Полевая шина

Fieldbus — это часть семейства промышленных цифровых сетей связи ^[1], используемых для распределенного управления в реальном времени. Профили Fieldbus стандартизированы Международной электротехнической комиссией (МЭК) как IEC 61784/61158.

Сложная автоматизированная промышленная система обычно структурирована в иерархических уровнях как распределенная система управления (DCS). В этой иерархии верхние уровни управления производством связаны с уровнем прямого управления программируемых логических контроллеров (ПЛК) через некритичную по времени систему связи (например, Ethernet ). Полевая шина ^[2] связывает ПЛК уровня прямого управления с компонентами на заводе полевого уровня, такими как датчики , приводы , электродвигатели , консольные светильники, переключатели , клапаны и контакторы , и заменяет прямые соединения через токовые петли или цифровые сигналы ввода-вывода . Поэтому потребность в полевой шине критична по времени и чувствительна к стоимости. С нового тысячелетия был создан ряд полевых шин на основе Ethernet в реальном времени . Они имеют потенциал для замены традиционных полевых шин в долгосрочной перспективе.

Fieldbus — это промышленная сетевая система для распределенного управления в реальном времени. Это способ подключения приборов на производственном предприятии. Fieldbus работает в сетевой структуре, которая обычно допускает топологии последовательной , звездообразной, кольцевой, ветвящейся и древовидной сети . Раньше компьютеры подключались с помощью RS-232 ( последовательные соединения ), с помощью которых могли общаться только два устройства. Это было бы эквивалентом используемой в настоящее время схемы связи 4–20 мА , которая требует, чтобы каждое устройство имело свою собственную точку связи на уровне контроллера, в то время как fieldbus является эквивалентом текущих соединений типа LAN , которые требуют только одной точки связи на уровне контроллера и позволяют подключать несколько (сотни) аналоговых и цифровых точек одновременно. Это уменьшает как длину необходимого кабеля, так и количество необходимых кабелей. Кроме того, поскольку устройства, которые взаимодействуют через fieldbus, требуют микропроцессора , несколько точек обычно предоставляются одним и тем же устройством. Некоторые устройства fieldbus теперь поддерживают схемы управления, такие как ПИД-регулирование на стороне устройства, вместо того, чтобы заставлять контроллер выполнять обработку.

Наиболее важной мотивацией использования полевой шины в распределенной системе управления является снижение затрат на установку и обслуживание установки без потери высокой доступности и надежности системы автоматизации. Цель состоит в использовании двухпроводного кабеля и простой конфигурации для полевых устройств разных производителей. В зависимости от области применения количество датчиков и исполнительных механизмов варьируется от сотен в одной машине до нескольких тысяч, распределенных по большому предприятию. История полевой шины показывает, как достичь этих целей.

Вероятно, предшественником технологии полевой шины является HP-IB, описанная в стандарте IEEE 488 ^[3] в 1975 году. «Она стала известна как шина интерфейса общего назначения (GPIB) и стала фактическим стандартом для автоматизированного и промышленного управления приборами».

Основное применение GPIB находит в автоматизированных измерениях с помощью приборов разных производителей. Это параллельная шина с кабелем и разъемом с 24 проводами, ограниченная максимальной длиной кабеля 20 метров.

Старейшей широко используемой технологией полевой шины является Bitbus. Bitbus была создана корпорацией Intel для улучшения использования систем Multibus в промышленных системах путем разделения медленных функций ввода-вывода от более быстрого доступа к памяти. В 1983 году Intel создала микроконтроллер 8044 Bitbus, добавив прошивку полевой шины к своему существующему микроконтроллеру 8051. Bitbus использует EIA-485 на физическом уровне с двумя витыми парами — одна для данных, а другая для тактирования и сигналов. Использование SDLC на канальном уровне позволяет использовать 250 узлов на одном сегменте с общим расстоянием 13,2 км. Bitbus имеет один главный узел и несколько подчиненных, причем подчиненные узлы отвечают только на запросы главного устройства. Bitbus не определяет маршрутизацию на сетевом уровне . 8044 допускает только относительно небольшой пакет данных (13 байт), но встраивает эффективный набор задач RAC (удаленный доступ и управление) и возможность разрабатывать собственные задачи RAC. В 1990 году IEEE принял Bitbus в качестве последовательной шины управления микроконтроллерной системой (IEEE-1118). ^{[4] [5]}

