繆學(xué)勤

按照國際電工委員會(huì )IEC/SC65C的定義，安裝在制造或過(guò)程區域的現場(chǎng)裝置與控制室內的自動(dòng)控制裝置之間的數字式、串行和多點(diǎn)通信的數據總線(xiàn)稱(chēng)為現場(chǎng)總線(xiàn)。根據使用場(chǎng)合和用途不同，現場(chǎng)總線(xiàn)又分為H1低速現場(chǎng)總線(xiàn)和H2高速現場(chǎng)總線(xiàn)。IEC/SC65C最初定義H1總線(xiàn)為用于制造或過(guò)程區域的、通過(guò)兩根傳輸線(xiàn)向現場(chǎng)裝置供電的低速串行總線(xiàn)，H2總線(xiàn)為無(wú)需解決兩線(xiàn)制供電，用于裝置間傳送信息的高速串行總線(xiàn)。H1和H2總線(xiàn)相輔相成構成了完整的工業(yè)自動(dòng)化系統信息通信網(wǎng)絡(luò )。
經(jīng)過(guò)長(cháng)達15年的爭論，IEC61158用于工業(yè)控制系統的現場(chǎng)總線(xiàn)國際標準于2000年初終于獲得通過(guò)，現場(chǎng)總線(xiàn)之爭逐漸隨之退潮，IEC/SC65C/WG6現場(chǎng)總線(xiàn)標準委員會(huì )到此也完成了歷史使命。為了進(jìn)一步完善IEC61158標準，IEC/SC65C成立了MT9現場(chǎng)總線(xiàn)修訂小組，繼續這方面的工作。MT9工作組在原來(lái)8種類(lèi)型現場(chǎng)總線(xiàn)的基礎上不斷完善擴充，于2001年8月制定出由10種類(lèi)型現場(chǎng)總線(xiàn)組成的第三版現場(chǎng)總線(xiàn)標準，它們是：Type1 TS61158 現場(chǎng)總線(xiàn)、Type2 ControlNet 和 Ethernet/IP 現場(chǎng)總線(xiàn)、Type3 Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)、Type4 P-NET現場(chǎng)總線(xiàn)、Type5 FF HSE現場(chǎng)總線(xiàn)、Type6 Swift-Net 現場(chǎng)總線(xiàn)、Type7 WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)、Type8 INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)、Type9 FF H1現場(chǎng)總線(xiàn)以及Type10 PROFInet現場(chǎng)總線(xiàn)，該標準于2003年4月成為正式國際標準。限于篇幅，本文對10種類(lèi)型總線(xiàn)做概要論述，并簡(jiǎn)單綜述上述總線(xiàn)近三年來(lái)的最新進(jìn)展。
1  Type1 TS61158 現場(chǎng)總線(xiàn)
Type1 現場(chǎng)總線(xiàn)標準由以下部分構成：
PhL：IEC61158-2：1993標準的超集（Superset）；
Foundation Fieldbus的超集；
WorldFIP的功能超集；
DLL：IEC TS61158-3，TS61158-4；
Foundation Fieldbus的超集；
WorldFIP的功能超集；
AL：IEC TS61158-5，TS61158-6。
1998年之前，IEC/SC65C只推薦一種類(lèi)型的現場(chǎng)總線(xiàn)，該總線(xiàn)主要采納Foundation Fieldbus總線(xiàn)和WorldFIP總線(xiàn)基本技術(shù)，并嚴格按照IEC定義制定現場(chǎng)總線(xiàn)標準，由于各種原因，經(jīng)過(guò)多輪投票未獲通過(guò)，只能按規定成為技術(shù)報告TS61158，以此為基礎形成了現在的Type1現場(chǎng)總線(xiàn)。國際電工委員會(huì )推薦的通用現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )結構如圖1所示，從圖中可以看出現場(chǎng)總線(xiàn)系統可以支持各種工業(yè)領(lǐng)域的信息處理、監視和控制系統，用于過(guò)程控制傳感器、執行器和本地控制器之間的低級通信，可以與工廠(chǎng)自動(dòng)化的PLC實(shí)現互連。在這里，H1現場(chǎng)總線(xiàn)主要用于現場(chǎng)級，其速率為31.25Kbps，負責兩線(xiàn)制向現場(chǎng)儀表供電，并能支持帶總線(xiàn)供電設備的本質(zhì)安全；H2現場(chǎng)總線(xiàn)主要面向過(guò)程控制級、監控管理級和高速工廠(chǎng)自動(dòng)化的應用，其速率為1Mbps，2.5Mbps和100Mbps。

