论文部分内容阅读
摘 要：本文就现在比较常用的ControlNet现场总线的特点，做了详细的介绍，同时以地铁行业的专业性实例为出发点，撰写ControlNet在地铁中的应用及前景。
关键词：ControlNet现场；总线；罗克韦尔；
中图分类号：U284.48 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-02-00-02
现场总线（Fieldbus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。而罗克韦尔公司提出的ControlNet则是其中的代表之一。
一、ControlNet概况
（一）ControlNet的发展历史
ControlNet是IEC61158现场总线标准的子集。于1997年由美国罗克韦尔公司年推出的面向控制层的实时性现场总线。1997年7月，Rockwell等22家企业联合成立了ControlNetInternational（CI）组织。CI主要负责全世界范围内推广发展ControlNet技术，提供测试软件及独立的合格性测试。出版发行ControlNet技术说明书和产品目录以及组织设计和使用ControlNet的培训等工作。随着国际自动化系统网络技术的不断进步，ControlNetInternational到目前为止，成员公司已扩展到50多个，其中不乏世界知名的大公司，如ABBRoboties、HoneywellInc、ToshibaInternational。ControlNet可广泛应用于交通运输、汽车制造、冶金、矿山、电力、食品、造纸、水泥、石油化工、娱乐及其它各个领域的工厂自动化和过程自动化。
（二）ControlNet的技术特点
1、ControlNet是高速的控制和I/O网络，具有增强的I/O性能和点对点通讯能力，支持多主方式，可以从任何一个节点访问整个网络。
2、对于离散和连续过程控制应用场合，均具有确定性和可重复性。
3、先进的生产者/消费者网络模型，最大限度的优化了带宽的利用率，并可构成多主、主/从、对等的通讯结构；媒体访问算法确保了控制信息传送时间的准确性。
4、具有灵活的安装选择，可使用各种标准的低价同轴电缆，也可使用具有强抗干扰性和本征安全性的光纤，并支持媒体冗余方式。
（三）通信模式
ControlNet在单根电缆上支持两种信息传输：一种是对时间有苛刻要求的控制信息和I/O数据，ControlNet授予他们最高优先权，保证其不受其他信息的干扰，二是无时间苛求的信息和程序上/下载，他们被授予较低的优先权，在保证第一种信息传输的条件下进行传递。
用户具有对这种信息的控制能力，可选择控制和I/O数据的刷新速率，并确知数据的传输时刻。
ControlNet技术采用了一种通信模式，以生产者/消费者模式取代了传统的源/目的模式。他不仅支持传统的点对点通信，而且允许同时向多个设备传递信息。生产者/消费者模式使用时间片算法保证各节点实现同步，从而提高了带宽利用率。
ControlNet使用的同轴电缆全部距离能够长达6Km，可寻址节点最多为99个，两节点间最长距离最长可达1000m，48个节点距离可达250m；采用光纤和中继器后，通信距离可达几十公里，支持大多数介质结构，网络结构可采用总线、树型、星型等结构或组合结构。使用时，用户可根据需要扩展物理长度，增加节点数量，提高安全性能。
（四）ControlNet介质访问方式
ControlNet采用了一个特殊的令牌传递机制叫隐性令牌传递机制，网络上每个节点被分配一个唯一的MACID（1到99），只有获取令牌的节点才可发送数据，但是ControlNet网络上并没有真正的令牌在传递，每个节点监视收到的每个数据帧的源节点地址，并在该数据帧结束之后，将隐性令牌寄存器的值设置为收到的源MACID加1，如果隐性令牌寄存器的值等于某个节点本身的MACID，则该节点即可发送报文，由于所有节点的隐性令牌寄存器中的值都相同，因此避免了冲突的发生。
二、ControlNet在地铁中的应用及前景
目前广州地铁、南京地铁、上海地铁、天津地铁、深圳地铁等EMCS（环境与机电设备监控系统）均有ControlNet的使用，西安地铁的BAS系统（同EMCS）也使用了ControlNet，因为在网络中ControlNet总线具有高速精确的优势，鉴于地铁中EMCS和BAS系统所处的位置，使用ControlNet总线是最佳选择，西安地铁一二号线BAS系統均采用ControlNet总线技术，每个车站A、B两端组成冗余的双环网结构，加上PLC的冗余，极大提高了系统的可靠性，ControlNet总线采用了并行时间域多路存取（CTDMA）通信技术，将OSI七层模型中的物理层与数据链路层功能融合，提高了网络带宽的有效使用率，可以使数据同时到达各节点，实现各节点的精确同步化。满足BAS系统控制要求。ControlNet总线采用生产者/消费者模式，通过CTDMA控制机制，结合隐性令牌的传递方法，保证了系统的实时性和确定性。适用于对时间有苛刻要求的工业现场，是一种高速的、确定性的网络。是工业控制网络中性能最优的国际标准现场总线，现在ControlNet得到了世界众多公司的支持，目前安装节点已达几十万个，发展和应用前景十分广阔。
参考文献：
[1]工业数据通信与控制网络.北京：清华出版社，2003.
