Fieldbus - Fieldbus

Fieldbus это название семейства промышленных компьютерная сеть[1] используется для распределенного управления в реальном времени. Профили Fieldbus стандартизированы Международная электротехническая комиссия (IEC) как IEC 61784/61158.

Комплекс автоматизированный промышленная система обычно структурирована на иерархических уровнях как распределенная система управления (DCS). В этой иерархии верхние уровни управления производством связаны с уровнем прямого управления программируемые логические контроллеры (PLC) через не-срочный система связи (например, Ethernet ). Полевая шина[2] связывает ПЛК уровня прямого управления с компонентами на заводе полевого уровня, такими как датчики, приводы, электродвигатели, подсветка консоли, переключатели, клапаны и контакторы и заменяет прямые подключения через токовые петли или цифровой Ввод / вывод сигналы. Поэтому требования к полевой шине срочный и чувствительны к стоимости. С нового тысячелетия ряд полевых шин на базе Ethernet в реальном времени были установлены. Они могут в долгосрочной перспективе заменить традиционные полевые шины.

Описание

Fieldbus - это промышленная сетевая система для распределенного управления в реальном времени. Это способ подключения инструментов на заводе-изготовителе. Fieldbus работает в сетевой структуре, которая обычно позволяет гирляндное соединение, звезда, кольцо, ветка и дерево сетевые топологии. Раньше компьютеры подключались через RS-232 (последовательные соединения ), с помощью которого могли общаться только два устройства. Это будет эквивалент используемого в настоящее время Схема связи 4–20 мА что требует, чтобы у каждого устройства была своя собственная точка связи на уровне контроллера, в то время как полевая шина является эквивалентом текущего Подключения типа LAN, для которых требуется только одна точка связи на уровне контроллера и допускается несколько (сотни) аналог и цифровой точки, которые должны быть подключены одновременно. Это уменьшает как длину необходимого кабеля, так и количество необходимых кабелей. Более того, поскольку устройства, которые обмениваются данными через полевую шину, требуют микропроцессор, несколько точек обычно предоставляются одним и тем же устройством. Некоторые устройства fieldbus теперь поддерживают схемы управления, такие как ПИД-регулирование на стороне устройства вместо того, чтобы заставлять контроллер выполнять обработку.

История

Самая важная мотивация для использования полевой шины в распределенная система управления заключается в снижении затрат на установку и поддержание установки без потери высоких доступность и надежность системы автоматизации. Цель состоит в том, чтобы использовать двухжильный кабель и простую конфигурацию для полевых условий. устройства 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

Интерфейсная шина общего назначения (GPIB)

Возможно, предшествующей технологией полевой шины является HP-IB, как описано в IEEE 488 [3] в 1975 г. «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 различных производителей. Но это параллельная шина с кабелем и разъемом с 24 проводами и ограничена максимальной длиной кабеля 20 метров.

Bitbus

Самая старая широко используемая технология полевой шины - Bitbus. Bitbus был создан Корпорация Intel расширить использование Multibus систем в промышленных системах путем разделения медленных ввод / вывод функции от более быстрого доступа к памяти. В 1983 году Intel создала микроконтроллер 8044 Bitbus, добавив микропрограмму полевой шины к существующей. 8051 микроконтроллер. Bitbus использует EIA-485 на физический слой, с двумя витыми парами - одна для данных, а другая для синхронизации и сигналов. Использование SDLC на уровень канала передачи данных разрешает 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 мастера. Bitbus не определяет маршрутизацию на сетевой уровень. 8044 разрешает 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 г. 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

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

Протокол автоматизации производства (MAP)

В Протокол автоматизации производства (MAP) была внедрением OSI-совместимых протоколов в технологии автоматизации, инициированной Дженерал Моторс в 1984 г. MAP стал предложением по стандартизации ЛВС, поддерживаемым многими производителями и в основном использовавшимся 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. Чтобы уменьшить сложность и достичь более быстрой обработки при меньших ресурсах, в 1988 году была разработана MAP с улучшенной архитектурой производительности (EPA). Эта мини-карта[7] содержит только уровни 1,2 и 7 Взаимодействие открытых систем (OSI) базовая эталонная модель. 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)

В Спецификация производственного сообщения (MMS) - международный стандарт ISO 9506.[8] имеет дело с протоколом приложений и службами 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 стандартах промышленной связи, таких как FMS для Profibus или SDO для CANopen. Он все еще используется как возможный прикладной уровень, например. для автоматизации электроэнергетики в МЭК 61850 стандарты.

Полевые шины для автоматизации производства

В области производство автоматизация 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

В 1979 году Modicon (ныне Schneider Electric ) определили последовательную шину для подключения своих программируемые логические контроллеры (ПЛК) называется Modbus. Modbus использует в своей первой версии двухжильный кабель с EIA 485 с участием UART сигналы. Сам протокол очень прост с мастер / раб протокол и 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, главным образом в области автоматизации зданий.

