控制网络与通信大作业
题目： FF基金会现场总线
作者：陈荣
学号： ZB0213104
班级： ZB02131
指导老师：王小英
日期： 2014.6.10
目录
摘要 (3)
一、发展历史 (4)
二、工作原理 (7)
2.1 FF总线H1总线电路和信号形式 (7)
2.2 物理层 (7)
2.3 链路层 (8)
2.4 应用层 (8)
2.5 用户层 (9)
2.6 协议数据的构成与层次 (9)
三、FF现场总线的拓扑结构 (11)
3.1 点对点拓扑结构 (11)
3.2 树形拓扑结构 (11)
3.3 菊花链拓扑结构 (12)
3.4 带支线拓扑结构 (13)
3.5电缆及通信距离 (13)
四、主要产品 (15)
五、FF基金会现场总线的应用 (17)
5.1 FF总线在汽轮机轴封系统上的应用 (17)
5.2 FF总线在温度测点上的应用 (18)
六、个人思考 (19)
6.1基金会现场总线的十大技术特点 (19)
6.2基金会现场总线用户获益的十大源泉 (19)
6.3基金会现场总线的五大关键技术 (20)
6.4基金会现场总线的五大保障体系 (20)
参考文献 (21)
FF基金会现场总线
摘要
随着计算机硬件、软件技术及网络技术的迅速发展，自动化技术也迅猛发展起来，许多控制功能已经被下放到现场级设备中，这使得现场设备间的数据通讯量加大，这种趋势推动了现场总线技术的发展。现场总线是八十年代末在国际上发展起来的用于制造业自动化、过程自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通信网络。目前不同国家和厂家已纷纷组成集团发表了各自的现场总线协议标准，市场上出现的现场总线有：FF、Proflbus、LonWorks、CAN、HART、Interbus、ISPFIP、SDS、Devlcenet等等。
在众多的现场总线技术当中，由现场总线基金会组织(Fieldbus Foundation，FF)开发的基金会现场总线在过程自动化领域中得到了广泛的应用。以基金会现场总线FF为信息通道构成了一种全分布式的自动化系统，其主要功能是对工业生产过程进行测量、信号变送、控制等。FF于1996年颁布了低速总线Hl标准。随着以太网技术的成熟，FF又制定了FF HSE(High Speed Ethemet)规范，该规范定义了一种基于高速以太网的现场总线技术。为实现自动控制系统的控制功能，在H1和HSE应用层之上增加了用户层。用户层包括了FF所定义的标准化的功能块和功能块应用进程，构成了自动化控制系统中实现控制功能的主要部分。
FF基金会现场总线由于其优良的性能、较高的可靠性和控制功能、诊断功能、管理功能，特别适合于工业过程监控设备的互连，因而越来越受到工业界的重视，并已被公认为应用于过程自动化系统中最具有前途的现场总线之一。
关键字：基金会现场总线协议网络结构应用领域主要产品
FF基金会现场总线
一、发展历史
基金会总线（FF，Foundation Fieldbus）是在过程自动化领域得到广泛支持和具有专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World FIP协议。屈于用户的压力，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。由于这些公司是该领域现场自控设备发展方向的能力，因而由它们组成的基金会所颁布的现场总线规范具有一定的权威性。
FF（Fieldbus Foundation）现场总线简介
FF总线系统体系结构
FF现场总线基金会是由WORLDFIP NA（北美部分，不包括欧洲）和ISP Foundation于1994年6
月联合成立的，它是一个国际性的组织，其目标是建立单一的、开放的、可互操作的现场总线国际标准。这个组织给予了IEC现场总线标准起草工作组以强大的支持。这个组织目前有l00多成员单位，包括了全世界主要的过程控制产品及系统的生产公司。1997年4月这个组织在中国成立了中国仪协现场总线专业委员会（CFC）。致力于这项技术在中国的推广应用。FF成立的时间比较晚，在推出自己的产品和把这项技术完整地应用到工程上相对于Profibus和WORLDFIP要晚。但是正由于FF是1992年9月成立
的，是以Fisher Rosemount公司为核心的ISP（可互操作系统协议）与WORLDFIP NA两大组织合并而成的，因此这个组织具有相当实力：目前FF在IEC现场总线标准的制订过程中起着举足轻重的作用。
FF(HSE) 现场总线即为IEC定义的H2总线，它由Fieldbus Foundation(FF)组织负责开发，并于1 998年决定全面采用已广泛应用于IT产业的高速以太网（highspeed ethernet HSE）标准。该总线使用框架式以太网（Shelf Ethernet）技术，传输速率从100Mbps到1Gbps或更高。HSE完全支持IEC 6 1158现场总线的各项功能，诸如功能块和装置描述语言等，并允许基于以太网的装置通过一种连接装置与H1装置相连接。连接到一个连接装置上的H1装置无须主系统的干予就可以进行对等层通信。连接到一个连接装置上的H1装置同样无须主系统的干预也可以与另一个连接装置上的H1装置直接进行通信。
HSE总线成功地采用CSMA/CD链路控制协议和TCP/IP传输协议，并使用了高速以太网IEEE802.3μ标准的最新技术。
现场总线基金会自1984年成立以来，经过十年的发展，已经形成了一个开放的、全数字化的工业通信系统，并在上世纪末开始进入中国市场，推动了中国的工业自动化技术进步，并开始了大型全区域系统集成的应用。一个开放式的总线协议，很重要的一点就是有多少设备支持这个协议。否则，这个协议的开放性就没有意义了。从2001年起，支持FF总线的产品越来越多。据统计，2002年通过FF基金会认证注册的产品增长了24%，累计达到137种。其中，压力仪表32种，温度仪表12种，流量仪表1 9种，物位仪表12种，分析仪表16种，阀门类仪表30种，高速以太网联接设备5种，调节仪表1中，其他仪表10种。有10个公司的控制系统能够联接FF总线的H1网段。它们是ABB，Emerson（Delta-V）；Honeywell（Plantscape，Experion PKS）；Invensys，Smar（System302）；Yamatake（Industrial DEO），Yokogawa（Centum，Stardom）。
