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工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)知多少

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)（Field bus）是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線(xiàn)，它主要解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問(wèn)題。由于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)，因而受到了許多標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)體和計(jì)算機(jī)廠商的高度重視。它是一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線(xiàn)，是自動(dòng)化領(lǐng)域中底層數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。簡(jiǎn)單說(shuō)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)就是以數(shù)字通信替代了傳統(tǒng)4-20mA模擬信號(hào)及普通開(kāi)關(guān)量信號(hào)的傳輸，是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。

常用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)種類(lèi)介紹

1、PROFIBUS

Profibus 作為一種快速總線(xiàn)，被廣泛應(yīng)用于分布式外圍組件(PROFIBUS-DP)。除了 PROFIBUS-DP和FMS 以外，Beckhoff還支持驅(qū)動(dòng)器通訊標(biāo)準(zhǔn) PROFIBUS MC。過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。

2、EtherCAT

EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology，用于控制和自動(dòng)化技術(shù)的以太網(wǎng))是一種用于工業(yè)自動(dòng)化的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)解決方案，性能優(yōu)越，使用簡(jiǎn)便。

3、Lightbus

這種經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的 Beckhoff 光纖總線(xiàn)系統(tǒng)具有優(yōu)秀的抗 EMI 性能，易于安裝，數(shù)據(jù)流快速、循環(huán)且具有確定性。

4、Interbus

Interbus 易于配置，通訊快速而可靠。主/從系統(tǒng)的移位寄存器協(xié)議可提供高效循環(huán)通訊。

5、CANopen

通過(guò)有效利用總線(xiàn)帶寬，CANopen 可在即使相對(duì)較低的數(shù)據(jù)傳輸速率時(shí)也能實(shí)現(xiàn)較短的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。秉承了 CAN 的傳統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)，例如數(shù)據(jù)安全性高且具備多主站能力。

6、ControlNet

ControlNet 是一種開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)。該總線(xiàn)協(xié)議允許循環(huán)數(shù)據(jù)和非循環(huán)數(shù)據(jù)通過(guò)總線(xiàn)同時(shí)進(jìn)行交換，而兩者之間互不影響。

7、SERCOS interface

SERCOS 最初作為用于驅(qū)動(dòng)器的快速光纖總線(xiàn)系統(tǒng)研發(fā)。采用 Beckhoff SERCOS 總線(xiàn)耦合器，I/O 設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸和較短的循環(huán)時(shí)間。

8、Ethernet

以太網(wǎng)是辦公環(huán)境中的主流標(biāo)準(zhǔn)。在Beckhoff 以太網(wǎng)產(chǎn)品中，也秉承并發(fā)揚(yáng)了以太網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，例如數(shù)據(jù)傳輸速率高，與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)便集成以及廣泛的服務(wù)和接口等。

9、PROFINET

PROFINET 是一種由 PNO(PROFIBUS 用戶(hù)組織)針對(duì)開(kāi)放式工業(yè)以太網(wǎng)制定的標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)際上訂立的一種針對(duì)通訊的 IT 標(biāo)準(zhǔn)(如 TCP/IP 協(xié)議)。

10、USB

USB 已成為 PC 技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)接口，具有傳輸速率高，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活(通過(guò)集成集線(xiàn)器)等特點(diǎn)，加上 Beckhoff USB 總線(xiàn)耦合器，在距離較短時(shí)，該系統(tǒng)可替代現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。

11、Modbus

Modbus 是一種基于主/從結(jié)構(gòu)的開(kāi)放式串行通訊協(xié)議。可非常輕松地在所有類(lèi)型的串行接口上實(shí)現(xiàn)，已被廣泛接受。

12、RS232/RS485

RS232 和 RS485 是經(jīng)典的串行接口，一直被廣泛使用。Beckhoff RS485/RS232 I/O模塊采用的是易于實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單串行通訊協(xié)議。

13、CC-Link

CC-Link(Control & Communication Link，控制與通信鏈路)是一種開(kāi)放式總線(xiàn)系統(tǒng)，用于控制級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)級(jí)之間的通訊。應(yīng)用方面主要以亞洲地區(qū)為主。

14、AS-Interface

AS interface 通過(guò)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的布線(xiàn)方法，連接傳感器、執(zhí)行器與上位控制層。AS interface 已通過(guò) EN 50295 和IEC 62026-2 標(biāo)準(zhǔn)，在國(guó)際上實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化。

15、LON

LON(Local Operating Network，局部操作網(wǎng)絡(luò))是一種能夠進(jìn)行多網(wǎng)絡(luò)連接的通訊系統(tǒng)，用于分布式應(yīng)用。

16、EIB

EIB(European Installation Bus，歐洲安裝總線(xiàn))是一種用于樓宇布線(xiàn)的總線(xiàn)系統(tǒng)，主要在歐洲得到廣泛應(yīng)用。

17、SNMP

簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議。

18、QOS

服務(wù)質(zhì)量，解決延時(shí)和阻塞的一種技術(shù)。

19、CAN

控制器局域網(wǎng)絡(luò)。

應(yīng)用行業(yè)

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的產(chǎn)生對(duì)工業(yè)的發(fā)展起著非常重要的作用，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)有著非常重要的影響。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)主要應(yīng)用于石油、化工、電力、醫(yī)藥、冶金、加工制造、交通運(yùn)輸、國(guó)防、航天、農(nóng)業(yè)和樓宇等領(lǐng)域。

