關於總線比較的幾個方麵

現場總線控製係統（FCS）作為開放的、數字式的、串行多點通信的數據控製網絡，是工業自動化控製係統結構發展的必然趨勢，以現場總線為基礎的全數字控製係統是當今世界各國在工業自動化領域關注的熱點課題。　　1983年現場總線的概念由歐洲人首先提出，1985年推出了第一代總線產品，1987年首先應用於歐洲市場。進而，在近二十年的時間裏，各種總線技術如雨後春筍般蓬勃發展，逐漸滲透到各個自控應用領域。目前國際上流行的現場總線技術有FF、PROFIBUS、WORLDFIP、ControlNet、Interbus、P-NET等40多種，每一種總線通信協議在相應的應用領域中具有比較明顯的價格和技術優勢，占有了較大的市場份額。同時為了商業競爭的需要，又不斷增加新的功能向其他領域擴展。我國從1988年起開始跟蹤國際現場總線技術的發展情況，至今還沒有形成自己的總線係統，在國家“九五”計劃中曾投資9000萬進行過FF總線技術的研究及開發工作，其他總線係統則通過與高校、企業、研究所等科研機構合作的途徑逐漸應用於我國自動化控製的各個領域。　　由於，每種總線都對外宣稱其適合應用於所有自動化控製領域，這就使用戶在選擇總線通信協議時，產生困難。如何評價各種現場總線係統的技術特點，對各種總線技術進行參數化、係統化比較，確定各種總線的應用領域，使用戶能夠選擇最適合自己的總線係統，是廣大用戶最為關心的問題。 　　　　一、        現場總線係統的評價　　　　對總線係統進行評價的目的主要有三個：選擇、改進和設計。具體而言，是指在眾多的係統方案中選擇一個最適合需要的係統方案，即在一定的價格範圍內選擇性能最好的係統，達到較好的性能/價格比；對已有係統的性能缺陷和瓶頸進行改進和提高運行效率；對未來設計的係統進行性能預測，在性能成本方麵實現最佳設計或配置。　　現場總線係統的性能指標一般包括以下兩個大的方麵：一方麵是它的可靠性或可利用性，亦即，現場總線係統能正常工作的時間，其指標可以是能夠維持工作的時間長度，如平均無故障時間，也可以是在一段時間內，能正常工作的時間所占的百分比。另一方麵是它的處理能力或效率。這又可分為三類指標：一類指標是各種吞吐率，如係統在單位時間內能處理正常作業的個數。另一類指標是各種響應的時間，即從係統得到輸入到給出輸出之間的時間。再一類指標是各種利用率，即在給定的時間區間中，各種部件（包括硬設備和軟係統）被使用的時間與整個時間之比。當然不同的係統對性能指標的描述有所不同，例如網絡常用的性能指標為：信道傳輸率、信道吞吐量和容量、信道利用率、傳輸延遲、響應時間和負載能力等。　　現場總線係統的性能取決於多種因素，最基本的因素在於係統的配置（即指係統構成所包括的各種軟件、硬件的成分、數量、能力和係統結構、處理和調度策略等）和係統負載（即指工作負載和工作方式，例如交互方式、批處理方式等）。　　作者列出了關於總線係統評價和評估的16個方麵，作為衡量現場總線係統性能的參照：　　l        互操作性　　互操作性一般分兩種，一種是係統內部的互操作性，另一種是係統之間的互操作性，互操作性又稱互連性。係統內的互操作性是指連接不同製造商的產品組成係統的難易程度；係統之間的互操作性是指連接一個係統和其他係統所需工作量的大小，如果某係統要與其他係統通信，或要把其他係統納入到自己的控製之下，必須有係統間的接口，使之可以聯結。　　l        一致性　　在係統設計與實現的過程中技術和標號與通信協議的統一程度。　　l        完備性　　完備性包括兩個方麵的含義，一種含義是指係統功能充分實現的程度；另一種含義是指係統交付使用時提供的文檔齊全、描述清楚、滿足規範或標準的程度。　　l        本質安全性　　係統本安設計使得即使在設備或連接電纜出現故障時可能出現的點火或熱表麵不足以引起點燃的程度。　　l        執行效率　　為了實現某個係統功能，提供使用最少處理時間或占用最少總線帶寬的程度。　　l        容錯性　　係統出錯（設備臨時發生故障或數據存取錯誤）時，能以某種預定方式，作出適當處理，得以繼續執行和恢複係統的能力。它又稱為係統的健壯性。　　l        準確性　　能達到的計算或控製精度。它又稱為精確性。　　l        操作性　　操作係統的難易程度。它通常取決於與係統有關的操作規程，以及是否提供便利的輸入/輸出方法。　　l        易訓練性　　新用戶使用係統的難易程度。取決於是否提供幫助用戶熟練掌握係統的方法。又稱可培訓性或培訓性。　　l        模塊獨立性　　係統軟件、硬件的模塊化程度。　　l        通用性　　係統功能覆蓋應用領域的寬廣程度。　　l        可擴充性　　係統的體係結構和物理結構的可擴展程度。　　l        自診斷性　　係統監測自身操作效果和發現自身錯誤的能力。　　l        組態軟件獨立性　　組態軟件不依賴於單一製造商的操作係統特征，或其他環境約束的程度。　　l        通信共享性　　使用標準的通信協議、接口和帶寬的標準化程度。　　l        數據共享性　　使用標準數據結構和數據類型的程度。　　　　對上述評價指標，需要用具體參數加以量化。但是，實際上，有些指標是難以用具體參數來表示的。　　　　二、        現場總線係統的比較　　　　下麵，我們從總線的背景；物理特性；傳輸機製；傳輸效率；一致性和互操作性；差錯、故障和容錯；模塊化；功能性等幾個方麵對各種總線進行比較。　　　　　　背景　　  產生年代：　　  技術開發公司：　　  主要應用領域：　　  全球範圍內已服役的總線（節點）數：　　  國內已服役的總線（節點）數：　　  典型應用：　　物理特性　　  物理傳輸介質： 　　  物理接口：　　  物理拓樸：　　  邏輯拓樸：　　  單分段最大設備(節點)數：　　  單分段最大傳輸距離：　　傳輸機製　　  數據編碼：　　  信號傳輸方式：　　  同步方式：　　  通信方式： 　　  受控接入方式：　　  服務類型：　　傳輸效率　　  協議層數：　　傳輸速度：　　  最大幀長：　　數據幀中有效數據率：　　信道利用率：　　循環時間：　　一致性和互操作性　　符合的通信協議：　　已通過一致性測試的產品類型數：　　已通過一致性測試的產品製造商：　　已通過互操作性測試的產品類型數：　　已通過互操作性測試的產品製造商：　　可與該係統通信的其他係統：　　與其他係統的通信方式： 　　與其他係統通信的交換設備：　　差錯、故障和容錯　　差錯檢測：　　差錯控製方式：　　  故障診斷：　　  故障節點的處理方式：　　  能否提供設備冗餘：　　模塊化　　  I/O類型：　　  控製功能塊：　　  設備描述語言：　　功能性　　  節點優先權：　　  總線供電：　　  是否需要專用電源：　　  能否在危險區域使用： 　　  實現本安防爆對總線節點數和電纜長度的限製：　　　　應當指出的是上述各種評價參數之間，有些參數是相互補充的，有些參數則具有競爭關係。一般情況下單獨比較某一個或幾個參數，不足以說明某種總線技術更優於其他總線技術。