PROFIBUS

Исследовательский проект при финансовой поддержке правительства Германии определил в 1987 году полевую шину. PROFIBUS на основе Спецификация сообщений Fieldbus (ФМС).[9] На практике это показало, что с ним слишком сложно работать в полевых условиях. В 1994 г. Сименс предложил модифицированный прикладной уровень с именем Децентрализованная периферия (DP), которые получили признание в обрабатывающей промышленности. 2016 г. Profibus - одна из самых установленных полевых шин в мире[10] и достигнет 60 миллионов установленных узлов в 2018 году. [11]

ИНТЕРБУС

В 1987 г. 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: помимо сигнала заземления два провода для исходящего кадра и два провода для возвращаемого кадра. С помощью этого кабеля можно разместить всю установку в топология дерева.[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 e.V.[14]

МОЧЬ

В 1980-х годах для решения проблем связи между различными системами управления в автомобилях немецкая компания Роберт Бош ГмбХ впервые разработал Сеть контроллеров (МОЧЬ). 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 Аллен-Брэдли (теперь принадлежит Rockwell Automation ) и ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) как открытый стандарт fieldbus, основанный 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 в автоматизации ), объединение пользователей и производителей для CANopen, и с конца 2002 года стандартизован как европейский стандарт EN 50325-4. CANopen использует уровни 1 и 2 стандарта CAN (ISO 11898-2) и расширения в отношении назначения контактов. , скорости передачи и прикладной уровень.

Fieldbus для автоматизации процессов

В автоматизация процессов традиционно большинство полевых передатчиков подключаются через токовая петля с 4-20 мА на управляющее устройство. Это позволяет не только передавать измеренное значение с уровнем тока, но и обеспечивать необходимое электрическое питание полевому устройству с помощью всего одного двухжильного кабеля длиной более тысячи метров. Эти системы также устанавливаются во взрывоопасных зонах. Согласно с НАМУР Полевая шина в этих приложениях должна 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

В ФИП Стандарт 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 участвовали 13 партнеров. Группа разработчиков (réseaux locaux Industriels) создала первое предложение, стандартизированное 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 Проволочный поезд Автобус для тренеров. Однако определенное подмножество WorldFIP, известное как протокол FIPIO, широко используется в компонентах машин.

Foundation Fieldbus (FF)

Foundation Fieldbus был разработан в течение многих лет Международное общество автоматизации (ISA) как SP50. Сегодня Foundation Fieldbus имеет растущую базу инсталляций во многих тяжелых технологических процессах, 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

Profibus PA (автоматизация процесса) используется для связи между измерительными и технологическими приборами, исполнительными механизмами и системой управления процессом или ПЛК /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 (MBP технология передачи). 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

Рынок автоматизация зданий также предъявляются другие требования к применению полевой шины:

В BatiBUS определено в 1989 г. и используется в основном во Франции, Instabus распространяется на Европейский монтажный автобус (ЕИБ) и Европейский протокол домашних систем (EHS) слилась в 1999 году с Konnex ) (KNX) стандарт EN 50090, (ИСО / МЭК 14543-3). В 2020 году 495 компаний-членов предлагают 8000 продуктов с интерфейсами KNX в 190 странах мира.[19]

LonWorks

Возвращаясь к 1980-м годам, в отличие от других сетей, LonWorks результат работы компьютерных ученых из Корпорация Эшелон. 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 BACnet Стандарт ASHRAE / ANSI для автоматизации зданий.

BACnet

В BACnet Стандарт изначально был 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

Хотя технология полевой шины 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, чтобы устранить различия в проекте стандарта полевой шины IEC. Результатом этой встречи стала первоначальная форма стандарта IEC 61158 с восемью различными наборами протоколов, называемых «Типами».

Эта форма стандарта была впервые разработана для Европейский общий рынок, 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

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

IEC 61158: Промышленные коммуникационные сети - Спецификация Fieldbus.

В июне 1999 года Комитет действий (CA) МЭК решил принять новую структуру стандартов полевой шины, 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 IEC 61158 поддерживается на разных уровнях, разделенных на службы и протоколы. Отдельные полевые шины включены в эту структуру как разные типы.

Стандарт IEC 61158 Промышленные сети связи - Спецификации Fieldbus делится 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 подразделены 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 издания 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 предоставляется полная справочная таблица.

IEC 61784: Промышленные сети связи - Профили

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 сборке была впоследствии составлена ​​как профили полевой шины IEC 61784.

