Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Fieldbus - это название семейства промышленных компьютерных сетей [1], используемых для распределенного управления в реальном времени. Профили полевой шины стандартизированы Международной электротехнической комиссией (МЭК) как IEC 61784/61158.

Сложная автоматизированная производственная система обычно структурирована на иерархических уровнях как распределенная система управления (DCS). В этой иерархии верхние уровни управления производством связаны с уровнем прямого управления программируемыми логическими контроллерами (ПЛК) через некритичную ко времени систему связи (например, Ethernet ). Полевая шина [2] связывает ПЛК уровня прямого управления с компонентами в установке полевого уровня, такими как датчики , исполнительные механизмы , электродвигатели , освещение консоли, переключатели , клапаны и контакторы.и заменяет прямые соединения через токовые петли или цифровые сигналы ввода / вывода . Таким образом, требования к полевой шине критичны по времени и зависят от стоимости. С нового тысячелетия был создан ряд полевых шин на основе Ethernet в реальном времени . Они могут в долгосрочной перспективе заменить традиционные полевые шины.

Описание [ править ]

Fieldbus - это промышленная сетевая система для распределенного управления в реальном времени. Это способ подключения инструментов на заводе-изготовителе. Fieldbus работает с сетевой структурой, которая обычно допускает топологии сети с последовательной цепью , звездой, кольцом, ветвью и деревом . Раньше компьютеры были подключены с помощью RS-232 ( последовательные соединения ), по которому могли связываться только два устройства. Это будет эквивалентом используемой в настоящее время схемы связи 4–20 мА, которая требует, чтобы каждое устройство имело свою собственную точку связи на уровне контроллера, в то время как полевая шина является эквивалентом текущих подключений типа LAN., которые требуют только одной точки связи на уровне контроллера и позволяют одновременно подключать несколько (сотни) аналоговых и цифровых точек. Это уменьшает как длину требуемого кабеля, так и количество необходимых кабелей. Более того, поскольку для устройств, которые обмениваются данными через полевую шину, требуется микропроцессор , одно и то же устройство обычно обеспечивает несколько точек. Некоторые устройства fieldbus теперь поддерживают схемы управления, такие как ПИД-регулирование на стороне устройства, вместо того, чтобы заставлять контроллер выполнять обработку.

История [ править ]

Наиболее важным стимулом для использования полевой шины в распределенной системе управления является снижение затрат на установку и обслуживание установки без потери высокой доступности и надежности системы автоматизации. Цель состоит в том, чтобы использовать двухжильный кабель и простую конфигурацию для полевых устройств от разных производителей. В зависимости от области применения количество датчиков и исполнительных механизмов варьируется от сотен на одной машине до нескольких тысяч, распределенных на большом предприятии. История fieldbus показывает, как достичь этих целей.

Предшественник полевой шины [ править ]

Интерфейсная шина общего назначения (GPIB) [ править ]

Возможно, предшествующей технологией полевой шины является HP-IB, описанная в IEEE 488 [3] в 1975 году. «Она стала известна как универсальная интерфейсная шина (GPIB) и стала де-факто стандартом для автоматизированного и промышленного управления приборами».

Основное применение GPIB - автоматические измерения с приборами разных производителей. Но это параллельная шина с кабелем и разъемом на 24 провода, максимальная длина кабеля ограничена 20 метрами.

Bitbus [ править ]

Самой старой широко используемой технологией полевой шины является Bitbus. Bitbus была создана корпорацией Intel для расширения использования Multibus систем в промышленных системах путем разделения медленного ввода / вывода функций из более быстрого доступа к памяти. В 1983 году Intel создала микроконтроллер 8044 Bitbus, добавив встроенное ПО полевой шины к существующему микроконтроллеру 8051 . Bitbus использует EIA-485 на физическом уровне с двумя витыми парами - одна для данных, а другая для синхронизации и сигналов. Использование SDLC на уровне канала передачи данныхразрешает 250 узлов на одном сегменте с общим расстоянием 13,2 км. Bitbus имеет один главный узел и несколько подчиненных, причем подчиненные устройства отвечают только на запросы от главного. Bitbus не определяет маршрутизацию на сетевом уровне . 8044 допускает только относительно небольшой пакет данных (13 байт), но включает эффективный набор задач RAC (удаленный доступ и управление) и возможность разрабатывать собственные задачи RAC. В 1990 году IEEE принял Bitbus в качестве последовательной шины управления микроконтроллерной системой (IEEE-1118). [4] [5]

Сегодня BITBUS поддерживается Европейской группой пользователей BEUG - BITBUS. [6]

Компьютерные сети для автоматизации [ править ]

Офисные сети не совсем подходят для приложений автоматизации, так как в них отсутствует ограниченная сверху задержка передачи. ARCNET , которая была задумана еще в 1975 году для подключения к офису, использует механизм токенов и поэтому нашла более позднее применение в промышленности.

Протокол автоматизации производства (MAP) [ править ]

Автоматизации производства протокол (MAP) была реализацией OSI-совместимых протоколов в технологии автоматизации , инициированной General Motors в 1984 году МАП стало предложение стандартизации LAN поддерживается многими производителями и в основном используется в автоматизации производства. MAP использует шину токена IEEE 802.4 со скоростью 10 Мбит / с в качестве среды передачи.

Из-за своего масштаба и сложности MAP не смогла совершить большого прорыва. Для уменьшения сложности и достижения более быстрой обработки с уменьшенными ресурсами в 1988 году была разработана MAP с расширенной архитектурой производительности (EPA). Эта мини-карта [7] содержит только уровни 1, 2 и 7 базовой эталонной модели взаимодействия открытых систем (OSI). Этот ярлык был перенят в более поздних определениях fieldbus.

Наиболее важным достижением MAP является спецификация производственного сообщения (MMS), прикладной уровень MAP.

Спецификация производственного сообщения (MMS) [ править ]

Спецификация производственного сообщения (MMS) - это международный стандарт ISO 9506 [8], касающийся прикладного протокола и услуг для передачи данных процесса в реальном времени и информации диспетчерского управления между сетевыми устройствами или компьютерными приложениями, опубликованными в качестве первой версии в 1986 году.

