AUTBUS高速工业现场总线

印宁华|Indining China|

2022-11-26 11:00:34 574

当前流程工业现场总线的通信速率以低速为主。HART通信速率是1.2kbps. FF H1总线和PROFIBUS PA的通信速率是31.25kbps. MODBUS RTU和PROFIBUS DP的物理层是RS-485，其通信速率不会超过12Mbps。

究其主要原因，这些广泛应用于流程工业现场的总线通信技术起源于上个世纪九十年代，反映了当时的数据通信的技术水平。而由于流程工业的自身原因，工业现场总线发展缓慢，以今天眼光看来已经非常落后的技术仍然牢牢地占据了工业现场通信的主流地位。

这些技术都没能解决现场仪表信号高效大容量传输的问题。智能工厂和工业4.0要求的现场数据越来越多，目前工业现场总线技术已不能满足要求。将高速现场总线应用于工业现场成为目前技术发展的迫切要求。

一种新型高速工业现场总线 AUTBUS应运而生，做出了将高速现场总线应用于工业现场的尝试。东土科技作为单对以太网（SPE）系统联盟，AUTBUS宽带实时总线技术在国际工业联接巨头用户解决方案上得以成功应用。

日前，由东土科技主导制定的又一*标准《基于时间敏感技术的宽带工业总线AUTBUS系统架构与通信规范》正式发布。这是继AUTBUS被接受为IEC国际标准后的又一重要里程碑，也标志着该技术在国内大规模应用的时机已经成熟。

与5G标准同行中国AUTBUS全IP工业网络国际标准引领全球工业互联网

AUTBUS作为一种高速的时间敏感网络总线，能用于过程控制、离散控制等工业现场的实时数据和非实时数据的传输与应用，也能承载ISO/IEC/IEEE 8802-3以太网业务及IPv6等应用业务的数据传输，具有高带宽、高实时、远距离、布线和安装简单等优势。AUTBUS标准突破了新的物理层技术，实现了工业控制领域*后一公里，在不改变传统线缆习惯情况下可实现宽带接入。AUTBUS可在工业互联网底层让各个工业通信的节点内实现高带宽实时互联互通，是工业控制通信技术的新突破；AUTBUS与5G、TSN等技术的结合，将加速推动人工智能在工业现场的应用，促进全球工业互联网飞跃式发展。

2020年，由东土科技参股成立的北京神经元网络公司研发出基于AUTBUS标准的总线芯片，该芯片完全自主可控，并在国内石油天然气、工业机器人等行业领域得到验证和应用。作为工业互联网*标准与国际标准的先行者和制定者，东土科技自主研发的AUTBUS标准技术实现了我国在工业控制通信网络领域*同时具有国际标准和自研芯片的共同支撑，为中国下一代智能工业实现完全自主可控提供了有力保障。

AUTBUS是一种采用两线非桥接媒介，具有多节点、高带宽、高实时、可远距离传输的工业现场总线。总线数据带宽达到100Mbps，*大传输距离500米，*小循环周期8微秒，*大节点数256个。

AUTBUS用于过程控制和离散控制等自动化控制工业现场的实时数据和非实时数据的传输与应用，兼容ISO/IEC/IEEE 802.3以太网、IPv6等应用。

AUTBUS网络架构基本参考模型如图1所示。一个AUTBUS总线系统可支持254个有效节点，其中一个为控制节点、其他为终端用户节点。控制节点负责管理、分配、回收各系统资源，并实时给所有节点推送系统配置、分配通信带宽等。

AUTBUS使用总线式组网，通过系统预配置或动态申请的方式，提供固定带宽数据服务和支持突发数据的可变带宽数据服务；针对周期性采样数据，突发性的控制、告警以及ISO/IEC/IEEE 8802-3以太网格式的IPv4/IPv6数据均能提供可靠和确定性的承载。具有高精度时钟同步的功能，基于时间触发提供对时间敏感性和非时间敏感性业务提供确定性的数据传输服务。

AUTBUS协议栈架构如图2所示，包括物理层、数据链路层和应用层三部分。

物理层是基于OFDM技术实现了在两线上创建基于共享介质的现场总线；完成物理信号的转换以保障高可靠性传输；在OFDM时域及频域上进行物理资源的划分与管理，以承载数据链路层的数据。物理层向数据链路层提供了时钟管理服务、数据传输服务和物理层管理服务三大类接口。

