WorldFIP現場總線的特點

1 引言

2000年1月4日，歷時12年IEC(國際電工委員會)發布了最終獲得通過的 IEC61158標準。新標準包括8種類型的現場總線標準，容納了8種互不兼容的協議。WorldFIP工廠儀表總線是其中Type7現場總線(法國Alstom 公司支持)。WorldFIP是歐洲標準EN50170的3個組成部分之一(Volume3),WorldFIP是在法國標準FIC46601-C46607的基礎上采納了IEC物理層國際標準(1158-2)發展起來的。由3個通信層組成,如圖1所示。

WorldFIP的顯著特點是為所有的工業和過程控制提供帶有一個物理層的單一現場總線。底層控制系統制造系統和驅動系統都可直接連到控制一級的WorldFIP總線上,毋需采用將RS-485和其它低速總線相混和的方式來接連底層設備以實現同樣的功能。

2 數據通道

總線上傳輸的信息可[2]分為兩種,一種用于控制,如采樣信號、命令信號、控制器間的交換變量等，另一種為監視、維護、人機接口等非控制信息，如事件變量、自診斷信息、參數或算法調整等，前一種信息的交換是周期性實時的，后一種則是非周期隨機的。

在WorldFIP中，通信信道就象數據通道一樣同時容納了上述兩種通信對象，使兩種信息在同一條總線上互不影響地傳遞，即隨機性的消息傳遞不會影響控制用實時通信，這是由于WorldFIP協議是靠硬件實現的，而且兩種信息的比例可由用戶自行決定。

3 區分方法

在WorldFIP中，通信實體間變量通信時不進行物理尋址而是將信息項用16位整數的標識符進行全局邏輯尋址。對于一個給定的標識符只能有一個產生者變量，可有多個使用者變量，對于消息傳輸消息幀中包含24位源地址和目的地址，指明通信實體所在網段號和站點號。

由于變量的這種不與物理地址和特定芯片序列號相關聯的特性使WorldFIP的重新配置變得很容易。

4 訪問控制

WorldFIP的介質訪問控制是帶調度的，即總線仲裁器按照事先設計好的“變量掃描表”(總線仲裁表)期性地向總線上廣播含變量標識符的“問題幀”，只有唯一的生產者識別出該問題幀是向自己發出的之后，才能以“響應幀”作為回應。WorldFIP的可預見性就在于總線仲裁器能夠根據變量的掃描周期在合適的時間間隔內周而復始永不停息地掃描該變量。與令牌總線不同的是，它確定的是每個信息發布者占用總線的最短時間而不是可以占用的最長時間因而實時性更強。在WorldFIP網絡中可以有多個總線仲裁器以構成冗余。

5 生產者(P)-消費者(C)模式

WorldFIP在通信方式上采用生產者-消費者模式[1],如圖2所示:

產生信息的設備稱為“生產者”(Producer)，使用信息的設備稱為“消費者”(Consumer)。任何時間只能有一個節點產生信息但可為其它任何節點或所有節點使用。節點上可以是分布I/O、智能設備或控制器。這種通信不是主-從式,而是對等式通信,可以實現節點的一對一、一對多、一對全(廣播)的通信。其好處在于:周期性數據總是可以得到及時的響應;借助防火墻可隨時在總線上增加節點以監視當前信息但卻不影響實時通信;可以很容易地復制節點或網絡構成冗余，當某個節點或網絡發生故障時，信息可以原封不動在“搬”到冗余的節點或網絡上，確保系統的連續運行;每個節點還具有后臺傳遞信息的能力，而不干擾臨界時間數據的通信;通過網關和TCP/IP協議可將WorldFIP連接到更高層次的網絡上去。