第七章基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線

第七章基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線第一頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四第二代現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)過(guò)程執(zhí)行(MES)控制(PAS)儀表商務(wù)(ERP)4層3層2層1層0層OPC數(shù)據(jù)服務(wù)器歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)庫(kù)信息網(wǎng)絡(luò)商務(wù)網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)Fieldbus以太網(wǎng)以太網(wǎng)以太網(wǎng)FFFFOPC“web”“web”鏈路設(shè)備ISA-952023/6/212第二頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF7.1基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF概述7.2FF功能塊參數(shù)7.3FF的功能塊庫(kù)7.4FF的典型功能塊7.5功能塊在串級(jí)控制設(shè)計(jì)中的應(yīng)用7.6工業(yè)以太網(wǎng)2023/6/213第三頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.1基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線概述基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線是為了適應(yīng)自動(dòng)化系統(tǒng)，特別是過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)，在功能、適應(yīng)條件與技術(shù)上的需要而專門設(shè)計(jì)的；協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)由現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)組織開(kāi)發(fā)；得到世界上主要自動(dòng)控制設(shè)備制造商的廣泛支持，具有很強(qiáng)的影響力；1996年頒布了低速總線H1的標(biāo)準(zhǔn)；2000年制定高速總線標(biāo)準(zhǔn)：高速以太網(wǎng)HSE (HighSpeedEthernet)2023/6/214第四頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.1基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線概述

----FF發(fā)展的簡(jiǎn)單回顧前身是ISP和WorldFIP標(biāo)準(zhǔn);1994年，ISP和北美WorldFIP一起成立現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)，致力于開(kāi)發(fā)國(guó)際統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)；1995年5月完成H1草案，1996年，

在MonsantoChocolateBayou完成H1示范工程，1998年注冊(cè)第一個(gè)H1現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品。1998年3月5日董事會(huì)決定放棄原定1MHz和2.5MHz高速現(xiàn)場(chǎng)總線開(kāi)發(fā)計(jì)劃。改為以100MHz以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的高速現(xiàn)場(chǎng)總線，稱為HSE（HighSpeedEthernet）。并與1999年公布了HSE規(guī)范草案。2001年6月注冊(cè)第一個(gè)HSE鏈路設(shè)備2023/6/215第五頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2005年5月完成HSE和柔性功能塊示范工程2005年完成SIF（SafetyInstrumentedFunctions）協(xié)議2008年5月在殼牌公司（ShellGlobalSolutions）完成了SIF技術(shù)的示范工程。FF-H1網(wǎng)絡(luò)以ISO/OSI參考模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，并在應(yīng)用層上增加用戶層，構(gòu)成四層結(jié)構(gòu)的通信模型;FF-HSE采用基于Ethernet(IEEE802.3)和TCP/IP的六層結(jié)構(gòu)，主要用于制造業(yè)的自動(dòng)化以及邏輯控制、批處理和高級(jí)控制等場(chǎng)合.2023/6/216第六頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四FF-H1傳輸速率為31.25kbps，通信距離1.9km，支持總線供電和本質(zhì)安全防爆環(huán)境；支持總線供電支持本質(zhì)安全令牌總線訪問(wèn)機(jī)制內(nèi)容廣泛的用戶層。2023/6/217第七頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四基于以太網(wǎng)的高速部分HSE迎合了控制和儀器儀表最終用戶對(duì)可互操作性的、節(jié)約成本的、高速的現(xiàn)場(chǎng)總線解決方案的要求，充分利用低成本和商業(yè)可用的以太網(wǎng)技術(shù)，并以100Mbps到1Gbps或更高的速度運(yùn)行支持所有的低速部分31.25kbps的功能，并支持H1設(shè)備與基于以太網(wǎng)的設(shè)備通過(guò)鏈接設(shè)備接口支持標(biāo)準(zhǔn)的基本功能塊所有或部分的HSE和設(shè)備可實(shí)現(xiàn)冗余，以適應(yīng)應(yīng)用中的容錯(cuò)的需要2023/6/218第八頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.1.1基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF的主要技術(shù)----FF的主要技術(shù)內(nèi)容基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的通信技術(shù)包括通信模型、通信協(xié)議、通信控制芯片、網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)管理。涉及一系列與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的軟硬件，例如通信棧軟件、圓卡（儀表用通信接口卡）、FF與計(jì)算機(jī)的接口卡、各種網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)橋、中繼器等。2023/6/219第九頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四標(biāo)準(zhǔn)化功能塊FB與功能塊應(yīng)用進(jìn)程FBAP；FF提供一個(gè)通用結(jié)構(gòu)，把實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)所需的各種功能劃分為功能模塊，使其公共特征標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)定他們各自的輸入、輸出、算法、事件、參數(shù)和塊控制圖，并把它們組成為可在某個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中執(zhí)行的應(yīng)用進(jìn)程。便于實(shí)現(xiàn)不同制造商產(chǎn)品的混合組態(tài)與調(diào)用。功能塊的通用結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)功能與自動(dòng)化功能的基礎(chǔ)。2023/6/2110第十頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四設(shè)備描述DD和設(shè)備描述語(yǔ)言DDL2023/6/2111第十一頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四