 
圖1  通用現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )結構

2  Type2 ControlNet和Ethernet/IP現場(chǎng)總線(xiàn)
由ControlNet International(CI)組織負責制定的Type2現場(chǎng)總線(xiàn)標準由以下部分組成：
PhL和DLL：ControlNet；
AL：Control Net和Ethernet/IP。
Type2現場(chǎng)總線(xiàn)系統體系結構如圖2所示。ControlNet采用一種新的通信模式，即生產(chǎn)者/客戶(hù)（Producer/Consumer）模式，這種模式允許網(wǎng)絡(luò )上的所有節點(diǎn)，同時(shí)從單個(gè)數據源存取相同的數據，其主要特點(diǎn)是增強了系統的功能，提高了效率和實(shí)現精確的同步。網(wǎng)絡(luò )的媒體送取，通過(guò)限制時(shí)間存取算法來(lái)控制，即采用并行時(shí)間域多路存?。–TDMA）方法，在每個(gè)網(wǎng)絡(luò )刷新間隔（NUI）內調節節點(diǎn)的傳送信息機會(huì )。

圖2  Type2 現場(chǎng)總線(xiàn)系統體系結構

Ethernet/IP以太網(wǎng)工業(yè)協(xié)議是一種開(kāi)放的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )，它使用有源星形拓撲結構，可以將10Mbps和100Mbps產(chǎn)品混合使用。該協(xié)議在TCP/UDP/IP之上附加控制和信息協(xié)議（CIP），提供一個(gè)公共的應用層。CIP的控制部分用于實(shí)時(shí)I/O報文，其信息部分用于報文交換。ControlNet和Ethernet/IP都使用該協(xié)議通信，分享相同的對象庫、對象和設備行規，使得多個(gè)供應商的設備能在上述整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中實(shí)現即插即用。對象的定義是嚴格的，在同一種網(wǎng)絡(luò )上支持實(shí)時(shí)報文、組態(tài)和診斷。為了提高工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性能，ODVA（開(kāi)放的DeviceNet供應商協(xié)會(huì )）于2003年8月公布了IEEE1588“用于Ethernet/IP實(shí)時(shí)控制應用的時(shí)鐘同步”標準。
3  Type3 Profibus 現場(chǎng)總線(xiàn)
Type3 現場(chǎng)總線(xiàn)得到Profibus用戶(hù)組織PNO的支持，德國西門(mén)子公司則是Profibus產(chǎn)品的主要供應商。Profibus系列由三個(gè)兼容部分組成，即Profibus-DP、Profibus-FMS和Profibus-PA三條總線(xiàn)構成。為了提高Profibus總線(xiàn)性能，近幾年P(guān)NO推出了新版本的Profibus-DP-V1和Profibus-DP-V2，同時(shí)逐步取消Profibus-FMS總線(xiàn)。擴展的Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構如圖3所示，Profibus-DP特別適用于設備級自動(dòng)控制系統與分散I/O之間高速通信。Profibus-PA專(zhuān)為過(guò)程自動(dòng)化設計，它能夠將變送器和執行器連接到一根公共總線(xiàn)，使用兩根線(xiàn)就可以完成供電和數據通信，并能實(shí)現本質(zhì)安全性能。以此為基礎，擴展的DP功能DPV1進(jìn)一步完善了Profibus-PA功能；DPV2解決了從站之間的通信與時(shí)間同步等重大問(wèn)題。 