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

  • МЭК 61784-1 Профильные наборы 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 Установка полевых шин - Установочные профили для CPF n

IEC 61784-1: Профили полевой шины

IEC 61784, часть 1[25] стандарт с названием Наборы профилей для непрерывного и дискретного производства относительно использования полевой шины в промышленных системах управления перечисляет все полевые шины, предлагаемые национальными органами по стандартизации. В первом издании 2003 года представлены 7 различных семейств коммуникационных профилей (CPF):

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

Увидеть Список протоколов автоматизации для fieldbus, которые не включены в этот стандарт.

IEC 61784-2: Ethernet в реальном времени

Уже во второй редакции профиля fieldbus включены первые профили на основе Ethernet в качестве физического уровня.[26] Все эти новые разработанные протоколы Ethernet в реальном времени (RTE) скомпилированы в IEC 61784, часть 2.[27] так 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 MODBUS-RTPS публикации и подписки в реальном времени и устаревшим профилем MODBUS-TCP.

В SERCOS решение интересно в этом контексте. Эта сеть из области управления осями имела свой собственный стандарт IEC 61491.[31] С внедрением решения на базе Ethernet СЕРКОС 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:

В 2010 году вышло уже второе издание, включающее CPF 17. RAPIEnet и CPF 18 SafetyNET p. В третьей редакции 2014 года была выпущена версия Industrial Ethernet (IE) CC-Link был добавлен. Два семейства профилей CPF 20 ADS-net[32] и CPF 21 FL-net[33] добавлены в издание четыре в 2019 году.

Подробнее об этих RTE см. В статье Промышленный Ethernet.

IEC 61784-3: Безопасность

Для функциональная безопасность, различные консорциумы разработали разные протоколы для приложений безопасности до уровня полноты безопасности 3 (SIL) в соответствии с IEC 61508 или уровень эффективности «e» (PL) в соответствии с ISO 13849. Что общего у большинства решений, так это то, что они основаны на Черный канал и поэтому 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 МЭК 61784, часть 3, выпущенное в 2007 г.[34] названный Промышленные сети связи - Профили - Полевые шины функциональной безопасности включает семейства коммуникационных профилей (CPF):

SERCOS использует Безопасность CIP протокол тоже.[36] Во второй редакции, выпущенной в 2010 году, к стандарту добавлены дополнительные CPF:

В третьем издании 2016 года последний профиль безопасности CPF 17 SafetyNET p был добавлен. 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

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 собраны в следующей таблице.

Семейства коммуникационных профилей (CPF) и типы услуг и протоколов
Семейства коммуникационных профилей (CPF) в IEC 61784(под) частьIEC 61158 Услуги и протоколы
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 INTERBUS 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
21FL-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 находим, что область 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. Инструкции по установке 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 стандартный.

Чтобы изготовитель 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)

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 к сетям fieldbus, применяемым 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 (МЭК) решила, что набор интерфейсы контроллер-устройство (CDI) будут определены Техническим комитетом TC 121. Низковольтные распределительные устройства и устройства управления для покрытия сетей устройства. Это набор стандартов с номером IEC 62026[37] В актуальную редакцию 2019 года входят следующие части:

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

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 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.[38]

Сети

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 устроены сети fieldbus. Что касается Модель 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, 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. Он описывает спецификации сообщений, реализации управления сетью и ответ на запрос от приложения служб. Уровни с третьего по шестой не описаны в стандартах fieldbus.[40]

особенности

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 миллисекунду 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
InterbusНетНет511НетНет
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

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.

