广义现场总线标准与工业以太网

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1、广义现场总线标准与工业以太网广义现场总线标准与工业以太网一、引言开发现场总线最初目的是用数字仪表内部所具有的数字信号替代4～20mA等模拟信号实现控制室与现场之间的信息传输，最初应用于过程控制及制造业。现场总线应用以后，人们得到了更多的好处。例如控制功能彻底分散到现场，先进的现场设备管理功能得以实现，系统的可靠性大大提高等等。现场总线有过不同的定义，其实质是指应用在测控现场，实现现场设备、系统管控设备之间信息交换的串行双向数字通信网络。从这一概念出发，本文所述的应用在公路车辆、铁路列车、低压配电与控制以及机床运动控制等领域的ISO11898、IEC61375、IEC62026

2、、IEC61491等标准所定义的工业网络都可以认为是现场总线。这种现场网络的发展从过程控制及制造业测控领域开始，以后很快发展到诸如电力监控与继电保护、楼宇自动化、环境监控、交通工具、能源管理、农业、自动测试系统、医疗仪器、机器人等各种领域，现在现场总线已经无处不在。二、现场总线国际标准IEC61158自80年代中期开始，世界上各大控制厂商及标准化组织推出了多种互不兼容的现场总线协议标准，据不完全统计，迄今为止世界上已出现过的总线有近200种。不同标准的现场产品不能互换，将给用户造成极大的不便。从1984年起，IEC（国际电工委员会）/TC65（工业过程测量及控制技术委员会）和

3、ISA（美国仪表学会）就开始了制订国际标准的工作。但由于受到大控制厂商相互竞争的影响，国际标准的制订困难重重，商业集团为了自身的利益给国际标准的投票通过制造阻力，使得国际标准迟迟不能完成。最终不得已在1999年12月通过了一个包含了多种互不兼容的协议的标准，即IEC61158国际标准。该标准包括了目前国际上用于过程工业及制造业的8类主要的现场总线协议。Type1，IEC61158技术规范。这是由IEC/ISA负责制订的，曾试图使之成为统一的国际标准的一个技术规范，基金会现场总线FF的H1（低速现场总线）是它的一个子集。Type2，ControlNet现场总线。美国AB公司、R

4、ockwell开发，ControlNetInternational（CI）组织支持。Type3，Profibus现场总线。德国西门子公司开发，Profibus用户组织（PNO）支持。欧洲现场总线标准三大总线之一。Type4，PNet现场总线。丹麦ProcessData公司开发，PNet用户组织支持。欧洲现场总线标准三大总线之一。Type5，FFHSE（HighSpeedEthernet，高速以太网）。现场总线基金会FF开发的H2（高速现场总线）。Type6，SwiftNet现场总线。美国SHIPSTAR协会主持制定，波音公司支持。Type7，WorldFIP现场总线。法国Wo

5、rldFIP协会制订并支持。欧洲现场总线标准三大总线之一。Type8，Interbus现场总线。德国PhoenixContact公司开发，InterbusClub支持。上述8种总线中，Type1是为过程控制开发的，支持总线供电和本质安全。Type5（FFHSE）是与之配套的高速现场总线，用于对时间有苛刻要求或数据量较大的场合，如断续生产的制造业，以及监控级。Type2（ControlNet）为监控级总线，它的底层（设备级）总线为DeviceNet，两者有着共同的应用层。Type3（Profibus）有3个部分ProfibusFMS、ProfibusDP和ProfibusPA，

6、采用不同的物理层，分别用于监控级、断续生产的制造业的现场级和过程控制的现场级。Type7（WorldFIP）也有不同的物理层，可用于过程控制和制造业的现场级。Type4（PNet）多用于食品、饲养业、农业及工业一般自动化。Type6（SwiftNet）主要用于航空航天领域。Type8（Interbus）主要用于制造业的现场级（设备级）或一般自动化。IEC61158Ed.3.0分成总论、物理层规范和服务定义、数据链路服务定义、数据链路协议规范、应用层服务定义、应用层协议规范6个部分，它的用户层功能块是IEC61804标准，再加上IEC61784（连续与断续制造用行规集，草案）构

7、成一个完整的现场总线标准。三、现场总线的其它国际标准除了IEC61158外，IEC及ISO还制定了一些特殊行业的现场总线国际标准。（1）1993年ISO/TC22/SC3（公路车辆技术委员会电气电子分委员会）发布的ISO11898公路车辆—数字信息交换—用于高速通信的CAN以及低速标准ISO11519。该标准基于有名的CAN（控制器局域网）总线，已有很多文献介绍。与之相关的还有ISO119921（公路车辆—主拖与被拖车辆之间的电气连接—数字信息交换—卡车/拖车收发器标准）和ISO118983（容错收发器