在具体工程方面，截至2002年6月，全球已经安装的FF总线仪表达到205，000台，已经安装的系统达到4000个。石油、天然气、石油化工、化工领域的项目数占FF总线全部项目数的44.9%，说明石化领域目前是FF总线最主要的应用领域。
但实际上，现场总线系统已经逐步在大型和超大型规模系统中得到采用。据报道，目前已经在使用的FF总线系统的最大规模已经达到12000台仪表。我国广西惠州新建的大型石化装置约采用数千台FF 总线仪表，自动化的总投资达到5000万美元。上海SECCO新建的石化装置也全部采用FF总线技术和仪表，合同金额达到3000万美元。
现在在我国已经安装的FF总线系统已经超过100个，当然大部分是中小系统。最近报道厦门湘鲁石化有限公司，一期投资为6亿美元。生产纯净对苯二酸，是世界上第一个在本安区域使用FF总线的PTA工厂。该系统在本安区域，有161个网段，挂接742台FF总线设备。另外自备锅炉还有38个网段，挂接173台FF总线设备。平均一个网段挂接4台设备。采用的系统是Emerson公司的产品随着现场总线技术的发展，制造商和用户将越来越加深对它的理解。据预测，到2005年，我国的几个采用FF总线系统的大型石化工程都将投产。届时，我国安装的FF仪表将达到数万台。人们对如何
进行FF总线系统的设计、调试、组态、维护以及现场总线为用户带来的实际利益都会更加明朗。因此，随时掌握各种总线的发展状况是十分重要的。
现场总线的发展与计算机通信技术的关系。随着商用计算机领域的局域通信逐步被以太网(ethernet)垄断，过程控制领域中上层的通信也逐步统一到以太网和快速以太网。由于因特网的快速发展，人们通过因特网访问控制系统。进行远程诊断、维护和服务的愿望越来越强烈，因此TCP／IP协议也进入过程控制领域。实际上我们现在就可以看到通过因特网访问现场仪表的事例。例如日本MAZRK 公司的数控机床的售后维护已有30％可以通过因特网实施。但所有这些仅限于故障诊断，维护等实时性要求很低的工作。工业过程的现场总线控制不会被计算机通信技术取代，因为现场总线与一般计算机通信在功能、要求和结构上有所不同．从功能上讲，计算机通信的基本功能是可靠地传递信息；现场总线的功能有：一是经济、安全、可靠地传递信息；二是正确使用所传信息；三是及时处理所传信息。从要求上讲，对计算机通信的主要要求是快；对现场总线不仅要求传输速度快，在过程控制领域还要求响应时间短，即实时性要求高，以及巡回时间短，过程控制系统希望最长巡回时间是预先可知的，并小于一定值。从结构上讲，计算机通信系统的结构是网络状的，从一点到另外一点的通信路径可以是不固定的；而大部分现场总线的结构是线状的，虽然现场总线的拓扑结构可以是总线型、星型、环行、回路型等；但在大多数现场总线中，从一点到另外一点的通信路径是比较固定的。然而在实时性要求低、被控信息简单的现场环境，例如建筑物自动化等方面，新动向的发展确实值得关注，计算机通信技术正逐步深入到现场控制。
所谓现场总线，按照国际电工委员会IEC61158的定义，是指安装在翩造或过程区域的现场装置之间、以及现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行和多点通信的数据总线。以现场总线为基础而发展起来的全数字控制系统称作现场控制系统(FCS)．现场总线与传统的控制方式的显著区别在于其通讯方式的不同。现场总线是用于智能化现场设备和基于微处理器的控制室自动化系统间的全数字化、多站总线式的双向多信息数字通讯的通讯规程。是互相操作以及数据共享的公共协议。可以认为，现场总线是通信总线在现场设备中的延伸。允许将各种现场设备，如变送器、调节阀、基地式控制器、记录仪、显示器、PLC及手持终端和控制系统之间，通过同一总线进行双向多变量数字通讯。
基金会现场总线FF包括低速总线（H1总线）和高速总线（H2总线）两种。目前H1总线已逐渐成熟，并且已经步入实用阶段，H2总线的应用还有待时日。本文主要讲的是H1现场总线。
二、工作原理
2.1 FF总线H1总线电路和信号形式
H1网段下，总线电路如图2所示。
现场设备静态供电电流10~15mA，信号恒流方式l5~20mAp—p，多个设备可以并联，接收信号在0.75~1Vp—p电压范围，最小不低于150mVp—p，信号负载的作用是将15~20mAp—p电流方波信号转化为0.75~1Vp—p的电压信号。所以，匹配阻抗器既不能多，也不能少，否则信号电压将不正常，特别是长线传输的时候，如果终端阻抗不匹配，经常会产生反射而使波形失真。电缆的特征阻抗是100欧姆，长线要安装在两端。
2.2 物理层
FF—H1、HSE是高可靠性要求的热工过程控制的首选，在当前工业现场应用极其广泛，它们的传输距离可根据实际情况而定，不同的传输介质和传输介质质量的好坏对信号的传输距离有很大的影响，就拿FF—H1低速总线来说，如果采用#18AWG屏蔽双绞线的传输介质，传输距离可达1900米，但若采用#22AWG 屏蔽双绞线，传输距离则只有1200米，且此传输距离包含主干与分支的和，分支最长不能超过120米。另外，传输介质的质量对传输距离也有影响，但据有关部门考证，目前，国内很多厂家生产的电缆在要求不是很严格的情况下是能够满足FF总线的现场需要的。所以，在我们设计FF总线网络时，要根据FF 总线特性、技术参数来选择适当的传输介质，这样就能起到事半功倍的效果。FF总线技术参数表如表1所示。
表1：FF现场总线基本技术参数表
2.3 链路层
FF总线的链路层是总线上信息正确传递的重要保障，每条总线上有且只有一台现行链路活动调度器（LAS），在FF总线网络上任何一个智能总线仪表都可以作为该条线路的LAS，LAS中有总线上所有的设备清单，它负责管理总线，管理其它设备是否占用总线。LAS将“时间重要”的实时过程数据与后台MM1及组态下装数据分别处理即周期受调度和非周期不受调度通信。
