上世纪80年代以来,国际上的知名大公司先后推出了几种工业现场总线和现场通讯协议,目前流行的主要有FF(Fieldbus Foundation基金会现场总线)、Profibus(Process Fieldbus)、CAN(Controller Area Network控制器局域网)、LonWorks(Local Operation Network局部操作网)、WorldFIP(Factory Instrumentation Protocol世界工厂仪表协议)等。其主要技术差异及适用场合如下:
3.1 FF现场总线
基金会现场总线以ISO/OSI开放系统互连模型为基础,取其物理层、数据链路层、应用层为FF通讯模型的相应层次,并在应用层上增加了用户层。FF分低速H1和高速H2两种通讯速率。H1的传输速率为1.25kbit/s,通讯距离可达1900m(可加中继器延长),可支持总线供电,支持本质安全防暴环境。H2的传输速率为1M和2.5kbit/s两种,其通讯距离分别为750m和500m。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射,协议符合IEC11582标准,物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。主要应用在过程自动化领域,如:化工、电力、油田和废水处理等。
3.2 Profibus现场总线
Profibus系列由Profibus-DP、Profibus-FMS和Profibus-PA等3个兼容部分组成。Profibus采用了OSI模型的物理层、数据链路层,由这两部分形成了其标准第一部分的子集。Profibus的传输速率为9.6kbit/s~12Mbit/s,最大传输距离在12Mbit/s时为100m,1.5Mbit/s时为400m,可用中继器延长至10km。其传输介质可以是双绞线和光缆。主要应用领域有:DP型适合于加工自动化领域的应用,如制药、水泥、食品、电力、发电、输配电;FMS适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等一般自动化制造业自动化;PA型则是用于过程自动化的总线类型。
3.3 CAN现场总线
CAN的网络设计采用了符合ISO/OSI网络标准模型的三层结构模型:即物理层、数据链路层和应用层,网络的物理层和链路层的功能由CAN接口器件完成,而应用层的功能由处理器来完成。通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性;采用短帧结构,传输时间短,抗干扰;节点分不同优先级,可满足不同的实时性要求。其传输介质可以用双绞线、同轴电缆或光纤等,通讯速率最高可达1Mbit/s(40m),直接传输距离最远可达10km(5kbit/s)。主要应用领域有:汽车制造、机器人、液压系统、分散性I/O、工具机床、医疗器械。
3.4 Lonworks现场总线
LonWorks采用了与OSI参考模型相似的7层协议结构,LonWorks技术的核心是具备通信和控制功能的Neuron芯片。Neuron芯片实现完整的LonWorks的LonTalk通信协议,节点间可以对等通信。LonWorks通信速率为78K bit/s~1.25M bit/s,支持多种物理介质,有双绞线、光纤、同轴电缆、电力线载波及无线通信等;并支持多种拓扑结构,组网灵活。主要应用领域有:工业控制、楼宇自动化、数据采集、SCADA系统等,在组建分布式监控网络方面有优越的性能。
3.5 WorldFIP现场总线
WorldFIP现场总线体系结构分为过程级、控制级和监控级等3级,其协议由物理层、数据链路层和应用层组成。其通信速率有31.25K bit/s、1M bit/s、2.5M bit/s、25M bit/s。传输介质采用屏蔽双绞线和光纤。它能满足用户的各种需要,适合于集中型、分散型和主站/从站型等多种类型的应用结构。用单一的WorldFIP总线可满足过程控制、工厂制造加工和各种驱动系统的需要。主要应用领域有:电力工业、铁路、交通、工业控制、楼宇。