Это была модель для многих дальнейших разработок в других промышленных стандартах связи, таких как FMS для Profibus или SDO для CANopen . Он все еще используется в качестве возможного прикладного уровня, например, для автоматизации электроэнергетики в стандартах IEC 61850 .

Полевые шины для автоматизации производства [ править ]

В области автоматизации производства требования к полевой шине заключаются в том, чтобы поддерживать короткое время реакции с передачей всего нескольких бит или байтов на расстояние не более нескольких сотен метров.

MODBUS [ править ]

В 1979 году Modicon (ныне Schneider Electric ) определила последовательную шину для подключения своих программируемых логических контроллеров (ПЛК) под названием Modbus . Modbus использует в своей первой версии двухпроводной кабель с EIA 485 с сигналами UART . Сам протокол очень прост с протоколом ведущий / ведомый , а количество типов данных ограничено теми, которые понимаются ПЛК в данный момент. Тем не менее, Modbus с его версией Modbus-TCP по-прежнему является одной из наиболее часто используемых промышленных сетей, в основном в области автоматизации зданий.

PROFIBUS [ править ]

В рамках исследовательского проекта при финансовой поддержке правительства Германии в 1987 году была определена полевая шина PROFIBUS на основе Спецификации сообщений полевой шины (FMS). [9] Это показало на практике, что это было слишком сложно для работы в полевых условиях. В 1994 году компания Siemens предложила модифицированный прикладной уровень под названием Decentralized Periphery (DP), который получил хорошее признание в обрабатывающей промышленности. 2016 г. Profibus - одна из самых установленных полевых шин в мире [10], и в 2018 г. было установлено 60 миллионов узлов [11].

ИНТЕРБУС [ править ]

В 1987 году компания Phoenix Contact разработала последовательную шину для подключения пространственно распределенных входов и выходов к централизованному контроллеру. [12] Контроллер отправляет один кадр по физическому кольцу, которое содержит все входные и выходные данные. Кабель имеет 5 проводов: рядом с сигналом заземления два провода для исходящего кадра и два провода для возвращаемого кадра. С помощью этого кабеля можно построить всю установку в древовидной топологии . [13]

INTERBUS был очень успешным в обрабатывающей промышленности, где было установлено более 22,9 миллионов устройств. Interbus присоединился к технологии Profinet для полевой шины Profinet на базе Ethernet, а INTERBUS теперь обслуживается Profibus Nutzerorganisation eV [14]

CAN [ редактировать ]

В 1980-х годах для решения проблем связи между различными системами управления в автомобилях немецкая компания Robert Bosch GmbH впервые разработала сеть контроллеров (CAN). Концепция CAN заключалась в том, что каждое устройство может быть подключено одним набором проводов, и каждое подключенное устройство может свободно обмениваться данными с любым другим устройством. CAN вскоре перекочевал на рынок автоматизации производства (со многими другими).

DeviceNet был разработан американской компанией Allen-Bradley (в настоящее время принадлежит Rockwell Automation ) и ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) в качестве открытого стандарта fieldbus, основанного на протоколе CAN. DeviceNet стандартизирован европейским стандартом EN 50325. Спецификация и поддержка стандарта DeviceNet является обязанностью ODVA. Подобно ControlNet и EtherNet / IP, DeviceNet принадлежит к семейству сетей на основе CIP. CIP ( Общий промышленный протокол) образует общий прикладной уровень этих трех промышленных сетей. Таким образом, DeviceNet, ControlNet и Ethernet / IP хорошо скоординированы и предоставляют пользователю дифференцированную систему связи для уровня управления (EtherNet / IP), уровня ячейки (ControlNet) и полевого уровня (DeviceNet). DeviceNet - это объектно-ориентированная шинная система, работающая по методу производитель / потребитель. Устройства DeviceNet могут быть клиентскими (ведущими), серверами (ведомыми) или обоими. Клиенты и серверы могут быть производителем, потребителем или обоими.

CANopen был разработан CiA ( CAN in Automation ), ассоциацией пользователей и производителей CANopen, и был стандартизирован как европейский стандарт EN 50325-4 с конца 2002 года. CANopen использует уровни 1 и 2 стандарта CAN (ISO 11898). -2) и расширения в отношении назначения контактов, скорости передачи и прикладного уровня.

Fieldbus для автоматизации процессов [ править ]

В автоматизации процессов обычно большинство полевых передатчиков подключаются к управляющему устройству через токовую петлю с током 4-20 мА. Это позволяет не только передавать измеренное значение с уровнем тока, но также обеспечивать необходимое электрическое питание полевому устройству с помощью всего одного двухжильного кабеля длиной более тысячи метров. Эти системы также устанавливаются во взрывоопасных зонах. Согласно NAMUR полевые шины в этих приложениях должны удовлетворять этим требованиям. [15] Специальный стандарт для контрольно-измерительных приборов IEC / EN 60079-27 описывает требования к концепции искробезопасности полевой шины (FISCO) для установок в зоне 0, 1 или 2.

WorldFIP [ править ]

Стандарт FIP основан на французской инициативе 1982 г. по созданию анализа требований для будущего стандарта полевой шины. Исследование привело к европейской инициативе Eureka по стандарту полевой шины в июне 1986 года, в которой участвовало 13 партнеров. Группа разработчиков (réseaux locaux Industriels) создала первое предложение, стандартизованное во Франции. Название полевой шины FIP было первоначально дано как аббревиатура от французского «Flux d'Information vers le Processus», а позже оно обозначалось как FIP с английским названием «Factory Instrumentation Protocol».

FIP уступил позиции Profibus, который стал преобладать на европейском рынке в следующем десятилетии - на домашней странице WorldFIP не было пресс-релизов с 2002 года. Ближайшего родственника семейства FIP сегодня можно найти в автобусах Wire Train Bus для поездов. Однако определенное подмножество WorldFIP, известное как протокол FIPIO, широко используется в компонентах машин.

