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

• 例如, 硬件接口 是電子系統(tǒng)之間的接口。其廣泛地應用于計算機技術(shù)，例如 PCI bus, USB 或火線.
• 軟件接口 用于不同進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 允許計算機或網(wǎng)絡部件能夠進入計算機網(wǎng)絡，PC 的典型網(wǎng)絡接口是以太網(wǎng)接口。
• 用戶接口 是在人和設備之間的接口（人機接口）。這些設備包括，開關(guān)，控制部件，設備顯示以及現(xiàn)代計算機的圖形化接口 （GUI） . 在現(xiàn)代設備中，這些接口變得日益重要。

現(xiàn)代控制部件，例如  cockpits, 作為人機接口，其采用 HBM 放大器進行測試

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

Fieldbus 用于自動化環(huán)境

    在設備或者系統(tǒng)中，至少包括一個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

設備和系統(tǒng)的日益復雜化使傳感器和控制系統(tǒng)并行配線時非常困難。在安裝，計劃和維護時候需要更多做更多工作。并行場總線在自動化技術(shù)中是一項非常重要的因素。

     通過對比，采用 fieldbus 串行網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)更節(jié)省費用，從場到控制過程只需要一個總線電纜。  fieldbus 網(wǎng)絡可以作為所有部件的傳輸介質(zhì)，無論使用何種自動化設備。這些設備分布在所有的場區(qū)域。其是一個非常強大的自動化通訊網(wǎng)絡。

場總線的選擇

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

    在過程控制系統(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（熱插拔）能夠進行數(shù)據(jù)通訊。如果不同設備或系統(tǒng)都能做到不同的節(jié)點同步是非常重要的。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大的價值是能夠快速有效的生產(chǎn)。

     如果 以太網(wǎng) 能夠用于自動化技術(shù)替代 fieldbus 系統(tǒng)， 實時測量 就變得更加有意義。實時這個名字實際上是定義的問題，在毫秒級被認為設備使同步的, 對于過程控制來說，測量的響應時間以秒計就足夠了。實時并不取決于實際的傳輸速率，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)點數(shù)）:

     如果你對比 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)長度用于碰撞檢測。但是這種缺陷可以通過高達 100 Mbit/s 的速率進行補償。但是這種高速是適用于點對點的 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)點之間保持更大的距離，因此，更快的傳輸速率，更短的電纜長度，意味著設備之間的通訊距離只能有數(shù)米長。這對于系統(tǒng)設備來說是非常 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, 因此在系統(tǒng)中可能包含不同的系統(tǒng)片段，也就是說，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，而且要考慮費用，因為系統(tǒng)運行需要進行培訓，維護等。集成簡單，可以和上級網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)連接是非常重要的。連接可以通過網(wǎng)關(guān)（協(xié)議轉(zhuǎn)換器）在不同的總線之間實現(xiàn)通訊。

     以太網(wǎng)在和上級結(jié)構(gòu)連接方面扮演了決定性的角色。因為其廣泛用于辦公室，hubs, 路由器等都可以用于生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸和處理。如果設備可以連接到互聯(lián)網(wǎng)，在遠距離診斷方面將具有更大的優(yōu)勢，包括費用方面。 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，另外一個是需要通過互聯(lián)網(wǎng)進行項目規(guī)劃和總線系統(tǒng)的參數(shù)化。

通過標準化軟件接口提高系統(tǒng)管理效率. IPM 過程數(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. 因為自動化系統(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)問題都來自于安裝錯誤. 這些錯誤往往持續(xù)數(shù)月甚至幾年，通過快速錯誤檢測，不僅可以減少宕機時間，維護和人員費用，使系統(tǒng)的可用性大大提高.

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

工業(yè)以太網(wǎng)和實時測量

    工業(yè)以太網(wǎng)是用于工業(yè)生產(chǎn)的以太網(wǎng)設備的總稱，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 導軌，直流電源 （DC 24V）等，其增加了工作溫度范圍，保護等級，振動保護等，有時候還需要特殊保護。

     因為工業(yè)環(huán)境的網(wǎng)路連接經(jīng)常從設備到設備，因為，工業(yè)以太網(wǎng)經(jīng)常采用環(huán)狀. 這可以將故障限制成一個開關(guān)。即使線路出現(xiàn)故障，整個網(wǎng)路依然可以繼續(xù)運行。采用快速生成樹或其他協(xié)議能夠提高響應時間，斷開環(huán)狀網(wǎng). 潛在無信號連接可以進行快速誤差檢測。

無線通訊: HBM 過程控制器 MP8 通過 WLAN 傳輸生產(chǎn)數(shù)據(jù)信號.

結(jié)論

    工業(yè)應用環(huán)境下通訊盡管非常重要，但是至今為止依然沒有達成一項統(tǒng)一的標準，將不同的系統(tǒng)和設備連接在一起。盡管費用更高，由于更高的帶寬需求，所以工業(yè)以太網(wǎng)正在逐步替代場總線系統(tǒng).

HBM, 在產(chǎn)品開發(fā)過程中，一貫遵從市場流行的標準. 從產(chǎn)品的硬件接口到開放性軟件的系統(tǒng)到，例如 FDT, 其非常適合場總線系統(tǒng)的過程監(jiān)控。HBM 致力于 Firewire, Profinet 和 EtherCat 技術(shù)的應用，盡管其費用較高，但是其在過程速率，數(shù)據(jù)量和遠程診斷方面更具優(yōu)勢。