圖3  Type3 Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構

Profibus-DPV1主要是增加了非循環(huán)服務(wù)，并擴大了與2類(lèi)主站的通信。眾所周知，Profibus-DP性能的特征是在循環(huán)連接（Mscy-C1）的基礎上應用數據交換服務(wù)，實(shí)現一個(gè)主站和一系列從站之間集中的數據交換。1類(lèi)主站指PLC、PC或控制器。2類(lèi)主站指操作員站和編程器等。DPV1擴展了上述功能，在已有的Mscy-C1連接基礎上，增加了非循環(huán)服務(wù)，利用新的服務(wù)可以對從站中任何數據組進(jìn)行讀寫(xiě)。過(guò)去，2類(lèi)主站只能利用DP從站的無(wú)連接服務(wù)，現在則可通過(guò)面向連接的通信對數組進(jìn)行非循環(huán)讀寫(xiě)，同時(shí)為進(jìn)入因特網(wǎng)通信擴充了功能。
Profibus-DPV2可以實(shí)現循環(huán)通信、非循環(huán)通信以及從站之間的通信。由于從站之間可直接通信，通信時(shí)間縮短1個(gè)DP總線(xiàn)周期和主站周期，從而使反應時(shí)間縮短60%至90%，同時(shí)建立了等時(shí)間間隔的總線(xiàn)循環(huán)周期，其時(shí)間偏差小于1μs，即適用于高精度定位控制，又可實(shí)現閉環(huán)控制。DPV2可根據不同的應用需要開(kāi)發(fā)專(zhuān)用行規（profile），如用于運動(dòng)控制的ProfiDrive和用于聯(lián)鎖保護的ProfiSafe等。
4  Type4 P-NET現場(chǎng)總線(xiàn)
P-NET現場(chǎng)總線(xiàn)由丹麥Process-Data Sikebory Aps公司從1983年開(kāi)始開(kāi)發(fā)，主要應用于啤酒、食品、農業(yè)和飼養業(yè)，它得到P-NET用戶(hù)組織的支持，在現場(chǎng)大約有5000多個(gè)應用系統。 

圖4  Type4 P-NET現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構

P-NET現場(chǎng)總線(xiàn)是一種多主站、多網(wǎng)絡(luò )系統，圖4給出了P-NET系統的體系結構?？偩€(xiàn)采用分段結構，每個(gè)總線(xiàn)分段上可以連接多個(gè)主站，主站之間通過(guò)接口能夠實(shí)現網(wǎng)上互連，它允許在幾個(gè)總線(xiàn)區直接尋址，無(wú)需遞階網(wǎng)絡(luò )結構。該總線(xiàn)通信協(xié)議包括1、2、3、4和7層，并利用信道機構定義用戶(hù)層。通信采用虛擬令牌（virtual token）傳遞方式，主站發(fā)送一個(gè)請求，被尋址的從站在390μs內立即返回一個(gè)響應，只有存放到從站內存中的數據才可被訪(fǎng)問(wèn)。每個(gè)站節點(diǎn)都含有一個(gè)通用的單芯片微處理機，配套的2KB EPROM不僅可用作通信，而且可用于測量、標定、轉換和應用功能。P-NET接口芯片執行數據鏈路層的所有功能，第3層和第4層的功能由宿主處理器中的軟件解決。該總線(xiàn)物理層基于RS-485標準，使用屏蔽雙絞線(xiàn)電纜，傳輸距離1.2km，應用NRZ編碼異步傳輸。
5  Tpye5 FF HSE現場(chǎng)總線(xiàn)
1998年，美國Fieldbus Foundation（FF）基金會(huì )決定采用高速以太網(wǎng)（High Speed Ethernet，HSE）技術(shù)開(kāi)發(fā)H2現場(chǎng)總線(xiàn)，作為現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統控制級以上通信網(wǎng)絡(luò )的主干網(wǎng)，它與H1現場(chǎng)總線(xiàn)整合構成信息集成開(kāi)放的體系結構，圖5給出了系統結構。HSE網(wǎng)絡(luò )遵循標準的以太網(wǎng)規范，并根據過(guò)程控制的需要適當增加了一些功能，但這些增加的功能可以在標準的Ethernet結構框架內無(wú)縫地進(jìn)行操作，因而FF HSE總線(xiàn)可以使用當前流行的商用（COTS）以太網(wǎng)設備。100Mbps以太網(wǎng)拓撲是采用交換機形成星形連接，這種交換機具有防火墻功能，以阻斷特殊類(lèi)型的信息出入網(wǎng)絡(luò )。HSE使用標準的IEEE802.3信號傳輸，標準的Ethernet接線(xiàn)和通信媒體。設備和交換機之間距離，使用雙絞線(xiàn)為100米，光纜可達2千米。HSE使用連接裝置（LD）連接H1子系統，LD執行網(wǎng)橋功能，它允許就地連在H1網(wǎng)絡(luò )上的各現場(chǎng)設備，以完成點(diǎn)對點(diǎn)對等通信。HSE支持冗余通信，網(wǎng)絡(luò )上的任何設備都能作冗余配置。
FF HSE的1~4層由現有的以太網(wǎng)、TCP/IP和IEEE標準所定義，HSE和H1使用同樣的用戶(hù)層，現場(chǎng)總線(xiàn)信息規范（FMS）在H1中定義了服務(wù)接口，現場(chǎng)設備訪(fǎng)問(wèn)代理（FDA）為HSE提供接口。用戶(hù)層規定功能模塊、設備描述（DD）、功能文件（CF）以及系統管理（SM）。FF規范21種功能模塊供基本的和先進(jìn)的過(guò)程控制使用。FF還規定了新的柔性功能模塊（FFB），用以進(jìn)行復雜的批處理和混合控制應用，FFB支持數據采集的監控，子系統接口、事件順序、多路數據采集、PLC和其他協(xié)議通信的網(wǎng)間連接器。 