Foundation Fieldbus (FF) [ править ]

Foundation Fieldbus разрабатывалась в течение многих лет Международным обществом автоматизации (ISA) как SP50. Сегодня Foundation Fieldbus имеет растущую базу инсталляций во многих тяжелых технологических приложениях, таких как нефтепереработка, нефтехимия, производство электроэнергии и даже продукты питания и напитки, фармацевтика и ядерная промышленность. [16]

С 1 января 2015 года Fieldbus Foundation стала частью новой группы FieldComm. [17]

PROFIBUS-PA [ править ]

Profibus PA (автоматизация процессов) используется для связи между измерительными и технологическими приборами, исполнительными механизмами и системой управления технологическим процессом или PLC / DCS в технологическом проектировании. Profibus PA - это версия Profibus с физическим уровнем, подходящим для автоматизации процессов, в котором несколько сегментов (сегментов PA) с полевыми приборами могут быть подключены к Profibus DP через так называемые соединители. Двухпроводной шинный кабель этих сегментов берет на себя не только связь, но и питание участников ( технология передачи MBP ). Другой особенностью Profibus PA является широко используемый профиль устройства «PA Devices» (PA Profile), [18] в котором наиболее важные функции полевых устройств стандартизированы для разных производителей.

Fieldbus для автоматизации зданий [ править ]

Рынок автоматизации зданий также предъявляет различные требования к применению полевой шины:

  • инсталляционная шина с множеством простых операций ввода-вывода, распределенных на большом пространстве.
  • шина автоматизации для управления отоплением, вентиляцией и кондиционированием воздуха (HVAC)
  • сеть управления для управления объектами

BATIBUS определен в 1989 году и используется в основном во Франции, Instabus продлен до Европейской установки Bus (EIB) и Европейский Home Systems Protocol (EHS) объединилась в 1999 году до Konnex ) (KNX) стандарт EN 50090 (ISO / IEC 14543 -3). В 2020 году 495 компаний-членов предлагают 8000 продуктов с интерфейсами KNX в 190 странах мира. [19]

LonWorks [ править ]

Возвращаясь к 1980-м годам, в отличие от других сетей, LonWorks является результатом работы компьютерных ученых из Echelon Corporation . В 1999 году протокол связи (тогда известный как LonTalk) был представлен в ANSI и принят в качестве стандарта для управления сетью (ANSI / CEA-709.1-B), а в 2005 году - как EN 14908 (европейский стандарт автоматизации зданий). Протокол также является одним из нескольких канальных / физических уровней стандарта BACnet ASHRAE / ANSI для автоматизации зданий.

BACnet [ править ]

Стандарт BACnet был первоначально разработан и в настоящее время поддерживается Американским обществом инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха ( ASHRAE ) с 1987 года. BACnet - это американский национальный стандарт ( ANSI ) 135 с 1995 года, европейский стандарт, национальный стандарт во многих странах и глобальный стандарт ISO 16484 с 2003 года. [20] В 2017 году доля BACnet на рынке автоматизации зданий составила 60%. [21]

Стандартизация [ править ]

Хотя технология fieldbus существует с 1988 года, с завершением разработки стандарта ISA S50.02 разработка международного стандарта заняла много лет. В 1999 году комитет по стандартам IEC SC65C / WG6 встретился для устранения разногласий в проекте стандарта полевой шины IEC. Результатом этой встречи стала первоначальная форма стандарта IEC 61158 с восемью различными наборами протоколов, называемыми «Типами».

Эта форма стандарта была впервые разработана для Европейского общего рынка., меньше внимания уделяется общности и достигает своей основной цели - устранение ограничений в торговле между странами. Вопросы общности теперь оставлены на усмотрение международных консорциумов, которые поддерживают каждый из стандартных типов fieldbus. Практически сразу после его утверждения работа по разработке стандартов IEC прекратилась, и комитет был распущен. Был сформирован новый комитет IEC SC65C / MT-9 для разрешения конфликтов по форме и содержанию на более чем 4000 страницах стандарта IEC 61158. Работа над вышеуказанными типами протоколов практически завершена. Новые протоколы, такие как полевые шины безопасности или полевые шины Ethernet в реальном времени, принимаются в определение международного стандарта полевых шин в течение типичного 5-летнего цикла обслуживания. В версии стандарта 2008 года типы полевой шины реорганизованы в семейства профилей связи (CPF).[22]

Структура стандартов fieldbus [ править ]

Было много конкурирующих технологий для fieldbus, и первоначальная надежда на единый механизм унифицированных коммуникаций не оправдалась. Это не должно быть неожиданностью, поскольку технология fieldbus должна быть реализована по-разному в разных приложениях; Автомобильная полевая шина функционально отличается от управления технологическим оборудованием.

IEC 61158: Промышленные сети связи - Спецификация Fieldbus [ править ]

В июне 1999 года Комитет действий (CA) МЭК решил принять новую структуру стандартов fieldbus, начиная с первой редакции, действующей с 1 января 2000 года, как раз для нового тысячелетия: существует большой стандарт IEC 61158, в котором все полевые шины находят свое место. [23] Эксперты решили, что структура стандарта IEC 61158 поддерживается в соответствии с различными уровнями, разделенными на службы и протоколы. Отдельные полевые шины включены в эту структуру как разные типы.

Стандарт IEC 61158 Промышленные коммуникационные сети - Спецификации Fieldbus разделены на следующие части:

  • МЭК 61158-1, часть 1: Обзор и руководство для серий МЭК 61158 и МЭК 61784
  • IEC 61158-2 PhL: Часть 2: Спецификация физического уровня и определение услуги
  • IEC 61158-3-x DLL: Часть 3-x: Определение службы уровня звена данных - Элементы типа x
  • IEC 61158-4-x DLL: Часть 4-x: Спецификация протокола уровня звена данных - Элементы типа x
  • IEC 61158-5-x AL: Часть 5-x: Определение службы прикладного уровня - Элементы типа x
  • IEC 61158-6-x AL: Часть 6-x: Спецификация протокола прикладного уровня - Элементы типа x

Каждая часть по-прежнему содержит несколько тысяч страниц. Поэтому эти части были дополнительно разделены на части. Отдельные протоколы просто пронумерованы типом. Таким образом, каждый тип протокола имеет свою собственную часть, если требуется.

Чтобы найти соответствующую часть отдельных частей стандарта IEC 61158, необходимо знать соответствующий тип протокола для определенного семейства.

