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应用现场总线若干问题的思考

现场总线是90年代初期兴起的一种先进工业控制技术,和DCS相比有许多的优点,它是一种全数字化、全分散式、全开放、可互操作和开放式互联网络的新一代控制系统;是计算机技术,通信技术和控制技术的综合与集成;它将通信线一直延伸到生产现场生产设备,用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络,它将传统的DCS三层网络结构变成两层网络结构“工作站现场总线智能现场仪表”,降低了成本,提高了可靠性,实现了控制管理一体化的结构体系,所以自它诞生之日起,就对DCS形成了强有力的挑战。目前现场总线己成为世界上自动化技术的热点,世界上许多工控领域的巨人如:Honeywell,Fisher-Rosemount等都积极开展FCS技术的开发研究和应用,推出了自己的FCS产品,据不完全统计,目前各类现场总线产品有40多种,从而,使有的用户对之目不暇接,甚至感到困惑而不知所从。本文将从应用的角度出发,对目前比较流行的五种现场总线技术特点进行分析之后,针对应用现场总线系统时工程中关心的有关问题开展讨论。


二、 几种现场总线的特点

  1. CAN
  CAN是控制器局域网络(Controller AreaNetwork)的简称,它是由德国的Bosch公司及几个半导体生产商开发出来的,起初它是为汽车的检测和控制而设计的,后来逐步发展到用于其它工业部门,值得指出的是,CAN是目前**被批准为国际标准的现场总线,它有如下基本特点:
  (1) CAN协议遵循 ISO/OSI模型,采用了其中的物理层,链路层与应用层的三层结构。
  (2) CAN的通信速率为5Kbps/10km,lMbps/40m,节点数可达110个:传输介质可以是双绞线,光纤等。
  (3) CAN的信号传输采用短帧结构,每一帧有效字节数为8个,这样传输时间短,受干扰的概率低。并且,当CAN节点发生严重错误时,CAN具有自动关闭节点的功能,自动切断与总线的联系,使总线上的其它节点及其通信不受影响,所以,具有较强的抗干扰能力。
  (4) CAN采用点对点,一点对多点及全局广播几种发送和接收数据,可实现全分布式多机系统,且无主从之分。
  (5) CAN采用非破坏性的总线仲裁技术。
  (6) CAN不能支持防爆区。
  CAN自诞生以来,以其独特的设计思想,良好的功能特性和极高的可靠性越来越受到工业界的青睐,目前己在许多行业获得应用:汽车,机器人,楼宇自控,纺织机械,医疗器械,自动化仪表,传感器等。目前支持CAN协议的世界有多家有名大公司:Intel,Motorla,Honeywell,NEC,Siemens,Philips等。其在测控和智能仪表方面的应用如图l和图2所示。
  

       2.LONWORKS
  LONWORKS是局部操作网络, LON是Local operatingnetwork的简称,它是美国Echelon公司于1991年3月推出的技术和产品,其主要特点为:
  (1) LONWORKS采用LONTALK通讯协议,该协议遵循ISO/OSI参考模型,它提供了OSI所定义的全部7层服务,在所有现场总线中,这是****的特色。
  (2)通信速率为78Kbps/2700m,1.25Mbps/130m,节点数32000个,传输介质可为双绞线,同轴电缆,光纤,电源线等。
  (3)LONWORKS的核心是Neuron(神经元)芯片,内含3个8位CPU。**个CPU为介质访问控制处理器,处理LONTALK协议的**层和**层。**个CPU为网络处理器,实现LONTALK的第3层到第6层的功能:第3个CPU为应用处理器,实现LONTALK的第七层协议,执行由用户编的代码及用户的代码所调用的操作系统服务。Neuron芯片的编程语言为Neuron C,是从ANSI C中派生出来的。 LONWORKS提供一套开发平台, LONBUILDER和Node Builder,价格为10-30万.
  (4)Lonworks可以构成:总线型、星型、环型和混合型等典型的网络结构,能实现网络拓扑结构的自由组合,可以通过网关实现不同现场总线的互联。见图3、图4。
  (5) Lontalk协议的介质访问协议对 CSMA作了改进,采用一种称作Predictive P-PersistentCSMA的新协议。
  (6)Lonworks能支持防爆区。
  Lonworks技术自1991年推出后,发展很快,到1996年已有2600家生产商,使用并且安装了200多万个节点