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1、第17卷第1期渝州大学学报(自然科学版)2000年3月Vol.17No.1JOURNALOFYUZHOUUNIVERSITY(Nat.Scien.Edit.)Mar.2000文章编号:1006-3293(2000)01-0044-04X现场总线技术及其发展综述12张占龙文代刚(1.渝州大学自电系,重庆400033;2.重庆大学电气工程学院,重庆400044)摘要给出了现场总线的定义,简述了它的产生因素、产生历程、几种类型和带来的变革,并对不同现场总线的发展及其特点作了阐述。关键词现场总线;控制网络;现场控制系统;CAN;LONWOR
2、KS;PROFIBUS;HART;现场总线基金会中国分类号:TP20文献标识码:A随着现代技术的三大基础———传感器技术、通信技术和计算机技术的发展,传统的集散式控制系统DCS(DistributedControlSystem)日益显露出它的不足,如无法监控现场仪表及设备、分散化不足、需要大量信号电缆等。因此,在工控领域内引发了一场革命———现场总线(FieldBus)技术的出现及应用。1现场总线的定义根据现场总线基金会(FieldBusFoundation)的定义,现场总线是连接现场智能设备与控制室之间的全数字式、开放的、双向的通
3、信网络。它按国际标准化(IntonationalStandardsOr2ganization)的OSI(OpenSystemInterconnection)标准提供网络服务。可以说它是现场通信网络与控制系统的集成。现场总线是一个工业过程控制新时代的开端。它能够使用一对简单的双绞线给现场设备供电,并传输现场设备与控制室之间的通信信号。现场总线的节点是现场设备或现场仪表,这些仪表都遵循统一的标准和规范,按照系统化和开放型要求,实现数字化、智能化、标准化,并且增加远距离操作和就地控制功能。但它不是传统的单功能仪表,而是具有综合功能的智能仪
4、表,如智能压力传感器节点,不仅具有信号变换、补偿功能,而且具有运算功能。现场总线控制系统是一种新型的网络集成自动化系统,它以现场总线为纽带,把控制、补偿计算、参数修改、显示、报警等功能分散到各个现场仪表,把挂接在总线上相关的网络节点组成一个完整的自动化系统。X收稿日期:1999-06-29作者简介:张占龙(1971-),男,陕西人,研究生,渝州大学讲师,从事计算机测量与控制研究。第1期张占龙等:现场总线技术及其发展综述452现场总线的特点现场总线的出现,将变革传统的模拟仪表和DCS系统。它的显著特征体现在以下三个方面:(1)数字通信
5、。传统的模拟仪表采用0～10mA、4～20mA直流电流信号,1～5V直流电压信号等。由于模拟信号的传递需要一对一的物理连接,信号变换缓慢,信号抗干扰能力也较差。为此,采用各种抗干扰和提高精度的措施,则开销较大,增加了成本。而采用数字信号传输,一对传输线可以挂接多台仪表,而且双向传输多个信号。这样安装费用低、维护容易。若要增加现场设备数,只需并行挂接在电缆上即可。另外,采用数字信号传输抗干扰能力强、精度高,无需采用抗干扰和提高精度的措施,从而减少了开销。(2)开放性。传统的DCS系统中,通信由专用网络的封闭系统来实现,各厂家的产品自成
6、系统,不同厂家的设备不能互连在一起,难以实现互连与互操作。而现场总线为开放式互连网络,用户可以自由集成不同制造商的产品,实现“即接即用”。可以与同层网络互连,也可与不同层网络互连。而且,用户可以非常方便地共享网络数据库。故而,现场总线将DCS基于封闭、专用的解决方案变成了基于公开标准化的解决方案。(3)分散性。现场总线将控制功能彻底下放到现场,通过现场仪表就可以构成控制回路。把DCS集中与分散相结合的集散系统结构,变成了新型全分布式结构,这样提高了系统的可靠性、灵活性。3现场总线的发展历程早在1984年美国Intel计算机公司就提出
7、了一种计算机分布式控制系统BITBUS,当时不叫现场总线。它将过程级I/O板拿到现场,计算机和过程级之间以及双绞线RS-485为物理传输媒体,在主体硬件部分,借助于Intel公司生产的RUPI-44系列单片机。在80年代初,德国Bosch公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发了一种串行数据通信协议,即CAN总线。CAN(ControllerAreaNetwork)控制局域网是用于各种自动化设备之间数据传输的一种串行数据通信协议。其网络结构采用了ISO的OSI模型中的物理层、数据链路层和应用层三个层次。CAN总线
8、现已成为国际标准化组织ISO11898标准,其有如下特性:(1)传输介质为双绞线和光纤等,通信速率为1Mbps/40m,5kbps/10km;(2)总线上可挂接的设备总数量最大为110个;(3)采用独特的非破坏性总线仲裁技术,当两个节