В стандарте IEC 61158 версии 2019 г. указано до 26 различных типов протоколов. В стандартизации IEC 61158 использование торговых наименований избегается и заменяется сухими техническими терминами и сокращениями. Например, Ethernet заменяется технически правильным CSMA / CD или ссылкой на соответствующий стандарт ISO 8802.3. То же самое и с именами fieldbus, все они заменяются номерами типов. Таким образом, считыватель никогда не найдет обозначения типа PROFIBUS или DeviceNet во всем стандарте полевой шины IEC 61158. В разделе Соответствие IEC 61784 представлена ​​полная справочная таблица.

IEC 61784: Промышленные сети связи - Профили [ править ]

Ясно, что этот набор стандартов полевой шины в МЭК 61158 не подходит для реализации. Его необходимо дополнить инструкцией по применению. Эти инструкции показывают, как и какие части IEC 61158 могут быть собраны в работающую систему. Эта инструкция по монтажу была впоследствии составлена ​​как профили полевой шины IEC 61784.

Согласно IEC 61158-1 [24] стандарт IEC 61784 разделен на следующие части:

  • IEC 61784-1 Наборы профилей для непрерывного и дискретного производства в отношении использования полевой шины в промышленных системах управления
  • IEC 61784-2 Дополнительные профили для сетей связи на основе ISO / IEC 8802 3 в приложениях реального времени
  • IEC 61784-3 Полевые шины функциональной безопасности - Общие правила и определения профилей
  • IEC 61784-3-n Полевые шины функциональной безопасности - Дополнительные спецификации для CPF n
  • IEC 61784-5-n Монтаж полевых шин - Монтажные профили для CPF n

IEC 61784-1: Профили Fieldbus [ править ]

Стандарт IEC 61784 Часть 1 [25] под названием « Наборы профилей для непрерывного и дискретного производства по отношению к использованию полевых шин в промышленных системах управления» перечисляет все полевые шины, которые предлагаются национальными органами по стандартизации. В первом издании 2003 года представлены 7 различных семейств коммуникационных профилей (CPF):

  • CPF 1 FOUNDATION Fieldbus
  • CPF 2 ControlNet
  • CPF 3 PROFIBUS
  • CPF 4 P-NET
  • CPF 5 WorldFIP
  • CPF 6 INTERBUS
  • CPF 7 SwiftNet

Swiftnet, широко используемый в авиастроении (Boeing), был включен в первую редакцию стандарта. Позже это оказалось ошибкой, и в версии 2 2007 года этот протокол был удален из стандарта. В то же время добавляются CPF 8 CC-Link , протокол CPF 9 HART и CPF 16 SERCOS . В редакции 4 в 2014 году в стандарт был включен последний CPF 19 MECHATROLINK fieldbus . Редакция 5 в 2019 году была просто отладочной версией без добавления какого-либо нового профиля.

См. Список протоколов автоматизации для полевой шины, которые не включены в этот стандарт.

IEC 61784-2: Ethernet в реальном времени [ править ]

Уже во второй редакции профиля fieldbus включены первые профили на основе Ethernet как физического уровня. [26] Все эти недавно разработанные протоколы Ethernet в реальном времени (RTE) скомпилированы в IEC 61784 Часть 2 [27] как Дополнительные профили для сетей связи на основе ISO / IEC 8802 3 в приложениях реального времени . Здесь мы находим решения Ethernet / IP , три версии PROFINET IO - классы A, B и C - и решения P-NET, [28] Vnet / IP [29] TCnet, [30] EtherCAT , Ethernet POWERLINK , Ethernet для автоматизации предприятий (EPA), а также MODBUS с новым протоколом публикации и подписки в реальном времени MODBUS-RTPS и устаревшим профилем MODBUS-TCP.

В этом контексте интересно решение SERCOS . Эта сеть из области управления осями имела свой собственный стандарт IEC 61491. [31] С появлением решения на базе Ethernet SERCOS III этот стандарт был разобран, а коммуникационная часть интегрирована в IEC 61158/61784. Прикладная часть интегрирована вместе с другими приводными решениями в специальный стандарт приводов IEC 61800-7.

Итак, список RTE для первой редакции 2007 года уже длинный:

  • CPF 2 CIP
  • CPF 3 PROFIBUS и PROFINET
  • CPF 4 P-NET [28]
  • CPF 6 INTERBUS
  • CPF 10 Vnet / IP [29]
  • CPF 11 TCnet [30]
  • CPF 12 EtherCAT
  • CPF 13 ETHERNET Powerlink
  • CPF 14 Ethernet для автоматизации предприятий (EPA)
  • CPF 15 MODBUS
  • CPF 16 SERCOS

В 2010 году было опубликовано уже второе издание, включающее CPF 17 RAPIEnet и CPF 18 SafetyNET p . В третьем издании в 2014 году была добавлена версия CC-Link для Industrial Ethernet (IE) . Два семейства профилей CPF 20 ADS-net [32] и CPF 21 FL-net [33] добавлены к четвертому изданию в 2019 году.

Подробнее об этих RTE см. В статье о Industrial Ethernet .

IEC 61784-3: Безопасность [ править ]

Для функциональной безопасности различные консорциумы разработали разные протоколы для приложений безопасности до уровня полноты безопасности 3 (SIL) в соответствии с IEC 61508 или уровня эффективности «e» (PL) в соответствии с ISO 13849 . Общим для большинства решений является то, что они основаны на черном канале и, следовательно, могут передаваться через разные полевые шины и сети. В зависимости от фактического профиля протокол безопасности предоставляет такие меры, как счетчики, CRC , эхо, тайм-аут, уникальные идентификаторы отправителя и получателя или перекрестная проверка.