2.4 应用层
FF现场总线应用层遵循开放式系统互联模式OSI的基本架构，FF现场总线的应用层服务由FMS （Fieldbus Message Specification）来定义．该层定义了用户进行通信所需要的通信服务、信息格式、行为状态等。在应用层中定义了网络可视对象（Network Visible Objects)、虚拟现场设备（Virtual Field Device，简称VFD）、虚拟通信关系（Virtual Communication Relationship，简称VCR）几个概
念。
在FF现场总线规范中．现场设备之间进行信息传输所使用的预组态的信道称为虚拟通信关系．相当于计算机网络中的虚电路。在现场总线网络系统中，设备中的不同的应用进程进行通信时通过使用不同的VCR可以进行互不干扰的通信。
FMS在VCR的端点向应用进程提供服务，FMS提供的服务分为有确认的服务和无确认服务，其中有确认的服务用于操作和控制应用对象，如读，写变量的值、访问对象字典OD等。使用Client/Server VCR；无确认的服务用于发布数据或通报事件，发布数据使用Publisher/Subscriber VCR；通报事件使用Report Distributton VCR。
2.5 用户层
基金会现场总线以ISO/OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层，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，FF总线利用这些嵌入到系统内部的功能块实现工业控制上的各种控制功能。
FF公布十个基本功能块：摸拟输入AI；摸拟输出AO；控制选择CS；P，PD控制PD；手动ML；开关输入DI；开关输出DO；偏置增益BG；PID，PI，I控制PID；比率RA。FF公布十九个先进功能块：复杂摸出；复杂开出；脉冲输入；输入选择；运算；积算；分离器；算术运算；信号特征；装置控制；摸拟报警；死区；定时；超前滞后补偿；摸拟接口；步进PID；SP发生器；开关报警；开关接口。用以上功能块可以构筑几乎所有基本的控制策略，功能相强大。
2.6 协议数据的构成与层次
图1表明了现场总线协议数据的内容和模型中每层应该附加的信息。他也从一个角度反映了现场总线保温信息的形成过程如某个用户要将数据通过现场总线发往其他设备，首先在用户层形成用户数据，并把它们送往总线报文规范层处理，每帧最多可发送251个8位字节的用户数据信息；用户数据信息在FAS，FMS，DLL各层分别加上各层的协议控制信息，在数据链路层还加上帧校验信息后，送往物理层将数据打包，即加上帧前、帧后定界码，也就是开头码、帧结束码，并在开头码之前再加上用于时钟同步的前导码（或称之为同步码）。该图还表明了各层所附的协议信息的字节数。信息帧形成之后，还要通过物理层转换为符合规范的物理信号，在网络系统的管理控制下，发送到现场总线网段上。
图1 现场总线协议数据的生成
三、FF现场总线的拓扑结构
基金会现场总线一般会采用以下几种网络拓扑结构，为清楚并简单起见，图中省略了电源和终端器。在实际应用往往会是几种方式的组合，下面详细论述每种拓扑结构的特性。
3.1 点对点拓扑结构
这类拓扑结构是只有由两台设备的段组成，段可以完全在现场（一台从设备和一台主设备独立运行，如变送器和阀此外不再带其它设备），或者也可以由一台现场设备（变送器）连接到一个主系统（作为控制或监视），如图1所示点对点总线联接。
终端端子
图1 简单点到点拓扑结构
简单的点对点（主机和每个总线的一个设备）不会常用，因为它每段只有一个测量或者控制设备，如同在传统控制4~20mA时那样，同每个具有多个设备的总线段相比没有优点。
3.2 树形拓扑结构
树形拓扑结构就是在一台现场总线段上的设备都是以独立的双绞线联接到公共的端子盒、端子、仪表板或I/O卡。这种布局可以用于通向主机电缆的一个端上，实际上同一段上的设备是相互分开的，但是一般是在同一个接线盒的区域内。如图2所示，树形联接。使用这种布局方式，必须考虑到支线电缆的最大长度。
终端端子
图2 树形总线拓扑结构
3.3 菊花链拓扑结构
这种联接方式，在一个段中现场总线电缆从一台设备走到另一台设备，在每个现场设备的端子上互连。使用这种拓扑安装应该使用联接器或一种接线方式，使得一台设备的接线断了不会影响整个段的工作，如图3所示菊花链联接。
终端端子
T
基金会现
场总线接
口（FFI）
T
FD FD FD
图3 菊花链拓扑结构
3.4 带支线拓扑结构
这类拓扑结构方式，现场总线设备通过一段支线的电缆联接到总线段上。支线的长度可以从lm到l20m，长度小于1m的支线看作是一个接头，如图4所示，带支线总线联接。
终端端子
图4 支线拓扑结构
3.5电缆及通信距离
可以使用多种电缆作为总线电缆，IEC/ISA物理层标准中规定的几种型号的电缆及相应的通信距离表。
表：电缆类型及最大通信距离
可以在同一网络中使用多种导线，但有一定的约束条件。以使用两种导线为例，应符合以下公式：
1//max ,max ,<+Y Y X X L L L L
其中：Lx 为X 导线的长度；Lx ，max 为单独用X 导线时的最大长度；Ly 为Y 导线的长度；Ly ，max 为单独用Y 导线的最大长度。
如果使用四种导线，则应遵守以下公式：
1////max ,max ,max ,max ,<+++y y x x w w v v L L L L L L L L
由于FF 现场总线供电型设备的供电电压范围为直流0~32V ，故在现场应用时应根据总线里的电流和导
线电阻按照欧姆定律计算总线上的压降，以确认是否所以设备的供电电源都不低于直流9V ，如果不能保证，则可以使用输出电压更高的电源，或者使用中继器。每个网段最多可接32台设备；如果有本安要求，一条网段上总线供电型本安设备最多只能接6台。网络中各支线的长度越短越好，支线的最大允许长度与网络中的设备总数及支线中的设备数量有关，具体额情况如下表。
