8-1章 基金会(FF)总线.pdf

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1、FoundationFieldbus华东理工大学自动化系王学武主要内容1、简介2、FF现场总线的体系结构3、通信系统的主要组成部分及其相互关系4、FF网络通信中的虚拟通信关系5、FF通信控制器6、设备描述与FF的产品开发7、FF系统的组态与运行8、FF总线解决方案9、基金会高速现场总线FF－HSE1、简介基金会总线（FF，FoundationFieldbus）是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的技术。其前身是以美国Fisher-Rosemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司

2、制订的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地的150家公司制订的WorldFIP协议。这两大集团于1994年9月合并，成立了现场总线基金会，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。它以ISO/OSI开放系统层上增加了用户层。用户层主要针对自动化测控应用的需要，定义了信息存取的统一规则，采用设备描述语言规定了通用的功能块集。基金会现场总线分低速H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为31.25kbps，通信距离可达1900m（可加中继器延长），可支持总线供电防爆环境。H2的传输可为1Mbps和2.5Mbp

3、s两种，其通信距离分别为750m和500m。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射，协议符合IEC1158-2标准。其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。FF的现场变送、执行仪表内部都具有微处理器，现场设备内部可以装入控制计算模块，只需通过现场设备之间连接，便可组成控制系统。FF把具备通信、控制、测量等功能的现场自控设备作为网络节点，并通过节点间的信息传输、连接、各部分的功能集成来共同完成各项自动化功能，因而称之为网络集成自动化系统。通过网关或计算机接口板，将FF总线与工厂管理层的网段挂接，彻底解决了自动化信息孤岛问题

4、，形成了完整的工厂信息网络。FF围绕工厂底层网络和全分布自动化系统两方面形成了其技术特色。主要技术有：基金会现场总线的通信技术。--通信模型、通信协议、通信控制器芯片、通信网络与系统管理等内容。标准化功能块（FB，FunctionBlock）与功能块应用进程（FBAP，FunctionBlockApplicationProcess）。--便于实现不同制造厂商产品的混合组态与调用。功能块的通用结构是实现开放系统构架的基础，也是实现各种网络功能与自动化功能的基础。设备描述（DD，DeviceDescription）与设

5、备描述语言（DDL，DeviceDescriptionLanguage）。--互操作性，是设备驱动的基础，可以看作是设备的驱动程序。现场总线通信控制器与智能仪表或工业控制计算机之间的接口技术。系统集成技术。--通信系统与控制系统的集成。系统测试技术。--一致性与互可操作性测试技术（产品、系统）；总线监听分析；系统功能测试。2、FF现场总线的体系结构和各层主要功能FF现场总线的体系结构是参照国际标准化组织(ISO)的开放系统互连协议(OSI)而制定的。OSI共有七层，FF提取了其中的三层：物理层、数据链路层和应用层，

6、另外又在应用层上增加了一层用户层。（1）物理层该层规定了现场总线的传输介质、传输速率、最大传输距离、拓扑结构及信号类型等。现场总线的传输介质为双绞线、同轴电缆、光纤和无线电。FF最初给出了两种速率的现场总线：低速的H1总线和高速的H2总线。H1是低速总线，传输速率为31.25kbps，传输距离为200m～1900m，总线最多可串接4台中继器。H2是高速总线，传输速率为1Mbps/750m，或2.5Mbps/500m。H1每段节点数最多为32个，H2每段结点数最多为124个。但随着多媒体技术的发展和工业自动化水平的提高，控

7、制网络的实时信息传输量越来越大，H2的设计能力已不能满足实时信息传输的带宽要求。鉴于此，现场总线基金会放弃了原有H2总线计划，取而代之的是将现场总线技术与成熟的高速商用以太网技术相结合的新型高速现场总线－基金会HSE（HighSpeedEthernet）现场总线，并于2000年3月发布了HSE的最终规范。（2）数据链路层在FF制定的现场总线标准中，数据链路层的定义十分重要。所有连接到同一物理通道上的应用进程都是通过数据链路层的实时管理来协调的。由于在工业控制过程中实时性的重要性，在现场总线中没有采用IEEE802.4标准

8、中所定义的总线管理方式，而是采用了集中式的管理方式，减少了实时通信的时延。具体地说，现场总线设备在数据链路层可分为两种：BASICDEVICE(基本设备)；LINKMASTERDEVICE（链路主设备）。在每一个网段中都有一个特殊的LINKMASTERDEVICE，它能够调度本网络段各个设备的通信活动，称为LINKA