Первое издание стандарта IEC 61784, часть 3 [34], выпущенное в 2007 г., под названием « Промышленные сети связи - профили - полевые шины функциональной безопасности», включает семейства профилей связи (CPF):

  • CPF 1 FOUNDATION Fieldbus [35]
  • CPF 2 CIP с безопасностью CIP
  • CPF 3 PROFIBUS и PROFINET с PROFIsafe
  • CPF 6 INTERBUS

SERCOS также использует протокол безопасности CIP . [36] Во втором издании, выпущенном в 2010 году, к стандарту добавлены дополнительные CPF:

  • CPF 8 CC-Link
  • CPF 12 EtherCAT с безопасностью через EtherCAT
  • CPF 13 Ethernet POWERLINK с openSAFETY
  • CPF 14 EPA

В третьем издании в 2016 году был добавлен последний профиль безопасности CPF 17 SafetyNET p . Ожидается, что новое издание 4 будет опубликовано в 2021 году. В настоящее время стандарт имеет 9 различных профилей безопасности. Все они включены и указаны в глобальной таблице соответствия в следующем разделе.

Соответствие IEC 61784 [ править ]

Семейства протоколов каждой торговой марки называются семейством коммуникационных профилей и обозначаются сокращенно CPF с номером. Каждое семейство протоколов теперь может определять полевые шины, решения Ethernet в реальном времени, правила установки и протоколы для функциональной безопасности. Эти возможные семейства профилей изложены в IEC 61784 и представлены в следующей таблице.

Семейства коммуникационных профилей (CPF) и типы сервисов и протоколов
Семейства коммуникационных профилей (CPF) в IEC 61784(под) частьУслуги и протоколы IEC 61158
CPFСемьяКоммуникационный профиль (CP) и торговое наименование1235PhLDLLAL
1Foundation Fieldbus (FF)CP 1/1 FF - H1Икс-1-1Тип 1Тип 1Тип 9
CP 1/2 FF - HSEИкс-1-18802-3TCP / UDP / IPТип 5
CP 1/3 FF - H2Икс-1-1Тип 1Тип 1Тип 9
FSCP 1/1 FF-SIS-1
2CIPCP 2/1 ControlNetИкс-2Тип 2Тип 2Тип 2
CP 2/2 EtherNet / IPИксИкс-2-28802-3Тип 2Тип 2
CP 3/3 DeviceNetИкс-2-2Тип 2Тип 2Тип 2
Безопасность FSCP 2/1 CIP-2
3PROFIBUS и PROFINETCP 3/1 PROFIBUS DPИкс-3-3Тип 3Тип 3Тип 3
CP 3/2 PROFIBUS PAИкс-3-3Тип 1Тип 3Тип 3
CP 3/3 PROFINET CBA (не действует с 2014 г.)8802-3TCP / IPТип 10
CP 3/4 PROFINET IO Класс AИкс-3-38802-3UDP / IPТип 10
CP 3/5 PROFINET IO Класс BИкс-3-38802-3UDP / IPТип 10
CP 3/6 PROFINET IO, класс CИкс-3-38802-3UDP / IPТип 10
FSCP 3/1 PROFIsafe-3
4P-NETCP 4/1 P-NET RS-485Икс-4Тип 4Тип 4Тип 4
CP 4/2 P-NET RS-232 (удален)Тип 4Тип 4Тип 4
CP 4/3 P-NET на IPИкс-48802,3Тип 4Тип 4
5WorldFIPCP 5/1 WorldFIP (MPS, MCS)ИксТип 1Тип 7Тип 7
CP 5/2 WorldFIP (MPS, MCS, SubMMS)ИксТип 1Тип 7Тип 7
CP 5/3 WorldFIP (MPS)ИксТип 1Тип 7Тип 7
6ИНТЕРБУСCP 6/1 INTERBUSИкс-6-6Тип 8Тип 8Тип 8
CP 6/2 ИНТЕРБУС TCP / IPИкс-6-6Тип 8Тип 8Тип 8
Подмножество CP 6/3 INTERBUSИкс-6-6Тип 8Тип 8Тип 8
CP 6/4 Связь 3/4 с INTERBUSИкс-6Тип 8Тип 8Тип 10
CP 6/5 Связь 3/5 с INTERBUSИкс-6Тип 8Тип 8Тип 10
CP 6/6 Связь 3/6 с INTERBUSИкс-6Тип 8Тип 8Тип 10
FSCP 6/7 Безопасность INTERBUS-6
7SwiftnetУдалено из-за отсутствия актуальности для рынкаТип 6
8CC-LinkCP 8/1 CC-Link / V1Икс-8-8Тип 18Тип 18Тип 18
CP 8/2 CC-Link / V2Икс-8Тип 18Тип 18Тип 18
CP 8/3 CC-Link / LT (питание от шины - низкая стоимость)Икс-8Тип 18Тип 18Тип 18
Контроллер CP 8/4 CC-Link IEИкс-88802-3Тип 23
Полевая сеть CP 8/5 CC-Link IEИкс-88802-3Тип 23
Безопасность FSCP 8/1 CC-Link-8
9HARTУниверсальная команда CP 9/1 (HART 6)Икс--Тип 20
CP 9/2 Wireless HART (см. IEC 62591)--Тип 20
10Vnet / IPCP 10/1 Vnet / IPИкс-108802-3Тип 17Тип 17
11TCnetCP 11/1 TCnet-звездаИкс-118802-3Тип 11Тип 11
CP 11/2 TCnet-петля 100Икс-118802-3Тип 11Тип 11
CP 11/3 TCnet-петля 1GИкс-118802-3Тип 11Тип 11
12EtherCATCP 12/1 Простой ввод-выводИкс-12-12Тип 12Тип 12Тип 12
Почтовый ящик CP 12/2 и синхронизация времениИкс-12-12Тип 12Тип 12Тип 12
FSCP 12/1 Безопасность через EtherCAT-12
13Ethernet POWERLINKCP 13/1 EPLИкс-13-138802-3Тип 13Тип 13
FSCP 13/1 openSAFETY-13
14Ethernet для автоматизации предприятий (EPA)CP 14/1 EPA NRTИкс-14-148802-3Тип 14Тип 14
CP 14/2 EPA RTИкс-14-148802-3Тип 14Тип 14
CP 14/3 EPA FRTИкс8802-3Тип 14Тип 14
CP 14/4 EPA MRTИкс-14-148802-3Тип 14Тип 14
FSCP 14/1 Безопасность EPA-14
15MODBUS-RTPSCP 15/1 MODBUS TCPИкс-158802-3TCP / IPТип 15
CP 15/2 RTPSИкс-158802-3TCP / IPТип 15
16SERCOSCP 16/1 SERCOS IИкс-16Тип 16Тип 16Тип 16
CP 16/2 SERCOS IIИкс-16Тип 16Тип 16Тип 16
CP 16/3 SERCOS IIIИкс-2-168802-3Тип 16Тип 16
SFCP 2/1 Безопасность CIP-2
17RAPIEnetCP 17/1Икс-178802-3Тип 21Тип 21
18SafetyNET pCP 18/1 RTFL (линия реального времени)Икс-18-188802-3Тип 22Тип 22
CP 18/2 RTFN (сеть кадров реального времени)Икс-18-188802-3Тип 22Тип 22
SFCP 18/1 SafetyNET p-18
19МЕЧАТРОЛИНКCP 19/1 МЕХАТРИЛИНК-IIИкс-19Тип 24Тип 24Тип 24
CP 19/2 МЕХАТРИЛИНК-IIIИкс-19Тип 24Тип 24Тип 24
20ADS-сетьCP 20/1 СЕТЬ-1000Икс-208802-3Тип 25Тип 25
CP 20/2 NXИкс-208802-3Тип 25Тип 25
21 годFL-netCP 21/1 FL-сеткаИкс-218802-3Тип 26Тип 26