圖5  Type5 FF HSE現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構

6  Type6 SwiftNet現場(chǎng)總線(xiàn)
Type6 SwiftNet現場(chǎng)總線(xiàn)由美國SHIP STAR協(xié)會(huì )主持制定，得到美國波音公司的支持，主要用于航空和航天等領(lǐng)域。該總線(xiàn)是一種結構簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性高的總線(xiàn)，協(xié)議僅包括物理層和數據鏈路層。SwiftNet現場(chǎng)總線(xiàn)采用分層總線(xiàn)式拓撲結構，其通信體系結構如圖6所示。 

圖6  Type 6 SwiftNet現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構

物理層傳送速率為5Mbps，此時(shí)每秒傳送105個(gè)不同的報文?？偩€(xiàn)使用TDMA（Slotted time division multiple access）槽路時(shí)間片多路送取方式，提供專(zhuān)用高速、低抖動(dòng)同步通道和按要求指定的通道。專(zhuān)用通道適用于自動(dòng)狀態(tài)數據的分配或交換；按要求指定的通道則適用于非調度報文。TDMA方式是將總線(xiàn)上的時(shí)間分割為相等長(cháng)度間隔，稱(chēng)作槽路，只有當總線(xiàn)上的站分配到槽路時(shí)，它才能監聽(tīng)和發(fā)送。每個(gè)站還能根據所占的比例，協(xié)調總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)、數據傳輸和接收數據。
SwiftNet總線(xiàn)的節點(diǎn)（從站）通過(guò)I/O通道連接智能傳感器，由于航空航天領(lǐng)域對傳感器和執行器要求高，該總線(xiàn)開(kāi)始使用符合IEEE1451.1和IEEE1451.2標準的網(wǎng)絡(luò )傳感器。IEEE1451.2《用于傳感器和執行器的智能轉換器接口》標準是一個(gè)開(kāi)放的標準，它在控制網(wǎng)絡(luò )和傳感器之間定義一個(gè)標準接口，從而使網(wǎng)絡(luò )傳感器成為現場(chǎng)總線(xiàn)系統現場(chǎng)級的數字化傳感器，并使用戶(hù)可以根據自己的需要選擇不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的智能傳感器，實(shí)現真正意義上的即插即用。
7  Type7 WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)
1987年成立的WorldFIP協(xié)會(huì )制定并大力推廣Type7 WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)。WorldFIP協(xié)議是EN50170歐洲標準的第三部分，物理層采用IEC61158.2標準，其產(chǎn)品在法國占有60%市場(chǎng)，在歐洲占有大約25%份額，它廣泛應用于發(fā)電與輸配電、加工自動(dòng)化、鐵路運輸、地鐵和過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域。
WorldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構如圖7所示，系統分為三級，即過(guò)程級、控制級和監控級。它能滿(mǎn)足用戶(hù)各種需要，適合于各種類(lèi)型的應用結構，集中型、分散型和主站/從站型。用單一的WorldFIP總線(xiàn)滿(mǎn)足過(guò)程控制、工廠(chǎng)制造加工和各種驅動(dòng)系統的需要。為了適應低成本的要求，開(kāi)發(fā)了低成本的Device WorldFIP（DWF）總線(xiàn)，它是設備一級網(wǎng)絡(luò )，能很好適應工業(yè)現場(chǎng)的各種惡劣環(huán)境，并具有本質(zhì)安全防爆性能，可以實(shí)現多主站與從主站的通信。 

