現場總線是90年代初期興起的一種先進工業控制技術,和DCS相比有許多的優點,它是一種全數字化、全分散式、全開放、可互操作和開放式互聯網絡的新一代控制系統;是計算機技術,通信技術和控制技術的綜合與集成;它將通信線一直延伸到生產現場生產設備,用于過程自動化和制造自動化的現場設備或現場儀表互連的現場通信網絡,它將傳統的DCS三層網絡結構變成兩層網絡結構“工作站現場總線智能現場儀表”,降低了成本,提高了可靠性,實現了控制管理一體化的結構體系,所以自它誕生之日起,就對DCS形成了強有力的挑戰。目前現場總線己成為世界上自動化技術的熱點,世界上許多工控領域的巨人如:Honeywell,Fisher-Rosemount等都積極開展FCS技術的開發研究和應用,推出了自己的FCS產品,據不完全統計,目前各類現場總線產品有40多種,從而,使有的用戶對之目不暇接,甚至感到困惑而不知所從。本文將從應用的角度出發,對目前比較流行的五種現場總線技術特點進行分析之后,針對應用現場總線系統時工程中關心的有關問題開展討論。
二、 幾種現場總線的特點
1. CAN CAN是控制器局域網絡(Controller AreaNetwork)的簡稱,它是由德國的Bosch公司及幾個半導體生產商開發出來的,起初它是為汽車的檢測和控制而設計的,后來逐步發展到用于其它工業部門,值得指出的是,CAN是目前**被批準為國際標準的現場總線,它有如下基本特點: (1) CAN協議遵循 ISO/OSI模型,采用了其中的物理層,鏈路層與應用層的三層結構。 (2) CAN的通信速率為5Kbps/10km,lMbps/40m,節點數可達110個:傳輸介質可以是雙絞線,光纖等。 (3) CAN的信號傳輸采用短幀結構,每一幀有效字節數為8個,這樣傳輸時間短,受干擾的概率低。并且,當CAN節點發生嚴重錯誤時,CAN具有自動關閉節點的功能,自動切斷與總線的聯系,使總線上的其它節點及其通信不受影響,所以,具有較強的抗干擾能力。 (4) CAN采用點對點,一點對多點及全局廣播幾種發送和接收數據,可實現全分布式多機系統,且無主從之分。 (5) CAN采用非破壞性的總線仲裁技術。 (6) CAN不能支持防爆區。 CAN自誕生以來,以其獨特的設計思想,良好的功能特性和極高的可靠性越來越受到工業界的青睞,目前己在許多行業獲得應用:汽車,機器人,樓宇自控,紡織機械,醫療器械,自動化儀表,傳感器等。目前支持CAN協議的世界有多家有名大公司:Intel,Motorla,Honeywell,NEC,Siemens,Philips等。其在測控和智能儀表方面的應用如圖l和圖2所示。
2.LONWORKS LONWORKS是局部操作網絡, LON是Local operatingnetwork的簡稱,它是美國Echelon公司于1991年3月推出的技術和產品,其主要特點為: (1) LONWORKS采用LONTALK通訊協議,該協議遵循ISO/OSI參考模型,它提供了OSI所定義的全部7層服務,在所有現場總線中,這是****的特色。 (2)通信速率為78Kbps/2700m,1.25Mbps/130m,節點數32000個,傳輸介質可為雙絞線,同軸電纜,光纖,電源線等。 (3)LONWORKS的核心是Neuron(神經元)芯片,內含3個8位CPU。**個CPU為介質訪問控制處理器,處理LONTALK協議的**層和**層。**個CPU為網絡處理器,實現LONTALK的第3層到第6層的功能:第3個CPU為應用處理器,實現LONTALK的第七層協議,執行由用戶編的代碼及用戶的代碼所調用的操作系統服務。Neuron芯片的編程語言為Neuron C,是從ANSI C中派生出來的。 LONWORKS提供一套開發平臺, LONBUILDER和Node Builder,價格為10-30萬. (4)Lonworks可以構成:總線型、星型、環型和混合型等典型的網絡結構,能實現網絡拓撲結構的自由組合,可以通過網關實現不同現場總線的互聯。見圖3、圖4。 (5) Lontalk協議的介質訪問協議對 CSMA作了改進,采用一種稱作Predictive P-PersistentCSMA的新協議。 (6)Lonworks能支持防爆區。 Lonworks技術自1991年推出后,發展很快,到1996年已有2600家生產商,使用并且安裝了200多萬個節點