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。
它是工业控制的底层网络,与执行器、传感器等直接打交道,属于局域网的范畴。
现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表,使它们各自具有了数字计算和数字通讯能力,采用可进行简单连接的双绞线等作为总线,把多个测量控制仪表连接成网络系统,并按公开、规范的通信协议,在位于现场的多个微机化测量控制设备之间及现场仪表与远程监控计算机之间,实现数据传输与信息交换,形成各种适应实际需要的自动控制系统。
2、现场总线的本质特点现场总线系统打破了传统控制系统采用的按控制回路要求,设备一对一的分别进行连线的结构形式。
把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块放入现场设备,加上现场设备具有通信能力,因而控制系统功能能够不依赖控制室中的计算机或控制仪表,直接在现场完成,实现了彻底的分散控制。
现场总线控制系统既是一个开放通信网络,又是一种全分布控制系统。
它把作为网络节点的智能设备连接成自动化网络系统,实现基础控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化的综合自动化功能。
是一项以智能传感器、控制、计算机、数字通信、网络为主要内容的综合技术。
现场总线系统在技术上具有以下特点:系统具有开放性和互用性通信协议遵从相同的标准,设备之间可以实现信息交换,用户可按自己的需要,把不同供应商的产品组成开放互连的系统。
系统间、设备间可以进行信息交换,不同生产厂家的性能类似的设备可以互换。
系统功能自治性系统将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成,现场设备可以完成自动控制的基本功能,并可以随时诊断设备的运行状况。
现场总线技术及控制系统概述摘要分析了现场总线控制系统相对于集散控制系统的优缺点,介绍了当前流行的几种现场总线及其各自的技术特色,指出现场总线控制系统取代集散式分布控制系统是发展的必然。
主题词通信网络计算机控制自动化系统现场总线Fieldbus 是80年代末,90年代初国际上发展形成、用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络,它也被称为现场底层设备控制网络Infranet 。
根据国际电工委员会IEC 和美国仪表协会ISA 的定义:现场总线是连接智能现场设备和控制室系统的全数字、双向传输、多分支结构的通信网络。
在过程控制领域内,它就是从控制室延伸到现场测量仪表、变送器和执行机构的数字通信总线。
它取代了传统模拟仪表单一的4~20mA传输信号,实现了现场设备与控制室设备间的双向、多信息交换。
它作为工厂数字通信网络的基础,沟通了生产过程、现场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,是一项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术。
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,把现场总线控制系统称为第五代控制系统,也称作FCS———现场总线控制系统。
现场总线控制系统FCS 作为新一代控制系统,一方面,突破了DCS系统采用通信专用网络的局限,采用了基于公开化、标准化的解决方案,克服了封闭系统所造成的缺陷;另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构,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。
1、现场总线概述80年代以来,各种现场总线技术陆续形成。
其中主要有:基金会现场总线FF(Foundation Fieldbus)、控制局域网络CAN( Controller Area Network)、局部操作网络LonWorks(Local OperatingNetwork)、过程现场总线PROFIBUS(Process FieldBus) 和HART协议Highway Addressable RemoteTransducer 等。
