【测控专业英语】FieldbusesandInteroperability控制系统集成与互操作性

【测控专业英语】FieldbusesandInteroperability控制系统集成与互操作性第一页，共34页。WordsandExpressionsfieldbus现场总线interoperability互用性，协同工作能力drivecontroller驱动控制器regulator调节器；稳压器;调节阀client-servermodel客户端-服务器模型distributedreal-timesystem分布式实时系统timeliness合时，时layerstructure层次结构spinalcolumn

脊柱hierarchicalorganization等级结构，分层结构2第二页，共34页。WordsandExpressionsfunctionalarchitecture

功能体系结构operationalarchitecture

操作体系结构application

应用程序entity

实体statevalue状态值，状态变量time-constrainedcommunication

(受)时(间)约(束)的Standardization标准化

3第三页，共34页。Maincontent

FieldbusesandInteroperability1Fieldbus2Standardization34第四页，共34页。

Inthelastsixoreightyears,theword‘fieldbus’hasbeenverywidelyused.Itscommonmeaningis“anetworkforconnectingfielddevicessuchassensors,andfieldcontrollerssuchasPLCs,regulatorsdrivecontrollersandsoon”.

在过去的6~8年,“fieldbus”这一词被非常广泛地使用。现场总线是诸如传感器这样的连接现场的设备及如PLC、调节阀驱动控制器等现场控制器的网络。FieldbusesandInteroperability5第五页，共34页。

Butthisisonlyaninformaldefinition,andthispaperwilldefinethefieldbusservicesandtheirqualitiesofservicemoreprecisely.

但是，这仅仅是一个非正式的定义，文章更精确地定义了现场总线服务及他们的服务品质。

Afieldbusisatypeofrealtimecommunicationsystem,and,isthenbasedonlayeredstructurededucedfromtheOSIseven-layermodel(Zimmermann,1980)。现场总线是从OSI7层模型中推导出的基于分层结构模型的实时通信系统。FieldbusesandInteroperability6第六页，共34页。

However,manychoicesarepossibleineachofthelayers,bothfortheservicesandfortheprotocols.

然而，对于服务和协议，在每个层中有很多潜在性的选择。

Someoftheservicesdefinedforeachfieldbusareverysimilar(theyallowthecommunicationofdatabetweenthevariousdevices),buttheprotocolschosenprovidedifferentqualitiesofservice,essentiallyintermoftimeliness.为每种现场总线定义的一些服务是非常相似的（他们允许在各种的设备之间的数据通讯)，但协议的选择本质依据时效性去提供不同服务品质。FieldbusesandInteroperability7第七页，共34页。

Otherservicesdependontheapproachthathadledtoagivenfieldbusspecificationor,inotherwords,dependontheprimaryobjectivesofthedesigners,whichmaybeexpressedasfollows:

其他服务取决于一个导致了给定的现场总线规范的方法，或者换句话说，依赖于设计师的最初的目的，可以如下表示：FieldbusesandInteroperability

afieldbusisonlyanetworkforsimplifyingthewiringbetweendevices,orafieldbusisthespinal

columnofadistributedreal-timesystem.现场总线仅仅是一个简化设备之间布线的网络，或者说现场总线是的一个分布式实时系统的脊柱。8第八页，共34页。

Thefieldbuswasinitiallypresentedatitsbeginning,asthenetworkatthebottomlevelinaCIMarchitecture,thehierarchicalorganizationofanautomationsystemderivedformtheMAPtask

force.Today,thesituationisratherdifferent.CIM:ComputerIntegratedManufacturing计算机集成制造MAP：ManufacturingAutomationProtocol生产自动化协议

在开始现场总线技术被最初的提出作为在计算机集成制造结构中底层的网络，自动化系统的等级结构来自于生产自动化协议工作组。今天，这样的形势是相当不同的。FieldbusesandInteroperability9第九页，共34页。

Firstly,thestrictlypyramidalmodelofautomationsystemsisnowrecognizedasnotbeingwellsuitedtoexplainingormodelingallcommunicationaspects.首先,自动化系统的严格金字塔模型是目前公认的不是很适合所有通信方面解释或建模。FieldbusesandInteroperability

Indeed,itisnecessarytodistinguishthefunctionalarchitecturefromtherealoroperationalarchitecture(Simonot-Lionetal.,1995).事实上，从真实的操作体系结构中区分功能体系结构是必要的。10第十页，共34页。

Thereforea3-axismodelhasbeendefined,inordertoexplainthedifferentfunctionalexchangesofinformationinanautomationsystem.

