uedbet体育官网

现场总线控制系统的网络通信协议对比与应用发

日期:2020-01-20 / 人气:

网络技术的迅速发展,由全数字现场控制系统代替数字与模拟分散型控制系统已经成为工业化控制系统结构发展的必然趋势,以现场总线为基础的全数字控制系统已是当今世界各国关注的热点问题。

根据国际电工委员会(IEC)和美国仪表协会(ISA)的定义,现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通讯网络,它的关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通讯,具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全、造价低廉、维护成本低等特点。

(2)现场总线控制器可对总线上的多个操作站、传感器及执行机构等进行数据存取;

(3)在保证系统可靠性的基础上,有利于减小软硬件开销,降低成本和通讯媒体安装费用。

取代模拟信号传输线)总线型总线—数据传输距离长、速率高,采用点对点、点对多点和广播式通信方式。从目前来看,还没有哪一种现场总线能够满足上述全部要求,各种现场总线都有自己的长处和短处。虽然用户和市场有标准化的需要,但在短期内,现场总线标准无法统一,多种现场总线并存的情况在今后较长的时间将依然存在,IEC61158标准的产生就说明了这一点。下面,将对各种现场总线的特点进行分析对比。

现场总线控制系统(FCS)是集计算机技术、网络技术和控制技术为一体的当代最先进的计算机控制技术,是一种全分散、全数字、全开放的控制系统。这种系统主要用于工业过程控制、

现场总线发展迅速,现处于群雄并起、百家争鸣的阶段,目前已开发出40多种现场总线种总线,包括:德国西门子公司支持的Profibus、基金会现场总线FF、德国Phoenix Contact公司支持的Interbus、美国Rockwell公司支持的Controlnet、法国Alstom公司支持的Worldfip、主要由Fisheer-Rosemount公司支持的FF HSE、,美国波音公司支持的Swift Net以及丹麦的Peocess。此外,还有几种在工业控制领域广泛应用的总线,如德国

BUS、美国Echelon公司开发的Lon Works总线等。在这些总线种,分别是FF、Profitbus、HART、CAN和LonWorks,其性能对照见表1。3、几种总线通信模型概述目前,各种现场总线既遵循开放系统的原则,也兼顾了自己的特点和特殊要求(如表2所示)。参考OSI协议模型,Worldfip总线实现了OSI参考模型的1、2、7层服务,能提供变量服务、消息服务和网络管理服务,是一种数据流总线。Profibus总线层服务,其中Profibus-FMS把第3层到第6层服务放在底层由接口完成,Profibus-FMS/PA属于数据流总线,Profibus-DP则属于字节总线。Lonworks使用了Lontalk协议,实现了OSI参考模型全部七层服务,

一种折中、平衡的现场总线,但也因此会在有些应用场合增加网络的负担,影响了通信速度。CAN总线只规定了物理层和数据链路层,用户在应用中自己定义通信协议,有突出的灵活性,有成本优势和速度优势,但一般的应用都是位总线,不适合大流量通信。

现场总线的协议中,数据链路层的MAC子层协议最重要,它直接控制各个通信节点对通信介质的使用权,对现场总线的实时能力有关键影响。MAC层协议主要分为两大类:一类采用事件触发方式,设备可自主的随机访问设备,Lonworks总线和CAN总线属于这种方式;另一类采用时间触发方式,设备只能在受控的确定时间访问介质,Worldfip总线和Profibus总线、时间触发方式协议

时间触发方式协议采用令牌方式,进一步可分为分布式令牌协议(如Profibus协议)和集中式令牌协议(如Worldfip总线协议)。

Profibus总线采用分布式令牌方式,所有节点组成一个虚拟环,令牌在Profibus总线主站间按地址传递,拥有令牌的主站在确定的时间窗口拥有总线控制权,以轮询方式与从站通信。所谓轮询,是指主节点定期循环询问各个从节点,