Сегодня BITBUS поддерживается BEUG — Европейской группой пользователей BITBUS. ^[6]

Офисные сети не очень подходят для приложений автоматизации, поскольку у них отсутствует верхняя граница задержки передачи. ARCNET , который был задуман еще в 1975 году для офисной связи, использует механизм маркеров и поэтому нашел позднее применение в промышленности,

Протокол автоматизации производства (MAP) был реализацией протоколов, совместимых с OSI, в технологии автоматизации, инициированной General Motors в 1984 году. MAP стал предложением по стандартизации LAN, поддержанным многими производителями, и в основном использовался в автоматизации производства. MAP использовал шину маркеров IEEE 802.4 10 Мбит/с в качестве среды передачи.

Из-за своего масштаба и сложности MAP не смог совершить большой прорыв. Чтобы уменьшить сложность и достичь более быстрой обработки с уменьшенными ресурсами, в 1988 году была разработана Enhanced Performance Architecture (EPA) MAP. Эта MiniMap ^[7] содержит только уровни 1, 2 и 7 базовой эталонной модели Open Systems Interconnection (OSI). Это сокращение было взято на вооружение более поздними определениями fieldbus.

Самым важным достижением MAP является спецификация производственных сообщений (MMS), прикладной уровень MAP.

Спецификация производственных сообщений (MMS) — это международный стандарт ISO 9506 ^[8], описывающий прикладной протокол и службы для передачи данных процесса в реальном времени и информации о контроле надзора между сетевыми устройствами или компьютерными приложениями, первая версия которого была опубликована в 1986 году.

Он стал моделью для многих дальнейших разработок в других стандартизациях промышленной связи, таких как FMS для Profibus или SDO для CANopen . Он все еще используется в качестве возможного уровня приложений, например, для автоматизации энергосистем в стандартах IEC 61850 .

В области автоматизации производства требования к полевой шине заключаются в поддержке короткого времени реакции с передачей всего нескольких бит или байтов на расстояние не более нескольких сотен метров.

В 1979 году Modicon (теперь Schneider Electric ) определил последовательную шину для соединения своих программируемых логических контроллеров (ПЛК) под названием Modbus . В своей первой версии Modbus использовал двухпроводной кабель с сигналами EIA 485 UART . Сам протокол очень прост с протоколом ведущий/ведомый , а количество типов данных ограничено теми, которые понимались ПЛК в то время. Тем не менее, Modbus (с версией Modbus-TCP) по-прежнему является одной из наиболее используемых промышленных сетей, в основном в области автоматизации зданий.

Исследовательский проект при финансовой поддержке правительства Германии определил в 1987 году полевую шину PROFIBUS на основе спецификации сообщений Fieldbus (FMS). ^[9] На практике это показало, что она слишком сложна для обработки в полевых условиях. В 1994 году Siemens предложила модифицированный прикладной уровень под названием Decentralized Periphery (DP), который получил хорошее признание в обрабатывающей промышленности. В 2016 году Profibus является одной из самых устанавливаемых полевых шин в мире ^[10] и достигла 60 миллионов установленных узлов в 2018 году. ^[11]

В 1987 году Phoenix Contact разработала последовательную шину для соединения пространственно распределенных входов и выходов с централизованным контроллером. ^[12] Контроллер отправляет один кадр по физическому кольцу, который содержит все входные и выходные данные. Кабель имеет 5 проводов: кроме сигнала заземления два провода для исходящего кадра и два провода для возвращающегося кадра. С помощью этого кабеля можно иметь всю установку в древовидной топологии . ^[13]

INTERBUS был очень успешным в обрабатывающей промышленности с более чем 22,9 миллионами устройств, установленных в полевых условиях. Interbus присоединился к технологии Profinet для Ethernet-based fieldbus Profinet, и INTERBUS теперь поддерживается Profibus Nutzerorganisation eV ^[14]

В 1980-х годах для решения проблем связи между различными системами управления в автомобилях немецкая компания Robert Bosch GmbH впервые разработала Controller Area Network (CAN). Концепция CAN заключалась в том, что каждое устройство можно было подключить одним набором проводов, и каждое подключенное устройство могло свободно обмениваться данными с любым другим устройством. Вскоре CAN перекочевал на рынок автоматизации производства (вместе со многими другими).