因此，在自动化系统中为了解释不同功能的信息交换，定义了一个3轴模型。FieldbusesandInteroperability

Thecompleteapplicationisstructuredinentities,providingdifferentlevelsofservice,andinflowsbetweentheseentities(Simonot-Lionetal.,1995).

在实体中构造了一个完整的应用程序，提供不同的服务水平，并在这些实体之间流动。11第十一页，共34页。

Twotypesoftrafficmaybeidentified.Theso-called‘verticaltraffic’iscomposedofrequestsfromanupperentitytoalowerone,andofconfirmationsassociatedwiththerequestsinasimilarwayasinthe“client-server”model.识别两种类型的通信。所谓的‘纵向通信’是由一个从上到下实体的请求信息和以类似的方式依照“客户端-服务器”模式与请求信息相关的确认信息组成的。FieldbusesandInteroperability12第十二页，共34页。

Intheothersense(bottom-up),requestsarecalled“indication”andconfirmations,“responses”.

在另一个意义上(由下而上的实体)，请求信息被称为“指示”，确认信息被称为“响应”。

Theso-called“horizontaltraffic”iscomposedofexchangesofdatabetweenentities.Datamaycomprisestatevaluesorevents.所谓的“横向通信”是由实体之间的数据交换组成。数据可以由状态变量或事件响应组成。FieldbusesandInteroperability13第十三页，共34页。

Theexchangesarenolongerdefinedaccordingtotheclient-servermodel,butbetweenaproducerandoneormoreconsumers(ThomesseandNoury,1989).Thefieldbusesprovideforoneorbothofthesecommunicationmodels.数据交换不再是根据客户端-服务器模式定义而是采用生产者和消费者模式定义。现场总线提供了一种或两种通信模式。FieldbusesandInteroperability14第十四页，共34页。

Theyhavebeenextendedtoeightmodelsbyacombinationofthepreviousbasicmodelsandthenumberofcommunicatingentities(Vega-SaenzandThomesse,1995).acombinationof

：事物的结合、综合、一系列

现场总线通过先前一系列基础模型和通信实体数量组合扩展到八种模型。

FieldbusesandInteroperability15第十五页，共34页。

Secondly,newnetworkssuchasASI,SDSandDeviceNet,sometimescalled“subfieldbus”“sensorbus”or“devicebus”havebeenintroducedintothearchitecture.ASI：ActuatorSensorInterface执行器传感器接口SDS:SmartDistributedSystem智能分布系统DeviceNet设备网(ASI、SDS、DeviceNet为三种现场总线国际标准)

其次,新的网络如ASI、SDS和设备网,“现场总线分支”“传感器总线”或“设备总线”已经被引入结构中。FieldbusesandInteroperability16第十六页，共34页。

Theydonotdifferfundamentallyfromtheothers;theyhaveonlybeendesignedinordertoobtainverylow-costconnectionsforareducednumberofsimpleitemsofequipment,andarethenplacedlowerthanthefieldbusesintheoperationalarchitecture.

从根本上他们没有什么不同，他们仅被设计以获得非常廉价的连接以降低简单的设备项的数量，并在操作架构中低于现场总线安放。FieldbusesandInteroperability17第十七页，共34页。

Thirdly,fieldbusesmaybeusedascellnetworksorcontrol-roomnetworks.Indeed,ifagivenfieldbusprovidesgoodserviceandallowsthemanagementofthetrafficrequiredbyentitieswiththerightqualityofservice,itmaybeusedatdifferentlevelsofthearchitecture.第三，把现场总线用作蜂窝网或是控制室网。事实上，如果一个给定的现场总线提供良好的服务并根据具有恰当服务质量的实体需求给予通信管理，它可以用于不同层次的结构。FieldbusesandInteroperability18第十八页，共34页。Maincontent

FieldbusesandInteroperability1Fieldbus2Standardization319第十九页，共34页。Eventhoughmuchworkhasbeencomplete,andeventhoughmanyproductsexits,notalltheproblemhaveyetbeensolved.Someimportanttopicsofcurrentresearcharegivenbelow.尽管很多工作已经完成并且许多产品退出，但并不是所有的问题都被解决。下面给出目前研究的重要课题。

FieldbusServices,protocols.Itisnotonlyofconcerntocreatenewservices,butalsotodefinemorepreciselyandformallytime-constrainedservicesandtheirrelatedqualityofservice.服务，协议。它不仅仅是对创造新服务的关注，而是更精确和正式地定义受时间约束的服务以及相关服务质量。20第二十页，共34页。