В качестве примера мы будем искать стандарты для PROFIBUS-DP. Он принадлежит к семейству CPF 3 и имеет профиль CP 3/1. В таблице 5 мы обнаруживаем, что область действия его протокола определена в IEC 61784, часть 1. Он использует протокол типа 3, поэтому документы IEC 61158-3-3, 61158-4-3, 61158-5-3 и 61158-6-3 требуются для определений протокола. Физический интерфейс определен в общем 61158-2 под типом 3. Правила установки можно найти в IEC 61784-5-3 в Приложении A. Он может быть объединен с FSCP3 / 1 как PROFIsafe, который определен в IEC. 61784-3-3 стандарт.

Чтобы производитель не перечислял все эти стандарты в явном виде, ссылка на профиль указывается в стандарте. В случае нашего примера для PROFIBUS-DP, поэтому спецификация соответствующих стандартов должна быть

Соответствие IEC 61784-1 Ed.3: 2019 CPF 3/1

IEC 62026: Интерфейсы контроллер-устройство (CDI) [ править ]

Требования к сетям fieldbus для приложений автоматизации процессов (расходомеры, датчики давления и другие измерительные устройства и регулирующие клапаны в таких отраслях, как переработка углеводородов и производство электроэнергии) отличаются от требований сетей fieldbus, применяемых в дискретных производственных приложениях, таких как автомобилестроение, где используется большое количество дискретных датчиков, включая датчики движения, датчики положения и т. д. Дискретные сети fieldbus часто называют «сетями устройств».

Уже в 2000 году Международная электротехническая комиссия (IEC) решила, что набор интерфейсов контроллер-устройство (CDI) будет определен Техническим комитетом TC 121 Низковольтные распределительные устройства и устройства управления для покрытия сетей устройств. Этот набор стандартов под номером IEC 62026 [37] включает в актуальную редакцию 2019 года следующие части:

  • IEC 62026-1: Часть 1: Общие правила
  • IEC 62026-2: Часть 2: Интерфейс датчика привода (AS-i)
  • IEC 62026-3: Часть 3: DeviceNet
  • IEC 62026-7: Часть 7: CompoNet

Следующие части были отозваны в 2006 году и больше не обслуживаются:

  • IEC 62026-5: Часть 5: Интеллектуальная распределенная система (SDS)
  • IEC 62026-6: Часть 6: Seriplex (последовательная мультиплексированная шина управления)

Экономическое преимущество [ править ]

Количество необходимых кабелей в полевой шине намного меньше, чем в установках 4–20 мА. Это связано с тем, что многие устройства используют один и тот же набор кабелей в многоабонентском режиме, а не требуют отдельного набора кабелей для каждого устройства, как в случае устройств на 4–20 мА. Более того, несколько параметров могут передаваться на одно устройство в сети fieldbus, тогда как только один параметр может передаваться по соединению 4–20 мА. Fieldbus также обеспечивает хорошую основу для создания стратегии прогнозирующего и упреждающего обслуживания. Диагностика, доступная от устройств fieldbus, может использоваться для решения проблем с устройствами до того, как они станут критическими проблемами. [38]

Сеть [ править ]

Несмотря на то, что каждая технология имеет общее название fieldbus, различные fieldbus не являются взаимозаменяемыми. Различия между ними настолько глубоки, что их нелегко связать друг с другом. [39] Чтобы понять различия между стандартами fieldbus, необходимо понять, как проектируются сети fieldbus. Что касается модели OSI , стандарты fieldbus определяются физической средой кабельной разводки и уровнями один, два и седьмой эталонной модели.

Для каждой технологии физическая среда и стандарты физического уровня полностью и подробно описывают реализацию битовой синхронизации, синхронизации, кодирования / декодирования, скорости полосы пропускания, длины шины и физического подключения приемопередатчика к проводам связи. Стандарт уровня канала передачи данных отвечает за полное определение того, как собираются сообщения, готовые к передаче на физическом уровне, за обработку ошибок, фильтрацию сообщений и арбитраж шины, а также за то, как эти стандарты должны быть реализованы на оборудовании. Стандарт прикладного уровня в целом определяет, как уровни передачи данных взаимодействуют с приложением, которое желает обмениваться данными. В нем описаны спецификации сообщений, реализации управления сетью и ответ на запрос от приложения служб. Уровни с третьего по шестой не описаны в стандартах fieldbus.[40]

Особенности [ править ]

Различные полевые шины предлагают разные наборы функций и производительности. Сложно провести общее сравнение производительности fieldbus из-за фундаментальных различий в методологии передачи данных. В приведенной ниже сравнительной таблице просто указано, поддерживает ли рассматриваемая шина fieldbus циклы обновления данных продолжительностью 1 миллисекунда или быстрее.