表：支线最大长度（m）与设备数量对应表
四、主要产品
现场总线不仅仅是一个总线，而是一个系统。要构成这样一个新型系统需要开发出一系列符合标准规范、具有通信能力的开放式产品。目前国际上流行采用OEM产品集成开发方式。FF现场总线设备不同于传统自动化仪表的最大特色是通信，因而围绕FF协议的通信栈软件、通信控制芯片等将形成一系列的OME产品、最终用户产品以及相应的配件、附件，以
便构成完整的自动化系统。从产品集成与系统集成应用的角度，大致由以下种类的软、硬件可形成产品系列的组成部分：
1）通用控制器IC芯片；
2）符合FF协议的通信栈软件；
3）构成智能仪表、符合FF协议的通信圆卡；
4）符合FF协议的智能仪表类；
5）总线与计算机的接口；
6）网络设备；
7）主机运行管理软件、组态软件、人机接口软件；
8）现场总线供电电源；
9）本安防爆栅；
10）附件类；
11）工具类。
但每个开发商不必要形成全系列的产品，关键是产品要有自己的特色，有了特色，就可在竞争中找到自己的一席之地。现场总线控制系统FCS从大的方面来讲可包括现场仪表（L0级）和控制系统（L1级），根据我国国情，目前我们一开始要在L1级上搞出象Delta V那样的控制系统是不现实的，但在L0级上却大有文章可做。现场总线仪表使用量大，所以极具意义。根据我国的国情，我们首先应集中财力物力开发以下两类FF产品：
1）开发构成智能仪表、符合FF协议的通信圆卡通过这种智能I/O，可将我们目前生产的数字智能变送器、执行器连入现场总线。使我们自己生产的现场仪表不再被排除于现场总线系统之外。国外的现场智能化变送器是非常贵的，如FF的变送器要1.8万元，有的要1.9万美元。而智能通信圆卡几百元，加上国产的变送器4000~5000元，从价格上很有优势，而且在大部分的场合能满足要求，增强了同国外产品的竞争能力。
2）开发符合FF协议的智能仪表类
具备通信功能的、传输信号全数字化的现场智能仪表，是现场总线的基础。国外的公司亦非常重视与自己现场总线控制系统配套的现场总线仪表。如Fisher-Rosemount公司推出的FF总线标准的3051C差压变送器、3051T压力变送器、3051L液位变送器、3244MV温度变送器等。我国经过多年的引进、消化、吸收，现场仪表的生产已有良好的基础，智能化的工作也进行得比较充分，有势力冲刺这一领域，而且现场总线仪表搞好了，将为我国现场总线技术的发展打下良好的基础。3.3FF产品开发的步骤为了这是保证系统开放性，对现场总线产品开发必须遵循的一些约束。一个符合基金会现场总线协
议的设备开发，大致经过以下步骤：
1）软件开发者开发符合FF协议的通信栈软件；
2）将通信栈软件提交授权测试代理（如德国的Fraunhofer）作以一致性测试；
3）将测试报告送交基金会注册登记，取得FF Stack认证标志；
4）设备开发制造商购买已取得认证的通信栈软件、通信控制芯片，开发相应的软、硬件，形成OME产品或最终产品，包括智能现场设备与网络产品；
5）在形成产品的过程中，要为开发的现场设备创建设备描述（DD），将DD送交基金会注册登记，并由基金会颁发DD光盘，发行已注册的产品目录；
6）将设备提交FF或其他测试代理作可互操作性测试，取得可互操作性合格证书。
五、FF基金会现场总线的应用
5.1 FF总线在汽轮机轴封系统上的应用
由于FF现场总线控制技术在高参数、大容量机组上还没有应用先例，为保证机组投产后的安全稳定运行，在汽轮机轴封系统上设计了2套控制方案：一套为FF总线控制方案，另一套为常规硬接线控制方案。在机组调试运行阶段，采用了FF总线控制方案，常规硬接线控制方案为后备方案，如果FF总线方案运行不正常，只需把阀门定位器和压力变送器更换为常规设备即可，常规控制电缆已敷设到就地设备。为使用FF总线控制技术，在轴封系统上，轴封系统气动调门定位器，轴封母管压力变送器采用了FF总线接口设备，带有FF总线接口的气动调门定位器分别为辅汽至轴封母管压力调节阀定位器，主蒸汽至轴封母管压力调节阀定位器，轴封溢流调节阀定位器，轴封用汽温度调节阀定位器，气动调节阀定位器选用了西门子产品，型号为SIPARTPS2 FF POSITIONER，轴封母管上安装了3台带有FF总线的ROSEMOUNT3051变送器。
为实现FF总线控制，在设备现场安装现场仪表配线盒，气动调门定位器及母管压力变送器通过现场仪表配线盒与DCS控制柜内的POWER3模块端子相连，实现就地设备与DCS控制器的通讯。DCS控制器根据轴封母管压力变送器传输过来的母管压力数据，对轴封系统调门进行调节，PID调节回路在DCS控制器中实现，从而实现DCS控制系统对现场设备的控制，控制原理如图8所示。
从
5.2 FF总线在温度测点上的应用
邹县电厂在锅炉水冷壁、包墙、过热器、再热器壁温测点及发电机定子线圈、定子铁心、定子线圈出水温度测点采用了FF总线技术。温度测点选用常规的T，K分度热电偶和Ptl00热电阻，在设备现场安装848T温度变送器，就地温度测点信号与848T相连接，温度测点信号通过848T转换为FF总线信号，传输至DCS控制柜，进而在DCS操作员站上显示温度数值。848T温度变送器为ROSEMOUNT公司产品，每个848T 有8个独立的输入通道，它能接收RTD、热电偶、毫伏等信号，848T的最大特点支持FF总线协议。DCS控制柜内的每个H1可带16个848T设备，其控制原理示意图如图9所示，邹县电厂在设备现场安装了848T控制柜，1个848T控制柜最多安装16块848T设备。
图9 DCS控制柜原理图
六、个人思考
个人认为现场总线是过程自动化的发展趋势，而基金会总线在其中将扮演重要的角色。因此，开发基金会总线产品将具有广阔的技术和市场前景。开发商可依据自身的实力和专长，进行准确的市场定位，选择合适的开发方式和开发工具，开发出符合FF规范要求，并能通过FF认证的总线产品。这对于缩短我国自动化仪表与国际的差距，提高我国的自动化水平和地位。振兴仪表工业也将具有重要意义自基金会现场总线面世以来，以他特有的技术优势斐声海内外，成为过程控制无可争议的主打系统，受到了用户的好评，纵观其特点，可归结于以下几方面.