以便分配从节点访问共享介质的权利,避免了冲突。由于传播时间确定,因此该方式可以保证通信的实时性。但Profibus总线也有自身的缺点,由于传送令牌时需占用一定的带宽,因此带宽的利用率较低;而且,它的参数不容易设定,在网络启动和增加删除节点时需要进行逻辑环重构。

Worldfip总线采用集中式令牌方式,由总线仲裁器(BUS ARBITRATOR)来负责轮询工作。能严格区分周期信息和非周期信息。Worldfip的总线带宽采用周期性分配,以20ms为一个基本循环,每个循环分为四个窗口:周期性窗口用于周期性变量实时刷新;非周期变量窗口用于非周期变量刷新;消息窗口用于处理突发性的消息,例如故障报警等;同步窗口由于由总线仲裁器发送填充标识来填充基本周期空闲部分以保持总线同步。Worldfip总线对周期信息采用集中控制,相对于Profibus总线,它的信息响应时间更精确、控制精度更高。同时,因为非周期信息到达时间不确定,从而对非周期信息通信采用分布令牌管理,这样既保证了非周期事件变量的确定性响应时间,又有效的利用了带宽,并且采用优先级机制能保证重要的非周期信息的及时发送。但它也有一些缺点,比如,主设备失效将使整个网络瘫痪,对高可靠性的应用需要设置多个主节点来提高系统的可靠性,轮询过程会消耗一些总线带宽,降低了总线、事件触发方式

事件触发方式可以分为随机载波监听/冲突检测(CSMA/CD)和载波监听多路获取/冲突避免(CSMA/CA)两类。

Lonworks总线采用一种改进的CSMA/CD方式,称为预测的P-CSMA。每个节点需要发送数据时,先检测介质是否空闲,如果介质空闲就准备发送数据,并在发送数据前随机插入随机时间片,时间片数量越少表明坚持发送的概率越大。Lonworks协议可根据网络负载状况动态调整坚持发送概率P,使发生冲突的概率降到最低。同时,为提高紧急事件的响应时间,Lonworks提供了一个可选的优先级机制,加入优先级的节点总比非优先级的节点有更快的响应时间。Lonworks协议有许多优点,如带宽利用率高、单点故障不影响网络通信、节点可灵活加减、在负载较轻时使介质访问延迟最小、在负载较重时使冲突的可能性最小等。但总的说来,它不能保证数据在任何网络负载情况下都能满足实时性要求,在用于时间关键的环境中需要仔细的验证。

CAN总线属于总线型串行通信网络,采用多主方式,当网络上多个节点同时发送信息时,优先级低的节点会主动退出发送,优先级高的节点不受影响的继续传送,大大节省了总线的仲裁时间。此外,CAN节点在错误严重的情况下,有自动关闭总线的功能。这种协议具有突出的可靠性,灵活性。CAN总线可以有效的避免总线碰撞,但要求网络一定要同步,并且介质要支持线与逻辑,另外,对不太需要优先级的网络,也不得不定义一个优先级。CAN总线也不能保证数据在任何网络负载情况下都能满足实时性要求,在用于时间关键的环境中也需要仔细的验证。

Profibus总线设备之间交换数据的通信是通过信道分为逻辑信道和物理信道进行的。与应用过程之间的通信是通过逻辑信道进行的,它是设计阶段中在通信关系表(CRL)内被定义的。其所有参数列于通信关系表中。每个信道在CRL中有一个入口行,一个信道的所有CRL入口是通过通信关系(CR)唯一寻址的。一个站最多可以产生应用于不同情况的63个通信关系,可以多点广播或广播式发送或接收。

Worldfip 的寻址方式主要有:变量地址采用16位的全局逻辑标识,广播发送。消息数据地址采用24位的网络地址包含网段地址和网段内的站地址,支持同一网段内的多播寻址。

Lonworks网络地址可以有三层结构:域、子网、节点。每个域最多有255个子网,每个子网最多有127个节点。域的结构可以保证在不同的域中通信是彼此独立的。任一节点可以分属一个或两个域,能将采集来的数据分别发向两个不同的域。节点可以被分组,一个分组在一个域中跨越几个子网,或几个通道。分组结构可以使一个报文同时为多个节点所接收。每个Lonworks设备有一个唯一的48位ID地址,类似