DeviceNet был разработан американской компанией Allen-Bradley (сейчас принадлежит Rockwell Automation ) и ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) как открытый стандарт полевой шины на основе протокола CAN. DeviceNet стандартизирован в европейском стандарте EN 50325. Спецификация и поддержка стандарта DeviceNet являются обязанностью ODVA. Как и ControlNet и EtherNet/IP, DeviceNet принадлежит к семейству сетей на основе CIP. CIP ( Common Industrial Protocol ) образует общий прикладной уровень этих трех промышленных сетей. Таким образом, DeviceNet, ControlNet и Ethernet/IP хорошо скоординированы и предоставляют пользователю градуированную систему связи для уровня управления (EtherNet/IP), уровня ячеек (ControlNet) и полевого уровня (DeviceNet). DeviceNet является объектно-ориентированной системой шин и работает по методу производитель/потребитель. Устройства DeviceNet могут быть клиентом (главным) или сервером (подчиненным) или обоими. Клиенты и серверы могут быть производителем, потребителем или обоими.

CANopen был разработан CiA ( CAN in Automation ), ассоциацией пользователей и производителей CANopen, и был стандартизирован в качестве европейского стандарта EN 50325-4 с конца 2002 года. CANopen использует уровни 1 и 2 стандарта CAN (ISO 11898-2) и расширения в отношении назначения контактов, скорости передачи данных и прикладного уровня.

В автоматизации процессов традиционно большинство полевых передатчиков подключаются через токовую петлю с 4-20 мА к управляющему устройству. Это позволяет не только передавать измеренное значение с уровнем тока, но и обеспечивать необходимое электропитание полевого устройства всего одним двухпроводным кабелем длиной более тысячи метров. Эти системы также устанавливаются во взрывоопасных зонах. Согласно NAMUR, полевая шина в этих приложениях должна соответствовать этим требованиям. ^[15] Специальный стандарт для приборов IEC/EN 60079-27 описывает требования к концепции искробезопасности полевой шины (FISCO) для установок в зонах 0, 1 или 2.

Стандарт FIP основан на французской инициативе 1982 года по созданию анализа требований для будущего стандарта полевой шины. Исследование привело к европейской инициативе Eureka по стандарту полевой шины в июне 1986 года, в которую вошли 13 партнеров. Группа разработчиков (réseaux locaux industriels) создала первое предложение по стандартизации во Франции. Название полевой шины FIP изначально было дано как аббревиатура французского "Flux d'Information vers le Processus", а позднее FIP стали называть английским "Factory Instrumentation Protocol".

FIP уступил позиции Profibus, который стал доминировать на рынке Европы в следующем десятилетии - домашняя страница WorldFIP не видела пресс-релизов с 2002 года. Ближайшего родственника семейства FIP можно найти сегодня в Wire Train Bus для вагонов поездов. Однако определенное подмножество WorldFIP - известное как протокол FIPIO - можно найти широко в компонентах машин.

Foundation Fieldbus разрабатывался в течение многих лет Международным обществом автоматизации (ISA) как SP50. Foundation Fieldbus сегодня пользуется растущей установленной базой во многих приложениях для тяжелых процессов, таких как нефтепереработка, нефтехимия, энергетика и даже продукты питания и напитки, фармацевтика и ядерные приложения. ^[16]

С 1 января 2015 года Fieldbus Foundation стала частью новой FieldComm Group. ^[17]

Profibus PA (автоматизация процессов) используется для связи между измерительными и технологическими приборами, исполнительными механизмами и системой управления процессами или PLC / DCS в технологическом проектировании. Profibus PA — это версия Profibus с физическим уровнем, подходящая для автоматизации процессов, в которой несколько сегментов (сегменты PA) с полевыми приборами могут быть подключены к Profibus DP через так называемые соединители. Двухпроводной шинный кабель этих сегментов берет на себя не только связь, но и питание участников ( технология передачи MBP ). Еще одной особенностью Profibus PA является широко используемый профиль устройства «PA Devices» (профиль PA), ^[18] , в котором важнейшие функции полевых устройств стандартизированы между производителями.