圖7  Type7 WroldFIP現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構

WorldFIP協(xié)議由物理層、數據鏈路層和應用層組成。數據鏈路層采用總線(xiàn)裁決方式，在任何一個(gè)給定瞬間，僅有一個(gè)站可以執行總線(xiàn)裁決功能，它使用一個(gè)ID-DAT幀在總線(xiàn)上廣播一個(gè)標識，連接到總線(xiàn)上所有站的鏈路層同時(shí)記錄ID-DAT幀，僅有一站被識別為標識的生產(chǎn)者，其它站僅作為使用者。應用層提供MPS和SubMMS服務(wù)，MPS是工廠(chǎng)周期/非周期服務(wù)，SubMMS則是工業(yè)報文的子集。
8  Type8 INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)
Type8 INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)由德國Phoenix Contact 公司開(kāi)發(fā)，INTERBUS Club俱樂(lè )部支持。INTERBUS在全球有1000多家總線(xiàn)設備生產(chǎn)商，提供2500多種產(chǎn)品，到目前為止，INTERBUS在全球自動(dòng)化領(lǐng)域已有50多萬(wàn)套應用系統得到廣泛應用。
INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)是一種開(kāi)放的串行總線(xiàn)，可以構成各種拓撲形式，并允許有16級嵌套連接方式。該總線(xiàn)最多可掛512個(gè)現場(chǎng)設備，設備之間的最大距離400米，無(wú)需中繼器網(wǎng)絡(luò )的最大距離為12.8公里。INTERBUS總線(xiàn)包括遠程總線(xiàn)和本地總線(xiàn)，遠程總線(xiàn)用于遠距離傳送數據，采用RS-485傳輸，網(wǎng)絡(luò )本身不供電，通信速率為500Kbps和2Mbps。INTERBUS有自己獨特的環(huán)路結構，環(huán)路使用標準電纜同時(shí)傳送數據和電源。環(huán)路可以連接模擬、數字設備甚至復雜的傳感器/執行器，也允許直接接入智能終端儀表。 

圖8  Type8 INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構

協(xié)議包括物理層、數據鏈路層和應用層。數據鏈路層采用面向過(guò)程數據的傳輸方法及集總幀協(xié)議，可以傳輸循環(huán)過(guò)程數據和非循環(huán)數據，幀信息包括一個(gè)啟動(dòng)信號、回送信息、數據安全/結束信息。集總幀具有非常高的傳輸效率，其效率高達52%，盡管INTERBUS通信速率為500Kbps和2Mbps，通信速度和效率很高。應用層服務(wù)用于實(shí)現實(shí)時(shí)數據交換、VFD支持、變量訪(fǎng)問(wèn)、程序調用和12個(gè)相關(guān)的服務(wù)。
INTERBUS總線(xiàn)有很強的監視診斷功能，總線(xiàn)監控功能監視整個(gè)網(wǎng)絡(luò )系統的運行狀態(tài)，同時(shí)也提供總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的變結構功能，能及時(shí)根據設計要求，關(guān)斷和連接總線(xiàn)的某個(gè)子總線(xiàn)段。監控功能是現場(chǎng)安裝、調試、診斷和維護的有力工具。具體功能是識別和確定安裝錯誤和部件錯誤，現場(chǎng)總線(xiàn)模塊具有輸入/輸出的狀態(tài)顯示，在調試時(shí)可設置輸出狀態(tài)，以及可以保存某些智能設備的參數。
為了提高工業(yè)網(wǎng)絡(luò )的安全性，以滿(mǎn)足制造業(yè)和過(guò)程工業(yè)自動(dòng)化故障安全通信的要求，特別是在汽車(chē)制造業(yè)中具有安全總線(xiàn)的功能被放在首位。INTERBUS俱樂(lè )部從1999年開(kāi)始進(jìn)行INTERBUS安全總線(xiàn)研究，在2001年得到了德國B(niǎo)IA組織EN954-1 KAT.4標準的許可證明，并符合IEC61508安全通信標準。INTERBUS的安全總線(xiàn)由一個(gè)Safe Control控制模塊和現場(chǎng)分散式智能模塊組成，控制模塊的唯一功能就是控制安全數據。這種解決方案優(yōu)于其它方案，它將控制系統與安全總線(xiàn)的功能截然分開(kāi)，控制系統機構清晰簡(jiǎn)單，不影響今后的擴展和修改，成本明顯降低。這是現場(chǎng)總線(xiàn)的一個(gè)發(fā)展方向。
9  Type9 FF H1現場(chǎng)總線(xiàn)
H1現場(chǎng)總線(xiàn)是由FF現場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì )負責制定的。FF基金會(huì )成員由世界著(zhù)名的儀表制造商和用戶(hù)組成，其成員生產(chǎn)的變送器、DCS、執行器、流量?jì)x表占世界市場(chǎng)的90%，它們對過(guò)程控制現場(chǎng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò )的功能需求了解透徹，在過(guò)程控制方面積累了豐富的經(jīng)驗，提出的現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )架構較為全面，其通信體系結構如圖9所示。Type9現場(chǎng)總線(xiàn)是Type1現場(chǎng)總線(xiàn)的子集。
FF H1現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議由物理層、數據鏈路層、應用層以及考慮到現場(chǎng)裝置的控制功能和具體應用而增加的用戶(hù)層組成。H1總線(xiàn)支持多種傳輸媒體：雙絞線(xiàn)、電纜、光纜和無(wú)線(xiàn)媒體。傳輸速率為31.25Kbps，通信距離最大為1 900米。該總線(xiàn)支持總線(xiàn)供電和本質(zhì)安全。 