CAN系统中,每个节点都有一个唯一的地址,总线工作时,给定的逻辑地址上传输的数据的含义是固定的。在CAN总线的规范中只定义了帧的结构,没有定义有关发送和接收的信息。因此,消息标识的值要依靠应用确定。设计者可以自己定义标识符的含义,将所需要的信息包含其中,消息的内容被标上唯一的标识后,只有与此相关的节点才能识别并接收消息。

以上现场总线的网络通信协议各有千秋,但都面临兼容性问题,任一个现场总线和其它现场总线都不易于互联和互换。可用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切,工业以太网便应运而生。工业以太网符合网络控制特点—数字式互联网络 、互操作性、开放性和高性能,具有大量的软、硬件资源和开发设计经验;在以太网上层应用的TCP/IP协议也较成熟,许多现场总线已经向上支持工业以太网。

传统以太网采用的是CSMA/CD通信协议,属于有冲突网。冲突主要有两个来源:其一是由多个节点都监听到网络空闲并同时发送数据产生的;其二是节点之间存在传输延迟,当网络上其它节点在发送数据但还没有传输到需要发送数据的节点时,一节点监听到网络空闲后发送数据因而造成冲突。如果采用交换式以太网,则不存在总线竞争,从而能提高系统的传输效率,但是同样不易控制最大传输延迟,因此影响了工业以太网的实时通信服务质量。应用于工业现场控制还面临一系列问题,例如在工业以太网中,TCP/IP还没有解决互操作问题,进而影响了多个网络节点完成控制任务的协调性,这涉及体现企业重大利益的现场生产工艺数据在网络传输的完整性和保密性,以及对工业以太网的管理所面临的问题。但是随着技术的发展,可以看到工业以太网的大框架已成形,上述问题正在得到解决。各种现场总线在功能、性能和价格上有较大差别,各自有自己的最佳适用范围。随着现场总线的应用不断增多,在应用现场总线系统时应该对此有一个明确的认识,有所侧重以适应实际的要求,但是,发展共同遵守的统一的标准规范,真正形成开放式互连系统,是大势所趋。

LED大屏幕显示屏主要由点阵或象素阵列、控制系统和传输接口以及相应的应用软件四部分构成。如图1所示控....

绝压变送器用于测量液体、气体和蒸汽的液位、密度和压力,甚至用于恶劣环境如污水、蒸汽、轻度腐蚀性、气体....

关于机器人,很多人都说过,为什么机器人它会听指挥,对于机器人,除了它的外形,其他什么都不知道,很多人....

随着网络的发展,Internet已是人们生活的一部分,通过Internet不仅可以进行邮件通信、学院....

随着城镇化进程的推进,农村污水处理是新农村建设的重要组成部分。农村生活污水是面污染来源之一,全国90....

在某卫星地球站控制系统中,天线控制系统与监控系统的距离有1 000 m。要求监控系统能实时读取和设置....

目前,嵌入式系统(Embedded Systems)已被广泛地应用于工业制造、过程控制、通信、仪器、....

GSM的英文全称是Global System for Mobile Communications,其....

提出了一种不用查询表的正弦正交编码器细分方法利用控制系统临界稳定原理生成一个高频数字正弦载波与采样得....

如果将2019年比作泛在电力物联网的建设元年,那么2020年,将是泛在电力物联网建设“三年攻坚”的突....

近日,在首届全国新型信息消费大赛中,“汽车智能健康气候控制系统”凭借其高科技含量和实用性,在全国22....

“资料讯息”的传递,不同的设备相互间传递讯息需要有相同的资料格式,否则所解析出的资料意义就不尽相同。....

介绍了一种新型的低成本语音识别集成电路AP7003及其在自动电梯语音控制系统中的应用。对其原理和基本....

CP5613用于在具有PCI槽内的WINDOWSNT4.0(WINDOWS200)下,将SIMATI....

