接口和總線系統(tǒng): 工業(yè)領(lǐng)域的通訊協(xié)議

   在系統(tǒng)和控制領(lǐng)域，接口用于設(shè)備之間信息的交換，包括物理信號(hào)（如電壓）或設(shè)備參數(shù)等。傳輸可以使模擬或數(shù)字信號(hào)。這需要多種不同的通訊協(xié)議和接口來(lái)保證完成。

• 例如, 硬件接口 是電子系統(tǒng)之間的接口。其廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)技術(shù)，例如 PCI bus, USB 或火線.
• 軟件接口 用于不同進(jìn)程或程序之間命令和數(shù)據(jù)的交換。這些接口用于程序之間的通訊，連接等。
• 網(wǎng)路接口 允許計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)部件能夠進(jìn)入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，PC 的典型網(wǎng)絡(luò)接口是以太網(wǎng)接口。
• 用戶接口 是在人和設(shè)備之間的接口（人機(jī)接口）。這些設(shè)備包括，開(kāi)關(guān)，控制部件，設(shè)備顯示以及現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的圖形化接口 （GUI） . 在現(xiàn)代設(shè)備中，這些接口變得日益重要。

現(xiàn)代控制部件，例如  cockpits, 作為人機(jī)接口，其采用 HBM 放大器進(jìn)行測(cè)試

    每種接口都有標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議，包括使用功能的描述。標(biāo)準(zhǔn)化的接口可以支持接口的互換，并且相互兼容。

Fieldbus 用于自動(dòng)化環(huán)境

    在設(shè)備或者系統(tǒng)中，至少包括一個(gè)控制器和不同的傳感器。 傳感器和控制部件可以并行或串行連接

設(shè)備和系統(tǒng)的日益復(fù)雜化使傳感器和控制系統(tǒng)并行配線時(shí)非常困難。在安裝，計(jì)劃和維護(hù)時(shí)候需要更多做更多工作。并行場(chǎng)總線在自動(dòng)化技術(shù)中是一項(xiàng)非常重要的因素。

     通過(guò)對(duì)比，采用 fieldbus 串行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更節(jié)省費(fèi)用，從場(chǎng)到控制過(guò)程只需要一個(gè)總線電纜。  fieldbus 網(wǎng)絡(luò)可以作為所有部件的傳輸介質(zhì)，無(wú)論使用何種自動(dòng)化設(shè)備。這些設(shè)備分布在所有的場(chǎng)區(qū)域。其是一個(gè)非常強(qiáng)大的自動(dòng)化通訊網(wǎng)絡(luò)。

場(chǎng)總線的選擇

  在選擇 ieldbus 系統(tǒng)時(shí)，有多種關(guān)鍵因素。根據(jù)需求的不同，不同場(chǎng)總線占據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域。

    在過(guò)程控制系統(tǒng)中，這意味著只有特殊的總線系統(tǒng)能夠讓不同的部件，不同的總線節(jié)點(diǎn)（熱插拔）能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。如果不同設(shè)備或系統(tǒng)都能做到不同的節(jié)點(diǎn)同步是非常重要的。在這種情況下，數(shù)據(jù)交換和傳輸速率變得非常重要。 其zui大的價(jià)值是能夠快速有效的生產(chǎn)。

     如果 以太網(wǎng) 能夠用于自動(dòng)化技術(shù)替代 fieldbus 系統(tǒng)， 實(shí)時(shí)測(cè)量 就變得更加有意義。實(shí)時(shí)這個(gè)名字實(shí)際上是定義的問(wèn)題，在毫秒級(jí)被認(rèn)為設(shè)備使同步的, 對(duì)于過(guò)程控制來(lái)說(shuō)，測(cè)量的響應(yīng)時(shí)間以秒計(jì)就足夠了。實(shí)時(shí)并不取決于實(shí)際的傳輸速率，而是取決于其他因素，例如數(shù)據(jù)吞吐量和使用的協(xié)議。

   以下圖表顯示接口在分布的情況 （ 2006 年新安裝的節(jié)點(diǎn)數(shù)）:

     如果你對(duì)比 fieldbus 和 以太網(wǎng) 的數(shù)據(jù)傳輸效率 , 以太網(wǎng)略遜*。這是由于采用 CSMA/CD 理論，其需要大量很小的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度用于碰撞檢測(cè)。但是這種缺陷可以通過(guò)高達(dá) 100 Mbit/s 的速率進(jìn)行補(bǔ)償。但是這種高速是適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的 連接，并且只能用于以太網(wǎng)和 Interbus 系統(tǒng)。 采用 Profibus 或 CAN 等可變速率傳輸能夠讓節(jié)點(diǎn)之間保持更大的距離，因此，更快的傳輸速率，更短的電纜長(zhǎng)度，意味著設(shè)備之間的通訊距離只能有數(shù)米長(zhǎng)。這對(duì)于系統(tǒng)設(shè)備來(lái)說(shuō)是非常 不利的，因此需要考慮系統(tǒng)模塊和部件之間的距離。