Рынок автоматизации зданий также предъявляет различные требования к применению полевой шины:

• установочная шина с большим количеством простых входов/выходов, распределенных по большому пространству.
• автоматическая промышленная шина для управления отоплением, вентиляцией и кондиционированием воздуха (HVAC)
• сеть управления для управления объектами

BatiBUS , определенный в 1989 году и используемый в основном во Франции, Instabus был расширен до Европейской установочной шины (EIB) и Европейского протокола домашних систем (EHS), объединенных в 1999 году в стандарт Konnex ) (KNX) EN 50090 , (ISO/IEC 14543-3). В 2020 году 495 компаний-членов предлагают 8'000 продуктов с интерфейсами KNX в 190 странах мира. ^[19]

Возвращаясь к 1980-м годам, в отличие от других сетей, LonWorks является результатом работы компьютерных ученых из Echelon Corporation . В 1999 году протокол связи (тогда известный как LonTalk) был представлен в ANSI и принят в качестве стандарта для сетей управления (ANSI/CEA-709.1-B), в 2005 году как EN 14908 (европейский стандарт автоматизации зданий). Протокол также является одним из нескольких уровней канала передачи данных/физических уровней стандарта BACnet ASHRAE/ANSI для автоматизации зданий.

Стандарт BACnet был первоначально разработан и в настоящее время поддерживается Американским обществом инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха ( ASHRAE ) с 1987 года. BACnet является Американским национальным стандартом ( ANSI ) 135 с 1995 года, европейским стандартом, национальным стандартом во многих странах и глобальным стандартом ISO 16484 с 2003 года. ^[20] В 2017 году доля BACnet на рынке автоматизации зданий составила 60%. ^[21]

Хотя технология полевой шины существует с 1988 года, с завершением стандарта ISA S50.02 разработка международного стандарта заняла много лет. В 1999 году комитет по стандартам IEC SC65C/WG6 собрался для устранения разногласий в проекте стандарта полевой шины IEC. Результатом этой встречи стала первоначальная форма стандарта IEC 61158 с восемью различными наборами протоколов, называемыми «Типами».

Эта форма стандарта была впервые разработана для Европейского общего рынка , в меньшей степени концентрируется на общности и достигает своей основной цели — устранения ограничений торговли между странами. Вопросы общности теперь оставлены на усмотрение международных консорциумов, которые поддерживают каждый из типов стандартов полевых шин. Почти сразу после его одобрения работа по разработке стандартов IEC прекратилась, а комитет был распущен. Был сформирован новый комитет IEC SC65C/MT-9 для разрешения конфликтов по форме и содержанию в более чем 4000 страницах IEC 61158. Работа над вышеуказанными типами протоколов в основном завершена. Новые протоколы, такие как для полевых шин безопасности или полевых шин Ethernet реального времени, принимаются в определение международного стандарта полевых шин в течение типичного 5-летнего цикла обслуживания. В версии стандарта 2008 года типы полевых шин реорганизованы в семейства профилей связи (CPF). ^[22]

Было много конкурирующих технологий для полевых шин, и первоначальная надежда на единый механизм унифицированных коммуникаций не была реализована. Это не должно быть неожиданностью, поскольку технология полевых шин должна быть реализована по-разному в разных приложениях; автомобильные полевые шины функционально отличаются от полевых шин управления технологическими установками.

В июне 1999 года Комитет по действиям (CA) IEC принял решение о принятии новой структуры для стандартов полевых шин, начиная с первого издания, действующего с 1 января 2000 года, как раз к новому тысячелетию: существует большой стандарт IEC 61158, в котором все полевые шины находят свое место. ^[23] Эксперты решили, что структура IEC 61158 поддерживается в соответствии с различными уровнями, разделенными на службы и протоколы. Отдельные полевые шины включены в эту структуру как различные типы.

Стандарт IEC 61158 «Промышленные сети связи. Спецификации полевых шин» состоит из следующих частей:

• IEC 61158-1 Часть 1: Обзор и руководство по сериям IEC 61158 и IEC 61784
• IEC 61158-2 PhL: Часть 2: Спецификация физического уровня и определение услуг
• IEC 61158-3-x DLL: Часть 3-x: Определение сервиса канального уровня — Элементы типа x
• IEC 61158-4-x DLL: Часть 4-x: Спецификация протокола канального уровня — Элементы типа x
• IEC 61158-5-x AL: Часть 5-x: Определение сервиса прикладного уровня — Элементы типа x
• IEC 61158-6-x AL: Часть 6-x: Спецификация протокола прикладного уровня — Элементы типа x

Каждая часть по-прежнему содержит несколько тысяч страниц. Поэтому эти части были дополнительно подразделены на подчасти. Отдельные протоколы просто пронумерованы типом. Таким образом, каждый тип протокола имеет свою собственную подчасть, если требуется.