----對(duì)象字典(OD)和設(shè)備描述(DD)同功能塊模型相連，用來(lái)支持功能塊，提供了設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)可見(jiàn)對(duì)象(例如功能塊和它們的參數(shù))的定義和描述；描述信息(如數(shù)據(jù)類型和長(zhǎng)度)由設(shè)備應(yīng)用程序在對(duì)象字典(OD)中維護(hù)。OD包含一個(gè)應(yīng)用程序的每個(gè)網(wǎng)絡(luò)可見(jiàn)對(duì)象描述，并使這些信息可以在網(wǎng)絡(luò)上獲得；設(shè)備應(yīng)用程序的OD描述可以由機(jī)器可讀設(shè)備描述(DD)來(lái)提供，DD是用設(shè)備描述語(yǔ)言(DDL)寫(xiě)成的。2023/6/2112第十二頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四現(xiàn)場(chǎng)總線通信控制器與智能儀表或工業(yè)控制計(jì)算機(jī)之間的接口技術(shù)；

在現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，常采用OEM集成方法構(gòu)成新產(chǎn)品，即把FF集成通信控制芯片、通信棧軟件、圓卡等部件與完成測(cè)量控制功能的部件集成起來(lái)，組成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。2023/6/2113第十三頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四系統(tǒng)集成技術(shù)；

包括通信系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的集成。例如網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、配線、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理、控制系統(tǒng)組態(tài)、人機(jī)接口、系統(tǒng)管理維護(hù)等。這是一項(xiàng)集控制、通信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等多方面的知識(shí)和軟硬件于一體的綜合性技術(shù)。2023/6/2114第十四頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)。

系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)包括通信系統(tǒng)的一致性測(cè)試與互操作性測(cè)試技術(shù)，總線監(jiān)聽(tīng)分析技術(shù)，系統(tǒng)的功能、性能測(cè)試等。2023/6/2115第十五頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四PLC以太網(wǎng)交換機(jī)鏈路設(shè)備(LD)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備H1以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備7.1基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線概述

----FF的主要內(nèi)容FF連接示意圖2023/6/2116第十六頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四通信模型的主要組成及其相互關(guān)系VCR虛擬通信關(guān)系7.1.2通信系統(tǒng)的組成及其相互關(guān)系2023/6/2117第十七頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四

----網(wǎng)絡(luò)通信FF使用預(yù)先構(gòu)造好的信道在設(shè)備間傳輸信息，這些信息被稱為虛擬通信關(guān)系(Virtual

Communication

Relationship-VCR)定義了三類VCR：發(fā)布/訂閱VCR、報(bào)告分發(fā)VCR和客戶/服務(wù)器VCR；為支持VCR，F(xiàn)F定義了三層通信結(jié)構(gòu)：在物理層規(guī)定了信號(hào)是如何發(fā)送的；在數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定了在設(shè)備中間網(wǎng)絡(luò)是如何被分享和調(diào)度的；在應(yīng)用層定義了應(yīng)用程序可以獲得的信息格式，這些信息有命令和響應(yīng)的交換、數(shù)據(jù)和事件信息7.1.2通信系統(tǒng)的組成及其相互關(guān)系2023/6/2118第十八頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.1.2通信系統(tǒng)的組成及其相互關(guān)系

----VCR類型2023/6/2119第十九頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.1.2通信系統(tǒng)的組成及其相互關(guān)系