现场总线的发展历史与未来发展趋势从20世纪70年代末至今,现场总线技术的发展经历了30年历史。
已被越来越多应用于现实的生产过程控制中,该技术在减少系统线缆,简化系统安装、维护和管理,降低系统的投资和运行成本,增强系统性能等方面,显现出相对传统控制技术的优越性.然而由于历史的原因,现场总线技术的发展至今还没有统一的标准.以下就现场总线的发展历史、技术特点以及发展趋势等方面进行探讨.1现场总线技术的发展背景纵观自动控制系统的发展历史,从基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统,到集散控制系统,每一次控制系统的发展无不反映了这样一个特点;由于被控对象的复杂化和控制要求的提高,当时使用的仪器仪表已无法满足现实控制的需要,使得功能更强、性能更优的新一代仪器仪表产生,既而适应新的仪器仪表的控制系统"rE就逐步完善起来.现场总线的产生首先反映了仪器仪表本身发展的需要.仪器仪表的发展经历了全模拟式仪表、智能仪表、具有通信功能的智能仪表、现场总线仪表等几个阶段.其中,全模拟式仪表是将传感器信号进行调理放大后,经过v/I电路转换,输出4~20mA或o~5V的模拟信号,其后随着计算机技术的发展,微处理器在仪器仪表中得到了广泛应用,过程变量经调理放大、A/D采样,转换为数字信号,并经过微处理器的运算、补偿等处理后,再通过D/A、V/I等电路,仍然以4~20mA或o~5V的模拟信号输出,这种智能仪表相对于全模拟仪表来讲,测量精度大大提高,但信号传输过程仍然容易受到外界电磁干扰,传输精度和可靠性都不高.于是,人们在仪器仪表中增加了通信接口(如RS232/485等),以数字通信的:h-式代替模拟信号传输.但由于这些通信标准只规定了物理层上的电气特性,而对于数据链路层及其以上各高层协议规范,则没有统一定义,致使不同生产厂家生产的仪器仪表由于通信协议的专有与不兼容而无法实现相互之间的信息互访.为解决这个问题,必须对这些网络的通信标准进行统一,组成开放互连系统,于是就产生了现场总线.所以说,具有数字通讯功能的智能仪表为现场总线的发展奠定了基础.其次,随着计算机功能的不断增强,价格急剧降低,计算机与计算机网络系统迅速发展,使得现场总线通信网络的实施成为现实,该网络不仅能实现现场设备之间的信息交换,而且实现了生产现场与外界的信息交换.也就是说。
现场总线的发展方向
现场总线发展历程
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,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4~20毫安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,横河等几家着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。
现场总线技术的发展及应用专业:控制理论与控制工程学号:132030032随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展,20世纪80年代中期产生了现场总线。
根据国际电工委员会IEC1158定义,现场总线是“安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线”现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表,使之数字化、智能化,采用可进行简单连接的双绞线等介质将位于现场的各种智能设备及各种控制设备连接成网络系统,并按公开、规范的通信协议进行数据传输与信息交换。
它突破了 DCS相对封闭的限制,将测控任务分散到现场设备中,上位计算机只负责监控以及一些复杂的优化和先进控制的功能。
以现场总线技术为基础形成了一种新型的网络集成式全开放控制系统一现场总线控制系统 FCS(Fieldbus Control System),它适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化的发展方向,成为全球工业自动化领域的研究热点。
