第1讲续 10种现场总线标准与工业以太网
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1、10种现场总线标准与工业以太网种现场总线标准与工业以太网第第1 部分部分 10种现场总线标准种现场总线标准按照国际电工委员会按照国际电工委员会IEC/SC65C的定义，安装在制的定义，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间的数字式、串行和多点通信的数据总线称为现场总线。线。根据使用场合和用途不同，现场总线又分为根据使用场合和用途不同，现场总线又分为H1低速低速现场总线和现场总线和H2高速现场总线。高速现场总线。 IEC/SC65C最初定义的最初定义的H1总线为用于制造或过程区总线为用于
2、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域的、通过两根传输线向现场装置供电的低速串行总线；线； H2总线为无需解决两线制供电、用于装置间传送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。信息的高速串行总线。H1和和H2总线相辅相成构成了完整的工业自动化系统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。信息通信网络。Type1 TS61158 现场总线现场总线 1998年前，年前，IEC/SC65C只推荐一种类型的现只推荐一种类型的现场总线，该总线主要采纳场总线，该总线主要采纳Foundation Fieldbus总总线和线和WorldFIP总线基本技术，并
3、严格按照总线基本技术，并严格按照IEC定定义制定现场总线标准。它支持各种工业领域的信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、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厂自动化的PLC实现互连。实现互连。 Type1通用现场总线网络结构通用现场总线网络结构 H1主要用于现场级，其速率为主要用于现场级，其速率为31.25Kbps，负责两线制向现场仪表供电，支持带总线供，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电设备的本质安全H2面向过程控制级、
4、监控管理级面向过程控制级、监控管理级和高速工厂自动化的应用，其速和高速工厂自动化的应用，其速率为率为1，2.5和和100Mbps。TYPE 2 Ethernet/IP以太网工业协议是一种开放的工业网以太网工业协议是一种开放的工业网络，它使用有源星形拓扑结构，可以将络，它使用有源星形拓扑结构，可以将10Mbps和和100Mbps产品混合使用。该协议在产品混合使用。该协议在TCP/UDP/IP之上之上附加控制和信息协议（附加控制和信息协议（CIP），提供一个公共的应用），提供一个公共的应用层。层。CIP的控制部分用于实时的控制部分用于实时I/O报文，其信息部分用报文，其信息部分用于报文交换。于报文
5、交换。ControlNet和和Ethernet/IP都使用该协都使用该协议通信，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。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、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，组态和诊断。为了提高工业以太网的实时性能，ODVA（开放的（开放的DeviceNet供应商协会）于供应商协会）于2003年年8月公布月公布IEEE1588“用于用于Ethernet/IP实时控制应用的实
6、时控制应用的时钟同步时钟同步”标准。标准。 Type2 ControlNet和Ethernet/IP现场总线 Type2 现场总线系统体系结构 TYPE 3TYPE 4通信方式采用虚拟令牌（通信方式采用虚拟令牌（Virtual Token）传递方式。）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，从站在从站发出一个请求，从站在390 s内访问总线，以保内访问总线，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通信循环。数据在内存中的存
7、储顺序是符合FIFO机机制的每个节点含有一个通用的单芯片微处理器，可以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。完成测量、标定、转换和应用功能。P-NET总线的物总线的物理层采用理层采用RS-485标准，使用屏蔽双绞线通信电缆，标准，使用屏蔽双绞线通信电缆，当通信频率为当通信频率为76.8KHz时，传输距离可达到时，传输距离可达到1.2km。P-NET采用采用NRZ异步传输方式。异步传输方式。节点（节点（Node）：节点是指连结到总线上的设备。）：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、从站协议的节点包括三种类型：主站、从站和网关
8、。和网关。主站（主站（Master）：在）：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。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（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，）：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
9、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。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（网关（Gateway）:是连接两个或更多段总线的设备。是连接两个或更多段总线的设备。P-NET是多段多网络总线，段与段之间以是多段多网络总线，段与段之间以网关相连。网关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，实现不同总线段网关相连。网关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。之间的通信。虚拟令牌：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，通信协议遵循
10、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。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（空闲总线位周期计数器（Idle Bus Bit Period Counter）：空闲总线位周期计数器是用来计算总线）：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，它总是从上没有主站访
11、问的周期数的，它总是从40开始增加，遇到一个空闲位周期，则开始增加，遇到一个空闲位周期，则“空闲总线位周空闲总线位周期计数器期计数器”增加增加10，遇到主站访问总线，遇到主站访问总线，“空闲总线位周期计数器空闲总线位周期计数器” 重新从重新从40开始计。开始计。总线访问计数器（总线访问计数器（Bus Access Counter）：总线访问计数器是用来纪录访问总线的主站的站号，）：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“总线访问计数器总线访问计数器”都要加