FieldbusПитание от автобусаРезервирование кабелейМакс устройствСинхронизацияСубмиллисекундный цикл
AFDXНетдаПрактически без ограниченийНетда
AS-интерфейсдаНет62НетНет
CANopenНетНет127даНет
CompoNetдаНет384Нетда
ControlNetНетда99НетНет
CC-LinkНетНет64НетНет
DeviceNetдаНет64НетНет
EtherCATдада65 536дада
Ethernet PowerlinkНетНеобязательный240дада
EtherNet / IPНетНеобязательныйПрактически без ограниченийдада
ИнтербусНетНет511НетНет
LonWorksНетНет32 000НетНет
ModbusНетНет246НетНет
PROFIBUS DPНетНеобязательный126даНет
PROFIBUS PAдаНет126НетНет
PROFINET IOНетНеобязательныйПрактически без ограниченийНетНет
PROFINET IRTНетНеобязательныйПрактически без ограниченийдада
СЕРКОС IIIНетда511дада
SERCOS интерфейсНетНет254дада
Foundation Fieldbus H1даНет240даНет
Foundation Fieldbus HSEНетдаПрактически без ограниченийдаНет
RAPIEnetНетда256В разработкеУсловный
FieldbusПитание от автобусаРезервирование кабелейМакс устройствСинхронизацияСубмиллисекундный цикл


Рынок [ править ]

На рынке систем управления технологическими процессами доминируют Foundation Fieldbus и Profibus PA. [41] Обе технологии используют один и тот же физический уровень (2-проводная модуляция тока с манчестерным кодированием на частоте 31,25 кГц), но не являются взаимозаменяемыми. В целом приложения, которые управляются и контролируются ПЛК (программируемыми логическими контроллерами), имеют тенденцию к PROFIBUS, а приложения, которые управляются и контролируются DCS (цифровая / распределенная система управления), имеют тенденцию к Foundation Fieldbus. Технология PROFIBUS предоставляется через Profibus International со штаб-квартирой в Карлсруэ, Германия. Технология Foundation Fieldbus принадлежит и распространяется Fieldbus Foundation в Остине, штат Техас.

См. Также [ править ]

  • Протокол параллельного резервирования
  • Протокол резервирования мультимедиа

Ссылки [ править ]

  1. ^ "компьютерная сеть" . Электропедия . Международная электротехническая комиссия (МЭК). 2010. определение 732-01-03.
  2. ^ "автобус" . Электропедия . Международная электротехническая комиссия (МЭК). 2013. определение 351-56-10.
  3. ^ "Интерфейсная шина Hewlett-Packard (HP-IB) GPIB IEEE-488 IEC625" . www.hp9845.net .
  4. ^ Хунцикер, Робин; Шрайер, Пол Г. (август 1993 г.). «Полевые автобусы соревнуются за внимание инженеров, начинают получать коммерческую поддержку». Новости личной инженерии и приборостроения . Рай, Нью-Гэмпшир: PEC Inc. 10 (8): 35–37. ISSN 0748-0016 . 
  5. ^ Zurawski, Ричард, изд. (2005). Справочник по промышленным коммуникационным технологиям . Серия промышленных технологий. 1 . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. С. 7–10. ISBN 0849330777. LCCN  2004057922 . Проверено 4 февраля 2013 года .
  6. ^ Сайт сообщества Bitbus / fieldbus.
  7. ^ Шанкар, Лалл Маскара (2015). «Внедрение протокола автоматизации мини-производства для персональных компьютеров» . Технический обзор IETE 8 . Проверено 13 мая 2020 .
  8. ^ "Системы промышленной автоматизации - Спецификация производственного сообщения" . Международная организация по стандартизации (ISO). 2003. ISO 9506 . Проверено 13 мая 2020 .
  9. ^ Бендер, Клаус (1990). PROFIBUS - Der Feldbus für die Automation . München Wien: Carl Hanser Verlag. ISBN 3-446-16170-8.
  10. ^ «Доли рынка промышленных сетей в 2016 году по данным HMS» . Автоматика внутри. 2016-03-01 . Проверено 25 мая 2020 .
  11. ^ «Более 20 миллионов устройств PROFINET на рынке» . Пресс-релиз . Profinet International. 2018-04-20 . Проверено 27 мая 2020 .
  12. ^ Багинский, Альфредо; Мюллер, Мартин (1998). ИНТЕРБУС. Grundlagen und Praxis . Hüthig Verlag Heidelberg. ISBN 3-7785-2471-2.
  13. ^ Бюзинг, Александр; Мейер, Хольгер (2002). INTERBUS-Praxisbuch - Projektierung, Programmierung, Anwendung, Diagnose . Hüthig Verlag Heidelberg. ISBN 3-7785-2862-9.
  14. ^ «ИНТЕРБУС» . Phoenix Contact Electronics GmbH . Проверено 21 мая 2020 .
  15. ^ «NE 074 Требования к полевой шине» . НАМУР АК 2.6 Связь. 2016-12-05 . Проверено 27 мая 2020 .
  16. ^ «Основание Fieldbus» . Fieldbus Foundation. 2006 . Проверено 13 мая 2020 .
  17. ^ «ЕДИНОЕ ВИДЕНИЕ ДЛЯ УМНОЙ ОТРАСЛИ» . Группа FieldComm . Проверено 13 июня 2020 .
  18. ^ «Технология и применение PROFIBUS - Описание системы» . PI (Profibus и Profinet International). 2016 . Проверено 13 июня 2020 .
  19. ^ https://www.knx.org/knx-en/for-professionals/index.php
  20. ^ «Системы автоматизации и управления зданием (BACS) - Часть 5: Протокол передачи данных» . ISO / TC 205 Проектирование среды здания. 2017. ISO 16484-5 . Проверено 26 мая 2020 .
  21. ^ «Принятие рынка BACnet» (PDF) . Исполнительный офис BACnet International. 2018 . Проверено 26 мая 2020 .
  22. ^ «Сравнение технологий IEC 61158» (PDF) . Межсетевой, Inc. 2008-11-13 . Проверено 11 мая 2020 .
  23. ^ Felser, Max (2002). «Стандарты Fieldbus: история и структура» . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  24. ^ «Промышленные коммуникационные сети - Спецификации Fieldbus - Обзор и руководство для серий МЭК 61158 и МЭК 61784» . МЭК ТК 65 / SC 65C. 2019. IEC 61158-1 . Проверено 10 мая 2020 .
  25. ^ «Промышленные сети связи - Профили Часть 1: Профили Fieldbus» . МЭК ТК 65 / SC 65C. 2019. IEC 61784-1 . Проверено 28 апреля 2020 .
  26. ^ Felser, Max (2009). «Ethernet в реальном времени для приложений автоматизации» . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  27. ^ «Промышленные коммуникационные сети - Профили - Часть 2: Дополнительные профили полевой шины для сетей реального времени на основе ISO / IEC / IEEE 8802-3» . МЭК ТК 65 / SC 65C. 2019. IEC 61784-2 . Проверено 28 апреля 2020 .
  28. ^ a b «Международная организация пользователей P-NET» . P-NET Дания. 2019 . Проверено 11 мая 2020 .
  29. ^ a b Демати, Кодзи (2005). "Vnet / IP СИСТЕМА РАБОЧЕЙ СЕТИ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ" (PDF) . Технический отчет Иокогава. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  30. ^ a b «Сеть TCnet для критичной по времени информации и управления» . Корпорация Toshiba Infrastructure Systems & Solution Corporation. 2007 . Проверено 11 мая 2020 .
  31. ^ «Электрооборудование промышленных машин - Последовательный канал передачи данных для связи в реальном времени между органами управления и приводами» . МЭК ТК 22 / SC 22G. 2002. IEC 61491 (отозван 31 декабря 2014 г.) . Проверено 28 апреля 2020 .
  32. ^ "Автономная сеть децентрализованной системы (ADS-net), Концепция системы" . Hitachi . Проверено 11 мая 2020 .
  33. ^ "Введение в FL-net" . Японская ассоциация производителей электрооборудования (JEMA) . Проверено 11 мая 2020 .
  34. ^ "Промышленные сети связи - Профили - Полевые шины функциональной безопасности" . МЭК ТК 65 / SC 65C. 2016. IEC 61784-3 . Проверено 11 мая 2020 .
  35. ^ «Инструментальные функции безопасности FOUNDATION Fieldbus создают будущее технологической безопасности» (PDF) . fieldbus.org . Белая книга ARC. 2008 г.
  36. ^ «Безопасность CIP по спецификации SERCOS» . Мир дизайна. 2008 . Проверено 5 февраля 2010 .
  37. ^ «Низковольтные распределительные устройства и устройства управления - интерфейсы контроллер-устройство (CDI)» . IEC TC 121 / SC 121A. 2019. IEC 62026 . Проверено 11 мая 2020 .
  38. ^ «Практические инструменты полевой шины помогают в профилактическом обслуживании» .
  39. ↑ Похоронить (1999)
  40. ^ Фарси и Барбоза 2000
  41. ^ http://www.fieldbus.org/images/stories/fieldbus_report/FieldbusReport_Apr08.pdf