1.现场总线的体系结构现有各种现场总线的协议体系大多参照了国际标准化组织(ISO)的开放系统互联协议(OSI)七层模型,实现了其中的物理层、数据链路层和应用层,有些总线还按照自己的需要进行了适当的扩充。
以现场总线基金会FF制定的现场总线标准为例,它的体系结构包括了物理层、数据链路层和应用层,另外又在应用层上增加了一层用户层。
(1)物理层该层规定了现场总线的传输介质、传输速率、最大传输距离、拓扑结构及其信号类型等。
以FF现场总线为例,其传输介质为双绞线、同轴电缆、光纤和无线电等;传输速率有低速的H1现场总线和高速的H2现场总线。
H1的传输速率为31 kbps或25 kbps,传输距离为200~1 900 m,总线最多可连接4台中继器。
H2的传输速率为1Mbps/750 m或2.5 Mbps/500 m。
H1每段最多节点数为32个, H2每段最多节点数为124个。
浅谈现场总线技术的应用及发展摘要:文章结合现场总线技术的实践,通过了解现场总线技术的发展和功能,为公司现场总线技术的使用提供一些参考依据。
关键词:现场总线技术;发展;功能;应用20世纪80年代发展起来的现场总线是指以工厂内的测量仪表和控制机器间的通讯为主的网络,也称现场网络。
也就是传感器、各种操作终端和控制器间的通讯及控制网络。
通过控制信息的通讯,使时间分割、多重化、多点化成为可能,从而实现高性能化、高可靠化、保养简便化的自动化控制系统。
1现场总线技术的实践我公司选矿厂通过变频器控制新厂球磨机的给矿量时,由于当班操作人员较少,球磨系统操作点分散,给矿量在一定时间内无法稳定控制在一定范围内。
当给矿量过小时,造成球磨机轻载运转,原矿处理耗时又耗工,工作效率极为低下,从而造成能源和生产成本的浪费;而给矿量过大时,尾矿浆处理不及时,达不到现有的环保要求,选矿厂将被迫进行停产整顿,其造成的损失将无法估量。
针对上述状况,根据选矿厂工艺要求的原矿及尾矿浆的处理量,利用现场总线控制技术,选矿厂引进一些硬件设备及软件系统对球磨每半小时给矿量实行汇总及实时监控,以实时管理及控制球磨给矿量。
具体控制程序图如图1所示。
考虑现阶段选矿厂的实际生产状况,此次技改实现了给矿量的半自动化闭环控制,从“数据表格形成”到控制“现场感应源”这一反馈控制环节还沿用了一些人工控制环节,但已成功地达到我们的给矿量控制要求,实现了现场控制信息及管理信息的有效化管理,使选矿生产保持连续、稳定、高效运转。
2现场总线技术的发展随着工业控制系统从最初的人工化控制走向自动化控制,从单向、开环控制到多向、闭环控制;并伴随着现代电子技术、计算机技术及通信技术的逐渐成熟,现场总线控制系统从分层控制系统、集散控制系统发展为多向的、集成化的自动化控制系统。
早期集散控制系统是以微处理器为基础,依据分而自治和综合协调的设计原则,通过基本控制单元、操作者接口、过程输入接口、过程输出接口等功能模块达到集中管理和分散控制的控制系统。
现场总线的发展历程、特点及分类、主要应用,使用方法现场总线的发展历程:现场总线是工业自动化控制系统中的重要组成部分,随着控制系统的发展,现场总线也得到了快速发展。
20世纪70年代初期,现场总线开始出现在自动化生产线中,主要用于连接传感器、执行器和控制器等设备。
在80年代中期,现场总线逐渐普及,并形成了一些常见的标准,如Profibus、Modbus等。
90年代后期,现场总线开始向工业以外的领域扩展,如建筑自动化、家庭自动化等。
现场总线的特点及分类:现场总线的特点是传输速度快、可靠性高、建设成本低、可扩展性强。
目前,现场总线主要分为数字、模拟和混合三种类型。
数字总线:数字总线可以传输数字信号,如开关量、计数器等。
其中,最常见的是Profibus和CAN总线。
模拟总线:模拟总线可以传输模拟信号,如温度、压力等。
其中,最常见的是HART和Foundation Fieldbus。
混合总线:混合总线可以同时传输数字信号和模拟信号,如Modbus和DeviceNet。
主要应用:现场总线广泛应用于工业自动化、建筑自动化、家庭自动化等领域。
在工业自动化中,现场总线常用于连接传感器、执行器和控制器等设备,实现自动化控制和监测。
在建筑自动化中,现场总线常用于连接照明、空调、安防等设备,实现智能化控制和管理。
在家庭自动化中,现场总线常用于连接家电、照明、窗帘等设备,实现智能化控制和管理。