圖9  Type 9  FF H1現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構

數據鏈路層負責實(shí)現鏈路活動(dòng)調度、數據的接收發(fā)送、活動(dòng)狀態(tài)的響應、總線(xiàn)上各設備間的鏈路時(shí)間同步等。這里，總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)控制采用鏈路活動(dòng)調度器（LAS）方式，LAS擁有總線(xiàn)上所有設備的清單，由它負責總線(xiàn)段上各設備對總線(xiàn)的操作。
現場(chǎng)總線(xiàn)應用層由現場(chǎng)總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)（FAS）子層和現場(chǎng)總線(xiàn)報文規范(FMS)子層構成。FAS子層提供發(fā)布者/預訂者、客戶(hù)機/服務(wù)器和報告分發(fā)三種模式的報文服務(wù)。FMS子層提供對象字典（OD）服務(wù)、變量訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)和事件服務(wù)等?，F場(chǎng)總線(xiàn)用戶(hù)層具有標準功能塊（FB）和裝置描述功能。標準規定32種功能塊，現場(chǎng)裝置使用這些功能塊完成控制策略。由于裝置描述功能包括描述裝置通信所需的所有信息，并且與主站無(wú)關(guān)，所以可使現場(chǎng)裝置實(shí)現真正的互操作。
10  Type10 PROFI net現場(chǎng)總線(xiàn)
PNO組織于2001年8月發(fā)表了PROFInet規范。PROFInet將工廠(chǎng)自動(dòng)化和企業(yè)信息管理層IT技術(shù)有機地融為一體，同時(shí)又完全保留了Profibus現有的開(kāi)放性。
PROFInet現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構如圖10所示，從圖中看出，該方案支持開(kāi)放的、面向對象的通信，這種通信建立在普遍使用的Ethernet TCP/IP基礎上，優(yōu)化的通信機制還可以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)通信的要求?；趯ο髴玫腄COM通信協(xié)議是通過(guò)該協(xié)議標準建立的。以對象的形式表示的PROFInet組件根據對象協(xié)議交換其自動(dòng)化數據。自動(dòng)化對象即COM對象作為PDU以DCOM協(xié)議定義的形式出現在通信總線(xiàn)上。連接對象活動(dòng)控制（ACCO）確保已組態(tài)的互相連接的設備間通信關(guān)系的建立和數據交換。傳輸本身是由事件控制的，ACCO也負責故障后的恢復，包括質(zhì)量代碼和時(shí)間標記的傳輸、連接的監視、連接丟失后的再建立以及相互連接性的測試和診斷。 

