现场总线与EPA技术原理

2023-11-22 理论教育版权反馈

【摘要】：表10-3 EPA对ISO/OSI模型的映射EPA系统组成EPA系统结构的主要组成如图10-11所示。2）EPA应用实体。3）EPA通信调度管理实体。图10-12 EPA网络拓扑机构2.EPA数据链路层EPA采用GB/T 15629.3—1995、IEEE Std 802.11系列、IEEE Std 802.15.1：2002协议规定的数据链路层协议。EPA应用层的体系结构关系按照OSI分层原理，EPA应用层的功能已经有所描述。图10-15 基于XDDL文件实现现场设备集成原理

1.EPA体系结构

EPA系统结构提供了一个系统框架，用于描述若干个设备如何连接起来，它们之间如何进行通信、如何交换数据和如何组态。

（1）EPA通信模型结构

参考ISO/OSI开放系统互联模型（GB/T 9387），EPA采用了其中的第一、二、三、四层和第七层，并在第七层之上增加了第八层（即用户层），共构成6层结构的通信模型。EPA对ISO/OSI模型的映射关系见表10-3。

表10-3 EPA对ISO/OSI模型的映射

（2）EPA系统组成

EPA系统结构的主要组成如图10-11所示。除了GB/T 15629.3—1995、IEEE Std 802.11、IEEE Std 802.15、TCP（UDP）/IP以及信息技术（IT）应用协议等组件外，它还包括以下几个部分：

1）应用进程，包括EPA功能块应用进程与非实时应用进程。

2）EPA应用实体。

3）EPA通信调度管理实体。

图10-11 EPA系统结构的主要组成

（3）EPA网络拓扑结构

EPA网络拓扑结构如图10-12所示，它由两个网段组成：监控级L2网段和现场设备级L1网段。现场设备级L1网段用于工业生产现场的各种现场设备（例如变送器、执行机构和分析仪器等）之间以及现场设备与L2网段的连接；监控级L2网段主要用于控制室仪表、装置以及人机接口之间的连接。注意，L1网段和L2网段仅仅是按它们在控制系统中所处的网络层次关系不同而划分的，它们本质上都遵循同样的EPA通信协议。对于处于现场设备级的L1网段在物理接口和线缆特性上必须满足工业现场应用的要求。

图10-12 EPA网络拓扑机构

2.EPA数据链路层

EPA采用GB/T 15629.3—1995、IEEE Std 802.11系列、IEEE Std 802.15.1：2002协议规定的数据链路层协议。

EPA还对GB/T 15629.3—1995协议规定的数据链路层进行了扩展，增加了一个EPA通信调度管理实体（EPA Communication Scheduling Management Entity，EPA CSME）。(www.chuimin.cn)

EPA通信调度管理实体EPA CSME支持：

1）完全基于CSMA/CD的自由竞争的通信调度。EPA通信调度管理实体EPA CSME直接传输DLE与DLS User之间交互的数据，而不做任何缓存和处理。

2）基于分时CSMA/CD的自由竞争的通信调度。

数据链路层模型如图10-13所示。

3.EPA应用层

EPA应用层的服务提供了对EPA管理系统以及用户层应用进程的支持。

（1）EPA应用层的体系结构关系

按照OSI分层原理，EPA应用层的功能已经有所描述。但是，它们与底层的结构关系是不同的，与OSI基本参考模型的关系如图10-14所示。

图10-13 数据链路层模型

图10-14 与OSI基本参考模型的关系

EPA应用层包括OSI功能及其扩展，从而满足有时间要求的需求，OSI应用层结构标准（GB/T 17176—1997）被用来作为规定EPA应用层的基础。

EPA应用层直接使用其下层的服务，其下层可能是数据链路层或者它们之间的任意层。当使用其下层的时候，EPA应用层可以提供各种功能，这些功能通常与OSI中间层有关，它们用于正确地映射到其下层。

4.基于XML的EPA设备描述技术

在EPA系统中，为了实现不同厂家现场设备之间的互操作和集成，EPA工作组根据EPA网络自身的特点基于XML定义了一套标签语言用于描述EPA现场设备属性实现设备的集成与互操作，并把这套标签语言叫作XDDL（Extensible Device Description Language）。XD-DL是为实现设备互操作而设计的，采用XDDL设备描述语言可描述现场设备的功能。

在EPA的体系结构中，实现不同厂家的现场设备的互操作和集成主要从两个方面来实现，一方面定义开放的规范的应用层协议，另一方面基于XDDL描述设备属性，可以使得不同厂商、不同设备的用户层对网络上传输的数据必须有统一的理解形式，设备生产商可以根据应用需求自己定义特定的功能块和参数，而不影响设备之间的互操作。因此，基于不同厂商提供的软硬件能够方便地实现设备集成与互操作，在统一的平台上配置、管理和维护设备。基于XDDL文件实现现场设备集成原理如图10-15所示。

现场总线与EPA技术原理

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