6.1基金会现场总线的十大技术特点
1）有底层的H1现场总线，通信速率为31.25kbps, 适用于连续过程自动化的控制。也有高层的数据通信以太网络HSE，满足断续控制、批量控制和信息集成。系统采用总线供电模式,并具有本质安和非本质安全型，适于不同安全等级选用。
2）信息传输的物理层要求参数可变，适于老系统旧设备的改造。
3）系统规模可变，从一个回路的三台设备到上万个回路数十万台现场设备皆可组成现场总线系统。4）控制功能的彻底分散，减少系统相互之间影响以及增强了防御系统崩溃的危险性。
5）设备管理有序，设备有设备制造商提供的序列号（位号）、用户设置的操作代号和网段地址代码，为设备管理和组态提供了方面。
6）有高速HSE可形成若干个H1的子系统集成，并提供网络介质网段和设备冗余。
7）具有完善的基本功能块、先进功能模块和柔性功能模块，满足各种控制算法要求，以及不同控制模式对不同宏周期的时间要求。
8）具有先进的设备描述语言EDDL，用户可根据需要编制用户应用程序。
9）H1设备和HSE系统的具有相互兼容的可互操作性。
10）系统可实现虚拟设备设置和模拟状态开车。
6.2基金会现场总线用户获益的十大源泉
1）系统总体维护时间减少20～78%，生产成本大幅度降低。
2）现场设备事故前期信号自动显示，出现在操作平台上，设备故障寻查时间减少90%
3）系统开车前，组态工作用EDDL语言和图示化编程完成，组态时间减少66%以上。
4）设备的调试时间比模拟仪表减少50%以上。
5）系统正常运行时的无效和重复工作量减少60%以上，维护工作量少而有效。
6）节约工程费用，工程硬件设备的电缆、接线端子、控制柜、控制间面积等大量减少。
7）设备运行平稳，事故停车和非事故停车大大减少，生产效率提高。
8）采用先进控制使受控系统耗能减少，次品率减低。
9）可以配置更先进的工业在线分析仪器、实时监测系统，减少废物排放量，乃至提高可回收物资数量。10）工厂或车间安装系统资源管理，提高底层信息使用量，快速形成高层网络管理决策。
6.3基金会现场总线的五大关键技术
1）先进的数字曼彻斯特编码技术，可与地球时钟同步，完美的系统实时性。
2）网络传输信号保真技术，提供完善的网络连接方式。
3）功能块功能调度网络组态技术，确保系统的安全运行，不停车、控制不间断。
4）设备信息上传，提供设备自诊断功能和前置故障处理等技术。
5）高速总线HSE网络跨接技术，受控对象可扩展到非连续控制领域。
6.4基金会现场总线的五大保障体系
1）采用统一标准的芯片内核，软件一致性经过严格的测试。
2）现场设备和控制系统经过严格的可互操作性测试，确保不同公司的产品具有互换性和可互操作性。3）资源互享，全世界80%以上的设备制造商，以及多达350个重要成员参加到现场总线基金会。
4）服务体系遍布主要发达国家和地区，完善的培训系统和演示系统便于用户尽快进入角色。
5）基金会总线与全世界自动化标准组织的协调一致动作，保证后续开发的技术延续性和可借用性。
基金会现场总线（Foundation Fieldbus）的发展动态 现场总线基金会自1984 年成立以来，经过十年的发展，已经形成了一个 开放的、全数字化的工业通信系统，并在上世纪末开始进入中国市场，推动了 中国的工业自动化技术进步，并开始了大型全区域系统集成的应用，本文就其 发展过程和特点概括地介绍一下。一. 应用情况一个开放式的总线协议，很 重要的一点就是有多少设备支持这个协议。否则，这个协议的开放性就没有意 义了。从2001 年起，支持FF 总线的产品越来越多。据统计，2002 年通过FF 基金会认证注册的产品增长了24%，累计达到137 种。其中，压力仪表32 种， 温度仪表12 种，流量仪表19 种，物位仪表12 种，分析仪表16 种，阀门类仪 表30 种，高速以太网联接设备5 种，调节仪表1 中，其他仪表10 种。有10 个公司的控制系统能够联接FF 总线的H1 网段。它们是 ABB，Emerson（Delta-V）Honeywell（Plantscape，Experion PKS）Invensys，Smar（System302）Yamatake（Industrial DEO），Yokogawa（Centum，Stardom）。在具体工程方面，截至2002 年6 月，全球已经安装的FF 总线仪表达到205，000 台，已经安装的系统达到4000 个。其应 用领域如表一所示。表一(附件3)另外，日本横河株式会社也有一组FF 总线 系统应用领域的统计数字。其中，化工31%，石化21% 炼油12%，石油天然 气8% 食品制药3%，电力3% 水处理3%，钢铁矿山3% 造纸2%，水泥1% 其他13%。从以上的数据不难看出，石油、天然气、石油化工、化工领域的 项目数占FF 总线全部项目数的44.9%，说明石化领域目前是FF 总线最主要的 应用领域。tips:感谢大家的阅读，本文由我司收集整编。仅供参阅！
工业以太网与现场总线的优缺点 1 引言 用于办公室和商业的以太网伴随着现场总线大战硝烟已悄悄地进入了控制领域，近年来以太网更是走向前台，发展迅速，颇引人注目。究其原因，主要由于工业自动化系统正向分布化、智能化的实时控制方面发展，其中通信已成为关键，用户对统一的通信协议和网络的要求日益迫切。另一方面，Intranet/Internet等信息技术的飞速发展，要求企业从现场控制层到管理层能实现全面的无缝信息集成，并提供一个开放的基础构架，而目前的现场总线尚不能满足这些要求。 现场总线的出现确实给工业自动化带来一场深层次的革命，但多种现场总线互不兼容，不同公司的控制器之间不能实现高速的实时数据传输，信息网络存在协议上的鸿沟,导致“自动化孤岛”现象的出现，促使人们开始寻求新的出路并关注到以太网。同时现场总线的传输速率也远远不如工业以太网传输速率快。 2 以太网与工业以太网 2.1 什么是以太网与工业以太网 以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10～100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆型号为10 Base T。以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。直扩的无线以太网可达11Mbps，许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性好。 普通以太网应用到工业控制系统，这种网络叫工业以太网。 2.2 以太网具有的优点 （1）具有相当高的数据传输速率（目前已达到100Mbps），能提供足够的带宽； （2）由于具有相同的通信协议，Ethernet和TCP/IP很容易集成到IT（信息技术）世界； （3）能在同一总线上运行不同的传输协议，从而能建立企业的公共网络平台或基础构架；
