DeviceNet现场总线讲座第一讲现场总线发展概况与DeviceNet进入中国

专题讲座 Device N et现场总线　讲座

[编者按]　现场总线的出现将对传统的工业自动化带来革命,从而开创工业自动控制的新纪元。目前,现场总线受到了国内外自动化设备制造商和用户的广泛关注,并成为自动化技术发展的一个热点。现场总线技术发展很快,在世界范围内,目前已获得应用的现场总线已达数十种之多。其中,DeviceNet现场总线具有开放、高效和低价等特点,特别适合于制造业、工业控制和电力系统等应用,对于低压开关设备和控制设备,具有非常广润的发展前景。为普及和推广现场总线的知识和应用,本编辑部与ODVA China合作,共同开辟《DeviceNet现场总线讲座》专栏,邀请国内外资深专家撰稿,系统介绍现场总线的发展概况、DeviceNet现场总线的技术特点、产品、标准及应用。本专栏也是一个技术论坛,我们热忱欢迎大家踊跃投稿,参加论讨与交流,以进一步促进我国现场总线技术的发展

第一讲　现场总线发展概况

　与Device N et进入中国

蔡忠勇　高　涵 上海电器科学研究所(200063)

摘　要　现场总线是一个发展热点,但众多的现场总线往往使生产者和用户无所适从。是否已纳入IEC 标准、系统的开放性、技术能否得到有力的支持、价格是否有竞争力等已成为人们选用何种总线的主要依据。DeviceNet已成为欧洲标准,即将成为IEC标准。DeviceNet采用全球销售量最大的CAN芯片,大规模的生产必将降低成本。ODVA China亦将提供优质的技术服务。

叙　词:现场总线　开放式　网络　自动化

G eneral Situation of Fieldbus and Introducing of Device N et into China

CA I Zhongyong　GA O Han

Shanghai Electrical Apparatus Research Institute(200063)

Abstract:Fieldbus is the hotspot we are talking about and developing recently.But several kinds of the fieldbus often have baffled the device manufacturers and the users for fieldbus selection.Whether it is IEC standard,open, under available technical support and competitive or not is the major base on which to select the kinds of fieldbus. DeviceNet using CAN chip with the large scale over the world have been the European Standard and will be the IEC standard.The large scale manufacture consequentially result in the cost decreasing and ODVA China is avaiable to supply the high2quality technical service as well.

K ey w ords:f ieldbus　open　netw ork　autom ation

1　现场总线发展概况

现场总线是目前自动化技术中的一个热点,备受国内外自动化设备制造商与用户的关注。现场总线是当今3C技术,即计算机(Computer)、通信(Communication)与控制(Control)技术的发展汇聚成的结合点。根据国际电工委员会IEC61158标准定义,现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间数字式、串行、多点通信的数据总线。

IEC61158标准从1984年开始制订,但现场总线技术的真正发展始于80年代末90年代初。至今正在应用的现场总线已达数十种之多,其中有10多种已被纳入了IEC标准,主要归类在两个标准簇。一个为IEC SC65C的IEC61158标准,另一个为IEC17B的62026标准。

IEC61158是迄今为止制订时间最长、投票次数最多、意见分歧最大的国际标准之一。它的制

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订时间超过12年,先后经过9次投票表决,两次提交IEC 执委会审议,直到2000年1月4日IEC 中央办公室公布1999年底最新一轮投票结果才表明该标准已获通过。但从标准内容看,该标准已与人们最初的期望大相径庭。人们制订IEC61158标准的初衷是将纷乱杂呈的各种总线归纳成一种统一的标准,既方便制造商的产品生产,又便于用户选用。但最终通过的IEC61158标准,经多方争执和妥协,最后容纳了八种互不兼容的协议。这八种协议在IEC61158中分别为八种类型:

类型1　IEC 技术报告(即FF H1)类型2　C ontroNet (美国R ockwell 公司支持)类型3　Profibus (德国西门子公司支持)类型4　P 2Net (丹麦Process Data 公司支持)类型5　FF HSE (即原FF H2,美国Fisher Rosemount 公司支持)

类型6　Swiff Net (美国波音公司支持)类型7　WorldFIP (法国Alsthom 公司支持)类型8　Interbus (德国Phoenix Contact 公司支持)

与SC65C 的针锋相对、讨价还价相比,IEC17B 的标准制订者们要“文明”多了。从1996年成立工作组开始,IEC17B 制订的总线标准主要涉及设备层的现场总线,相关的标准有:IEC62026低压开关设备与控制设备:控制器与电器设备接口。

IEC6202621　第一部分　总则

第二部分　操作器2传感器接

口(AS 2i )

第三部分　DeviceNet 第五部分　轻巧的分布式系统

(SDS )

第六部分　Seriplex (串行多路

复用控制总线)

其中,除第六部分尚处于CD 文件阶段外,其余部分已成为FDIS 文件,将于今年6月进行投票表决,各成员国只能表示同意或不同意,不能对文件的某一部分提出修改要求。从目前情况看,中国将投赞成票,而且投票通过的可能性很大。

IEC62026标准草案曾有过第四部分(Lontalk )和第七部分(WorldFIP ),因这两个协议不适宜作为设备层的通用协议目前暂被挪走。

IEC17B 还有一个有关现场总线的标准草案,

那就是IEC61915“低压开关设备与控制设备———网络化工业设备的描述(Profiles for networked industrial devices )”。此文件还处于CD 文件阶段。