Чтобы найти соответствующую подразделу отдельных частей стандарта IEC 61158, необходимо знать соответствующий тип протокола для конкретного семейства.

В издании IEC 61158 2019 года указано до 26 различных типов протоколов. В стандартизации IEC 61158 избегается использование торговых марок и заменяется сухими техническими терминами и сокращениями. Например, Ethernet заменяется технически правильным CSMA/CD или ссылкой на соответствующий стандарт ISO 8802.3. То же самое касается и названий полевых шин, все они заменяются номерами типов. Поэтому читатель никогда не встретит обозначение, такое как PROFIBUS или DeviceNet, во всем стандарте полевых шин IEC 61158. В разделе Соответствие IEC 61784 приведена полная справочная таблица.

Очевидно, что этот набор стандартов полевых шин в IEC 61158 не подходит для внедрения. Он должен быть дополнен инструкциями по использованию. Эти инструкции показывают, как и какие части IEC 61158 могут быть собраны в функционирующую систему. Эта инструкция по сборке была впоследствии составлена ​​как профили полевых шин IEC 61784.

Согласно IEC 61158-1 ^[24] стандарт IEC 61784 разделен на следующие части:

• IEC 61784-1 Наборы профилей для непрерывного и дискретного производства относительно использования полевых шин в промышленных системах управления
• IEC 61784-2 Дополнительные профили для сетей связи на основе ISO/IEC 8802 3 в приложениях реального времени
• IEC 61784-3 Функциональная безопасность полевых шин – Общие правила и определения профилей
• IEC 61784-3-n Функциональная безопасность полевых шин – Дополнительные спецификации для CPF n
• IEC 61784-5-n Установка полевых шин - Профили установки для CPF n

Стандарт IEC 61784 Часть 1 ^[25] с названием Наборы профилей для непрерывного и дискретного производства относительно использования полевых шин в промышленных системах управления перечисляет все полевые шины, которые предлагаются национальными органами стандартизации. В первом издании в 2003 году были введены 7 различных семейств профилей связи (CPF):

• CPF 1 FOUNDATION Fieldbus
• CPF 2 ControlNet
• CPF 3 PROFIBUS
• CPF 4 P-NET
• CPF 5 WorldFIP
• CPF 6 ИНТЕРБУС
• CPF 7 SwiftNet

Swiftnet, который широко используется в авиастроении (Boeing), был включен в первую редакцию стандарта. Позже это оказалось ошибкой, и в редакции 2 2007 года этот протокол был удален из стандарта. В то же время добавлены CPF 8 CC-Link , протокол CPF 9 HART и CPF 16 SERCOS . В редакции 4 в 2014 году в стандарт была включена последняя полевая шина CPF 19 MECHATROLINK . Редакция 5 в 2019 году была просто ревизией технического обслуживания без добавления какого-либо нового профиля.

См. Список протоколов автоматизации для полевых шин, которые не включены в этот стандарт.

Уже во 2-м издании профиля полевой шины включены первые профили, основанные на Ethernet как физическом уровне. ^[26] Все эти новые разработанные протоколы Real-time Ethernet (RTE) скомпилированы в IEC 61784 Часть 2 ^[27] как Дополнительные профили для сетей связи на основе ISO/IEC 8802 3 в приложениях реального времени . Здесь мы находим решения Ethernet/IP , три версии PROFINET IO - классы A, B и C - и решения P-NET, ^[28] Vnet/IP ^[29] TCnet, ^[30] EtherCAT , Ethernet POWERLINK , Ethernet для автоматизации предприятий (EPA), а также MODBUS с новым MODBUS-RTPS Real-Time Publish-Subscribe и устаревшим профилем MODBUS-TCP.

В этом контексте интересно решение SERCOS . Эта сеть из области управления осями имела свой собственный стандарт IEC 61491. ^[31] С введением решения на базе Ethernet SERCOS III этот стандарт был разобран, а коммуникационная часть интегрирована в IEC 61158/61784. Прикладная часть была интегрирована вместе с другими приводными решениями в специальный приводной стандарт IEC 61800-7.