----網(wǎng)絡(luò)管理為了在設(shè)備中能夠提供集成的第2－7層協(xié)議(通信棧協(xié)議)，并控制和監(jiān)視它們的操作，F(xiàn)F定義在每臺(tái)設(shè)備中都包含一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理代理(NMA);NMA提供支持組態(tài)管理、執(zhí)行管理和錯(cuò)誤管理的能力；組態(tài)、執(zhí)行和錯(cuò)誤信息包含于網(wǎng)絡(luò)管理信息庫(kù)(NMIB)中。2023/6/2120第二十頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.1.2通信系統(tǒng)的組成及其相互關(guān)系

----系統(tǒng)管理FF為每臺(tái)設(shè)備提供一個(gè)系統(tǒng)管理內(nèi)核(system

Management

Kernel-SMK)，負(fù)責(zé)維護(hù)信息和一個(gè)協(xié)調(diào)層，這個(gè)協(xié)調(diào)層為設(shè)備應(yīng)用程序的執(zhí)行和互操作提供一個(gè)分布式平臺(tái)；由SMK維護(hù)的信息被定義為系統(tǒng)管理信息庫(kù)(SMIB)，并由它的OD進(jìn)行描述；2023/6/2121第二十一頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.1.2通信系統(tǒng)的組成及其相互關(guān)系

----功能塊應(yīng)用進(jìn)程(FBAP)FF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了支持功能性模型的范圍，每一種定位一個(gè)不同的需要；功能塊使基本現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備模塊化，例如模擬量輸入功能(AI)和比例積分微分功能(PID);功能塊模型提供了一個(gè)共同的結(jié)構(gòu)來(lái)定義功能塊的輸入輸出、計(jì)算和控制參數(shù)，從而簡(jiǎn)化了接口，使得各個(gè)功能塊的接口具有一致性和標(biāo)準(zhǔn)性；在功能塊應(yīng)用進(jìn)程中，除了功能塊對(duì)象外，還包括對(duì)象字典OD和設(shè)備描述DD。2023/6/2122第二十二頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.1.3基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線通信模型FF通信模型應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層OSI參考模型用戶層(程序)物理層用戶層FF模型現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范(FMS)子層現(xiàn)場(chǎng)總線訪問(wèn)子層(FAS)數(shù)據(jù)鏈路層物理層(省略3－6層)通信棧2023/6/2123第二十三頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.1.3基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線通信模型FF協(xié)議結(jié)構(gòu)PCI：協(xié)議控制信息PDU：協(xié)議數(shù)據(jù)單元DLL：數(shù)據(jù)鏈路層FAS：總線訪問(wèn)子層FMS：總線報(bào)文規(guī)范層2023/6/2124第二十四頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四FF拓?fù)?/p>

總線型采用一根主干電纜，再分出多根分支電纜，每根分支上接一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；

菊花鏈型只有主干電纜，即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都接在主干電纜。

樹(shù)型是主干電纜上一個(gè)端點(diǎn)分出多個(gè)分支Ｈ1支持單點(diǎn)型、

總線型、菊花鏈型和樹(shù)型４種結(jié)構(gòu)。在實(shí)際應(yīng)用中，這４種結(jié)構(gòu)可混合使用。FF物理層支持雙絞線、電纜、光纜、無(wú)線等多種傳輸介質(zhì)。目前應(yīng)用較為廣泛的是雙絞線和電纜二種。2023/6/2125第二十五頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/2126第二十六頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.1.4物理層基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的物理層遵循IEC1158-2與ISA-S50.02中有關(guān)物理層的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)為低速總線頒布31.25kb/s的FF-816物理層規(guī)范，也稱為H1標(biāo)準(zhǔn)。物理層規(guī)定了信息如何在介質(zhì)上從一個(gè)儀表送到另一個(gè)儀表，它包括信號(hào)的波形、幅值、導(dǎo)線類型、最大傳輸距離和允許阻抗等。2023/6/2127第二十七頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四物理層功能：物理層用于現(xiàn)場(chǎng)物理設(shè)備與總線之間的連接。為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與通信傳輸媒體的連接提供機(jī)械和電氣接口；還為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備對(duì)總線的發(fā)送或接收提供合乎規(guī)范的物理接口。2023/6/2128第二十八頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四物理層結(jié)構(gòu)：媒體相關(guān)子層和媒體無(wú)關(guān)子層。2023/6/2129第二十九頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四傳輸介質(zhì)：可以是IEC物理層技術(shù)規(guī)范中所規(guī)定的任何一種傳輸介質(zhì)。例如雙絞線、光纜或射頻。