基金会现场总线（FF）常用术语英中文对照表 Abort 终止通讯 Abort Service 终止通讯服务 Abstract Syntax Notatio n 1 抽象语法表示1 Actuator 执行机构 Acyclic Communication 非周期性通讯 Agent 代理 Alarm 报警 Alarm Output 报警输出 Alert Object 警示对象 Algorithm 算法 Analog Input 模拟输入 Analog Input Block 模拟输入块 Analog Output 模拟输出 Analog Output Block 模拟输出块 AP Directory AP目录 AP Directory Header AP目录报头AP Object AP对象 Application 应用 Application Clock Time 应用时钟时间 Application Layer 应用层 Application Process 应用过程 Application Time 应用时间 Associate 联系 Associate Service 联系服务 Barrier 安全栅 Basic Device 基本设备 Bi-directional 双向 Bit Per Second 位/秒 Bridge 网桥 Bridge Device 网桥设备 Broadcast 广播 Buffered 缓冲的 Buffered Network-Schedu led Unidirectional 缓冲的网络调度的单向的 Bus 总线 Bus Powered Device 总线供电设备 Calibration 校准 Capability File 能力文件 Cascade 串级 Client 客户 Client/Server Communica tion 客户/服务器通讯 Client/Server VCR 客户/服务器VCR Clock 时钟 Clock Message 时钟报文 Clock Time 时钟时间 Common File Format 通用文件格式 Communication 通讯 Communication Entity 通讯实体
1数据编码 2 数据传输方式 : 串行传输与并行传输 2.1数据传输方式(信息传输方向): 单工、半双工和全双工通信 2.2数据传输方式(数据的传输分): 串行传输与并行传输 2.3数据传输方式(收发双方的同步):同步传输与异步传输 2.4数据传输方式: 基带、频带和宽带传输 3多路复用技术: 时分多路复用TDM、频分多路复用FDM、码分多址和波分多路复用WDM 4数据交换技术(中转节点的性质): 线路交换和存储转发交换 ;存储转发交换方式又分为两种: 报文交换, 报文分组交换 5网络互连设备及作用: 中继器: 负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度 网桥: 数据链路层上对帧进行存储转发 路由器: 网络层上实现多个网络互连的设备，它对分组信息进行存储转发 网关: 传输层以上实现网络互连。网关具有从物理层直到应用层各层的协议转换能力 集线器: 随机选出某一端口的设备，并让它独占全部带宽，与集线器的上连设备（如交换机、路由器或服务器）进行通信 6 ISO/OSI参考模型: 物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层 7数据链路层的作用是要在不太可靠的物理链路上，通过数据链路层协议实现可靠的数据传输 , 为网络层提供如下三种服务: 无确认的无连接服务有确认的无连接服务有确认的面向连接的服务 8现场总线: 现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间数字式、串行、多点通信的数据总线。基于现场总线的控制系统被称为现场总线控制系统 现场总线特点:（1）总线式结构（2）开放性、互操作性与互换性（3）彻底的分散控制（4）信息综合、组态灵活（5）多种传输介质和拓扑结构 9现场总线是一种数字通信协议 10CAN特性2 支持报文优先权3保证报文延迟时间4设置灵活5时间同步的多点接收6系统内数据的一致性(System Wide Data Consistency)7多主机网络（对等网）8错误监测和错误标定9只要总线空闲，就自动将被破坏的报文重新传输10将节点的暂时性错误和永久性错误区分开，自动关闭CAN的错误节点 11CAN结构: 物理层数据链路层 12发送器:产生报文的单元称为发送器总线空闲或该单元失去仲裁时，这个单元不叫“发送器” 13接收器:如果一个单元不叫发送器同时总线也不在空闲期间，这个单元叫“接收器” –报文(Message总线上的信息以几个不同类型的固定格式的报文发送，但是长度受限 –当总线空闲时，任何连接在网络上的单元都可以开始发送新的报文) 报文路由 –报文的寻址内容由标识符指定 –标识符不指出报文的目的地，但是这个数据的特定含义使得网络上所有节点通 过报文滤波来判断该数据是否应该由它(们)接收 14多点传送(Multicast) –由于报文的滤波作用，任何数目的节点对同一条报文都可以接收并同时对此报 文作出反应 15多主机(Multimaster) –总线空闲时，任何节点都可以开始传送报文 –具有较高优先权报文的节点可以获得总线访问权 16仲裁(Arbitration)
南京理工大学紫金学院工业自动化网络技术及应用课程论文 课题名称：现场总线技术之基金会现场总线 班级：11自动化 姓名：曹峰 学号：110603123 指导教师：李艳 实验学期：大四上
现场总线技术之基金会现场总线 1 现场总线技术 现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。他的出现，标志着工业控制技术领域又一个新时代的开始，并将对该领域的发展产生重要的影响 。 1.1 现场总线概述 现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。其中，"生产过程"包括断续生产过程和连续生产过程两类。或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。 现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。 现场总线控制系统（FCS）是顺应智能现场仪表而发展起来的。它的初衷是用数字通讯代替4－20mA模拟传输技术，但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化（仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录）的发展，在控制领域内引起了一场前所未有的革命。控制专家们纷纷预言：FCS将成为21世纪控制系统的主流。 1.2 现场总线分类 自80年代末以来，有几种现场总线技术已逐渐形成其影响并在一些特定的领域显示了自己的优势。他们具有各自的优点，显示了较强的生命力。对现场总线技术的发展已经发挥并将会继续发挥较大的作用。目前已开发出有40多种现
