WorldFIP现场总线概述及应用技术

2023-11-22 理论教育版权反馈

【摘要】：WorldFIP现场总线标准是一个完整的协议，它是欧洲标准EN50170的第3部分，是由WorldFIP组织以法国公司为主要成员开发的现场总线技术。WorldFIP单一总线的最大优点在于有很广泛的适用性，并为未来的发展奠定了良好的基础。WorldFIP是开放的现场总线，可以连接其他的总线系统，如目前仍在广泛使用的HART仪表。利用WorldFIP的这一独有特性，ALSTOM公司推出了FIBWEB。WorldFIP使得智能、控制和数据分散成为可能。WorldFIP将控制技术与信息技术紧密结合起来，是一种先进而开放的现场总线。

1.WorldFIP现场总线技术的产生及发展

（1）WorldFIP现场总线技术的产生

WorldFIP组织成立于1987年3月，WorldFIP是一个非营利、世界性的中立组织，不附属于任何工业集团，致力于推动WorldFIP技术在世界范围的开发和应用，与其他一些现场总线组织不同的是，其成员半数来自用户，由用户、制造商和研究人员组成的理事会领导它的工作。WorldFIP最初为Cegelec（现为ABB-Alstom Power所收购）等几家法国公司在原有通信技术的基础上根据欧洲用户的要求所制定，名为FIP（Factory Instrument Protocol），后成为法国标准，后又采纳了IEC 物理层国际标准（IEC 61158-2），成为WorldFIP。

1999年6月1日，WorldFIP组织与机械工业仪器仪表综合技术经济研究所合作，设立中国WorldFIP技术推广中心，为国内广大客户引进这项技术提供服务。

WorldFIP现场总线标准是一个完整的协议，它是欧洲标准EN50170的第3部分，是由WorldFIP组织以法国公司为主要成员开发的现场总线技术。

WorldFIP现场总线技术的产生和发展的原动力来自于西欧的终端用户，核心技术由这些国家的主要自动化供应商开发，同时还得到了这些重要的自动化供应商合作伙伴的支持，其市场份额比美国和德国的要小，其影响力也不及基金会现场总线（FF）和Profibus现场总线。

WorldFIP组织拥有100多个成员，如霍尼威尔（Honeywell）、西技来克（Cegelec）、阿尔斯通（Alstom）和施耐德（Schneider）等国际大型的自动化企业，这些成员生产多种类型WorldFIP现场总线产品。WorldFIP产品在法国市场占有份额大于60％，在欧洲市场占有份额大约25％。

WorldFIP作为一种主要的国际现场总线，目前各种硬件、软件产品范围从通信芯片到开发工具，如通信协处理器、线路驱动器、隔离变换器、通信栈、组态工具、总线分析器、板卡、测试和故障排除设备以及网络观察器等；从带WorldFIP接口的现场设备到控制系统，如传感器、执行器、变送器、I/O、驱动设备、处理单元（PC、PLCs）和ALSPA 8000控制系统等，有近400种；并在世界各地各行业，如电力、交通、冶金、化工、石化、航空电子、汽车制造、机械制造、楼宇自控、食品工业、建筑建材、水处理和采矿等领域获得了广泛应用，积累了丰富的经验。

（2）WorldFIP现场总线技术今后的发展

1）以WorldFIP为基础的网络集成。WorldFIP单一总线的最大优点在于有很广泛的适用性，并为未来的发展奠定了良好的基础。WorldFIP是开放的现场总线，可以连接其他的总线系统，如目前仍在广泛使用的HART仪表。WorldFIP的方案是通过网关将其连接到WorldFIP系统中，然后将集成的设备管理系统（Asset Management Solution，AMS）应用到WorldFIP高性能的网络中，从而打开了过程控制应用的大门，并且能提高工程效率，增强对现场仪表的跟踪监测能力，简化回路检查、发展可预测性维护等。

WorldFIP所要达到的目标是：所有现场设备都可以基于IP地址来直接访问，不用专门的配置，从而可以最大限度地利用多个供应商的现成软件。WorldFIP在一条总线上同时传递控制和非控制信息，并且消息长度能容纳完整的IP报头，很少有哪种现场总线能够满足这一要求，这就是FIPWEB技术。

利用WorldFIP的这一独有特性，ALSTOM公司推出了FIBWEB。FIBWEB是开发World-FIP/Internet接口的一套软件和工具，可提供TCP/IP协议包和嵌入式微WEB服务器，其主要功能是将WorldFIP网络与微WEB技术无缝结合。

2）无线通信。WorldFIP处理有铜线和光纤两种介质外，还发展了无线通信，以适应新的应用需求。WorldFIP现场总线的无线通信将应用于以下几个方面：

①移动连接基础设施中的分立设备（如交通系统、起重机、桥梁移动部件等）。

②移动连接需要频繁改动或快速起动的工厂。

③大规模分布式的实时远程控制。

④远程数据访问。

2.WorldFIP现场总线技术的特点(www.chuimin.cn)

WorldFIP现场总线能满足用户的各种要求，它适用于各种类型的应用结构，包括集中型、分散型和主站-从站型。分散型应用可以是同步或非同步方式。WorldFIP使得智能、控制和数据分散成为可能。控制算法可以放在一个处理单元内，也可以实现完全的分散。WorldFIP是一个开放系统，不同的系统都可以使用WorldFIP，这样不同厂家生产的装置可以实现互连。WorldFIP将控制技术与信息技术紧密结合起来，是一种先进而开放的现场总线。其特点主要表现为如下各个方面：

（1）协议层次简洁高效

WorldFIP协议是按照IEC制定标准的精神，遵循设备互连原则，根据工业控制的特点而开发的现场总线协议。其功能完备，且无论高速、低速、断续或连续，同一协议贯穿始终，实现并简化了分布式的自动控制系统，以多点连线网络取代传统的点-点布线，降低了设计、安装成本，提高了系统的可维护性能，在各种应用场合均能满足实时要求。

（2）适应实时需要的“周期/非周期”信息传输机制

在总线上传输的信息可分为两种：一种是控制相关的信息，如I/O数据和命令、控制设备间的数据交换等；另一种是用于人机交互、系统诊断和维护等的非控制相关信息，如报警、事件、自诊断数据和人机交互数据等。前一种信息的交换是周期性的，具有实时的特性和要求，有着严格的时间约定；后一种则是非周期的，具有随机性。

在WorldFIP中，链路层和应用层所提供的服务实现了两种信息在同一条总线上互不影响地在宏观上“同时”传递，而且两种信息量的比重可以由用户自己决定。

“周期/非周期服务”适应实时要求，处理实时周期变量或非周期变量，可用于更新分布数据库、在用户的要求下更新某项数据、考察数据的时间/空间一致性。

“消息服务”处理非周期的消息，可用于调整或改变分布应用的运行模式及其组态。

（3）基于全局寻址的“生产者/使用者”数据交换模式

在WorldFIP中，通信实体间不进行物理寻址，而是将信息项分解成变量以16位整数标识符进行全局逻辑寻址。对于一个给定的标识符，只能有一个生产者变量，可有多个使用者变量；变量交换以广播形式进行。

（4）服从用户调度的广播式通信

在WorldFIP网络中信息以广播的形式发出。

（5）具有确定性和可预见性的总线调度

WorldFIP的可预见性在于总线仲裁器能够根据变量的扫描周期在合适的时间间隔内周而复始、永不停息地扫描该变量。由于网络通信是带调度的，完全避免了“碰撞”或不可预料时间的发生，确保了通信的安全。

（6）变量交换的刷新和提示功能