基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線支持多種傳輸介質(zhì)：A、雙絞線；B、電纜；C、光纜；D、無(wú)線介質(zhì),目前廣泛應(yīng)用的是前兩種,其型號(hào)規(guī)格如下表2023/6/2130第三十頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四物理層信號(hào)H1標(biāo)準(zhǔn)，31.25kbps，曼徹斯特編碼

傳輸介質(zhì)：雙絞線、電纜、光纜、無(wú)線介質(zhì)2023/6/2131第三十一頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/2132第三十二頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四H1信號(hào)編碼1、協(xié)議報(bào)文編碼協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)文長(zhǎng)度8-273個(gè)字節(jié)。2、前導(dǎo)碼10101010采用中繼器，前導(dǎo)碼可多于一個(gè)字節(jié)。3、幀前界定碼標(biāo)明協(xié)議數(shù)據(jù)信息的起點(diǎn)2023/6/2133第三十三頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四H1信號(hào)編碼4、幀結(jié)束碼標(biāo)明協(xié)議數(shù)據(jù)信息的終止。前導(dǎo)碼、幀前界定碼和幀結(jié)束碼由物理層電路生成。2023/6/2134第三十四頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/2135第三十五頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/2136第三十六頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.1.5數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層DLL(DataLinkLayer）具體位于物理層與總線訪問(wèn)子層之間。控制報(bào)文在現(xiàn)場(chǎng)總線上的傳輸。網(wǎng)絡(luò)上的每一條總線都叫做一條鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層與它下面的物理層和它上面的應(yīng)用層之間的數(shù)據(jù)關(guān)系如圖下所示。2023/6/2137第三十七頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/2138第三十八頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四1．鏈路活動(dòng)調(diào)度器鏈路層對(duì)總線上的各類鏈路傳輸活動(dòng)進(jìn)行控制?？偩€通信中的鏈路活動(dòng)調(diào)度，數(shù)據(jù)的接收發(fā)送，活動(dòng)狀態(tài)的探測(cè)、響應(yīng)，以及總線上各設(shè)備間的鏈路時(shí)間同步，都是通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路層來(lái)實(shí)現(xiàn)。每個(gè)總線網(wǎng)段上有一個(gè)媒體訪問(wèn)控制中心，稱為鏈路活動(dòng)調(diào)度器(LAS，LinkActiveScheduler)。LAS具備鏈路活動(dòng)調(diào)度能力，能形成鏈路活動(dòng)調(diào)度表，并按照調(diào)度表的內(nèi)容產(chǎn)生各類鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)，鏈路活動(dòng)調(diào)度是該設(shè)備中數(shù)據(jù)鏈路層的重要功能。對(duì)沒(méi)有鏈路活動(dòng)調(diào)度能力的設(shè)備來(lái)說(shuō)，其數(shù)據(jù)鏈路層要對(duì)來(lái)自總線的鏈路數(shù)據(jù)做出響應(yīng)，以此控制本設(shè)備對(duì)總線的活動(dòng)。此外，在DLL層還要對(duì)所傳輸?shù)男畔?shí)行幀校驗(yàn)。

2023/6/2139第三十九頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四鏈路活動(dòng)調(diào)度器擁有總線上所有設(shè)備的清單，它掌管總線網(wǎng)段上各設(shè)備對(duì)總線的操作。任何時(shí)刻每個(gè)總線網(wǎng)段上都只有一個(gè)LAS處于工作狀態(tài)，總線網(wǎng)段上的設(shè)備只有得到鏈路活動(dòng)調(diào)度器的許可，才能向總線上傳輸數(shù)據(jù)。因此，LAS是總線的通信活動(dòng)中心，如下圖所示。2023/6/2140第四十頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/2141第四十一頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的通信活動(dòng)有調(diào)度通信和非調(diào)度通信兩類。