使用方法:使用现场总线,需要先确定所需传输的信号类型,然后选择合适的总线类型和总线设备。
接着,根据现场实际情况进行布线、配置和调试,最终实现自动化控制和监测。
在使用过程中,需要注意总线设备之间的兼容性和稳定性,确保系统的持续运行和稳定性。
interbus现场总线-技术总结篇一:菲尼克斯现场总线和INTERBUS现场总线1 引言在近100多年的历史中,机械制造工业从未有过如此激烈的竞争和变动。
全世界都在寻找符合未来发展的先进的自动化制造技术的概念。
信息技术、计算机技术和控制网络技术的发展给制造工业的发展提供了巨大的机遇。
要在制造工业市场上占有领先的地位,这个企业必须具有提高生产率、降低制造成本的能力。
这种能力的提高的关键是如何将新型的自动控制系统应用在生产制造业中。
众所周知,计算机技术、通讯技术、IT技术的发展不断地渗透到工业控制领域,引起了工业自动化控制的不断变革,其主要特征就是现场总线技术、PC-based技术以及工业以太网技术。
这些技术的出现使得工业自动化技术的水平达到了一个新的高峰,面向21世纪的现代工业控制系统正在逐渐形成。
十多年来,Phoenix Contact公司坚持不断创新,不断变革,在工业自动化控制领域提出自己独特的解决方案,特别针对如何提高生产率这一制造工业关键的问题。
一种具有开放性通讯平台的模块化自动控制系统—AUTOMATIONWORX(AX)已在生产实际中得到广泛的应用,其先进性、经济性和可靠性得到了实践的证明。
事实表明将这种技术用于汽车制造业上可减少 25%的厂房面积、70%系统部件的库存量和90%的安装调试时间,使生产率和经济效益得到了最大的提高。
2 生产率的提高取决于生产过程的信息化以及制造系统的集成能力在当今科学技术迅猛发展的时代,生产率的提高是增强竞争能力的关键。
机器和工业设备经济使用的必要性越来越得到人们的重视。
这不仅仅是指机械生产厂,同时也是对产品制造厂的要求。
充分的利用生产的潜力,尽可能地缩短定单到发货的时间,这需要工业制造厂家的高度的灵活性和产品生产厂生产新的产品的机动性。
这就是说,机器和工业设备的制造必须在一定的程度上与技术流程的信息流相结合,即通讯技术必须与生产制造技术紧密的结合起来。
INTERBUS 现场总线技术及其发展1 引言2005年5月,INTERBUS现场总线正式成为我国行业标准JB/TIO308.8《测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线类型8:INTERBUS规范》。
INTER- BUS是世界上开发最早的现场总线,早在1984年就由德国Phoenix Contact公司研发,并得到Interbus Club 国际组织支持。
由于该总线的快速发展和广泛使用,INTERBUS 已先后成为DIN19258德国标准、EN50254欧洲标准和IEC61158现场总线国际标准。
INTERBUS在全球有1000多家总线设备生产商,提供多达2500种产品。
到目前为止,INTERBUS现场总线在世界各地的节点安装突破750万,在各种现场总线中名列第二。
2 INTERBUS系统结构与规范INTERBUS是数字的串行通信系统,用于控制系统(如可编程序控制器)与工业传感器和执行器类现场设备之间的通信。
INTERBUS总线使用中央主——从访问方式和树状拓扑结构,用于所连接的主站系统应用与从站应用程序之间数据的交换,其系统结构图示于图1。
INT ERBUS协议给用户提供了两个数据传输通道:过程数据通道和参数通道。
组合两种通道形成混合的网络通信结构。
从主站开始的网段是第一网段(一组从站),同时该网段可通过总线耦合器扩展更多网段。
从站和总线耦合器不带地址,它们的地址是由其在环中的位置决定。
图1 INTERBUS系统结构对于INTERBUS系统来说,整个系统是由互相连接的总线段构成。
INTERBUS总线可分为三种不同的总线段,即远程总线段、本地总线段和Interbus环路段。
每个远程总线段开始于一个远程总线终端模块,一个远程总线的最大长度为400m(铜缆),整个INTERBUS系统的总长可达12.8公里。
