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5 Tpye5 FF HSE现场总线
1998年,美国Fieldbus Foundation(FF)基金会决定采用高速以太网(HighSpeedEthernet,HSE)技术开发H2现场总线,作为现场总线控制系统控制级以上通信网络的主干网,它与H1现场总线整合构成信息集成开放的体系结构,图5给出了系统结构。HSE网络遵循标准的以太网规范,并根据过程控制的需要适当增加了一些功能,但这些增加的功能可以在标准的Ethernet结构框架内无缝地进行操作,FFHSE总线可以使用当前流行的商用(COTS)以太网设备。100Mbps以太网拓扑是采用交换机形成星形连接,这种交换机具有防火墙功能,以阻断特殊类型的信息出入网络。HSE使用标准的IEEE802.3信号传输,标准的Ethernet接线和通信媒体。设备和交换机之间距离,使用双绞线为100米,光缆可达2千米。HSE使用连接装置(LD)连接H1子系统,LD执行网桥功能,它允许就地连在H1网络上的各现场设备,以完成点对点对等通信。HSE支持冗余通信,网络上的任何设备都能作冗余配置。
FFHSE的1~4层由现有的以太网、TCP/IP和IEEE标准所定义,HSE和H1使用同样的用户层,现场总线信息规范(FMS)在H1中定义了服务接口,现场设备访问代理(FDA)为HSE提供接口。用户层规定功能模块、设备描述(DD)、功能文件(CF)以及系统管理(SM)。FF规范21种功能模块供基本的和先进的过程控制使用。FF还规定了新的柔性功能模块(FFB),用以进行复杂的批处理和混合控制应用,FFB支持数据采集的监控,子系统接口、事件顺序、多路数据采集、PLC和其他协议通信的网间连接器。
图5 Type5 FFHSE现场总线体系结构
6 Type6 SwiftNet现场总线
Type6 SwiftNet现场总线由美国SHIPSTAR协会主持制定,得到美国波音公司的支持,主要用于航空和航天等领域。该总线是一种结构简单、实时性高的总线,协议仅包括物理层和数据链路层。SwiftNet现场总线采用分层总线式拓扑结构,其通信体系结构如图6所示。
图6 Type 6 SwiftNet现场总线体系结构
物理层传送速率为5Mbps,此时每秒传送105个不同的报文。总线使用TDMA(Slottedtime division multipleaccess)槽路时间片多路送取方式,提供专用高速、低抖动同步通道和按要求通道。专用通道适用于自动状态数据的分配或交换;按要求的通道则适用于非调度报文。TDMA方式是将总线上的时间分割为相等长度间隔,称作槽路,只有当总线上的站分配到槽路时,它才能和发送。每个站还能根据所占的比例,协调总线访问、数据传输和接收数据。
SwiftNet总线的节点(从站)通过I/O通道连接智能传感器,由于航空航天领域对传感器和执行器要求高,该总线开始使用符合IEEE1451.1和IEEE1451.2标准的网络传感器。IEEE1451.2《用于传感器和执行器的智能转换器接口》标准是一个开放的标准,它在控制网络和传感器之间定义一个标准接口,从而使网络传感器成为现场总线系统现场级的数字化传感器,并使用户可以根据自己的需要选择不同厂家生产的智能传感器,实现真正意义上的即插即用。
7 Type7 WorldFIP现场总线
1987年成立的WorldFIP协会制定并大力推广Type7WorldFIP现场总线。WorldFIP协议是EN50170欧洲标准的第三部分,物理层采用IEC61158.2标准,其产品在法国占有60%市场,在欧洲占有大约25%份额,它广泛应用于发电与输配电、加工自动化、铁路运输、地铁和过程自动化领域。
WorldFIP现场总线体系结构如图7所示,系统分为三级,即过程级、控制级和监控级。它能满足用户各种需要,适合于各种类型的应用结构,集中型、分散型和主站/从站型。用单一的WorldFIP总线满足过程控制、工厂制造加工和各种驱动系统的需要。为了适应低成本的要求,开发了低成本的DeviceWorldFIP(DWF)总线,它是设备一级网络,能很好适应工业现场的各种恶劣环境,并具有本质安全防爆性能,可以实现多主站与从主站的通信。
图7 Type7 WroldFIP现场总线体系结构
WorldFIP协议由物理层、数据链路层和应用层组成。数据链路层采用总线裁决方式,在任何一个给定瞬间,仅有一个站可以执行总线裁决功能,它使用一个ID-DAT帧在总线上广播一个标识,连接到总线上所有站的链路层记录ID-DAT帧,仅有一站被识别为标识的生产者,其它站仅作为使用者。应用层提供MPS和SubMMS服务,MPS是工厂周期/非周期服务,SubMMS则是工业报文的子集。