調(diào)度通信：由鏈路活動(dòng)調(diào)度器按預(yù)定調(diào)度時(shí)間表周期性依次發(fā)起的通信活動(dòng)，稱為調(diào)度通信。鏈路活動(dòng)調(diào)度器內(nèi)有一個(gè)預(yù)定調(diào)度時(shí)間表。一旦到了某個(gè)設(shè)備要發(fā)送信息的時(shí)間，鏈路活動(dòng)調(diào)度器就發(fā)送一個(gè)強(qiáng)制數(shù)據(jù)(CD，CompelData)給這個(gè)設(shè)備，基本設(shè)備收到這個(gè)強(qiáng)制數(shù)據(jù)信息后，就可以向總線上發(fā)送它的信息?，F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中的這種受調(diào)度通信一般用于設(shè)備間周期性地傳送控制數(shù)據(jù)，如在現(xiàn)場(chǎng)變送器與執(zhí)行器之間傳送測(cè)量或控制器輸出信號(hào)。見(jiàn)下圖2023/6/2142第四十二頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/2143第四十三頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四非調(diào)度通信：在預(yù)定調(diào)度時(shí)間表之外的時(shí)間，通過(guò)得到令牌來(lái)發(fā)送信息的通信方式稱為非調(diào)度通信。FF通信采用的是令牌總線工作方式,非調(diào)度通信在預(yù)定調(diào)度時(shí)間表之外的時(shí)間，由LAS通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)出一個(gè)傳遞令牌(PT，PassToken)，設(shè)備得到這個(gè)令牌后就可以發(fā)送信息。所有總線上的設(shè)備都有機(jī)會(huì)通過(guò)這一方式發(fā)送調(diào)度之外的信息。見(jiàn)下圖2023/6/2144第四十四頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/2145第四十五頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四LAS功能能認(rèn)知新設(shè)備，并將新設(shè)備加入到鏈路中去；能從鏈路中除去沒(méi)有響應(yīng)的設(shè)備；能在鏈路上發(fā)布數(shù)據(jù)鏈路時(shí)間和調(diào)度時(shí)間；在調(diào)度時(shí)間內(nèi)，輪詢那些以緩沖區(qū)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的設(shè)備；在調(diào)度時(shí)間之外，發(fā)送優(yōu)先級(jí)驅(qū)動(dòng)的令牌給某設(shè)備2023/6/2146第四十六頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2．鏈路設(shè)備并不是所有的總線設(shè)備都可以成為鏈路活動(dòng)調(diào)度器。按照設(shè)備的通信的能力，基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線把通信設(shè)備分為3類：基本設(shè)備、鏈路主設(shè)備、網(wǎng)橋。

1)基本設(shè)備（ＢａｓｉｃＤｅｖｉｃｅＢＤ)

基本設(shè)備是那些能夠接收并響應(yīng)令牌的設(shè)備。所有設(shè)備包括網(wǎng)橋均具有基本設(shè)備的功能，均能接收并響應(yīng)令牌。具有令牌的設(shè)備可以在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，在某一時(shí)刻，只有一個(gè)設(shè)備持有令牌。LAS提供給設(shè)備兩種令牌：一種稱為應(yīng)答令牌，對(duì)所有的設(shè)備進(jìn)行輪詢，具有周期性；另一種稱為授權(quán)令牌，這是在特定的時(shí)間段內(nèi)訪問(wèn)總線，具有非周期性。2023/6/2147第四十七頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2)鏈路主設(shè)備（LinkMasterDeviceLMD）鏈路主設(shè)備是那些能夠成為L(zhǎng)AS的設(shè)備,如交換機(jī)等,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備也有資格成為L(zhǎng)AS。LAS的5項(xiàng)主要功能：◆維護(hù)調(diào)度，發(fā)送令牌給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；◆探查未使用地址，將其分配給新設(shè)備，并加到活動(dòng)表上；◆在鏈路上周期分配數(shù)據(jù)鏈路時(shí)間和鏈路調(diào)度時(shí)間；◆發(fā)送授權(quán)令牌給設(shè)備，進(jìn)行無(wú)調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸控制；◆監(jiān)視設(shè)備響應(yīng)授權(quán)令牌，從活動(dòng)表上刪掉不能使用或不能返回令牌的設(shè)備。2023/6/2148第四十八頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四3)網(wǎng)橋(Bridge)

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中幾個(gè)總線線段連接時(shí)，用于兩個(gè)總線段之間的連接設(shè)備稱為網(wǎng)橋。網(wǎng)橋?qū)儆阪溌分髟O(shè)備，它負(fù)擔(dān)著下游的各個(gè)總線段的系統(tǒng)管理時(shí)間的發(fā)布，因此必須是LAS，否則無(wú)法對(duì)下游各段的數(shù)據(jù)鏈路時(shí)間和應(yīng)用時(shí)鐘進(jìn)行再分配。一個(gè)總線段上可以連接各種通信設(shè)備，也可以掛上多個(gè)鏈路主設(shè)備，但是一個(gè)總線段上同時(shí)只能有一個(gè)LAS，沒(méi)有成為L(zhǎng)AS的鏈路主設(shè)備起著后備LAS的作用。