系統(tǒng)片段

    由于不同總線系統(tǒng)有多種不同的技術(shù)選項(xiàng), 因此在系統(tǒng)中可能包含不同的系統(tǒng)片段，也就是說(shuō)，可以在系統(tǒng)中安裝不同類型的總線系統(tǒng)。用戶不僅要分析系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)劣，而且要考慮費(fèi)用，因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)行需要進(jìn)行培訓(xùn)，維護(hù)等。集成簡(jiǎn)單，可以和上級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接是非常重要的。連接可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)（協(xié)議轉(zhuǎn)換器）在不同的總線之間實(shí)現(xiàn)通訊。

     以太網(wǎng)在和上級(jí)結(jié)構(gòu)連接方面扮演了決定性的角色。因?yàn)槠鋸V泛用于辦公室，hubs, 路由器等都可以用于生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸和處理。如果設(shè)備可以連接到互聯(lián)網(wǎng)，在遠(yuǎn)距離診斷方面將具有更大的優(yōu)勢(shì)，包括費(fèi)用方面。 但是有用的垂直整合需要數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)具有通用性，另外一個(gè)是需要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃和總線系統(tǒng)的參數(shù)化。

通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化軟件接口提高系統(tǒng)管理效率. IPM 過(guò)程數(shù)據(jù)接口.

傳輸安全性

    登錄系統(tǒng)并不是zui重要的決定因素，用戶更看重所用的總線系統(tǒng)的診斷功能. 因?yàn)樽詣?dòng)化系統(tǒng)一般采用成熟的產(chǎn)品，根據(jù) ZVEI 的調(diào)查結(jié)果，85% 的系統(tǒng)問(wèn)題都來(lái)自于安裝錯(cuò)誤. 這些錯(cuò)誤往往持續(xù)數(shù)月甚至幾年，通過(guò)快速錯(cuò)誤檢測(cè)，不僅可以減少宕機(jī)時(shí)間，維護(hù)和人員費(fèi)用，使系統(tǒng)的可用性大大提高.

   在選擇合適的場(chǎng)總線系統(tǒng)時(shí)，傳輸?shù)陌踩允切枰紤]的另外一個(gè)重要因素，特別是需要用于惡劣的工業(yè)環(huán)境的場(chǎng)合。必須確保一些錯(cuò)誤（例如，EMC 干擾）能夠被識(shí)別，快速檢測(cè)是一個(gè)非常有用的功能。光纖電纜技術(shù)可以減少此類錯(cuò)誤的發(fā)生. 不同的總線系統(tǒng)還提供不同的技術(shù)選項(xiàng)。

工業(yè)以太網(wǎng)和實(shí)時(shí)測(cè)量

    工業(yè)以太網(wǎng)是用于工業(yè)生產(chǎn)的以太網(wǎng)設(shè)備的總稱，包括用于工業(yè)環(huán)境的集線器，路由器和媒體轉(zhuǎn)換器。其它需求包括  DIN 導(dǎo)軌，直流電源 （DC 24V）等，其增加了工作溫度范圍，保護(hù)等級(jí)，振動(dòng)保護(hù)等，有時(shí)候還需要特殊保護(hù)。

     因?yàn)楣I(yè)環(huán)境的網(wǎng)路連接經(jīng)常從設(shè)備到設(shè)備，因?yàn)椋I(yè)以太網(wǎng)經(jīng)常采用環(huán)狀. 這可以將故障限制成一個(gè)開(kāi)關(guān)。即使線路出現(xiàn)故障，整個(gè)網(wǎng)路依然可以繼續(xù)運(yùn)行。采用快速生成樹(shù)或其他協(xié)議能夠提高響應(yīng)時(shí)間，斷開(kāi)環(huán)狀網(wǎng). 潛在無(wú)信號(hào)連接可以進(jìn)行快速誤差檢測(cè)。

無(wú)線通訊: HBM 過(guò)程控制器 MP8 通過(guò) WLAN 傳輸生產(chǎn)數(shù)據(jù)信號(hào).

結(jié)論

    工業(yè)應(yīng)用環(huán)境下通訊盡管非常重要，但是至今為止依然沒(méi)有達(dá)成一項(xiàng)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，將不同的系統(tǒng)和設(shè)備連接在一起。盡管費(fèi)用更高，由于更高的帶寬需求，所以工業(yè)以太網(wǎng)正在逐步替代場(chǎng)總線系統(tǒng).

HBM, 在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，一貫遵從市場(chǎng)流行的標(biāo)準(zhǔn). 從產(chǎn)品的硬件接口到開(kāi)放性軟件的系統(tǒng)到，例如 FDT, 其非常適合場(chǎng)總線系統(tǒng)的過(guò)程監(jiān)控。HBM 致力于 Firewire, Profinet 和 EtherCat 技術(shù)的應(yīng)用，盡管其費(fèi)用較高，但是其在過(guò)程速率，數(shù)據(jù)量和遠(yuǎn)程診斷方面更具優(yōu)勢(shì)。