Библиография [ править ]

  • Бабб, Майкл. (1994). Научится ли техническое обслуживание любить Fieldbus? Control Engineering, 19 января.
  • Бабб, Майкл. (1994). Лето 1994: еще одна задержка Fieldbus, DPV Шнайдера и разработка открытых систем, 29 июля.
  • Гокорш, Стив. (1994). Другой сценарий: техническое обслуживание научится любить технику управления полевой шиной, июнь 112–114.
  • Гуннель, Джефф. (1994). Соединения анализаторов могут использовать средства управления и контрольно-измерительные приборы Fieldbus, март, 33–35.
  • Ходжкинсон, Джефф. (1994). Связь мы слушаем? Технологический процесс, Дополнение к КИП 1994, с19 – с21.
  • Джонс, Джереми. (1992). Может ли Fieldbus выжить? КИПиА, 25–26 августа.
  • Керридж, Брайан. (1994). Сетевые поставщики объединяются по стандарту Fieldbus EDN, 28 апреля, 45–46.
  • Ратье, Дж. (1994). Намюр говорит «да» технологии полевой шины и обещанию сокращения затрат на контроль и оснащение, сентябрь 33–34.
  • Рив, Алан. (1993). Fieldbus - Участвуют ли пользователи? КИПиА, 25–26 августа.
  • Копье, Майк. (1994). Взгляд предприятия на использование технологии Fieldbus, апрель 38–39.
  • Копье, Майк. (1994). Fieldbus готов начать последний круг? Технологический инжиниринг, апрель, 37.
  • Чата, Эндрю. (1994). Fieldbus: Основа для разработки систем управления полевыми системами управления , 47–50 мая.
  • Фернесс, Гарри. (1994). Цифровая связь обеспечивает ... Control Engineering , 23–25 января.
  • Фернесс, Гарри. (1994). Fieldbus: различия начинаются снизу вверх. Техника управления , март, 49–51.
  • Фухи, Кен. (1993). Fieldbus выходит на дорогу Химическая инженерия , 37–41 сентября.
  • Джонсон, Дик. (1994). Будущее Fieldbus на Milestone 1995 Control Engineering , 49–52 декабря.
  • Свободный, Грэм. (1994). Когда промышленные предприятия могут использовать полевую шину? Управление и приборы , май 63–65.
  • Копье, Майк. (1993). Fieldbus готовится к первым испытаниям технологического процесса , март, стр. 36.
  • Лашер, Ричард Дж. (1994). Усовершенствования полевой шины и их значение « Инженерия управления» , июль, 33–35.
  • Пирсон, Линда Л. (1994). Более широкие стандарты Fieldbus улучшат проектирование управления функциональностью системы , ноябрь 38–39.
  • Пауэлл, Джеймс и Генри Ванделинде (2009 г.), «Улавливание технологии Fieldbus - введение в PROFIBUS для автоматизации процессов» www.measuremax.ca.
  • Патель, Кирнеш (2013) Технология Foundation Fieldbus и ее приложения
  • О'Нил, Майк (2007). Достижения в области Fieldbus , Информатор перерабатывающей промышленности , 36–37 января.
  • Н.П. Махалик; PR Moore (1997) Распределенное управление на основе технологии Fieldbus в перерабатывающих отраслях: пример использования LonWorks Technology
  • Консультативная группа ARC (2008) Инструментальные функции безопасности Foundation Fieldbus создают будущее технологической безопасности