如果远程总线需要供电,则称为安装远程总线,即传输数据,也传输电源;每个远程总线终端模块都引出一个由本地总线模块组成的本地总线段,本地总线主要用在控制柜内,并给变送器和执行器提供附加电源;Interbus环路段是可以直接应用于IP 65现场的本地总线段,它采用两芯无屏蔽导线,总线供电。
一个环路可带63个模块,总长为200m。
根据用户的不同要求,利用以上不同的Interbus总线段可以构成能够满足各种实际需要的现场总线网络结构。
INTERBUS系统规范见表1。
从表1中可以看出INTER- BUS 数据的安全性得到充分保护。
表1 典型INTERBUS系统规范3 INTERBUS协议INTERBUS通信协议完全遵照ISO/OSI开放系统互连模型,并符合IEC61158现场总线三层参考模型。
INTERBUS参考模型包括物理层、数据链路层和应用层,其中,为了提高传输效率,数据链路层(DLL)、由媒体访问控制(MAC)、基本链路层(BLL)和外围设备数据链路(P DL)等三个子层构成,该数据链路层产生了等时(Isochrones)、集总帧(Summation frame)传输协议,具体见图2所示:INTERBUS总线系统是一个数据环结构。
主站开始第一个网段,从站被连接到网段。
数据从主站传送到所有从站,从站从前面的设备接收数据并把数据传送给下一个设备,从站将集总帧送给它的输入数据取出,在该处插入其将要传出的数据,旁路通过其它数据。
对总线上每个从站来说,根据它在帧中的数据宽度确定一个固定的时间片。
数据包顺序按照连接从站的物理顺序。
周期数据(过程数据和非周期数据(参数数据)同时传输。
从站的参数数据在集总帧中使用固定长度为2、4和个八位位组,较长的报文(PDU)由数据链路层分割,这就是IN TERBUS总线专有的PCP(Peri- pherals Communication Protocol)外围设备通信协议,PCP 最后再把所有的信息片段组合起来,形成一个完整的信息。
从图2的帧格式可以看出,一个传输周期由主站启动并以一定的数据序列开始,这包括跟在输出数据后的LBW回送字。
集总帧输出后所有输出数据都正确地送入相应的设备中。
过程数据后继的32位长的帧校验序列FCS用于校验传输的数据,它由一个16位CRC多项式来实现。
图2 集总帧传输协议由于采用集总帧传输数据,INTERBUS现场总线的通信效率大大高于其它现场总线。
表2列出各种现场总线传输效率的对比情况,这种对比是以32个设备的系统为例,其中包括2 0个8位输入设备和12个8位输出设备。
从表2中可以看出,INTERBUS现场总线的通信效率高过52%,Ethernet网络的通信效率仅为0.78%。
正因为如此,目前正在迅速发展的工业以太网技术,较多的采用INTERBUS 等时传输协议。
表2 各种现场总线传输效率的比较INTERBUS应用层(AL)提供的服务负责完成数据的周期发送(过程数据通道)和数据非周期发送(参数通道)。
过程数据通道允许非常有效和高速地传输与过程相关数据,例如一个主站和从站之间设定值和实测值。
通常,过程数据通道发送的数据结构简单,但处于高度动态和更新这中,通过过程数据通过,应用程序直接访问DLL。
对数据的周期发送,INTERBUS使用推广式发布者/预定者模式高效地传送数据,相应的应用关系协议机制(ARPM)为“网络调度意向缓冲(BNU)”方式。
过程数据通道并行的参数通道以非周期方式在两个通信伙伴间传送复杂结构数据。
在参数通道是传递的数据对动态响应无要求,且传输量很小。
它通常用于参数的初始化。
非周期传输采用客户/服务器通信模式,主站和从站都可以做为客户或服务器。
为非周期传输提供的两种用户ARPM这“具有流量控制的用户发起双向队列式”(QUB-FC)和“透明模式用户发起双向队列式”(QUB-TM)。
4 INTERBUS通信行规现场总线标准是概念性的技术标准,理论性强、概念抽象、涉及面广。
为了方便用户设计的应用工业网络中的现场总线设备,IEC/TC65/SC65C数据通信委员会最近制定了“IEC6178 4用于连续的离散制造工业控制系统现场总线通信行规集”,该标准规定了各类通信设备通信协议栈的选择规范。
在标准中INTERBUS现场总线被规定为第6类通信行规族Communi cation Profile Families(CPF)6。
在JB/T 10308.8《INTERBUS规范》中,首次将通信行规列入现场总线标准,以方便国内广大用户。
