现场总线主要分为哪几种类型?
现场总线就是以数字通信替代了传统4-20mA模拟信号及普通开关量信号的传输,是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。
现场总线(Fieldbus)作为工业自动化领域的关键技术,有多种不同的国际标准和技术规范。主要类型包括:
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基金会现场总线(Foundation Fieldbus, FF):
- FF-H1: 用于过程自动化,提供设备供电和本安特性,支持总线供电。
- FF-HSE: 基于标准以太网的高速总线,用于控制器间或控制器与H1网段的集成连接。
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PROFIBUS:
- PROFIBUS-DP (Decentralized Periphery): 侧重于工厂自动化的高速数据交换,连接PLC、I/O设备、执行器、传感器等。
- PROFIBUS-PA (Process Automation): 专为过程自动化设计,提供总线供电和本质安全,物理层符合IEC 61158-2标准。
- PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification): 早期的通用通信协议,现在基本被PROFIBUS-DP取代。
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HART(Highway Addressable Remote Transducer): 一种混合协议。它在传统的4-20mA模拟信号上叠加数字通信信号,使传统仪表具备数字化能力,是应用非常广泛的协议。
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CAN(Controller Area Network)及其工业应用:
- CANopen: 构建在CAN物理层和数据链路层之上的高层协议,广泛应用于机械控制(如运动控制、电梯控制等)。
- DeviceNet: 基于CAN总线的另一种高层协议,主要用于工厂自动化中的底层设备连接(传感器、执行器、按钮等)。
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Modbus:
- Modbus RTU: 基于串行通信(通常RS-485),使用二进制编码,是工业环境中非常常见的协议。
- Modbus ASCII: 基于串行通信(通常RS-232/RS-485),使用ASCII字符编码。
- Modbus TCP/IP: 基于标准以太网(TCP/IP协议栈),将Modbus协议封装在以太网帧中,广泛用于现代工业网络。
- 虽然Modbus本身协议相对简单古老,但其简洁、开放、易实现的特点使其成为事实上的工业通信标准,应用极其广泛。
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CC-Link:
- CC-Link: 日本主推的高速现场总线,主要在日本及亚洲地区应用较多。
- CC-Link IE(Industrial Ethernet): 基于工业以太网技术的版本。
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工业以太网协议(作为现场总线使用): 随着以太网技术的发展,许多基于标准以太网物理层的通信协议也被用于现场设备层,它们虽然物理层是标准以太网,但在数据链路层和应用层各有不同的实时性增强机制和行规。严格来说它们是工业以太网协议,但常被归为新一代“现场总线”的范畴:
- PROFINET(PROFIBUS International): SIEMENS等公司推动,是最主流的工业以太网标准之一。
- EtherNet/IP(EtherNet Industrial Protocol): 由ODVA管理(与CIP协议融合),基于标准TCP/IP和UDP/IP。
- EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology): BECKHOFF等公司推动,采用特殊处理机制实现高实时性。
- Powerlink: 开源标准的实时工业以太网协议。
- SERCOS III: 主要用于高性能运动控制领域的实时以太网。
- Modbus TCP/IP: 如上所述,也被广泛用作工业以太网通信协议。
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EPA(Ethernet for Plant Automation): 中国自主提出的、基于以太网的实时通信标准(已进入IEC国际标准)。
总结:
现场总线种类繁多,没有单一的标准能统治所有应用场景。PROFIBUS(特别是DP和PA)、Modbus(特别是RTU和TCP/IP)、基金会现场总线(H1)、CANopen/DeviceNet 和 HART 是最传统、应用最广泛的核心现场总线技术。而PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT 等基于工业以太网的协议已成为当前和未来发展的主流方向,逐渐在新建项目中占据主导地位。不同的总线类型各有其优势和适用领域,在实际工厂中,多种总线技术往往共存并集成在一起工作。
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张国厚
2021-04-20 08:41:35
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