Итак, список RTE для первого издания 2007 года уже длинный:

• CPF 2 CIP
• CPF 3 PROFIBUS и PROFINET
• CPF 4 P-NET ^[28]
• CPF 6 ИНТЕРБУС
• CPF 10 Vnet/IP ^[29]
• CPF 11 TCnet ^[30]
• CPF 12 EtherCAT
• CPF 13 ETHERNET Powerlink
• CPF 14 Ethernet для автоматизации предприятий (EPA)
• CPF 15 MODBUS
• CPF 16 SERCOS

2010:

• CPF 17 RAPIEnet
• CPF 18 SafetyNET p

2019:

• CPF 19 FL-нетто
• CPF 20 ADS-net

2023:

• CPF 21 AUBUS

В 2010 году уже было опубликовано второе издание, включающее CPF 17 RAPIEnet и CPF 18 SafetyNET p . В третьем издании в 2014 году была добавлена ​​версия CC-Link для промышленного Ethernet (IE) . Два семейства профилей CPF 20 ADS-net ^[32] и CPF 19 FL-net ^[33] добавлены в четвертое издание в 2019 году.

Подробную информацию об этих RTE см. в статье Industrial Ethernet .

Для функциональной безопасности различные консорциумы разработали различные протоколы для приложений безопасности вплоть до уровня целостности безопасности 3 (SIL) согласно IEC 61508 или уровня производительности "e" (PL) согласно ISO 13849. Большинство решений объединяет то, что они основаны на черном канале и, следовательно, могут передаваться через различные полевые шины и сети. В зависимости от фактического профиля протокол безопасности предоставляет такие меры, как счетчики, CRC , эхо, тайм-аут, уникальные идентификаторы отправителя и получателя или перекрестную проверку.

Первое издание стандарта IEC 61784, часть 3, выпущенное в 2007 году ^[34] под названием «Промышленные сети связи – Профили – Полевые шины функциональной безопасности» включает в себя семейства профилей связи (CPF):

• CPF 1 FOUNDATION Fieldbus ^[35]
• CPF 2 CIP с безопасностью CIP
• CPF 3 PROFIBUS и PROFINET с PROFIsafe
• CPF 6 ИНТЕРБУС

SERCOS также использует протокол безопасности CIP . ^[36] Во втором издании, выпущенном в 2010 году, к стандарту добавлены дополнительные CPF:

• CPF 8 CC-Link
• CPF 12 EtherCAT с безопасностью через EtherCAT
• CPF 13 Ethernet POWERLINK с openSAFETY
• CPF 14 EPA

В третьем издании в 2016 году был добавлен последний профиль безопасности CPF 17 SafetyNET p . Ожидается, что новое издание 4 будет опубликовано в 2021 году. Теперь стандарт содержит 9 различных профилей безопасности. Все они включены и упомянуты в глобальной таблице соответствия в следующем разделе.

Семейства протоколов каждого бренда называются Communication Profile Family и обозначаются аббревиатурой CPF с номером. Каждое семейство протоколов теперь может определять полевые шины, решения Ethernet в реальном времени, правила установки и протоколы для функциональной безопасности. Эти возможные семейства профилей изложены в IEC 61784 и собраны в следующей таблице.

В качестве примера мы будем искать стандарты для PROFIBUS-DP. Он принадлежит к семейству CPF 3 и имеет профиль CP 3/1. В таблице 5 мы находим, что область его протокола определена в IEC 61784 Часть 1. Он использует тип протокола 3, поэтому для определений протокола требуются документы IEC 61158-3-3, 61158-4-3, 61158-5-3 и 61158-6-3. Физический интерфейс определен в общем 61158-2 под типом 3. Правила установки можно найти в IEC 61784-5-3 в Приложении A. Его можно комбинировать с FSCP3/1 как PROFIsafe, который определен в стандарте IEC 61784-3-3.