S7系列PLC上位机通信及PRODAVE软件包在上位机中的使用资料说明

针对控制系统中上位机与S7系列PLC通信的实际问题,总结了几种监控上位机与S7系列PLC的通信方法,....

本文档的主要内容详细介绍的是自动控制系统教程之非线性系统分析的资料免费下载包括了:,1 非线....

当确定了被控对象后,根据技术指标来确定控制方案,进而选择传感器、放大器和执行机构等就构成了控制系统的....

本文档的主要内容详细介绍的是自动控制系统的频率域方法详细资料说明包括了:1 频率特性,2典型环节的频....

M-BUS技术引入计量供热系统,解决热计量抄表、统计户用热计量表数据的弊端,成为计量供热的重要内容....

在太阳能路灯控制系统中,引入最大功率跟踪技术(简称为MPPT),不仅降低了成本,还提高了太阳能路灯的....

本文档的主要内容详细介绍的是根轨迹法的详细教程课件免费下载包括了:1 根轨迹与根轨迹方程,2 绘....

本文档的主要内容详细介绍的是自动控制系统的时域分析法详细说明包括了:1 时域分析基础,2 一、二阶....

本文档的主要内容详细介绍的是自动控制系统数字模型的动态结构图实例资料说明。

本文档的主要内容详细介绍的是自动控制系统的动态结构图详细资料说明包括了 :1 动态结构图的组成 ,2....

传递函数的学习教程说明包括了:传递函数的概念与定义,传递函数的性质,典型环节及其传递函数

交通信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果。传....

聚乙烯(PE)管道系统在各个行业的应用越来越广泛,特别是PE管道在燃气输送和给水排水方面的快速发展。....

变频器的主要功能是改变三相交流感应电机的转速。此外变频器还提供了非紧急启动和停止控制,加速和减速以及....

2.自动控制:是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置(称控制装置或控制器),使机器、设备....

本文档的主要内容详细介绍的是射频模块RS485接口通信协议规范的详细资料概述

第1章 自动控制的一般概念基本要求:了解自动控制系统的基本原理、分类和特点,了解自动控制系统的组成和....

传感器是所有物联网项目的起点,选择合适的传感器和正确框架将大大提高物联网的成功率。

工业控制系统(Industrial Control Systems, ICS),是由各种自动化控制组....

I2C总线C总线C总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总....

随着现代社会对交通运输的日趋依赖,交通灯成为了人们生活中不可或缺的一部分。传统的交通灯控制系统虽然在....

如何对一个系统进行有效的管理和应用,而又不必有过多的投入,充分利用现代计算机技术的应用和发展。减小一....

工业控制系统由上位机和下位机组成,上位机装有世纪星组态软件,可以集中监控系统模拟量和开关量,下位机包....

能源是人类社会和经济发展的重要物质基础,是提高人们生活水平的先决条件,而如今世界能源结构中处于主导地....

本书主要以旗威科技公司生产的FLAG 51单片机控制板为描述主体,再配合其他的电路组合成一个典型的数....

智能家居的基本目标是为人们提供一个舒适、安全、方便、高效的居住环境。对于智能家居产品来说,最重要的是....

LMD18200是美国国家半导体公司(NS)推出的专用于直流电动机驱动的H桥组件。同一芯片上集成有C....

由于压力变送器环境温度的变化引起的输出值变化叫做压力变送器的温度附加误差。凡是符合技术指标的变化值都....

本书讲述了大众、奥迪、奔驰、宝马、富豪、丰田、别克、瑞风、日产等车型的控制电脑编程技术,系统地阐述了....

在日常生活中, 交通信号灯的使用, 使交通得以有效管理, 对于疏导交通流量、 提高道路通行能力, 减....

水泥行业集中计量系统是集门禁管理系统、AWM自助操作系统、汽车衡防作弊系统、袋装水泥计数控制系统、散....

最近在做一个气压系统伺服控制,原理图如下图: 现在自己刚开始用LABVIEW,弄了一个简单程序,如下图: 输入输出都是通...