Now,fromaprotocolpointofview,thereisaplacefornewprotocolsandoperatingsystemssomewherebetweencompletelystaticmechanismsandcompletelydynamicones,thatcouldintegratejointschedulingoftasksandmessagesinordertomeet(asfaraspossible)thetimeconstraintsdynamically.现在，从一个协议的角度看，在介于完全动态机制和静态机制之间的存在一些空间用于存放新的协议和操作系统，可以整合任务和信息的联合调度,以满足(尽可能)动态的时间限制。Fieldbus21第二十一页，共34页。

Indeed,thesolutionschosenforthedesignofallthefieldbusesfavoureitherdynamicbehaviourwithsomeriskofnotmeetingtheconstrainst,orstaticbehaviourtomeettheconstraintsbutwithoutsomuchrobustness.事实上，为所有的现场总线设计所选择的方案既有利于一些不满足约束条件的动态风险行为，也有利于满足不带鲁棒性约束条件的静态行为。Fieldbus22第二十二页，共34页。

Thisisaproblemofdynamicdistributedsystemscontrolinwhichthereisstillmuchtobedone.

动态分布系统控制的问题仍然有许多工作要做。

Conformancetestingandinteroperability.Anotherresearchissueistoimprovetheconformancetestingmethods,includingthecharacterizationofthequalityofService.

一致性测试和互用性。另外的研究课题是如何改进一致性测试方法，包括服务质量的特性。Fieldbus23第二十三页，共34页。

ThismaycovertheQoSmodeling,measurementandevaluation,andthedefinitionofconformanceclassesthatarebasednotonlyontheserviceavailability,butalsoontheirQoS(seealso(ISO/IEC,1996)).

QoS=qualityofservice服务质量这可涵盖服务质量模型、测量与评价，一致性的定义分类不仅基于服务有效性，而且基于他们服务质量。

Fieldbus

Theinteroperabilityistestedbetweencommunicatingequipment,butthispropertydependsontheapplicationsbeingsupported.

测试通信设备之间互操作性，但其性能取决于应用程序的支持。24第二十四页，共34页。

Alsoitisonlyatthe

applicationintegration

stagethatsomeproblemscanbedetected.Forthisreason,itisofmajorinteresttobeabletoprovethisapplicationinteroperabilitybeforeimplementation.也只有在应用集成的阶段一些问题才可以被检测出来。因此,它最主要的好处在于能够证明在执行前这个应用程序的互操作性。Fieldbus25第二十五页，共34页。

Whatisneeded,then,arenotonlymodelsbutalsoamethodologytoconductthedesign,tochooseagivendistribution,andsoon.

那么,它不仅采用模型还采用方法论进行设计去选择一个给定的分布是必须的。

Systemdesignmodelingandvalidation.Itwasmentionedearlierthatthefieldbusisthespinalcolumnofautomationsystems.

系统设计的建模和验证。现场总线是自动化系统的脊柱之前已经提过。Fieldbus26第二十六页，共34页。

Itisknownhowtoproveafieldbusprotocolandtotestanimplementation,buttheprovingorthetestingofacompletesystemisalwaysaproblem.如何证明现场总线协议和测试现场总线协议的执行情况是众所周知的,但一个完整的系统验证或检测始终是一个问题。

Itwouldbeinterestingtobesurethatasystemdesignedwithafieldbusiscorrectbeforeitsimplementation.

令人关注的是确保带有现场总线系统设计在实施之前是正确的。Fieldbus27第二十七页，共34页。

Thatmeansthatitwouldbeimportanttodefinerealisticmodelsoffieldbuses,ofoperatingsystemsandofapplicationsandequipment,thatarewellsuitedforaformalvalidation.

这就意味着详述带有现场总线、操作系统、应用程序和设备的真实模型是非常重要的，它非常适合正式验证。Fieldbus28第二十八页，共34页。

Itisnowofmajorimportancetoobtainverywellsuitedcomputer-aideddesign

tools,inordertocoverallthestagesfromthespecificationtotheimplementationofagivenapplication,includingvalidationsateachstage,andthentouserealisticmodelsofthefieldbusprotocols,companionstandardsanddistributedapplications.现在最重要的是获得非常适合计算机辅助设计的工具，以涵盖一个给定的应用程序中从详述到执行中的所有阶段，包括每个阶段的确认，并使用带有现场总线协议、同类标准和分布式应用程序