https://www.doczj.com/doc/879971987.html, 利用基金会TM 现场总线的罗斯蒙特 3144P 温度变送器 第一步： 固定变送器第二步： 接线与通电第三步： 检验标牌第四步： 检验变送器组态第五步： 设置开关产品认证 开始 结束
? 2006 罗斯蒙特股份有限公司版权所有。保留所有权利。 商标所有人享有商标的一切财产权利。 重要事项 该安装指南为罗斯蒙特 3144P 提供基本指导原则。 但并不提供详细的组态、诊断、维护、维修、故障检修、隔爆、防燃或本质安全(IS)安装指南。 欲了解更多指南，请参阅 3144P 参考手册（文件编号 00809-0106-4021）。 欲浏览电子版参考手册和快速安装指南(QIG)，请访问网站：https://www.doczj.com/doc/879971987.html, 。 警告 爆炸可导致死亡或重伤： 在易爆环境中安装本变送器必须符合当地、国内和国际适用的标准、规范与规程。 与安全安装相关的限制条件，请参阅该手册的认证章节。 在隔爆/防燃环境安装时，在装置通电情况下，严禁拆除变送器的封盖。 过程泄漏可引起受伤甚至导致死亡 ?在施加压力前安装并拧紧热电偶套管或传感器。?在运行过程中严禁拆除热电偶套管。 电击可导致死亡或重伤 ?应尽量避免与引线和端子接触。 引线上可能存在的高压可导致电击事故。 Emerson Process Management Rosemount Division 8200 Market Boulevard Chanhassen, MN USA 55317 T (US) (800) 999-9307T (Intnl) (952) 906-8888Fax (952) 949-7001 Emerson Process Management Temperature GmbH Frankenstrasse 2163791 Karlstein Germany T 49 (6188) 992 0F 49 (6188) 992 112 Emerson Process Management Asia Pacific Private Limited 1 Pandan Crescent Singapore 128461T (65) 6777 8211F (65) 6777 0947
现场总线基础知识 现场总线技术综述 现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。国际上许多实力、有影响的公司都先后在不同程度上进行了现场总线技术与产品的开发。现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，作为工厂设备级基础通讯网络，要求具有协议简单、容错能力强、安全性好、成本低的特点。 具有一定的时间确定性和较高的实时性要求,还具有网络负载稳定，多数为短帧传送、信息交换频繁等特点。由于上述特点，现场总线系统从网络结构到通讯技术，都具有不同上层高速数据通信网的特色。 一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS——现场总线控制系统。人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统，一方面，突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。 现场总线技术在历经了群雄并起，分散割据的初始阶段后，尽管已有一定范围的磋商合并，但至今尚未形成完整统一的国际标准。其中有较强实力和影响的有:FoudationFieldbus （FF）、LonWorks、Profibus、HART、CAN、Dupline等。它们具有各自的特色，在不同应用领域形成了自己的优势。本文将在简要描述现场总线技术特点的基础，紧扣系统的可靠性、实用性等，介绍现场总线网络结构、体系结构等关键技术及目前较为流行的几种有实力的现场总线技术的现状，最后阐述现场总线的发展趋势与技术展望。 一、现场总线的技术特点 1、系统的开放性。开放系统是指通信协议公开，各不同厂家的设备之间可进行互连并实现信息交换，现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。这里的开放是指对相关标准的一致、公开性，强调对标准的共识与遵从。一个开放系统，它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。一个具有总线功能的现场总线网络系统必须是开放的，开放系统把系统集成的权利交给了用户。用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。 2、互可操作性与互用性，这里的互可操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。而互用性则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。 3、现场设备的智能化与功能自治性。它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等
电气091 鲍岩030914101 第五章基金会现场总线FF FF现场总线基金会是由WORLDFIP NA（北美部分，不包括欧洲）和ISP Foundation 于1994年6月联合成立的，它是一个国际性的组织，其目标是建立单一的、开放的、可互操作的现场总线国际标准。这个组织给予了IEC现场总线标准起草工作组以强大的支持。这个组织目前有l00多成员单位，包括了全世界主要的过程控制产品及系统的生产公司。1997年4月这个组织在中国成立了中国仪协现场总线专业委员会（CFC）。致力于这项技术在中国的推广应用。FF成立的时间比较晚，在推出自己的产品和把这项技术完整地应用到工程上相对于Profibus和WORLDFIP要晚。但是正由于FF是1992年9月成立的，是以Fisher Rosemount公司为核心的ISP（可互操作系统协议）与WORLDFIP NA两大组织合并而成的，因此这个组织具有相当实力：目前FF在IEC现场总线标准的制订过程中起着举足轻重的作用。 FF(HSE) 现场总线即为IEC定义的H2总线，它由Fieldbus Foundation(FF)组织负责开发，并于1998年决定全面采用已广泛应用于IT产业的高速以太网（highspeed ethernet HSE）标准。该总线使用框架式以太网（Shelf Ethernet）技术，传输速率从100Mbps到1Gbps或更高。HSE完全支持IEC 61158现场总线的各项功能，诸如功能块和装置描述语言等，并允许基于以太网的装置通过一种连接装置与H1装置相连接。