根据INTERBUS规范,确定了三种预定义的通行行规,每一种通信行规都提供一组完善的规定和附加条件限制,以保证INTERBUS设备能互操作。
对一些独特设备要进一步选择服务服务、参数和参数年值。
三种被定义通信行规为:行规6/1:行规6/1定义了一般标准的INTERBUS行规,该行规包括AL、DLL和PHL服务选择以及符合INTERBUS应用访问的协议定义;行规6/2:行规6/2扩充行规6/1的非周期数据交换能力。
它规定通过AR-Send-Data-Ackn owLedge透明访问INERBUS设备,它适合带有其它协议栈如TCP/IP的基于TCP/IP应用程序的设备。
该协议栈使用AR-Send-Data-Acknowledge而不影响行规定义;行规6/3:行规6/3使用一简化的服务组,用于非周期数据交换,适合有限资源的INTERB US设备。
符合通信行规的主站或从站设备,依据CP标识符合可以进一步细分,CP标识符见表3。
关于CPF6通信行规的详细规定请参见《JB/TI0308.8INTERBUS规范》。
表3 设备CP标识符分配5 INTERBUS技术的新发展随着IT技术发展,INERBUS现场总线技术在扩大应用的实践中不断完善与发展。
5.1 INTERBUS总线将与PROFINET工业以太网有机地结合从2004年4初月开始,INERBUS Club决定与Profibus Intenational(PI)联手合作开发P ROFINET实时以太网标准。
PROFINET是基于以太网的自动化标准,它构成从I/O级直至管理级的基于组件分布自动化系统的体系结构方案,INTERBUS与PROFINET相结合的系统构成示于图3。
从图中看出,INTERBUS通过代理服务器与PROFINET实时以以太网络相连,用户在采用PROFINET方案后,仍使用原有的INERBUS的高效通信协议对PROFINET是一种补充。
因而,INTERUBS与PRKFINET的结合将为客户提供一种大系统集成的理想方案。
图3 INTERBUS与PROFINET构成的系统5.2 INTERBUS与Safety技术相结合的现场安全总线随着现场总线技术的发展,如何将安全信号也引入到现场中来,构成一体化安全仪表系统,已成为当务之急,为适应这种需要菲尼克斯公司提出一个经济、可靠的解决方案:INTERBU S-Safety安全总线。
该安全总线采用增加一个Safe Control控制模块的方法,使常规的控制器能成为一个控制和处理安全数据的兼容系统,详见图4。
Safety Control控制模块工作在INTERBUS总线中利用总线网络来控制现场总线中安全数据和安全模块之间的信息传输。
图4 INTERBUS-Safety一体化安全仪表系统INTERBUS俱乐部从1999年开始进行INTERBUS安全总线的研究,2001年得到德国BIA 组织EN954-ILKAT4标准的许可证明,并符合IEC61508《电气/电子/可编程电子安全系统的功能安全》标准的SIL3级别。
这种解决方案优于其它方案,它将控制系统与安全总线的功能分开,控制系统结构清晰简单,不影响今后的扩展和修改,成本明显降低,它代表现场总线的一个发展方向。
5.3 IEC61918标准采纳INTERBUS安装与维护丰富的实践经验INTERBUS总线安装与维护十分简便,在系统配置策划、电源选择、接地与防雷保护、光缆技术、现场快速连接、以及在线诊断和快速排除故障等方面具有极其丰富的实践经验。
为了推广和指导广大用户这方面的工程实践,国际电工委员会SC65C/WG10工作组正在制定IEC61918《用于现场总线系统的安装实践规范》,进入这个国际标准的现场总线仅有INTE RBUS 、Profibus和Control NET三种类型。
INTERBUS技术实践的主要内容有:(1) 选择高可靠的供电电源:在整个控制系统的设计时首先需要解决电源的问题,所选用的电源应该品种齐全、可靠性高,可满足瞬态掉电使用和长期缺相使用,输入端电压范围非常宽,足以保证大幅度的电网波动时同样可以提供安全可靠的输出;电源工作时的环境温度可高达70℃;电源输出留有很大的功率密度,以保证在大冲击电流负载时可靠启动;同时具有L ED显示、干接点输出等三重输出电压状态报警功能等。