接口和總線係統: 工業領域的通訊協議

   在係統和控製領域，接口用於(yu) 設備之間信息的交換，包括物理信號（如電壓）或設備參數等。傳(chuan) 輸可以使模擬或數字信號。這需要多種不同的通訊協議和接口來保證完成。

• 例如, 硬件接口 是電子係統之間的接口。其廣泛地應用於計算機技術，例如 PCI bus, USB 或火線.
• 軟件接口 用於不同進程或程序之間命令和數據的交換。這些接口用於程序之間的通訊，連接等。
• 網路接口 允許計算機或網絡部件能夠進入計算機網絡，PC 的典型網絡接口是以太網接口。
• 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，控製部件，設備顯示以及現代計算機的圖形化接口 （GUI） . 在現代設備中，這些接口變得日益重要。

現代控製部件，例如  cockpits, 作為(wei) 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，並且相互兼容。

Fieldbus 用於自動化環境

    在設備或者係統中，至少包括一個(ge) 控製器和不同的傳(chuan) 感器。 傳(chuan) 感器和控製部件可以並行或串行連接

設備和係統的日益複雜化使傳(chuan) 感器和控製係統並行配線時非常困難。在安裝，計劃和維護時候需要更多做更多工作。並行場總線在自動化技術中是一項非常重要的因素。

     通過對比，采用 fieldbus 串行網絡結構更節省費用，從(cong) 場到控製過程隻需要一個(ge) 總線電纜。  fieldbus 網絡可以作為(wei) 所有部件的傳(chuan) 輸介質，無論使用何種自動化設備。這些設備分布在所有的場區域。其是一個(ge) 非常強大的自動化通訊網絡。

場總線的選擇

  在選擇 ieldbus 係統時，有多種關(guan) 鍵因素。根據需求的不同，不同場總線占據不同的應用領域。

    在過程控製係統中，這意味著隻有特殊的總線係統能夠讓不同的部件，不同的總線節點（熱插拔）能夠進行數據通訊。如果不同設備或係統都能做到不同的節點同步是非常重要的。在這種情況下，數據交換和傳(chuan) 輸速率變得非常重要。 其zui大的價(jia) 值是能夠快速有效的生產(chan) 。

     如果 以太網 能夠用於(yu) 自動化技術替代 fieldbus 係統， 實時測量 就變得更加有意義(yi) 。實時這個(ge) 名字實際上是定義(yi) 的問題，在毫秒級被認為(wei) 設備使同步的, 對於(yu) 過程控製來說，測量的響應時間以秒計就足夠了。實時並不取決(jue) 於(yu) 實際的傳(chuan) 輸速率，而是取決(jue) 於(yu) 其他因素，例如數據吞吐量和使用的協議。

   以下圖表顯示接口在分布的情況 （ 2006 年新安裝的節點數）:

     如果你對比 fieldbus 和 以太網 的數據傳(chuan) 輸效率 , 以太網略遜*。這是由於(yu) 采用 CSMA/CD 理論，其需要大量很小的數據長度用於(yu) 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(chang) 。但是這種高速是適用於(yu) 點對點的 連接，並且隻能用於(yu) 以太網和 Interbus 係統。 采用 Profibus 或 CAN 等可變速率傳(chuan) 輸能夠讓節點之間保持更大的距離，因此，更快的傳(chuan) 輸速率，更短的電纜長度，意味著設備之間的通訊距離隻能有數米長。這對於(yu) 係統設備來說是非常 不利的，因此需要考慮係統模塊和部件之間的距離。

係統片段

    由於(yu) 不同總線係統有多種不同的技術選項, 因此在係統中可能包含不同的係統片段，也就是說，可以在係統中安裝不同類型的總線係統。用戶不僅(jin) 要分析係統的技術優(you) 劣，而且要考慮費用，因為(wei) 係統運行需要進行培訓，維護等。集成簡單，可以和上級網絡結構連接是非常重要的。連接可以通過網關(guan) （協議轉換器）在不同的總線之間實現通訊。

     以太網在和上級結構連接方麵扮演了決(jue) 定性的角色。因為(wei) 其廣泛用於(yu) 辦公室，hubs, 路由器等都可以用於(yu) 生產(chan) 數據傳(chuan) 輸和處理。如果設備可以連接到互聯網，在遠距離診斷方麵將具有更大的優(you) 勢，包括費用方麵。 但是有用的垂直整合需要數據和係統狀態具有通用性，另外一個(ge) 是需要通過互聯網進行項目規劃和總線係統的參數化。

通過標準化軟件接口提高係統管理效率. IPM 過程數據接口.

傳輸安全性

    登錄係統並不是zui重要的決(jue) 定因素，用戶更看重所用的總線係統的診斷功能. 因為(wei) 自動化係統一般采用成熟的產(chan) 品，根據 ZVEI 的調查結果，85% 的係統問題都來自於(yu) 安裝錯誤. 這些錯誤往往持續數月甚至幾年，通過快速錯誤檢測，不僅(jin) 可以減少宕機時間，維護和人員費用，使係統的可用性大大提高.

   在選擇合適的場總線係統時，傳(chuan) 輸的安全性是需要考慮的另外一個(ge) 重要因素，特別是需要用於(yu) 惡劣的工業(ye) 環境的場合。必須確保一些錯誤（例如，EMC 幹擾）能夠被識別，快速檢測是一個(ge) 非常有用的功能。光纖電纜技術可以減少此類錯誤的發生. 不同的總線係統還提供不同的技術選項。

工業以太網和實時測量

    工業(ye) 以太網是用於(yu) 工業(ye) 生產(chan) 的以太網設備的總稱，包括用於(yu) 工業(ye) 環境的集線器，路由器和媒體(ti) 轉換器。其它需求包括  DIN 導軌，直流電源 （DC 24V）等，其增加了工作溫度範圍，保護等級，振動保護等，有時候還需要特殊保護。

     因為(wei) 工業(ye) 環境的網路連接經常從(cong) 設備到設備，因為(wei) ，工業(ye) 以太網經常采用環狀. 這可以將故障限製成一個(ge) 開關(guan) 。即使線路出現故障，整個(ge) 網路依然可以繼續運行。采用快速生成樹或其他協議能夠提高響應時間，斷開環狀網. 潛在無信號連接可以進行快速誤差檢測。

無線通訊: HBM 過程控製器 MP8 通過 WLAN 傳(chuan) 輸生產(chan) 數據信號.

結論

    工業(ye) 應用環境下通訊盡管非常重要，但是至今為(wei) 止依然沒有達成一項統一的標準，將不同的係統和設備連接在一起。盡管費用更高，由於(yu) 更高的帶寬需求，所以工業(ye) 以太網正在逐步替代場總線係統.

HBM, 在產(chan) 品開發過程中，一貫遵從(cong) 市場流行的標準. 從(cong) 產(chan) 品的硬件接口到開放性軟件的係統到，例如 FDT, 其非常適合場總線係統的過程監控。HBM 致力於(yu) Firewire, Profinet 和 EtherCat 技術的應用，盡管其費用較高，但是其在過程速率，數據量和遠程診斷方麵更具優(you) 勢。