ControlNet现场总线技术在西安地铁中的应用

1、ControlNet 现场总线技术在西安地铁中的应用摘要：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

2、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 ControlNetlnternational （ Cl）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 Control

3、Net 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，

4、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

5、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

6、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ControlNet99），只有获取令牌的节点才可发送数据，但是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

7、 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系统均采用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