现场总线概述解读.ppt

②信号传输要求 二者在速度要求上是一致的，但现场总线不仅要求传输速度快，还要求响应快，即需要满足控制系统的实时性要求。 一般通信系统也会有实时性的要求，但这是一种“软”的要求，即只要大部分时间满足要求就行了。过程控制对实时性的要求是“硬”的，因为它往往涉及安全，不允许有不确定性。 现场总线的实时性主要体现在响应时间和循环周期二个方面： 响应时间是指系统发生特殊请求或发生突发事件时，仪表将信息传输到主控设备或其它现场仪表所需的时间。这往往需要涉及：现场设备的中断和处理能力，传输时间，优先级控制等多种因素。过程控制系统通常并不要求这个时间达到最短，但它要求最大值是预先可知的。 过程控制系统通常需要周期性地与现场控制设备进行信息交流，循环周期是指系统与所有现场控制设备都至少完成一次通信所需的时间。这个时间往往具有一定的随机性，过程控制系统同样希望其最大值是可预知的。 现场总线通常采用以下二种技术来保证其实时性： 一是简化技术。 简化网络结构，现场总线一般将网络形式简化成线形； 简化通信模型，一般只利用了OSI/RM中的2～3层； 简化节点信息，通常简化到只有几字节。 经过以上简化，可以极大地提高通信传递速度。 二是采用网络管理技术来实现实时性并保证其可预知性。 例如:采用主-从访问方式，只要限制网络的规模，就可 以将响应时间控制在指定的时间内。 总而言之：实时性要求是现场总线区别一般计算机通信的主要因素改善现场总线的实时性，减少响应时间的不确定性（以EtherNet为明显）是现场总线的重要发展趋势。 ③网络结构 计算机通信系统的结构是网络状的，节点间的通信路径是不固定的 大部分现场总线的结构是线 状的，节点间的通信路径是比较固定的 如果线状结构的现场总线上某支路断开了以后，这条支路就可能完全瘫痪，而一般的网络系统则没有这种问题，信息还可以通过选择其它路由进行传递。 FB采用线状结构的原因在于： ① 容易实现对现场仪表的总线供电。 一条线状结构现场总线支路上的电源负载是确定的，沿总线电源电压的变化也是可以预料的。 ② 容易实现本安防爆规范。 目前的本安防爆主导理论还是认为，电缆的分布电感、电容以及由于电磁感应产生的火花能量，都是随着电缆的长度而增加。现场总线由于限制电缆的长度和总线上负载的数量，可以较好的解决本安防爆问题，同时这也对现场总线的应用产生了一定的限制。 总之：现场总线并不仅仅是一项通信技术，它是通信技术、仪表智能化技术及自动控制技术的结合产物。 目前并不是所有的现场总线都满足了上述要求，但这些要求是用于过程控制的现场总线所追求的目标。 (3) 现场总线技术的发展趋势 从现场总线技术本身来分析，它有两个明显的发展趋势： 一是寻求统一的现场总线国际标准 二是Industrial Ethernet走向工业控制网络 统一、开放的TCP/IP Ethernet是20多年来发展最成功的网络技术 ，过去一直认为，Ethernet是为IT领域应用而开发的，它与工业网络在实时性、环境适应性、总线馈电等许多方面的要求存在差距，在工业自动化领域只能得到有限应用。事实上，这些问题正在迅速得到解决，国内对EPA技术（Ethernet for Process Automation）也取得了很大的进展。 随着FF HSE的成功开发以及PROFInet的推广应用，可以预见Ethernet技术将会十分迅速地进入工业控制系统的各级网络。 9.2 基金会现场总线 按照基金会总线组织的定义： FF总线是一种全数字的、串行的、双向传输的通信系统，是一种能连接现场各种传感器、控制器、执行单元的信号传输系统。 FF总线最根本的特点是专门针对工业过程自动化而开发的，在满足要求苛刻的使用环境、本质安全、总线供电等方面都有完善的措施。 FF采用了标准功能块和DDL设备描述技术，确保不同厂家的产品有良好的互换性和互操作性。为此，有人称FF总线为专门为过程控制设计的现场总线。 在起初的协议标准中：FF分为低速H1总线和高速H2总线 低速H1总线： 低速总线协议H1主要用于过程自动化 传输速率为31.25Kbps 传输距离可达1900m，可采用中继器延长 可支持总线供电 支持本质安全防爆环境 H1协议标准已于1996年发表，目前已经进入实用阶段 高速H2总线： 高速总线协议H2主要用于制造自动化 传输速率分为1Mbps和2.5Mbps两种 通信距离分别为750m和500m 但原来规划的H2高速总线标准现已被FF组织所放弃，取而代之的是基于EtherNet的高速总线技术规范HSE。 9.2.1