现场总线的选型条件要求参考

  设计控制系统选择现场总线时，首先要考虑是否需要使用现场总线，应该从如下几个方面思考。

  1)现场设备是否分散。现场设备是否分散是决定是否使用现场总线技术的关键。现场总线技术适合于分散的、具有通信接口的现场被控设备的系统。现场总线的优势是节省了大量现场布线成本、使系统故障易于诊断与维护。对于具有集中IO的单机控制系统，现场总线技术没有明显优势。然而对于某些单机控制，若在设备中很难留出空间布置大量的I/O接线时，可考虑使用现场总线。

  2)系统对底层设备是否有信息集成要求。现场总线技术适合对数据集成有较高要求的系统，例如，需要建立车间监控系统，建立全厂的CIMS(计算机/现代集成制造系统)，在底层使用现场总线技术可将大量的设备及生产数据集成到管理层，为实现全厂的信息系统提供重要的底层数据。

  3)系统对底层设备是否有较高的远程诊断、故障报警及参数化要求。现场总线技术适合要求有远程操作及监控的系统。

  4)有无应用先例。有无应用先例也是决定是否采用现场总线的一个关键因素。因为对于一个实际应用项目，技术问题复杂，很难用精确的数学分析或仿真方法给出技术可行性论证。对重大项目的决策，应用先例或应用业绩是简单而又具说服力的证明。一般来说，现场总线如在相同行业有类似应用，就可以说明一些关键技术已经成熟，这样就在一定程度上降低了风险。在决定了采用现场总线设计后，具体采用何种总线结构，应该考虑如下因素：

  (1)系统的实时性要求

  影响系统实时性的因素有很多，例如，数据的传输速率、数据传输量的大小，从站数目的多少、主站应用程度的大小、计算的复杂程度等。决定现场总线实时性能更重要的是现场总线采用的介质访问控制机制，不同介质访问控制机制是为了满足工业现场传输不同类型数据的要求。

  现场总线是一种通信网络，所传送的数据为现场数据。工业现场环境错综复杂，仪表种类繁多，各种生产过程所产生的数据在数据类型、运算复杂程度及响应紧迫性要求等方面相差甚远，与商业网中所传送的大批量相同的数据不同。

  从对时间要求的苛刻程度可以将数据分为实时数据和非实时数据。实时数据，例如，各种检测器和控制器的I/O信号、控制器之间的互锁信号、部分系统状态监视数据等。实时数据对时间要求苛刻，一般不允许有秒级的延迟，在某些特殊情况下甚至不允许有毫秒级延迟。对大多数实时数据而言，最新数据是有意义的，如果在某一时间段内，某一数据由于某种原因未起作用，而此时下一个数据已经产生，则该数据将被丢弃，将启用最新数据。因此，实时数据一般不要求重发。实时数据的数据量相对较少，对带宽的占用率较低。非实时数据，例如，用户编程数据、组态数据、部分系统状态监视数据等。非实时数据对时间要求不很苛刻，允许有相对较长的延迟，但这种数据的数据量相对较大，对带宽的占用率较高，对绝大多数非实时数据而言，传送的数据都是有意义的，一般不允许丢失。

  从数据产生的机制来看可以将数据分为周期性数据、突发性数据和随机性数据，突发性数据和随机性数据也称为非周期性数据。周期性数据在一般的工业过程中大量存在。例如，传感器采集的现场数据，控制器传送的控制信号、控制指令等。这类数据的特点是通信周期性地发生，一般为相对固定的点到点的信息传递，发生的时刻一般是可以预测的，传送的数据一般为实时数据，优先级较高，数据通信量较少，占用固定的带宽。突发性数据，例如，报警信息、事件通知等，这类数据的特点是通信是突发的，发生的时刻一般是不可预测的，传送的数据一般为实时数据，优先级最高，数据通信量小。随机性数据，例如，数据库管理、程序的下载、上传，客户端向服务器端请求服务等，这类数据的特点是通信是随机性的，发生的时刻一般是不可预测的，传送的数据一般为非实时数据，优先级最低，数据通信量较大。

  因此，选择的现场总线控制系统必须对上述不同种类、具有不同实时性要求的数据进行处理，并正确地、及时地完成所需的信息交换。对于周期性数据，应确保周期性发生的事件在系统所需的周期内处理完毕，预先对周期性变量的采样、处理、发送周期进行安排与设定，以保证该变量的时序特性得以满足。对于非周期性或随机过程数据，应尽量缩短数据传送的等待时间。那些对时间紧迫性要求不高的数据可以等待在通道空闲时发送，对于某些实时性要求较高的过程数据，对通信通道进行分配，以使这些数据能及时地发送，对周期性数据，比较适合采用令牌环、令牌总线法，对非周期性数据中实时性要求高的数据，MAC层的控制机制采用CSMA/CD法。

  设计选择现场总线时，可以对介质访问控制机制进行适当混合与改进，提出自己特有的介质访问控制机制，由于各种现场总线介质访问控制方法各不相同，不存在适用于所有控制领域的现场总线，这也是每种现场总线都有其各自的应用领域，不存在由一种现场总线替代所有现场总线的本质原因。因此，用户在选择现场总线时，应首先了解实际应用的系统中，传输数据的类型以哪些为主，哪些为辅，然后再根据传输的主要数据类型的要求选择合适的现场总线。

  (2)传输速率与传输效率

  数据在现场总线上的传输分为两个阶段，第一个阶段是从PC传送到通信口外，数据在这个阶段的传输速率称为DTE(Data Teminal Equipment，数据终端设备)速率，第二个阶段是数据在通信口与通信口之间的传递，其传输速率称为DCE(Data Cireuit Teminal Equpment，数据电路端接设备)速率。有Modem情况下，DTE速率指PC到Modem之间的速率，DCE速率措的是Modem到Modem之间的传输速率。DTE速率与DCE速率共同决定了现场总线的传输速率。现场总线的数据传输速率的高低直接影响了现场总线的实时性，通常传输速率越高的系统实时性越好，现场总线实际的传输速率主要由DCE速率决定。

  实际的工业现场环境一般都比较恶劣，因此大多数现场总线介质都采用双绞线或同轴电缆，这样由PC高速传出的数据在通过通信口与通信口之间的传输介质时速率会下降很多，受到具体传输介质的影响，DTE速率很高时，DCE 速率有可能很低。因此，现场总线的速率不是某种芯片或某种通信卡或设备所具有的速率(即DTE速率)，而应为其形成现场总线后的DCE速率。当然，高的DTE速率是较高的现场总线速率的基础，只有当这两种速率都比较高时才可以获得比较高的现场总线速率。

  现场总线的传输效率反映了单位时间内总线上所传送的有效数据的多少。一个数据包中有效数据占总数据量的比率越大，总线的传输速率越快，现场总线的传输效率就越高。