两种现场总线的比较65495548.docx

Lonworks总线与INTERBUS总线比较一、 Lonworks总线Lonworks是由美国Echelon公司于20世纪90年代初推出的现场总线，它采用ISO/OSI模型的全部7层通讯协议，这是在现场总线中唯一提供全部服务的现场总线，在工业控制系统中可同时应用在Sensor Bus、Device Bus、Field Bus等任何一层总线中。LONWorks是唯一涵盖全部3个层次（Sensor Bus、Device Bus和Field Bus），符合150/0517层参考模型的现场总线技术。在一个多种层次的现场总线产品并存竞争的现实环境下，LonWorks兼收并蓄，成为连接过去、包容现在、面向未来的工业总线技术。LonWorks技术的核心是以固件形式实现7层通信协议，遵循元中心控制的真正分散模式；结点应用程序编写简易，开发系统完备；实行开放结构，具备良好的互操作性；另外，还有网关可方便构成局域网，甚至与Internet相连，实现远程预览现场设备数据的应用。它除了具有上面说提到的现场总线的公共的特点外，另外，在一个Lonworks控制网络中，智能控制设备(节点)使用同一个通信协议与网络中的其它节点通信。每个节点都包含内置的智能来完成协议的监控功能。一个Lonworks控制网络可以有3个到30000个或更多的节点：传感器功能(温度、压力等)、执行器功能(开关、调节阀、变频驱动等)、操作接口(显示、人机界面等)、控制功能(新风机组、VAV等)。由于不需要像传统控制系统中的中央控制器，Lonworks分布式控制技术显示出很高的系统可靠性和系统响应，并且降低了系统的成本和运行费用。神经元芯片完成节点的事件处理，并通过多种介质把处理结果传递给网络上的其它节点。同时还采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质和多种拓扑结构，并开发了本质安全防爆产品，被誉为通用控制网络。Lonworks的核心是神经元芯片(Neuron Chip)，使用CMOS CLSI技术的神经元芯片使实现低成本的控制网络成为可能。神经元芯片是高度集成的内部含有3个8位的CPU：第一个CPU为介质访问控制处理器，处理LonTalk协议的第一层和第二层；Neuron芯片的编程语言为Neuron C，它是从ANSI C中派生出来的，并对ANSI C进行了删减和增补。Neuron芯片可以通过5个通信管脚与网络上的其它节点交换信息，也可以通过11个应用管脚与现场的传感器和执行器交换信息。11个应用管脚具有34种应用操作模式，可以在不同的配置下为外部提供灵活的接口和芯片内部的计时器应用。第二个CPU为网络处理器，它实现LonTalk协议的第三层至第六层；第三个CPU为应用处理器，实现LonTalk协议的第七层，执行用户编写的代码及用户代码所调用的操作系统服务。神经元芯片实现了完整的Lonworks的LonTalk通信协议。二、 Lonworks技术在楼宇自动化系统中的应用 Lonworks技术在楼宇自控系统中的技术上的优势是显而易见的：(1)直接互联性。不同品牌、功能的DDC组成一个统一控制网络协同工作。(2)自主通信。数个小规模DDC分布式布置，联合运行，在功能方面完全替代了单CPU多I/O点的中大型DDC。(3)网络结构多样化，易于适应用户的不同需求。(4)系统响应速率。在合理配置网络设备和选择合理的网络结构的前提下，作为现场总线的一种，LonWorks也与其他种类的现场总线类似，数据结构、通信顺序复杂，传输数据量庞大，对硬件资源配置需求高，虽然系统开发较易人门，但随着技术介入深度加大，专用软件的购置费用许可证及技术专利等知识产权相关费用也随之上升（较CAN总线贵10左右）。相比与传统的那种封闭的楼宇控制系统，现在的楼宇自动化控制系统（BAS）就是对大厦内的各种机电设施进行全面的计算机监控管理，如空调制冷系统、给排水系统、变配电系统、照明系统、电梯、消防、安全防范系统等；通过对各个子系统进行监控、控制、信息记录，实现分散节能控制和集中科学管理，为建筑物用户提供良好的工作环境，为建筑物的管理者提供方便的管理手段，从而减少建筑物的能耗并降低管理成本。