现场总线(第7讲)+10种现场总线标准与工业以太网

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1、现场总线控制系统第7讲10种现场总线标准与工业以太网信息学院自动化系凌志浩第1部分10种现场总线标准按照国际电工委员会IEC/SC65C的定义，安装在制造或过程区域的现场装置与控制室的自动控制装置之间的数字式、串行和多点通信的数据总线称为现场总线。根据使用场合和用途不同，现场总线又分为H1低速现场总线和H2高速现场总线。IEC/SC65C最初定义的H1总线为用于制造或过程区域的、通过两根传输线向现场装置供电的低速串行总线；H2总线为无需解决两线制供电、用于装置间传送信息的高速串行总线。H1和H2总线相辅相成构成了完整的工业自动化系统信息通信网络。Type1TS61158现场总线1998年

2、前，IEC/SC65C只推荐一种类型的现场总线，该总线主要采纳FoundationFieldbus总线和WorldFIP总线基本技术，并严格按照IEC定义制定现场总线标准。它支持各种工业领域的信息处理、监视和控制系统，用于过程控制传感器、执行器和本地控制器之间的低级通信，可以与工厂自动化的PLC实现互连。Type1通用现场总线网络结构H1主要用于现场级，其速率为31.25Kbps，负责两线制向现场仪表供电，支持带总线供电设备的本质安全H2面向过程控制级、监控管理级和高速工厂自动化的应用，其速率为1，2.5和100Mbps。TYPE2Ethernet/IP以太网工业协议是一种开放的工业网络

3、，它使用有源星形拓扑结构，可以将10Mbps和100Mbps产品混合使用。该协议在TCP/UDP/IP之上附加控制和信息协议（CIP），提供一个公共的应用层。CIP的控制部分用于实时I/O报文，其信息部分用于报文交换。ControlNet和Ethernet/IP都使用该协议通信，分享相同的对象库、对象和设备行规，使得多个供应商的设备能在上述整个网络中实现即插即用。对象的定义是严格的，在同一种网络上支持实时报文、组态和诊断。为了提高工业以太网的实时性能，ODVA（开放的DeviceNet供应商协会）于2003年8月公布IEEE1588“用于Ethernet/IP实时控制应用的时钟同步”标准

4、。Type2ControlNet和Ethernet/IP现场总线Type2现场总线系统体系结构TYPE3TYPE4通信方式采用虚拟令牌（—VirtualToken）传递方式。只有主站可以拥有令牌，主站在拥有令牌时，可以向从站发出一个请求，从站在390s内访问总线，以保存在内存中的数据立即返回一个响应，从而完成一次通信循环。数据在内存中的存储顺序是符合FIFO机制的每个节点含有一个通用的单芯片微处理器，可以完成测量、标定、转换和应用功能。P-NET总线的物理层采用RS-485标准，使用屏蔽双绞线通信电缆，当通信频率为76.8KHz时，传输距离可达到1.2km。P-NET采用NRZ异步传输

5、方式。节点（Node）：节点是指连结到总线上的设备。P-NET协议的节点包括三种类型：主站、从站和网关。主站（Master）：在P-NET协议中是惟一可以拥有令牌，并发出请求信息的节点，主站对总线的访问是主动的。在主站获得总线令牌后允许在一定的时间内访问总线，拥有一次令牌只能发送一次请求，主站在使用完令牌后即将令牌传给下一个主站。从站（Slave）：在收到主站的请求后，在一定的时间内返回相应的响应，从站不能拥有令牌，对总线的访问是被动的，只有在被某个主站访问时才能占用总线返回响应。网关（Gateway）:是连接两个或更多段总线的设备。P-NET是多段多网络总线，段与段之间以网关相连。网关

6、即起到隔离总线段的作用，又在段与段之间进行信息的传递，实现不同总线段之间的通信。虚拟令牌：P-NET通信协议遵循虚拟令牌制传递方式。所谓虚拟令牌就是在各主站访问总线时，并没有实际的令牌在各个主站之间传递，传输的一帧信息中并不包含令牌字节。各主站对总线的访问遵循一定的时间机制，这是通过空闲总线位周期计数器和总线访问计数器来实现的。空闲总线位周期计数器（IdleBusBitPeriodCounter）：空闲总线位周期计数器是用来计算总线上没有主站访问的周期数的，它总是从40开始增加，遇到一个空闲位周期，则“空闲总线位周期计数器”增加10，遇到主站访问总线，“空闲总线位周期计数器”重新从40开

7、始计。总线访问计数器（BusAccessCounter）：总线访问计数器是用来纪录访问总线的主站的站号，并且利用该站号来实现总线的同步。每次令牌从一个主站传给另一个主站时“总线访问计数器”都要加1，访问总线的主站的站号要与总线访问计数器的值相等，否则会出现总线不同步错误。Tpye5FFHSE现场总线1998年，美国FieldbusFoundation（FF）基金会决定采用高速以太网（HighSpeedEthernet，HSE）技术开