特征編輯

(1) 全數(shù)字化通信
(2) 開(kāi)放型的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)
(3) 互可操作性與互用性
(4) 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化
(5) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性
(6) 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性

總線(xiàn)特點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有通信功能，便于構(gòu)成工廠底層控制網(wǎng)絡(luò)。
通信標(biāo)準(zhǔn)的公開(kāi)、一致，使系統(tǒng)具備開(kāi)放性，設(shè)備間具有互可操作性。
功能塊與結(jié)構(gòu)的規(guī)范化使相同功能的設(shè)備間具有互換性。
控制功能下放到現(xiàn)場(chǎng)，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備高度的分散性。

總線(xiàn)優(yōu)點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)使自控設(shè)備與系統(tǒng)步入了信息網(wǎng)絡(luò)的行列，為其應(yīng)用開(kāi)拓了更為廣闊的領(lǐng)域；
一對(duì)雙絞線(xiàn)上可掛接多個(gè)控制設(shè)備，便于節(jié)省安裝費(fèi)用；
節(jié)省維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)；
提高了系統(tǒng)的可靠性；
為用戶(hù)提供了更為靈活的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)。

總線(xiàn)缺點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)通信中數(shù)據(jù)包的傳輸延遲，通信系統(tǒng)的瞬時(shí)錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)包丟失，發(fā)送與到達(dá)次序的不一致等都會(huì)破壞傳統(tǒng)控制系統(tǒng)原本具有的確定性，使得控制系統(tǒng)的分析與綜合變得更復(fù)雜，使控制系統(tǒng)的性能受到負(fù)面影響。

總線(xiàn)本質(zhì)

不同的機(jī)構(gòu)和不同的人可能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)有著不同的定義，不過(guò)通常情況下，大家公認(rèn)在以下六個(gè)方面：

通信網(wǎng)絡(luò)

用于過(guò)程自動(dòng)化和制造自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表互連的現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)。

設(shè)備互聯(lián)

依據(jù)實(shí)際需要使用不同的傳輸介質(zhì)把不同的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或者現(xiàn)場(chǎng)儀表相互關(guān)聯(lián)。

互操作性

用戶(hù)可以根據(jù)自身的需求選擇不同廠家或不同型號(hào)的產(chǎn)品構(gòu)成所需的控制回路，從而可以自由地集成FCS。

分散功能塊

FCS 廢棄了DCS 的輸入/輸出單元和控制站, 把DCS 控制站的功能塊分散地分配給現(xiàn)場(chǎng)儀表, 從而構(gòu)成虛擬控制站，徹底地實(shí)現(xiàn)了分散控制。

通信線(xiàn)供電

通信線(xiàn)供電方式允許現(xiàn)場(chǎng)儀表直接從通信線(xiàn)上攝取能量, 這種方式提供用于本質(zhì)安全環(huán)境的低功耗現(xiàn)場(chǎng)儀表, 與其配套的還有安全柵。

開(kāi)放式互聯(lián)網(wǎng)

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)為開(kāi)放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，既可以與同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，也可與不同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，還可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的共享。從以上內(nèi)容我們可以看到，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)體現(xiàn)了分布、開(kāi)放、互聯(lián)、高可靠性的特點(diǎn)，而這些正是DCS系統(tǒng)的缺點(diǎn)。DCS通常是一對(duì)一單獨(dú)傳送信號(hào)，其所采用的模擬信號(hào)精度低，易受干擾，位于操作室的操作員對(duì)模擬儀表往往難以調(diào)整參數(shù)和預(yù)測(cè)故障，處于“失控”狀態(tài)，很多的儀表廠商自定標(biāo)準(zhǔn)，互換性差，儀表的功能也較單一，難以滿(mǎn)足現(xiàn)代的要求，而且?guī)缀跛械目刂乒δ芏嘉挥诳刂普局小CS則采取一對(duì)多雙向傳輸信號(hào)，采用的數(shù)字信號(hào)精度高、可靠性強(qiáng)，設(shè)備也始終處于操作員的遠(yuǎn)程監(jiān)控和可控狀態(tài)，用戶(hù)可以自由按需選擇不同品牌種類(lèi)的設(shè)備互聯(lián)，智能儀表具有通信、控制和運(yùn)算等豐富的功能，而且控制功能分散到各個(gè)智能儀表中去。由此我們可以看到FCS相對(duì)于DCS的巨大進(jìn)步。也正是由于FCS的以上特點(diǎn)使得其在設(shè)計(jì)、安裝、投運(yùn)到正常生產(chǎn)都具有很大的優(yōu)越性：首先由于分散在前端的智能設(shè)備能執(zhí)行較為復(fù)雜的任務(wù)，不再需要單獨(dú)的控制器、計(jì)算單元等，節(jié)省了硬件投資和使用面積；FCS的接線(xiàn)較為簡(jiǎn)單，而且一條傳輸線(xiàn)可以?huà)旖佣鄠€(gè)設(shè)備，大大節(jié)約了安裝費(fèi)用；由于現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備往往具有自診斷功能，并能將故障信息發(fā)送至控制室，減輕了維護(hù)工作；同時(shí)，由于用戶(hù)擁有高度的系統(tǒng)集成自主權(quán)，可以通過(guò)比較靈活選擇合適的廠家產(chǎn)品；整體系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性也大為提高。這一切都幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)了減低安裝、使用、維護(hù)的成本，最終達(dá)到增加利潤(rùn)的目的。