IEC61158国际标准现场总线INTERBUS-专业自动化论坛-中国工控网论坛

1，现场总线的描述随着控制、计算机、通信、网络等技术的不断发展，信息交换的范围及能量也得到了不断的扩展，特别工业自动化控制领域中，信息交换的范围已从单机、群机、车间进入的工厂、企业管理层及至世界各地的市场。在这种情况下，传统的工业自动化控制系统的通讯方法已远远不能满足信息传输提出的要求。随着系统的大型化、复杂化，一种新型的以智能式分布自动系统为基础的企业管理控制系统正在逐步形成。现场总线就是顺应这一形势发展起来的新技术。 1.1 以现场总线为基础的企业管理控制系统的结构在现代化企业中，通讯技术已经在市场销售，生产经营管理，办公室自动化，自控制等方面承担了越来越多的任务，企业网络已成为信息系统的重要媒介，在市场经济与信息社会中，信息网络对企业的综合竞争能力起了重要的作用。控制信息、决策信息、管理信息、市场信息、生产经营信息等已紧密联合在一起，并形成一个企业管理控制系统. 企业管理控制系统可以概括为三层，管理层、控制层和现场层。管理层：工厂的生产调度、计划、销售、库存、财务、人事的企业信息并加上与外面商业经营网点，原材料供应以及部件生产基地的信息形成管理层。管理层必须能通过多种途径与来自外界互连网络的市场信息等实现数据共享。控制层：控制层的控制单元、控制机接收从现场一线的信息，进行高等控制与优化计算。集中显示并将其结果送往管理层或现场。现场层：现场层直接与控制对象或控制过程打交道，它采集现场设备（I/O设备，执行器/变送器，测量/ 仪表）的信号，并送往控制层。严格地说，如果现场设备不是智能型设备，即本身不能对信号进行处理的话，在现场层与控制层仅是信息的传送，只有当现代控制系统采用智能型设备，即自身有控制功能的话，才产生真正的信息交换。现场层将现场设备的参数、状态、故障信息送往控制层，同时还将各种控制、维护命令送往相关的现场设备。沟通了现场级设备与控制层的联系。因为它具有自己的特点，它要求信息传输的实时性强，可靠性高，且多为数量少的过程数据，速率一般在几十Kbp到10Mbps之间。 1.2 企业管理控制系统之间信息交换所有的企业管理控制系统按金字塔的结构垂直地交流信息，这样在设计过程中必须根据传输数据量、传输时间的要求来采用不同的传输方法及媒介。我们必须采用不同的传输速率来决定传输的下面举一例子说明，假定我们要传输二种不同的信息，1，NC程序，2，图形文字。见表：数据类型数据量 1.2KBt/s 64Kbit/s 500Kbit/s 10Mbit 100Mbit NC程序 8Kbyte 53.3秒 1s 1s 6ms 0.06ms 图形文字 2.5Mbyte 4.62小时 5.2min 5.2min 2s 0.2s 值得注意是这两种不同的数据类型对实时性有不同之处。对于NC程序来说具有很强的实时性。整个程序下载必须10ms，而对图形文字来看，无实时性的要求。10秒中能传传输一次在理论上也是允许的。因为管理层、控制层、现场层对数据的传输有不同的要求，而且传输的数据量也不一样，在实践必须考虑传输的方法及媒介。 1.2。1 局域网---工业控制通讯网由于计算机技术的广泛使用，为用户提供了分散而有效的数据处理与计算能力。因为计算机和以计算机为基础的智能设备一般除了处理本身业务之外，还要求与其它计算机彼此沟通信息，共享资源，协同工作。于是出现了计算机网络。Internet就是当今世界上最大的互连网，称为信息高速公路。计算机按地域范围可分成为远程网和局域网。局域网的通讯范围近似于现场总线系统的通讯范围，所以在自动化控制领域可将局部域又称为现场总线网络。所谓远程交通网WAN用于长距离的通讯，常常采用电话、传真等方法进行传输，传输的速率一般很低。短距离传输大多数在短距离的连网，如Internet某个部门、某个车间的互连网。网络拓朴结构，信号方式，访问控制方式，传输媒介是影响网络性能的主要因素。 1.2。2. 网络拓朴网络的拓朴结构是指网络中节点的互连形式,星形、环形、线性及树型结构皆为常见。星形拓朴，每个站通过点---点连接的中央节点，任何两站之间通信都通过中央节点进行。一个站要传送数据，首先向中央节点发出请求。要求与目的站建立连接，连接建立后，该站才向目的站发送数据。这种拓朴采用中央控制的方法。中央节点必须建立和维持许多并行数据通路。所以网络不灵活。星形拓朴适用于低数据率设备，一般采用光纤作为传输媒介。环形拓朴：网络中有许多中继器进行两点式连接，构成一个封闭的环路。网络的控制监视任务由各个模块负担。每个节点在环路中起主动作用。每个站有存取逻辑和收发控制。