2023/6/2149第四十九頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四受調(diào)度通信在網(wǎng)絡(luò)上具有最高的優(yōu)先級(jí)。當(dāng)所有被調(diào)度的數(shù)據(jù)被“發(fā)布”之后，在下一個(gè)宏周期之前的剩余時(shí)間可以被用于傳輸非調(diào)度通信。LAS調(diào)度和令牌傳輸機(jī)制保證了只有一個(gè)儀表在某個(gè)時(shí)刻被授權(quán)訪問(wèn)總線，因此避免了沖突。LAS保證了受調(diào)度的數(shù)據(jù)被“發(fā)布”以及所有的儀表都有機(jī)會(huì)通信。受調(diào)度通信的時(shí)序被精確地定義，因此是有確定性的。2023/6/2150第五十頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

----網(wǎng)橋式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)于具有不同速度和介質(zhì)類型的鏈路，可以用橋?qū)⑺鼈冞B接在一起，形成多鏈路網(wǎng)絡(luò)或橋式網(wǎng)絡(luò)；對(duì)于所有的FF橋式網(wǎng)絡(luò)，任何兩臺(tái)設(shè)備間只有一條數(shù)據(jù)鏈路2023/6/2151第五十一頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

----網(wǎng)橋式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)橋式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)端口端口端口端口端口端口端口下游端口根端口根網(wǎng)橋網(wǎng)段2網(wǎng)段4網(wǎng)段1網(wǎng)段3網(wǎng)段02023/6/2152第五十二頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四

----網(wǎng)橋式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)橋設(shè)備負(fù)責(zé)執(zhí)行基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)中的四個(gè)功能：發(fā)送；重新發(fā)布；數(shù)據(jù)鏈路時(shí)間的再分布；應(yīng)用時(shí)鐘時(shí)間的再分布；2023/6/2153第五十三頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.5基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的功能塊功能塊和功能塊應(yīng)用進(jìn)程是FF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特色，是為實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)控制功能而設(shè)計(jì)的；不同的功能模塊表達(dá)了不同類型的應(yīng)用功能；原DCS中60%-80%的基本控制功能可以通過(guò)設(shè)置功能塊及功能塊的組合下載到現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表中來(lái)實(shí)現(xiàn)；現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表可以根據(jù)不同的被控對(duì)象的特性，靈活組合功能塊，以實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的控制策略，使其真正成為靈巧的智能儀表。2023/6/2154第五十四頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.5基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的功能塊

---功能模塊在FF用戶層中，常用的功能模塊有三類功能塊資源塊轉(zhuǎn)換塊通信棧物理層功能塊資源塊轉(zhuǎn)換塊功能塊傳感器或執(zhí)行器2023/6/2155第五十五頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.5基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的功能塊

---功能模塊轉(zhuǎn)換塊按照所要求的頻率讀取傳感器中的硬件數(shù)據(jù)，并將其寫(xiě)入到相應(yīng)的硬件中；不含有運(yùn)用該數(shù)據(jù)的功能塊，便于把讀取、寫(xiě)入數(shù)據(jù)的過(guò)程從制造商的專有物理I/O特性中分離出來(lái)；轉(zhuǎn)換塊含有量程數(shù)據(jù)、傳感器類型、線性化、I/O數(shù)據(jù)表示等信息。2023/6/2156第五十六頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.5基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的功能塊

---功能模塊資源塊描述現(xiàn)場(chǎng)總線的設(shè)備特征，如設(shè)備名稱、制造商與系列號(hào)；每臺(tái)設(shè)備中僅有一個(gè)資源塊；資源塊沒(méi)有輸入或輸出參數(shù)，它將功能塊與設(shè)備的硬件特性相隔離，可以通過(guò)資源塊在網(wǎng)絡(luò)中訪問(wèn)與資源塊相關(guān)的設(shè)備的硬件特性；資源塊也有相應(yīng)算法用以監(jiān)視和控制物理設(shè)備硬件的一般操作。2023/6/2157第五十七頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.5基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的功能塊