实际上现场总线控制系统就是以现场总线技术为核心,以基于现场总线的智能I/O或智能传感器、智能仪表为控制主体、以计算机为监控...

门和人类文明是孪生的,它伴随着人类文明的发展而跃动。21世纪的今天,门更加突出了安全理念,强调了有效性:有效地防范、通行、...

文中设计的现场总线通信网关提供了对CANBUS和MODBUS的支持,实现了CANBUS与MODBUS数据的透明传输,...

嵌入式控制系统是为了实现某型军用船艇模拟训练系统的操纵控制功能而开发的。该系统基于军民两用的自动技术,采用模块化设计,可...

目前,中国已经进入了老龄化社会,预计从2020年开始,中国将步入老龄化严重阶段;2050年中国将步入超高老龄化国家行列,60岁以上...

现今,在低端数字通信应用领域,我们随处可见IIC (Inter-Integrated Circuit) 和 SPI (Serial Peripheral Interface...

工业自动化技术在发展,智能仪表也不断更新换代。人们要求与仪表密切相联系人机界面要有快速响应速率,还要省去复杂监控程序编写...

几年前,鹰CAD将它们的二进制BLB图式文件转换为XML格式。这使得他们对Git等修订控制系统更加友好。你能为CysCH文件...



相关阅读:uedbet体育官网

作者:uedbet体育官网


16年行业经验

16年行业经验

16年行业经验uedbet体育官网 装饰始于1999年,专注高端精品别墅装修设计、主题酒店设计、高档办公室装修。

世界500强的选择

世界500强的选择

世界500强的选择uedbet体育官网 客户大多来源于世界500强优秀企业,让原本优秀的企业更加优秀是我们永恒不变的追求和使命。

汇集国内一流设计团队

汇集国内一流设计团队

汇集国内一流设计团队uedbet体育官网 团队全部来源于国内外高等设计名校,注册设计师占总设计团队的80%以上,只有一流的设计师才能做出一流的设计作品。

预算精准合理

预算精准合理

预算精准合理预算精准,误差10%以内,合伙伙伴均为国内一线品牌供应商,与uedbet体育官网 达成长期战略合作,保证产品质量的同时,也降低了成本。

国家质量验收标准

国家质量验收标准

国家质量验收标准严格按照ISO9001:2008质量标准管理,严格选择国家ISO14001:2004环境管理标准,保证质量稳定同时符合环保要求。

工程配套一体化

工程配套一体化

工程配套一体化报建、消防、弱电系统、空调系统、家具系统、门禁考勤、监控系统、程控电话、集团视频会议系统等一体化配套。

24小时快速服务响应

24小时快速服务响应

24小时快速服务响应uedbet体育官网 装饰金牌客服24小时在线为您服务,即时响应解答疑难。工程2年保修、终身维护,水电问题24小时迅速解决。

数字化科学管理

数字化科学管理

数字化科学管理独创“全表格化、数字化”的管理模式,量化每一个标准。工地在线展示系统,随时掌控工地实况,省时省力更省心。

完工3年免费翻新

完工3年免费翻新

完工3年免费翻新极具特色、人性的三年后翻新服务;只要您成为我们的客户,工程竣工三年后将可以享受:免材料费的墙面(乳胶漆)翻新服务。

环境保鲜一条龙省心方案

环境保鲜一条龙省心方案

环境保鲜一条龙省心方案我们联合行业一流的合作伙伴为您精心准备了一系列后续服务,如办公环境的日常清洁,绿色植物的保养等,为您的办公环境持续保鲜。

客户联谊交流共赢

客户联谊交流共赢

客户联谊交流共赢与国内一线品牌人才面对面交流,扩充人脉,交换思维,有梦一起飞。定期举办新、老客户企业讨论会,加强合作,实现资源共享。

铂金会员尊享大礼包

铂金会员尊享大礼包

铂金会员尊享大礼包铂金会员可获得企业现代管理咨询、品牌策划、营销策划、业务培训等方面的资讯与服务,全面提升客户的品牌价值。