Чтобы изготовителю не пришлось явно перечислять все эти стандарты, ссылка на профиль указана в стандарте. В случае нашего примера для PROFIBUS-DP спецификация соответствующих стандартов должна быть, таким образом,

Соответствие IEC 61784-1 Ed.3:2019 CPF 3/1

Требования к сетям полевых шин для приложений автоматизации процессов (расходомеры, датчики давления и другие измерительные приборы и регулирующие клапаны в таких отраслях, как переработка углеводородов и производство электроэнергии) отличаются от требований к сетям полевых шин, используемых в дискретных производственных приложениях, таких как автомобилестроение, где используется большое количество дискретных датчиков, включая датчики движения, датчики положения и т. д. Дискретные сети полевых шин часто называют «сетями устройств».

Еще в 2000 году Международная электротехническая комиссия (МЭК) приняла решение о том, что набор интерфейсов контроллер-устройство (CDI) будет определен Техническим комитетом TC 121 Низковольтные коммутационные устройства и устройства управления для охвата сетей устройств. Этот набор стандартов под номером IEC 62026 ^[37] включает в себя в актуальном издании 2019 года следующие части:

• IEC 62026-1: Часть 1: Общие правила
• IEC 62026-2: Часть 2: Интерфейс датчика исполнительного механизма (AS-i)
• IEC 62026-3: Часть 3: DeviceNet
• IEC 62026-7: Часть 7: CompoNet

Следующие детали были сняты с эксплуатации в 2006 году и больше не обслуживаются:

• IEC 62026-5: Часть 5: Интеллектуальная распределенная система (SDS)
• IEC 62026-6: Часть 6: Seriplex (Последовательная мультиплексная шина управления)

Количество требуемых кабелей в полевой шине намного меньше, чем в установках 4–20 мА. Это связано с тем, что многие устройства используют один и тот же набор кабелей в многоточечном режиме, а не требуют выделенного набора кабелей на устройство, как в случае с устройствами 4–20 мА. Более того, в сети полевой шины можно передавать несколько параметров на устройство, тогда как по соединению 4–20 мА можно передавать только один параметр. Полевая шина также обеспечивает хорошую основу для создания стратегии предиктивного и проактивного обслуживания. Диагностика, доступная с устройств полевой шины, может использоваться для решения проблем с устройствами до того, как они станут критическими. ^[38]

Несмотря на то, что каждая технология имеет общее название fieldbus, различные fieldbus не являются легко взаимозаменяемыми. Различия между ними настолько глубоки, что их невозможно легко соединить друг с другом. ^[39] Чтобы понять различия между стандартами fieldbus, необходимо понять, как проектируются сети fieldbus. Что касается модели OSI , стандарты fieldbus определяются физической средой кабельной разводки и уровнями один, два и семь эталонной модели.

Для каждой технологии стандарты физической среды и физического уровня полностью и подробно описывают реализацию битовой синхронизации, синхронизации, кодирования/декодирования, скорости полосы пропускания, длины шины и физического соединения приемопередатчика с коммуникационными проводами. Стандарт уровня канала передачи данных отвечает за полное определение того, как сообщения собираются готовыми к передаче физическим уровнем, обработку ошибок, фильтрацию сообщений и арбитраж шины, а также за то, как эти стандарты должны быть реализованы в оборудовании. Стандарт уровня приложений в целом определяет, как уровни передачи данных взаимодействуют с приложением, которое хочет общаться. Он описывает спецификации сообщений, реализации управления сетью и ответ на запрос от приложения услуг. Уровни с третьего по шестой не описаны в стандартах полевых шин. ^[40]

Различные полевые шины предлагают разные наборы функций и производительности. Сложно сделать общее сравнение производительности полевых шин из-за фундаментальных различий в методологии передачи данных. В сравнительной таблице ниже просто отмечено, поддерживает ли рассматриваемая полевая шина циклы обновления данных в 1 миллисекунду или быстрее.

По состоянию на 2008 год ^{[обновлять]}в системах управления технологическими процессами на рынке доминируют Foundation Fieldbus и Profibus PA. ^[41] Обе технологии используют один и тот же физический уровень (2-проводная манчестерская кодировка тока модуляции на частоте 31,25 кГц), но не являются взаимозаменяемыми. В качестве общего руководства, приложения, которые контролируются и контролируются программируемыми логическими контроллерами (ПЛК), тяготеют к PROFIBUS, а приложения, которые контролируются и контролируются цифровой/распределенной системой управления (DCS), тяготеют к Foundation Fieldbus. Технология PROFIBUS предоставляется Profibus International со штаб-квартирой в Карлсруэ, Германия. Технология Foundation Fieldbus принадлежит и распространяется Fieldbus Foundation из Остина, штат Техас.