---功能模塊功能塊提供控制系統(tǒng)行為，它的輸入輸出參數(shù)可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線鏈接；各功能塊的執(zhí)行均受系統(tǒng)管理(SM)精確調(diào)度；功能塊是參數(shù)、算法和事件三者的完整組成，由外部事件驅(qū)動(dòng)功能塊的執(zhí)行，通過(guò)算法把輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為輸出數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的控制功能；對(duì)于輸入和輸出功能塊，要把它們鏈接到轉(zhuǎn)換塊，與設(shè)備的I/O硬件相互聯(lián)系；2023/6/2158第五十八頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.5基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的功能塊

---功能模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)2023/6/2159第五十九頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四功能塊名稱功能塊符號(hào)功能塊名稱功能塊符號(hào)模擬量輸入模擬量輸出偏差控制選擇器離散量輸入離散量輸出手動(dòng)裝載比例微分比例積分微分比例系數(shù)AIAOBCSDIDOMLPDPIDRA7.5基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的功能塊

---功能模塊用于基本控制的標(biāo)準(zhǔn)功能塊2023/6/2160第六十頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.5基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的功能塊

---功能模塊鏈接對(duì)象

定義了功能塊之間的鏈接關(guān)系；趨勢(shì)對(duì)象

允許主機(jī)和其他設(shè)備訪問(wèn)功能塊參數(shù)的局部趨勢(shì)。將短期歷史數(shù)據(jù)收集起來(lái)，并存儲(chǔ)在設(shè)備中，并可以調(diào)用和顯示其歷史數(shù)據(jù)和特征；報(bào)警對(duì)象

允許對(duì)報(bào)警狀態(tài)和現(xiàn)場(chǎng)總線上的事件進(jìn)行報(bào)告，當(dāng)判斷有報(bào)警或事件時(shí)，可通過(guò)接口設(shè)備訪問(wèn)報(bào)警對(duì)象生成的通知信息；視圖對(duì)象 為預(yù)定義的參數(shù)群，由人機(jī)界面使用。2023/6/2161第六十一頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.5基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的功能塊

---功能塊應(yīng)用進(jìn)程功能塊應(yīng)用進(jìn)程(AP)是位于通信棧之上的用戶層，主要用來(lái)完成用戶所需的自動(dòng)化應(yīng)用功能；它基于功能塊模型，每一個(gè)功能塊都是一個(gè)獨(dú)立的軟件模塊，完成某一特定功能；是為實(shí)現(xiàn)某種應(yīng)用功能或算法，對(duì)特定功能塊的組合；在具體結(jié)構(gòu)上，功能塊應(yīng)用進(jìn)程是由功能塊應(yīng)用對(duì)象、對(duì)象字典和設(shè)備描述三部分組成。2023/6/2162第六十二頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.5基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的功能塊

---功能塊的應(yīng)用模擬量輸入功能塊AI2023/6/2163第六十三頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.5基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的功能塊

---功能塊的應(yīng)用模擬量輸出功能塊AO2023/6/2164第六十四頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.5基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的功能塊

---功能塊的應(yīng)用開(kāi)關(guān)量輸入功能塊DI2023/6/2165第六十五頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.5基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的功能塊

---功能塊的應(yīng)用開(kāi)關(guān)量輸出功能塊DO2023/6/2166第六十六頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.5基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的功能塊

---功能塊的應(yīng)用PID控制算法功能塊PID設(shè)定值初級(jí)輸入前饋入2023/6/2167第六十七頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.5基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的功能塊

---功能塊的串級(jí)控制設(shè)計(jì)中的應(yīng)用爐溫控制系統(tǒng)2023/6/2168第六十八頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.5基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的功能塊

