广义现场总线标准与工业以太网

MVB用于车辆或机车内部通信，速率1.5Mb/s，提供3种物理接口：RS 485(距离不大于20m)；屏蔽双绞线变压器隔离接口(200m)，允许使用IEC 61158 2标准的变压器和收发器；点对点或星型的光纤连接(2000m)。MVB具有冗余媒体，媒体访问采用具有冗余主站(总线管理站)的主从方式。在任何时刻总线上都只有一个能发起通信的主站，但有两个或几个能转变为主站的总线管理站。几个总线管理站通过令牌传递来转移主站行使权，每隔几秒钟转移一次。

WTB用于车辆之间的连接，每一车辆一个节点，WTB可有32个节点(最大62个)，860m，媒体冗余，采用有护层的屏蔽双绞线、变压器隔离、曼彻斯特(Manchester)编码，速率1.5Mb/s。

由于总线长，接收信号动态范围大，解码器采用SDSP(统计数字信号处理器)。媒体访问采用主从方式，主站固定，但所有节点均有作为主站的能力，必要时(如主站失效、列车重组等)可改变主站节点。

MVB和WTB的链路层支持周期和非周期两类数据，提供过程数据、报文数据和管理数据3种服务。高层协议(0SI的3～7层)称为RTP(实时协议)，提供变量、报文和网络管理3种基本服务。为了提高实时性，变量服务只有应用层。

(3) IEC SC17B(低压配电与控制装置分委员会)发布的国际标准IEC 62026低压配电与控制装置—控制器与设备接口(CDIs)[1]。

这个标准包括了已有的4种现场总线：2000年7月发布的DeviceNet、SDS(Smart distributed system)和AS i(Actuator sensor interface),以及2001年11月审议通过的Seriplex总线(Serial multiplexed control Bus)。

DeviceNet和SDS都是基于CAN的，即它们的低两层协议采纳了CAN，补充了物理层，增加了应用层和设备规范文件(device profile)，构成了完整的开放的现场总线。

ASI[6]和 Seriplex[7]是两种面向位(bit)的价格低廉的总线，特别适合于以开关量为主的智能配线系统。AS ｉ是一种轮循方式的主／从系统，每次交换4位数据，采用无屏蔽双绞线，支持总线供电，距离100m(可加重复器扩展到300m)最大响应时间5ms。Seriplex使用电源＋、数据、时钟、公共线(地)4芯加屏蔽的专用电缆完成主／从或点对点通信，拓扑任意，距离达1500m。它可以直接与嵌有Seriplex ASIC(专用集成电路)的控制元件或I/O模块连接，每个网络可多至255节点，响应时间小于1ms。Seriplex的传输方式几乎不同于其它所有总线，它的ASIC不停地对时钟线上的脉冲记数，当记数等于自己的地址时，ASIC与数据线交换1位数据。

(4) IEC TC44(机械设备电气安全技术委员会)1995年11月发布的IEC 61491工业机械电气设备—控制单元与驱动装置之间的实时通信串行数据链路[1][8][9]。

该标准定义了一种开放的、控制单元与驱动装置之间的实时光纤串行接口，又被称作SERCOS(Seriel Real time Communication System,串行实时通信系统)主要用于机床驱动等运动控制系统中对位置、速度、扭矩等的控制，尤其用在多轴协调驱动等场合。此外也可用于PLC接口或其它的I/O模块。SERCOS是一个2/4 Mbit/s的光纤环(正在改进的2．0版速率为2/4/8/16 Mbit/s)，每环可多至254个节点。节点的主控制器或驱动装置中嵌入SERCOS专用芯片(SERCON410B等，新版为SERCON816)完成通信及驱动功能。

此外，还有一些总线虽然不是国际标准，但已获得了广泛应用。如美国Echelon公司推出的LonWorks总线，已在许多行业得到应用，是建筑自动化中起主导作用的总线，美国的列车通信标准也采用LonWorks。

四、我国制订现场总线标准的动向[10]

在我国，现场总线技术的开发和应用还相当落后。在技术相对落后的领域中，国家标准的制订常等同采用相应的国际标准。在现场总线国际标准的制订过程中，我国对IEC/ISA的工作即对IEC 61158技术报告一直是投赞成票的，即希望有一种和国际标准一致的单一的国家标准。1993．10已等同采用IEC 61158 2(物理层规范)形成了GB/T 16657 2，并计划等同采用IEC 61158技术报告的3、4、5、6部分。国家已大力投资支持开发FF现场总线并取得了成效，正准备通过互操作检验。

1999年12月投票表决新的多总线共存的IEC 61158标准时，我国同样投了赞成票，即承认了多总线共存的局面。但是，我国对于现场总线国家标准的制订，已不打算等同采用IEC 61158标准。这是因为：第一，新的国际标准是按总论、物理层规范和服务定义、数据链路服务定义、数据链路协议规范……等分标准发布的，8种标准分散在各个部分中，用户使用一种总线标准时，要从近4000页文件中挑选，极不方便。第二，8种总线，性能有优劣，应用范围有宽窄，开发难度有难易，开放程度也不同，一种总线一般都能用于多个领域，我国完全没有必要全部采用。我国准备采用的做法是：

(1) 选择我们认为影响大的优秀的有市场前途的一些总线为我国的标准。这些总线必须是真正开放的。总线所支持的国际组织必须支持、帮助中国的标准化工作，支持中国的企业开发现场总线产品。

(2) 标准的文本采用欧洲现场总线标准的方式，一个一个总线分开，便于用户使用。1996年欧洲标准化委员会发布的EN50170标准包括了Profibus、WorldFIP、Ｐ Net三种现场总线，后又采用了ControlNet和FF。

五、关于工业以太网和TCP/IP协议簇[11]

几年以前，Ethernet(以太网)还被认为不能用于工业控制领域，这主要是因为Ethernet的CDMA/CD媒体访问方式不能保证网络(传输时间)的确定性，负荷重时网络的传输效率很低甚至崩溃。故在以往开放的DCS中不得不采用昂贵的令牌网如MAP网。但是Ethernet技术的快速发展和广泛应用以及低廉的价格吸引着工业控制领域。100Mb/s的快速Ethernet诞生以后，一些机构开发出适合于工业环境的Ethernet器件，开始将Ethernet用于DCS的监控级。事实证明，由于其高速、低负荷率，完全能保证系统的实时性。现在多个现场总线行业性组织都在进行Ethernet用作工业网络的研究并推出了他们的解决方案。除上述的FF HSE外，还有Ethernet/IP(The Open DeviceNet Vendor Association支持)、ProfiNet(The Profibus Trade Organization支持)、Interface for Distributed Automation(The IDA Group支持)，Modbus/TCP(The Modbus Users Group支持)等。这些研究不仅仅是把Ethernet用作高层网络，而且希望将它直接和现场设备连接，实现所谓“一网到底；”、“一网打净”。支持推进这些研究活动的国际组织有工业以太网协会 (Industrial Ethernet Association)、工业自动化开放网络协会(IAONA)等。我国的“十五”863第一批项目也将工业以太网现场总线列为重点攻关项目。