• Протокол параллельного резервирования
• Протокол избыточности среды

• Бабб, Майкл (январь 1994 г.). «Научится ли техническое обслуживание любить Fieldbus?». Control Engineering . стр. 19.
• Бабб, Майкл (июль 1994 г.). «Еще одна задержка полевой шины, DPV компании Schneider и открытые системы». Control Engineering . стр. 29.
• Гокорш, Стив (июнь 1994 г.). «Другой сценарий: техническое обслуживание научится любить Fieldbus». Control Engineering . стр.  112–114 .
• Ганнел, Джефф (март 1994 г.). «Связи анализатора могут использовать Fieldbus». Управление и контрольно-измерительные приборы . стр.  33–35 .
• Ходжкинсон, Джефф (1994). «Слушаем ли мы коммуникации?». Process Engineering, Instrumentation Supplement 1994. стр.  s19– s21 .
• Джонс, Джереми (август 1992 г.). «Может ли Fieldbus выжить?». Управление и контрольно-измерительные приборы . стр.  25–26 .
• Керридж, Брайан (28 апреля 1994 г.). «Поставщики сетевых решений объединяются по стандарту Fieldbus». EDN . С.  45–46 .
• Ратье, Дж. (сентябрь 1994 г.). «Namur говорит «да» технологии Fieldbus и обещает сократить расходы». Управление и контрольно-измерительные приборы . стр.  33–34 .
• Рив, Алан (август 1993 г.). «Fieldbus — вовлечены ли пользователи?». Управление и контрольно-измерительные приборы . С.  25–26 .
• Спир, Майк (апрель 1994 г.). «Взгляд на использование Fieldbus на предприятии». Технологическое проектирование . стр.  38–39 .
• Спир, Майк (апрель 1994 г.). «Fieldbus готов начать последний круг?». Технологическое проектирование . стр. 37.
• Чата, Эндрю (май 1994 г.). «Fieldbus: основа для систем управления полями». Control Engineering . стр.  47–50 .
• Фернесс, Гарри (январь 1994 г.). «Цифровая связь обеспечивает...». Control Engineering . стр.  23–25 .
• Фернесс, Гарри (март 1994 г.). «Fieldbus: различия начинаются снизу вверх». Control Engineering . стр.  49–51 .
• Фухи, Кен (сентябрь 1993 г.). «Fieldbus отправляется в путь». Химическая инженерия . стр.  37–41 .
• Джонсон, Дик (декабрь 1994 г.). «Будущее полевой шины на рубеже 1995 г.». Control Engineering . стр.  49–52 .
• Луз, Грэм (май 1994 г.). «Когда перерабатывающая промышленность может использовать Fieldbus?». Управление и контрольно-измерительные приборы . С.  63–65 .
• Спир, Майк (март 1993 г.). «Fieldbus готовится к первым испытаниям». Process Engineering . стр. 36.
• Лэшер, Ричард Дж. (июль 1994 г.). «Усовершенствования полевых шин и их последствия». Control Engineering . стр.  33–35 .
• Пирсон, Линда Л. (ноябрь 1994 г.). «Более широкие стандарты полевой шины улучшат функциональность системы». Control Engineering . стр.  38–39 .
• Пауэлл, Джеймс; Ванделинде, Генри (2009). Поймать полевой шиной процесса - Введение в PROFIBUS для автоматизации процессов .
• Патель, Кирнеш (2013) Технология Foundation Fieldbus и ее приложения
• О'Нил, Майк (январь 2007 г.). «Достижения в области полевых шин». Process Industry Informer . стр.  36–37 .
• Махалик, Н. П.; Мур, П. Р. (1 августа 1997 г.). «Распределенное управление на основе технологии Fieldbus в обрабатывающей промышленности: пример использования технологии LonWorks». Интегрированные производственные системы . Том 8, № 4. С.  231–243 . doi :10.1108/09576069710182054. ISSN  0957-6061.
• «Инструментальные функции безопасности FOUNDATION Fieldbus формируют будущее безопасности процессов» (PDF) . fieldbus.org . Консультативная группа ARC. 2008. Архивировано из оригинала (PDF) 2020-07-31.