---功能塊的串級(jí)控制設(shè)計(jì)中的應(yīng)用串級(jí)控制功能塊的連接2023/6/2169第六十九頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.6基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線通信控制器功能通信信號(hào)的發(fā)送和接收；對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的串并行轉(zhuǎn)換；對(duì)串行數(shù)據(jù)的編碼和解碼；信息幀的打包和解包；幀檢驗(yàn)序列的產(chǎn)生和驗(yàn)證2023/6/2170第七十頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.6FB3050基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線通信控制器是繼FB1050和FB2050后，現(xiàn)場(chǎng)總線接口和控制器的第三代集成電路，是嵌入式和主微處理器或控制器的接口；芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)2023/6/2171第七十一頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2023/6/2172第七十二頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.6FB3050基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線通信控制器FB3050現(xiàn)場(chǎng)總線控制器特點(diǎn)適用于現(xiàn)場(chǎng)總線物理層定義；內(nèi)含曼徹斯特編碼器和解碼器；片內(nèi)有兩個(gè)通道的DMA控制器；可自動(dòng)極性探測(cè)和校正；自動(dòng)接收幀效驗(yàn)序列(FCS)探測(cè)；軟件控制的發(fā)送FCS發(fā)生器；自動(dòng)信息類型和地址識(shí)別；31.25kbps和1Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率；可與所有通用微處理器和微控制器兼容2023/6/2173第七十三頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.7基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的組態(tài) FF定義了四個(gè)組態(tài)層次組態(tài)第1層制造商設(shè)備定義 每個(gè)設(shè)備制造商決定所提供設(shè)備的應(yīng)用進(jìn)程(AP)的定義和類型，并且標(biāo)識(shí)每個(gè)AP的網(wǎng)絡(luò)可見(jiàn)對(duì)象。組態(tài)第2層網(wǎng)絡(luò)定義

網(wǎng)絡(luò)由設(shè)備構(gòu)成，本層定義了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。組態(tài)第3層分布式應(yīng)用程序定義

應(yīng)用程序由分布式資源組成。本層定義了分布式資源的交互作用。組態(tài)第4層設(shè)備組態(tài) 本層定義分配給設(shè)備的每個(gè)AP值2023/6/2174第七十四頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.8一致性和互操作性測(cè)試測(cè)試目標(biāo)：保證來(lái)自不同制造商的設(shè)備能再同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中相互正常操作，而不會(huì)損失其他設(shè)備的功能。產(chǎn)品測(cè)試分為兩部分：對(duì)通信棧產(chǎn)品的一致性測(cè)試；對(duì)設(shè)備產(chǎn)品的互操作性測(cè)試；FF開(kāi)發(fā)了互操作性測(cè)試系統(tǒng)ITS，用來(lái)進(jìn)行除物理層以外的其他三部分測(cè)試2023/6/2175第七十五頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.8一致性和互操作性測(cè)試

---系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及測(cè)試過(guò)程FF互操作性測(cè)試系統(tǒng)由三部分組成：測(cè)試系統(tǒng) 是一個(gè)通用的測(cè)試平臺(tái)，為測(cè)試提供人機(jī)界面、測(cè)試管理功能以及測(cè)試案例程序庫(kù)。測(cè)試案例 是抽象測(cè)試案例集在測(cè)試系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的可執(zhí)行測(cè)試案例集，進(jìn)行具體的測(cè)試工作。測(cè)試功能塊

是一臺(tái)特殊的FF現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，主要用于在動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)和被測(cè)設(shè)備建立連接，從而能和被測(cè)設(shè)備交換數(shù)據(jù)，以進(jìn)行測(cè)試。2023/6/2176第七十六頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四設(shè)備配置測(cè)試功能塊測(cè)試案例設(shè)備配置FF測(cè)試系統(tǒng)7.8一致性和互操作性測(cè)試

---系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及測(cè)試過(guò)程FF互操作性測(cè)試示意圖2023/6/2177第七十七頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.9基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備2023/6/2178第七十八頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四7.10FF控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)兩種模式基于DCS/PLC的結(jié)構(gòu)，配合現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡件。典型的有Emerson公司的DeltaV控制系統(tǒng)純現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)。典型的有Smar公司的System302控制系統(tǒng)。2023/6/2179第七十九頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四System302結(jié)構(gòu)2023/6/2180第八十頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四FF現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)規(guī)劃H1總線設(shè)計(jì)和設(shè)備選型安裝施工設(shè)計(jì)組態(tài)編程2023/6/2181第八十一頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四系統(tǒng)規(guī)劃先按照面的項(xiàng)目設(shè)計(jì)系統(tǒng)規(guī)劃1、閉環(huán)控制回路2、監(jiān)測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)3、人機(jī)界面設(shè)計(jì)4、系統(tǒng)特性實(shí)時(shí)控制在現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備中實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)性較差的特殊算法或者高級(jí)算法要在網(wǎng)關(guān)、或者電腦上實(shí)