2　DeviceNet 及其技术特点

DeviceNet 是一种低成本的通信连接。它将工业设备(如:限位开关、光电传感器、阀组、电动

机起动器、过程传感器、条形码读取器、变频驱动器、面板显示器和操作员接口)连接到网络,从而免去了昂贵的硬接线。DeviceNet 是一种简单的网络解决方案,在提供多供货商同类部件间的可互换性的同时,减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。DeviceNet 的直接互连性不仅改善了设备间的通信,而且同时提供了相当重要的设备级诊断功能,这是通过硬接线I/O 接口很难实现的。

DeviceNet 是一个开放式网络标准。规范和协议都是开放的,厂商将设备连接到系统时,无需购买硬件、软件或许可权。任何人都能以少量的复制成本(目前:USD250+邮费)从开放式DeciceNet 供货商协会(ODVA )获得DeviceNet 规范。任何制造(或有打算制造)DeviceNet 产品的公司都可以加入ODVA ,并参加对DeviceNet 规范进行增补的技术工作组。

DeviceNet 规范的购买者将得到一份不受限

制的、真正免费的开发DeviceNet 产品的许可。寻求开发帮助的公司可以通过任何渠道购买使其工作简易化的样本源代码、开发工具包和各种开发服务。关键的硬件可以从世界上最大的半导体供货商那里获得。

简单地说,DeviceNet 可以归纳出以下一些技术特点:

(1)最大64个节点。

(2)125kbps ～500kbps 通信速率。(3)点对点,多主或主/从通信。

(4)可带电更换网络节点,在线修改网络配置。

(5)采用CAN 物理层和数据链路层规约,使

用CAN 规约芯片,得到国际上主要芯片制造商

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6—低压电器(2000№2)现场总线发展概况与Device N et 进入中国

的支持。

(6)支持选通、轮询、循环、状态变化和应用触发的数据传送。

(7)低成本、高可靠性的数据网络。

(8)既适用于连接低端工业设备,又能连接象变频器、操作终端这样的复杂设备。

(9)采用无损位仲裁机制实现按优先级发送信息。

(10)具有通信错误分级检测机制、通信故障的自动判别和恢复功能。

(11)得到众多制造商的支持,如:Rockwell、OMRON、Hitachi、Cutler2Hammer、Mithileichi等。DeviceNet制造商协会拥有三百多个会员遍布世界各地。

3　ODVA简介

现场总线技术具有网络化、系统化、开放式的特点,需众多企业相互支持、相互补充来构成整个网络系统。为便于技术发展和企业之间的协调,统一宣传推广技术和产品,通常每一种现场总线都有一个组织来统一协调。DeviceNet总线的组织机构是“开放式设备网络供货商协会”,简称“ODVA”。其英文全称为Open DeviceNet Vendor Association。它是一个独立组织,管理DeviceNet 技术规范,促进DeviceNet在全球的推广与应用。

ODVA实行会员制,会员分供货商会员(Vendor members)和分销商会员(Distributor member)。ODVA现有供货商会员310个,其中包括ABB、Rockwell、Phoenix、Contacts、Omron、Hitachi、Cutler2Hammer等几乎所有世界著名的电器和自动化元件生产商。

ODVA的作用是帮助供货商会员向DeviceNet产品开发者提供技术培训、产品一致性试验工具和试验,支持成员单位对DeviceNet协议规范进行改进;出版符合DeviceNet协议规范的产品目录,组织研讨会和其它推广活动,帮助用户了解掌握DeviceNet技术;帮助分销商开展DeviceNet用户培训和DeviceNet专家认证培训,提供设计工具,解决DeviceNet系统问题。

4　DeviceNet进入中国

相对Profibus和Foundation Fieldbus来说,DeviceNet是一个比较年轻也是比较晚进入中国的现场总线。但DeviceNet价格低、效率高,特别适用于制造业、工业控制、电力系统等行业的自动化,适合于制造系统的信息化。

现场总线技术是一种高新技术,国外发展已有10多年时间,国内在这方面的发展比较晚,而且主要还是跟着国外走。国外现场总线技术已相对成熟,而国内处于开始摸索阶段,存在明显的差距。现场总线技术含量很高,如果仅靠我国自行研究开发将是长期而缓慢的,难以适应日益激烈的市场竞争。为尽快缩小和弥补这种差距,尽快改变我国在这一技术领域的落后状况,加强同国外大公司进行技术合作、积极引进现场总线先进技术和管理经验无疑是一条行之有效的捷径。

上海电器科学研究所是目前我国在电工技术领域规模最大、并具有重要地位和影响的综合研究所之一,同时也是全国低压电器标准化技术委员会、全国低压电器行业协会秘书处、全国低压电器产品质量监督检验中心以及IEC/SC17B中国委员会秘书处所在地。2000年2月上海电器科学研究所与ODVA签署合作协议,共同筹建ODVA China,目的是把DeviceNet这一先进技术引入中国,促进我国自动化和现场总线技术的发展。

ODVA China筹备组已成立,办公室设于上海电器科学研究所。中国电器工业协会亦已批准在通用低压电器分会成立现场总线工作委员会,并考虑条件成熟时转为现场总线分会,统一管理设备层的各种现场总线及其相应的协会组织。ODVA China将致力于:

(1)引进DeviceNet演示设备,供国内用户或同行借鉴;

(2)引进开发工具及软件,为国内企业创造新技术开发条件;

(3)引进产品实验和检测技术与设备,争取国内企业在中国进行产品认证试验就可进入国际市场;

(4)翻译、汉化DeviceNet协议规范和有关技术资料,组织展览会、研讨会、技术培训班等,帮助国内企业和用户掌握DeviceNet技术。

收稿日期:2000203225

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