数据链路层（DLL）主要包含LLC子层和MAC子层两层，其中LLC子层包含AUTBUS LLC、时钟同步模块和ISO/IEC/IEEE 8802-3 LLC模块；MAC子层包括AUTBUS MAC和支撑ISO/IEC/IEEE 8802-3MAC的AUTBUS MAC sub层。数据链路层向应用层提供数据链路服务、数据链路管理服务和时钟同步服务三种服务接口。

应用层（AL）包括基于实时应用和非实时应用的数据服务模块与系统管理服务模块、时间服务模块、基于IPv4/IPv6的TCP/UDP模块。数据服务模块提供用户完成实时和非实时相关业务的处理，区分实时和非实时业务数据缓冲区；系统管理服务模块实现对AUTBUS系统拓扑、状态的管理与维护；时间服务模块提供时钟同步、时钟查询等服务。

AUTBUS将在工业控制、汽车电子、航空、智能城市等领域有广泛的应用。

基于AUTBUS总线的仪表安全监测系统

工业控制系统例如石油气管道站场和大型石化工厂现场需要采集大量现场参数，通过对这些采集数据的分析控制相关的仪器仪表和制动设备，这种自动化过程控制要求数据采集的准确性，现场控制的实时性，精确性，AUTBUS可以满足其高性能的需求。

AUTBUS DEMO重点展示了为仪表安全监测需要高精度、高实时监控的领域所研制开发的总线系统设备，AUTBUS是该DEMO所拥有的核心技术。AUTBUS在这台设备里主要解决工业现场智能化仪器仪表、控制器及执行机构等设备间的数字通信、现场控制设备和*控制系统之间的信息传递问题。此Demo充分展现了AUTBUS的突出优势：高实时确定性传输，具备多点通信能力，可支持高达254个无源节点，支持线型、环型总线，并支持双环型冗余，具备100Mbps@500m的传输性能优势。

基于AUTBUS开发的智能化决策模块、移动感知模块、智能定位模块、地图构架、快速导航等模块，实现边缘计算智能化、敏捷化的运动控制系统，将在智能电网、核电、风电、太阳能、石油化工、轨道交通、城市管廊、矿山、冶金、水务、无人汽车、机器人、智能交通、船舶等行业发挥新一代工业控制体系应有的作用。

AUTBUS技术实现了在现场总线领域*引入宽带解决方案，进一步完善并推动了国际工业通信现场总线体系发展。该国际标准的成功立项，说明我国工业物联网底层协议架构获得国际认可，标志着中国在工业物联网应用方面可提供从芯片到系统的标准化解决方案，为实现以高标准助力高技术创新、引领高质量发展提供技术支撑。

应用实例
高速宽带实时总线物联网化交通路口

一种基于高速宽带实时总线技术的物联网+信号灯首现海口。海口美兰机动车驾驶科目三考场路口采用了东土AUTBUS高速宽带实时总线黑科技，用一根线缆实现了对所有信号灯的供电和联网。

这项黑科技颠覆了传统信号一灯一线的技术方案，既省钱又美观，既缩短了工期又能提高维护效率。初步估算对比传统方案线缆布线总长度降低了70%，施工时间缩短了25%，一根总线连接多组灯头，在路口扩建时无需重新顶管破路，轻松实现路口设施的扩展。

AUTBUS芯片的灯具也成为具备IPv6的智能灯具，并具备夜间自动降光和LED故检测与报警功能，通过后台预测性维护大大降低整体运维成本。

AUTBUS支持在标准双绞线上传输100M带宽数据至500米的距离，不仅可以实现灯具的总线式接入，还可以对路口的各种检测设备包括视频和传感器进行接入，确保用*少的布线实现路口设备IP化互联与管理。同时，AUTBUS总线还可以支持环网冗余与双总线冗余的方式，确保现场网络可靠性达到工业级的标准。在无法对现有灯具进行改造的情况下，也可以提供AUTBUS接口盒子，将传统灯具和检测设备用传统电缆接入盒子后进行两线制转换。通过接口盒子的转接能力可以大大加强方案对于传统终端设备的支持，增加系统的兼容性。

基于AUTBUS技术在交通行业的应用，还有完整的GAEA高可靠通讯产品系列，包括AUTBUS通讯核心板，支持AUTBUS总线的服务器DDU模块，GAEA-D总线型灯具，GAEA-B多功能控制接口盒子与GAEA-G通讯网关。