因为环形网络由中继站组成，经过每个中继站后通讯信号又得到增强，所以传输距离可以大大增长。线形拓朴：在线拓朴中，传输介质是一条总线，所有工作站通过相应硬件接口接至总线上。相当于环形拓朴，它只要一半的导线长度，同时一个站发送数据，所有其它站都能接收。因为这种方法称为广播式。因为所有节点共享一条传输链路，一次只允许一个站发信息，需要某种存取控制方式，确定下一个可以分送的站。信息也是按分组发送。达到目的站后，经过地址识别，将信息复制下来。总线拓朴点在于，最大传输速率取决于导线的长度。树形拓朴：树形拓朴实际是线型拓朴的扩展。其特别适合于分主次、分等级的层次型系统。 1.2.3 网络的传输介值传输介值是网络中连接收发双方的物理通道，也是通信中实际传送信息的载体。一般三个介质在现场总线中得到应用。双绞线，同轴电缆，光纤。双绞线无论对于模拟数据还是对于数字数据，双绞线是最通用的传输介质。其由按规则螺旋结构排列的两根或四根绝缘线组成。可带屏蔽层或不带屏蔽层取决于传输距离。其传输的速率是与传输的距离。图3表示这之间的关系。当传输距离为1200m，传输速率为100K，当传输率为10M时，传输距离为100m。 2。通讯技术在工业上的应用－串联数据传输协议在工业自动化系统中许多输入和输出信号必须从变送器/执行器传输到PLC控制器/计算机上去.如果信号采用并联传输方法的话,必须连接许多导线和电缆.这种方法给现场安装,以及今后的系统维修, 保养带来非常的不便. 80年代以来, 随着计算机和通讯技术的不断发展, 串联数据传输技术也渐渐地进入了工业自动化控制系统. 这种传输技术可以将现场信号通过几根导线互相串接起来进行通讯. 因为这种串联数据传输被广泛地应用于变送器/执行器层上, 所以这种方法又被称为现场总线系统.要实现一个现场总线系统必须满足以下工业自动化控制提出的要求保证传输数据的正确性 : 当数据传输过程中遇到干扰时, 传输错误的信息必须被告知,错误的数据不能被应用. 自动诊断功能 : 当数据传输发生错误时, 网络具有自动确定出错的地点, 原因的诊断功能.现场总线系统必须能在EMC强烈的工况下工作, 比方在电焊机器人边总线的系统连接必须简单,便宜和扩展方便.总线系统必须开放性强, 能与尽可能多的现场设备相连接. 在串联数据传输中, 多个总线设备通过一个共同的传输媒介进行通讯. 为了使每个总线设备都可以进行数据发送和数据接收,需要有媒介访问控制方法, 以便协调各设备访问. 的媒介的顺序,在设备之间交换数据. 在现场总线系统中主/从式, CSMA/CD 和 TOKEN PASSING 令牌式得到了广泛的应用. 这些不同的媒介访问控制方法原则上都采用面向信息和面向 I/O 的传输方法. 而不同的传输方法应用了不同的传输协议和传输接口方式, 下面对这两种方式进行介绍. 传统的并联连接的变送器/执行器信号传输方法. 采用并联连接的信号传输方法时, 所有的变送器/执行器都通过自己独有的导线将信号传输到上级控制器, 比方 PLC 控制器. 这些导线直接于输入/输出模块相连接, 进行数据交换 ( 读入和写出 ). PLC 在每个循环周期的开始时首先读人信号, 然后对取得的信息进行处理,. 在循环周期结束前将处理后的信号通过输出模块送入现场. 在这种传输方法中,输入信号直接送入控制器, 之间没有延迟时间, 同样输出信号也几乎没有延迟时间. 这说明并联传输方法具有实时性.如果我们采用串联连接的现场总线传输方法来取代传统的并联连接的传输方法, 必须考虑以下几点因素 1. 现场总线传输方法必须保持数据周期性读人/写出的原则 2. 由现场总线串联传输所引起的信号输入/输出延迟时间必须越小越好, 以满足实时控制的要求. 对于第一个问题, 在实践中往往采用主从式的串联传输方法.主从式方法是.,一个现场设备, 即总线主板 (总线控制板)控制与相连接的从站(在线设备)得通讯. 从站只有当得到主站的请求命令时, 才发出响应回答. 这样避免了两个从站同时访问传输媒介而引起数据冲突的问题. 主从传输方法简单,编程方便.因为在这种方法中,各从站访问传输媒介的权利已作了明确的定义. 现场总线的循环周期是指所有连接于总线中的模块信号输入/输出的时间. 这周期的长短与延迟时间成正比,周期越长,延迟时间越长,系统的实时性越差. 每个现场总线的循环周期的长短又往往取决于连接在总线系统中设备的个数,传输信息量的多少,传输速率,信号处理的快慢等等因素. 所以减少现场总线的

IEC61158国际标准现场总线INTERBUS

kangteng 2002-09-23 13:00