Смотрите также

использованная литература

  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. ^ Ханзикер, 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. ^ Зуравски, Ричард, изд. (2005). Справочник по технологиям промышленной связи. Серия промышленных технологий. 1. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. С. 7–10. ISBN  0849330777. LCCN  2004057922. Получено 4 февраля 2013.
  6. ^ Сайт сообщества Bitbus / fieldbus.
  7. ^ Шанкар, Лалл Маскара (2015). «Внедрение протокола автоматизации мини-производства для персональных компьютеров». Технический обзор IETE 8. Получено 2020-05-13.
  8. ^ «Системы промышленной автоматизации - Спецификация производственного сообщения». Международная организация по стандартизации (ISO). 2003. ISO 9506.. Получено 2020-05-13.
  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. Получено 2020-05-25.
  11. ^ «На рынке более 20 миллионов устройств PROFINET». пресс-релиз. Profinet International. 2018-04-20. Получено 2020-05-27.
  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, диагностика. Hüthig Verlag Heidelberg. ISBN  3-7785-2862-9.
  14. ^ «ИНТЕРБУС». Phoenix Contact Electronics GmbH. Получено 2020-05-21.
  15. ^ «Требования NE 074 Fieldbus». НАМУР АК 2.6 Связь. 2016-12-05. Получено 2020-05-27.
  16. ^ «Основание Fieldbus». Fieldbus Foundation. 2006 г.. Получено 2020-05-13.
  17. ^ «ЕДИНОЕ ВИДЕНИЕ ДЛЯ РАЗУМНОЙ ОТРАСЛИ». Группа FieldComm. Получено 2020-06-13.
  18. ^ «Технология и применение PROFIBUS - Описание системы». PI (Profibus и Profinet International). 2016 г.. Получено 2020-06-13.
  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.. Получено 2020-05-26.
  21. ^ «Принятие на рынок BACnet» (PDF). Исполнительный офис BACnet International. 2018 г.. Получено 2020-05-26.
  22. ^ «Сравнение технологий IEC 61158» (PDF). Fieldbus, Inc. 13 ноября 2008 г.. Получено 2020-05-11.
  23. ^ Фельзер, Макс (2002). «Стандарты Fieldbus: история и структура». Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  24. ^ «Промышленные сети связи - Спецификации Fieldbus - Обзор и руководство для серий IEC 61158 и IEC 61784». IEC TC 65 / SC 65C. 2019. IEC 61158-1.. Получено 2020-05-10.
  25. ^ «Промышленные коммуникационные сети - Профили Часть 1: Профили Fieldbus». IEC TC 65 / SC 65C. 2019. IEC 61784-1.. Получено 2020-04-28.
  26. ^ Фельзер, Макс (2009). «Ethernet в реальном времени для приложений автоматизации». Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  27. ^ «Промышленные коммуникационные сети - Профили - Часть 2: Дополнительные профили полевой шины для сетей реального времени на основе ISO / IEC / IEEE 8802-3». IEC TC 65 / SC 65C. 2019. IEC 61784-2.. Получено 2020-04-28.
  28. ^ а б «Международная организация пользователей P-NET». P-NET Дания. 2019 г.. Получено 2020-05-11.
  29. ^ а б Демачи, Кодзи (2005). "Vnet / IP СИСТЕМА PLANTNETWORK В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ" (PDF). Технический отчет Иокогава. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  30. ^ а б «Сеть информации и управления с критичным временем TCnet». Корпорация Toshiba Infrastructure Systems & Solution Corporation. 2007 г.. Получено 2020-05-11.
  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.). Получено 2020-04-28.
  32. ^ «Сеть автономных децентрализованных систем (ADS-net), Концепция системы». Hitachi. Получено 2020-05-11.
  33. ^ «Введение в FL-net». Японская ассоциация производителей электрооборудования (JEMA). Получено 2020-05-11.
  34. ^ «Промышленные сети связи - Профили - Полевые шины функциональной безопасности». IEC TC 65 / SC 65C. 2016. IEC 61784-3.. Получено 2020-05-11.
  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 г.. Получено 2010-02-05.
  37. ^ «Низковольтные распределительные устройства и устройства управления - интерфейсы контроллер-устройство (CDI)». IEC TC 121 / SC 121A. 2019. IEC 62026.. Получено 2020-05-11.
  38. ^ «Практические инструменты fieldbus для профилактического обслуживания».
  39. ^ Похоронить (1999)
  40. ^ Фарси и Барбоза 2000
  41. ^ http://www.fieldbus.org/images/stories/fieldbus_report/FieldbusReport_Apr08.pdf

Список используемой литературы

  • Бабб, Майкл. (1994). Научится ли техническое обслуживание любить Fieldbus? Control Engineering, 19 января.
  • Бабб, Майкл. (1994). Лето 1994 г .: 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 анализатора могут использовать средства управления и контрольно-измерительные приборы Fieldbus, март, 33–35.
  • Ходжкинсон, Джефф. (1994). Общение мы слушаем? Технологический процесс, Дополнение по КИП 1994, с19 – с21.
  • Джонс, Джереми. (1992). Сможет 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 Fieldbus и обещанию сократить расходы 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? Технологии, апрель, 37.
  • Чата, Эндрю. (1994). Fieldbus: основа для полевых систем управления Техника управления, 47–50 мая.
  • Фернесс, Гарри. (1994). Цифровая связь обеспечивает ... Техника управления, 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 Техника управления, 49–52 декабря.
  • Свободный, Грэм. (1994). Когда промышленные предприятия могут использовать полевую шину? Управление и приборы, 63–65 мая.
  • Копье, Майк. (1993). Fieldbus ждет первых испытаний Технологический инжиниринг, Март, стр. 36.
  • Лашер, Ричард Дж. (1994). Усовершенствования Fieldbus и их значение Техника управления, 33–35 июля.
  • Пирсон, Линда Л. (1994). Более широкие стандарты Fieldbus улучшат функциональность системы Техника управления, 38–39 ноября.
  • Пауэлл, Джеймс и Генри Ванделинде (2009 г.), «Улавливание технологической полевой шины - 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 обрабатывающей промышленности, 36–37 января.
  • Н.П. Махалик; П.Р. Мур (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