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总线专题:第三讲 基金会现场总线(上)

基金会现场总线(FoundationFieldbus)简称FF是现场总线基金会(FieldbusFoundation)组织开发的。该组织于1994年成立。当时由11家跨国

基金会现场总线(Foundation Fieldbus)简称FF是现场总线基金会(Fieldbus Foundation)安排开发的。该安排于1994年建立。其时由11家跨国大公司组成董事会,集资开发。董事长由Fisher Rosemount公司(现由Emeioson公司收买)担任,董事单位有Rockwell,西门子,ABB,Honeywell,Foxboro(现由Invensys公司收买),横河等公司。

FF由二部分组成:即HI低速现场总线及H2高速现场总线。

H1的通讯速率为31.25kbps。

H2的通讯速率为1Mbps及2.5Mbps,后改为HSE(High Speed Ethernet)速率为100Mbps。

H1与HSE经过FF的衔接设备衔接。

FF的特点是专门为进程自动化(Process Automation)即接连操控的进程而规划的,它吸收了DCS及HART卓有成效的技能,如功用块及DDL(设备描绘言语)等技能,所以了解DCS的用户运用比较便利,但由于想象非常周到,技能比较复杂。

1.FFH1的通讯模型

FFH1的通讯模型参照了OSI参阅模型的1、2、7层,别的又增加了用户层,这是FF与其他总线不同之处。FFH1通讯模型和OSI参数模型如图1。

图1基金会现场总线(FF)通讯模型和OSI参阅模型

(1)通讯原理

假如需求将一信息从一处送到他处,有必要依照协议规则的格局自用户层经使用层、数据链路层及物理层发送才干见效。这一进程可用邮递函件的方法作为譬喻,如要从某地发一函件给其他地方的某人时,可依照邮局规则的方法,将函件放入信封,在信封上依据规则的格局写上地址及收信人,贴上邮票投入信箱即可。若不依照邮局的规则进行,则函件就有或许收不到。譬喻的进程见图2。FF的通讯协议规则了其通讯方法。

图2 通讯原理图

物理层(Physical Layer PHY)与传输介质(电缆、光缆等)相衔接规则了怎么收发信号和接纳信号。数据链路层(Data Link Layer DLL)规则了总线设备怎么同享网络,怎样调度通讯。

使用层分为现场总线拜访子层(Fieldbus Access Sub-layer,FAS)和现场总线报文规范子层(Fieldbus Message Specification,FMS)二个子层,其间FAS规则数据拜访的联系模型和规范,在DLL与FMS之间供给服务;FMS则规则了规范的报文格局,为用户供给了所需的通讯服务。使用层的使命是描绘使用进程(Application Process,AP),完成使用进程之间的通讯,供给使用接口的规范操作,完成使用层的开放性。使用层规则了设备间交流数据、指令、事情信息和恳求应对的信息格局。

用户层规则了规范的功用块,方针字典和设备描绘,供用户组成所需求的使用程序,并完成网络办理和体系办理。在网络办理中,为了供给一个集成网络各层通讯协议的机制,完成设备操作状况的监控和办理,设置了网络办理署理和网络办理信息库,供给组态办理,运转办理和过失办理的功用。在体系办理中,设置体系办理内核,体系办理内核协议和体系办理信息库,供给设备办理、功用办理、时钟办理和安全办理的功用。

FF将数据链路层,使用层和用户层的软件集成为通讯栈(Communication Stack),供软件开发商开发通讯栈;经过软件编程来完成;别的再开发专用%&&&&&%(Application Specific Integrated Circuit,AS%&&&&&%)及其相关硬件来完成物理层和数据链路层部分功用。这样就能用软硬件相结合的方法来完成FF通讯模型。

(2)FF通讯模型的三大功用

FF通讯模型作为现场总线设备的物理实体,再经过传输线构成通讯网络,按层次别离分为上述物理层等四层;如按功用别离可分为三大部分,即通讯实体,体系办理内核和功用块使用进程,如图3所示。各部分之间经过虚拟通讯联系(Virtual Communication Relationship,VCR)来交流讯息,即相当于逻辑的通讯信道,VCR表明了2个或多个使用进程之间的联系。

图3 FF通讯模型的三大组成部分

1)通讯实体(Entitg)。由各层协议和网络办理署理(Network Management Agent,NMA)一起组成。其使命是生成报文(Message)和供给报文传送服务,是现场总线设备通讯的中心部分。层协议的根本方针是构成VCR,网络办理署理,担任办理通讯栈,支撑组态、运转和过失办理,这些办理信息保存在网络办理信息库(Network Manage-ment Base,NMIB)中并由方针字典(Object Dictionary,OD)来描绘。OD中保存有数据类型、长度等描绘信息,为总线设备的网络可视方针供给界说和描绘。

2)体系办理内核。体系办理内核(System Management Kernel,SMK)在通讯模型中坐落使用层和用户层。SMK是总线设备的办理实体,担任与网络体系相关的使命办理,支撑节点地址分配,使用服务调度、使用时钟同步和使用进程剖析。SMK把操控体系办理操作的信息组成方针,存储在体系办理信息库(System Management Information Base,SMIB)中,并可以经过网络来拜访SMIB。SMK支撑网络设备办理,在设备运转之前将其根本的体系信息置入SMIB,并分配一个物理设备位号,然后使设备进入初始化状况;在不影响网络上其它设备运转的情况下,使该设备进入运转状况,并依据他的物理设备位号分配节点地址;当设备参加网络今后,可按需设置长途设备和功用块。SMK选用体系办理内核协议(SMK Protocol,SMKP)与长途SMK通讯,别的选用FMS拜访SMIB。SMK亦能为OD供给服务。首先在网络上对一切设备播送方针名,然后等候设备的呼应,然后取得网络上方针的信息。

3)功用块使用进程。功用块使用进程(Function Block Application Process,FBAP)坐落使用层和用户层。功用块(Function Block,FB)完成某种使用功用或算法如PID功用块完成PID(份额、积分、微分)操控功用,模仿输入(AI)和模仿输出(AO)功用块别离完成参数输入和输出功用,如将AI、PID、AO功用块的输出端和输入端相衔接就可以完成单回路操控战略。FF规则了10个根本功用块和19个附加功用块,散布在现场总线设备内,供用户组态完成所需操控战略,然后构满足散布式网络操控体系,也便是所谓现场总线操控体系(Fieldbus Control System,FCS),他与DCS的差异之一就在于DCS将一切的操控功用会集在DCS的主机中;而FCS则将60~80%的一般操控功用涣散到现场智能化外表中去了,这不只提高了体系的可靠性,并且还使操控愈加及时和准确。由功用块组合有关操控的典范如图4。

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