具体地说，传统的楼宇自控系统就其本身而言是一种封闭的系统，主要表现在其通信协议上。不同厂商的产品采用不同的通信协议，互不兼容，而现在的BAS则使用的是一种开放控制技术，为实现对建筑物内水、电、消防、保安等各类设备的综合监控和管理，利用计算机网络和接口技术将分散在各子系统中不同楼层的直接数字控制器连接起来，通过联网实现各个子民中央监控管理级计算机之及子系统之间的信息通信是一套分布式智能控制系统，该系统在网络结构上突破了传统集散系统二级网、三级网的概念，系统中所有的控制和管理设备均可通过LonWords现场总线连接在一起，各控制设备之间可实现点对点的通讯方式，组成对等式的通讯网络。三、 INTERBUS现场总线技术简介INTERBUS现场总线是由德国Phoenix Contact公司开发。INTERBUS现场总线是一种开放的串行总线，可以构成各种拓扑结构，并允许有16级嵌套连接方式。该总线最多可挂512个现场设备，设备之间的最大距离为400m，无需中继器网络的最大距离为12.8cm。INTERBUS总线包括运程总线和本地总线，远程总线用于远距离传输数据，采用RS85传输，网络本身不供电，通信速率为500Kbps和2Mbps。INTERBUS有自己独特的环路结构，环路使用标准电缆同时传送数据和电源。环路可以连接模拟、数字设备甚至复杂的传感器/执行器，也允许直接接入智能终端仪表。协议包括物理层、数据链路层和应用层。数据链路层采用面向过程数据的传输方式及集总帧协议，可以传输循环过程数据和非循环过程数据；帧信息包括一个启动信号、回送信息、数据安全/结束信息。集总帧具有非常高的传输速率，其速率高达52%。尽管INTERBUS通信速率为500Kbps和2Mbps，通信速率和效率很高。应用层服务用于实现实时数据交换、VFD支持、变量访问、程序调用和12个相关的服务。INTERBUS总线有很强的监视、诊断功能。总线监控功能可以监视整个网络系统的运行状态，同时也提供总线网络的变结构功能，能及时根据设计要求，关断和连接总线的某个子总线段。监控功能是现场安装、调试、诊断和维护的有力工具。具体功能是识别和确定安装错误和部件错误。现场总线模块具有输入/输出的状态显示，在调试时可设置输出状态，也可以保存某些智能设备的参数。为了提高工业网络的安全性，以满足制造业和工业过程自动化故障安全通信的要求，特别是在汽车制造业中具有安全总线的功能被放在首位。INTERBUS俱乐部从1999年开始进行INTERBUS安全总线研究，在2001年得到了德国BIA组织EN954-1KAT.4标准的许可证，它符合IEC61508安全通信标准。INTERBUS的安全总线由一个Safe Control控制模块和现场分散式智能模块组成，控制模块的唯一功能就是控制安全数据。这种方案优于其它方案，因为它将控制系统与安全总线的功能截然分开，控制系统机构清晰、简单，不影响今后的扩展和修改，成本明显降低。四、 INTERBUS现场总线技术应用实例INTERBUS现场总线技术在港口的应用INTERBUS总线以ISO/OSI的七层通讯标准模型为参考，总线物理层采用RS485串行通信标准，采用环型数据链路，传输速率恒定为500K和2M。树型拓扑结构，可连接254个子站，易于分层，易于扩展。每两个子站之间距离可达400米，采用屏蔽双绞线传输时整个系统总长达12.8公里。而且在同一个系统中，三种传输媒介（双绞线电缆，光纤，红外）可以根据需要混合使用。尤其值得一提的是，它强大的诊断功能，是INTERBUS区别于其它总线所独有的。独立的诊断程序提供了详细的故障信息（故障地址、故障类型和故障历史记录）。其中，准确的故障地址为用户快速排除故障提供了可能。 INTERBUS总线在双绞线上的差分电压信号保证了强大的抗干扰性。通过交换专门的状态信息来检查相邻INTERBUS总线设备的连接，作为远程总线检查的结果，可从总线电缆的断裂或接触不良产生一个相应的错误信息。并在数据环中有一个标志性的返回字，总线控制板通过它比较一个扫描周期的时间；同时总线控制板按照该返回字的专门比特序列找出发生在传输路径或总线设备中的错误，周期性地对两个总线设备中的传输路径进行冗余检查。这样似的传输可靠性的得到保障。 参考文献