几种主要的现场总线协议及其特点

    现场总线发展的最初，各个公司都提出自己的现场总线协议，如AB公司的DeviceNet、TURCK公司的Sensoplex、Honeywell公司的SDS、Phoenix公司的InterBus-S等。经过十几年的发展，现场总线的协议逐渐趋于统一。针对制造业自动化，DeviceNet在北美和日本用得比较普遍，PROFIBUS-DP在欧洲用得比较普遍。针对过程自动化，PROFIBUS-PA和Foundation Fieldbus占据大部分市场。其他的总线协议如ASI、InterBus-S、Sensoplex在某些特殊的领域也有一些市场。    下面介绍几种主要的现场总线协议及其特点。    (1) PROFIBUS    PROFIBUS是在1987年，由德国科技部集中了13家公司和5家科研机构的力量，按照ISO/OSI参照模型制订的现场总线的德国国家标准，并已成为欧洲标准EN50170，主要由拥有400多个公司成员的PROFIBUS用户组织(PNO)进行管理。    PROFIBUS由3部分组成，即PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP及PROFIBUS-PA。其中，FMS主要用于非控制信息的传输，PA主要用于过程自动化的信号采集及控制。PROFIBUS-DP是制造业自动化主要应用的协议内容，是满足用户快速通信的最佳方案，每秒可传输12兆位。扫描1000个I/O点的时间少于1ms。    (2) DeviceNet    DeviceNet（设备网）是一种低价位的总线，最初是由AB公司设计，现在已经发展成为一种开放式的现场总线的协议，可连接自动化生产系统中广泛的工业设备。它的管理组织ODVA由全球多家公司组成，提供设备网的产品、支持设备网规范的进一步开发。    DeviceNet能够降低设备的安装费用和时间。控制系统中的接近开关、光电开关和阀门等可通过电缆、插件、站等产品进行长距离通信。并且能够提高设备级的诊断能力。相对于PROFIBUS-DP，DeviceNet具有更强大的通信功能，支持除了主．从方式之外的，多种通信方式，可以更灵活地应用于控制系统中。    (3) Foundation Fieldbus    高级过程控制现场总线Foundation Fieldbus（基金会现场总线）是针对过程自动化而设计的，它是通过数字、串行、双向的通信方法来连接现场装置的。Foundation Fieldbus通信不是简单的数字4～20mA信号，而是使用复杂的通信协议，它可连接能执行简单的闭环算法(如PID)的现场智能装置，一个通信段可配置32个现场装置。    基金会现场总线分低速Hi和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为3 125Kbit/s，通信距离可达1900m（可加中继器延长），可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。H2的传输速率为1Mbit/s和25Mbit/s两种，通信距离为750m和500m。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射，协议符合IEC115 8-2标准。其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。    (4) LonWorks    LonWorks (Local Operating Network)由美国Ecelon公司推出，并由它们与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于1990年正式公布而形成的。它采用了ISO/OSI模型的全部七层通信协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其通信速率从300bit/s至15Mbit/s不等，直接通信距离可达到2700m（78Kbit/s，双绞线），支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电源线等多种通信介质，被誉为通用控制网络。    (5) CAN    CAN是控制网络Control Area Network的简称，最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。其总线规范现已被ISO国际标准组织制订为国际标准，得到了MOTOROLA、Intel、PHILIPS、SIEMENS、NEC等公司的支持，已广泛应用在离散控制领域。    CAN协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的，但其模型结构只有3层：OSI底层的物理层、数据链路层和顶层的应用层。其信号传输介质为双绞线，通信速率最高可达1Mbit/s/40m，直接传输距离最远可达10km/Kbit/s，可挂接设备最多可达110个。    CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，因而传输时间短，受干扰的概率低。当节点严重错误时，具有自动关闭的功能以切断该节点与总线的联系，使总线上的其他节点及其通信不受影响，具有较强的抗干扰能力。   (6) HART   HART是Highway Addressable Remote Transduer的缩写。最早由Rosemout公司开发并得到80多家著名仪表公司的支持，于1993年成立了HART通信基金会。这种被称为可寻址远程传感高速通道的开放通信协议，其特点是现有模拟信号传输线上实现数字通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中工业过程控制的过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的，市场竞争能力，得到了较好的发展。    HART通信模型也是由3层组成：物理层、数据链路层和应用层。物理层采用了FSK(Frequency Shift Keying)技术，在4～20mA模拟信号上迭加一个频率信号，数据传输速率为1200bit/s，逻辑“0”的信号频率为2200Hz，逻辑“1”的信号传输频率为1200Hz。