[2]西安地铁二号线BAS系统技术规格书.
[3]西安地铁二号线BAS系统培训教程.
关键词：ControlNet现场；总线；罗克韦尔；
中图分类号：U284.48 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-02-00-02
现场总线（Fieldbus）是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线，它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。而罗克韦尔公司提出的ControlNet则是其中的代表之一。
一、ControlNet概况
（一）ControlNet的发展历史
ControlNet是IEC61158现场总线标准的子集。于1997年由美国罗克韦尔公司年推出的面向控制层的实时性现场总线。1997年7月，Rockwell等22家企业联合成立了ControlNetInternational（CI）组织。CI主要负责全世界范围内推广发展ControlNet技术，提供测试软件及独立的合格性测试。出版发行ControlNet技术说明书和产品目录以及组织设计和使用ControlNet的培训等工作。随着国际自动化系统网络技术的不断进步，ControlNetInternational到目前为止，成员公司已扩展到50多个，其中不乏世界知名的大公司，如ABBRoboties、HoneywellInc、ToshibaInternational。ControlNet可广泛应用于交通运输、汽车制造、冶金、矿山、电力、食品、造纸、水泥、石油化工、娱乐及其它各个领域的工厂自动化和过程自动化。
（二）ControlNet的技术特点
1、ControlNet是高速的控制和I/O网络，具有增强的I/O性能和点对点通讯能力，支持多主方式，可以从任何一个节点访问整个网络。
2、对于离散和连续过程控制应用场合，均具有确定性和可重复性。
3、先进的生产者/消费者网络模型，最大限度的优化了带宽的利用率，并可构成多主、主/从、对等的通讯结构；媒体访问算法确保了控制信息传送时间的准确性。
4、具有灵活的安装选择，可使用各种标准的低价同轴电缆，也可使用具有强抗干扰性和本征安全性的光纤，并支持媒体冗余方式。
（三）通信模式
ControlNet在单根电缆上支持两种信息传输：一种是对时间有苛刻要求的控制信息和I/O数据，ControlNet授予他们最高优先权，保证其不受其他信息的干扰，二是无时间苛求的信息和程序上/下载，他们被授予较低的优先权，在保证第一种信息传输的条件下进行传递。
用户具有对这种信息的控制能力，可选择控制和I/O数据的刷新速率，并确知数据的传输时刻。
ControlNet技术采用了一种通信模式，以生产者/消费者模式取代了传统的源/目的模式。他不仅支持传统的点对点通信，而且允许同时向多个设备传递信息。生产者/消费者模式使用时间片算法保证各节点实现同步，从而提高了带宽利用率。
ControlNet使用的同轴电缆全部距离能够长达6Km，可寻址节点最多为99个，两节点间最长距离最长可达1000m，48个节点距离可达250m；采用光纤和中继器后，通信距离可达几十公里，支持大多数介质结构，网络结构可采用总线、树型、星型等结构或组合结构。使用时，用户可根据需要扩展物理长度，增加节点数量，提高安全性能。
（四）ControlNet介质访问方式
ControlNet采用了一个特殊的令牌传递机制叫隐性令牌传递机制，网络上每个节点被分配一个唯一的MACID（1到99），只有获取令牌的节点才可发送数据，但是ControlNet网络上并没有真正的令牌在传递，每个节点监视收到的每个数据帧的源节点地址，并在该数据帧结束之后，将隐性令牌寄存器的值设置为收到的源MACID加1，如果隐性令牌寄存器的值等于某个节点本身的MACID，则该节点即可发送报文，由于所有节点的隐性令牌寄存器中的值都相同，因此避免了冲突的发生。
二、ControlNet在地铁中的应用及前景
目前广州地铁、南京地铁、上海地铁、天津地铁、深圳地铁等EMCS（环境与机电设备监控系统）均有ControlNet的使用，西安地铁的BAS系统（同EMCS）也使用了ControlNet，因为在网络中ControlNet总线具有高速精确的优势，鉴于地铁中EMCS和BAS系统所处的位置，使用ControlNet总线是最佳选择，西安地铁一二号线BAS系統均采用ControlNet总线技术，每个车站A、B两端组成冗余的双环网结构，加上PLC的冗余，极大提高了系统的可靠性，ControlNet总线采用了并行时间域多路存取（CTDMA）通信技术，将OSI七层模型中的物理层与数据链路层功能融合，提高了网络带宽的有效使用率，可以使数据同时到达各节点，实现各节点的精确同步化。满足BAS系统控制要求。ControlNet总线采用生产者/消费者模式，通过CTDMA控制机制，结合隐性令牌的传递方法，保证了系统的实时性和确定性。适用于对时间有苛刻要求的工业现场，是一种高速的、确定性的网络。是工业控制网络中性能最优的国际标准现场总线，现在ControlNet得到了世界众多公司的支持，目前安装节点已达几十万个，发展和应用前景十分广阔。
参考文献：
[1]工业数据通信与控制网络.北京：清华出版社，2003.
[2]西安地铁二号线BAS系统技术规格书.
[3]西安地铁二号线BAS系统培训教程.