圖10  Type10 PROFInet 現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構

Profibus可以通過(guò)代理服務(wù)器(Proxy)很容易地實(shí)現與其它現場(chǎng)總線(xiàn)系統的集成，在該方案中，通過(guò)代理服務(wù)器將通用的Profibus網(wǎng)絡(luò )連接到工業(yè)以太網(wǎng)；通過(guò)以太網(wǎng)TCP/IP訪(fǎng)問(wèn)Profibus設備是由Proxy使用遠方程序調用和Microsoft DCOM進(jìn)行處理的。
PROFInet提供工程設計工具和制造商專(zhuān)用的編程和組態(tài)軟件，使用這種工具可以從控制器編程軟件開(kāi)發(fā)的設備來(lái)創(chuàng )建基于COM的自動(dòng)化對象，這種工具也將用于組態(tài)基于PROFInet的自動(dòng)化系統，使用這種獨立于制造商的對象和連接編輯器可減少15%的開(kāi)發(fā)時(shí)間。
11  結語(yǔ)
10種類(lèi)型現場(chǎng)總線(xiàn)采用完全不同的通信協(xié)議。Type1采用LAS方式和Publisher/Subscriber模式；Type2 ControlNet使用CTDMA方法和Producer/Consumer模式，Ethernet/IP使用Ethernet TCP/IP協(xié)議；Type3是令牌環(huán)和主站/從站方式；Type4通信采用虛擬令牌傳遞方式；Type5采用CSMA/CD方式和Ethernet TCP/IP協(xié)議；Type6使用TDMA多路存取方式；Type7使用總線(xiàn)裁決方式；Type8采用整體幀協(xié)議；Type9采用LAS方式和Publisher/Subscriber模式；Type10使用Ethernet TCP/IP協(xié)議。
從以上論述可以看出，十種類(lèi)型現場(chǎng)總線(xiàn)體系結構和通信協(xié)議都不相同，但對Ethernet TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)用于H2高速現場(chǎng)總線(xiàn)基本達成共識，Ethernet/IP、FF HSE和PROFInet工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)事實(shí)上已成為國際標準。

表1   工業(yè)以太網(wǎng)與現場(chǎng)總線(xiàn)關(guān)系

據了解，IEC61158標準的維護期為2007年12月31日，就是說(shuō)在此之前不會(huì )增加新的現場(chǎng)總線(xiàn)，對目前標準內的現場(chǎng)總線(xiàn)也不會(huì )做修改。由此可見(jiàn)，現場(chǎng)總線(xiàn)系統的體系結構和格局已經(jīng)基本確定，工業(yè)以太網(wǎng)和現場(chǎng)總線(xiàn)在系統中的定位已經(jīng)明確，它們兩者之間的關(guān)系見(jiàn)表1。
表中列出了當前工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的4個(gè)主要競爭者，FF HSE、EtherNet/IP和PROFInet現場(chǎng)級都有自己的現場(chǎng)總線(xiàn)，這種格局今后不會(huì )改變。Phoenix Contacts公司Type8 INTERBUS采用的IDA工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展很快，并將工業(yè)以太網(wǎng)延伸到現場(chǎng)I/O級，同時(shí)Modbus TCP/IP協(xié)議已被提交國際因特網(wǎng)工程特別工作組（IETF），希望這個(gè)協(xié)議能成為工業(yè)因特網(wǎng)協(xié)議標準。為了使此項工作加速推進(jìn)，MODBUS組織和IDA組織于2003年10月底宣布合并。國內也正在開(kāi)展工業(yè)以太網(wǎng)的開(kāi)發(fā)工作，浙大中控技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的EPA工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)延伸到現場(chǎng)一級，并在化工廠(chǎng)獲得成功試用。
現場(chǎng)總線(xiàn)的長(cháng)期爭論使人們逐漸認識到，數字技術(shù)的統一完全不同于模擬技術(shù)，現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統的統一之路應該充分吸收Internet技術(shù)實(shí)現統一的成功經(jīng)驗，面向市場(chǎng)，不斷創(chuàng )新，建立一個(gè)具有互操作性的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )，最終為工業(yè)自動(dòng)化創(chuàng )建一個(gè)統一的信息平臺。