连接到一个连接装置上的H1装置无须主系统的干予就可以进行对等层通信。连接到一个连接装置上的H1装置同样无须主系统的干预也可以与另一个连接装置上的H1装置直接进行通信。 1．FF的一般特点 具有适合工业现场应用的通信规范和网络操作系统。采用单一串行线上连接多个设备的网络连接方法，1条总线最多可连接32台设备。通信介质可以是金属双绞线、同轴电缆、动力线或光纤。通信信号可以采用10mA电流方式，也可以采用电压方式。通信线路可用设备的供电线路。具有比较完备的工业设备描述语言。采用虚拟设备的概念实现设备的模块化处理。实现了开放式系统，在FF系统内，不同厂家的产品具有互操作性。提供了比较完善的系统测试手段和方法。可以说，FF是个生命力强大的现场总线。 2. FF 现场总线技术 基金会现场总线是一个充当工厂/车间测试和控制设备局域网的全数字.串行双工的通讯系统.在车间网络的等级系列中.现场总线环 境为数字网络的低层"FF的协议规范建立在ISO/OSI 层间通讯 模型之上.它由3个主要功能部分组成.物理层.通讯栈和用户层" (1)物理层 物理层对应于OSI第1层.从上层接收编码信息并在现场总线传输媒体上将其转换成物理信号.也可以进行相反的过程" (2) 通讯栈 通讯栈对应于OSI模型的第2层和第7层.第2 层即数据链路层(DLL),它控制信息通过第1层传输到现场总线.DLL同时通过LAS(链接活动调度器)连接到现场总线.LAS 用来规定确定信息的传输和批准设备间数据的交换.第7层即应用层(AL),对用户层命令进行编码和解码. (3) 用户层 用户层是一个基于模块和设备描述技术的详细说明的!标准的用户层.定义了一个利用资
现场总线种类及标准介绍 现场总线是用于过程控制现场仪表与控制室之间的一个标准的、开放的、双向的多站数字通信系统。随着计算机技术、通讯技术、集成电路技术的发展，以全数字式现场总线（FIELDBUS）为代表的互联规范，正在迅猛发展和扩大。由于采用现场总线将使控制系统结构简单，系统安装费用减少并且易于维护；用户可以自由选择不同厂商、不同品牌的现场设备达到最佳的系统集成等一系列的优点，现场总线技术正越来越受到人们的重视。近十几年由于现场总线的国际标准不能建立，现场总线发展的种类较多，约有40余种：如德国西门子公司Siemens的ProfiBus，法国的FIP，英国的ERA，挪威的FINT，Echelon 公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，CarloGarazzi公司的Dupline，丹麦ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI （ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Arcnet，国际标准组织-基金会现场总线FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美国的DeviceNet 与ControlNet等等。 现场总线的种类主要有：基金会现场总线FF；ProfiBus；WorldFIP；ControlNet/DeviveNet；CAN等 1、基金会现场总线FF 现场总线基金会包含100多个成员单位，负责制订一个综合IEC/ISA标准的国际现场总线。它的前身是可互操作系统协议ISPInterperableSystemProtocol）--基于德国的ProfiBis标准，和工厂仪表世界协议WORLD （WorldFactoryInstrumentationProtocol）--基于法国的FIP标准。ISP和WORLDFIP于1994年6月合并成立了现场总线基金会。 基金会现场总线采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型（1，2，7层）。另外增加了用户层。 2、ProfiBus
控制网络与通信大作业题目： FF 基金会现场总线 作者：董洁 学号：ZB0213239 班级：自动化转本2班 指导老师：王小英 日期：
摘要 基金会现场总线FF(Foudation Fieldbus)在过程自动化领域得到广泛支持和应用，并具有良好发展前景。 FF 总线由低速和高速两部分组成，其中FF-H1网络以ISO/OSI模型为基础，取其物理层数据链路层和应用层，并在应用层之上添加了用户层，构成了四层结构的通信模型。FF-H1传输速率为31.25KBPS，通信距离可达1900m（与传输介质有关，可加中继器延长），可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。FF-H1主要用于过程工业（连续控制）的自动化。FF-HSE则采用基于Ethernet(IEEE802.3)+TCP/IP的六层结构，企通信距离为750m 和500m。物理传输介质可支持双绞线、批处理和高级控制等场合。 FF的最大特色在于它不仅是一种总线，而且是一个系统。它既是网络系统也是自动化系统。作为新型自动化系统，区别于以前各种自动化系统的特征在于它所具备的开放型数字通信能力，有别于其他网络系统的特征在于它位于工业现场，其网络通信是围绕完成各种自动化任务进行的。 基金会现场总线这一开放、可互操作的技术应经成为全球范围内领先的数字化控制系统解决方案。近年来越来越多的用户采纳了基金会现场总线技术。该技术广泛应用于石油、钢铁矿山、造纸、天然气、制药、电力、水处理等行业。 关键词：基金会现场总线技术自动化系统通信模型
目录 1 发展历史 (1) 1.1 现场总线的概念 (1) 1.2现场总线的类型 (1) 1.3基金会现场总线 (2) 2通信模型 (5) 2.1通信原理 (5) 2.2FF通信模型的三大功能FF (6) 2.3FF的报文结构 (8) 2.4FF的应用进程 (8) 2.5 FF的通信关系 (9) 3 网络拓扑结构 (11) 4 主要技术 (13) 4.1基金会现场总线的通信技术 (13) 4.2标准化功能块(FB FunctionBlock) (13) 4.3设备描述与设备描述语言 (13) 5 案例应用 (15) 5.1设备的选用和总量 (15) 5.2 网段设计 (15) 5.3辅助设备及电缆 (16) 5.4现场仪表选型 (16) 6 学习心得与思考 (19) 7 参考文献 (20)
控制网络与通信大作业 题目： FF基金会现场总线 作者：陈荣 学号： ZB0213104 班级： ZB02131 指导老师：王小英 日期： 2014.6.10
目录 摘要 (3) 一、发展历史 (4) 二、工作原理 (7) 2.1 FF总线H1总线电路和信号形式 (7) 2.2 物理层 (7) 2.3 链路层 (8) 2.4 应用层 (8) 2.5 用户层 (9) 2.6 协议数据的构成与层次 (9) 三、FF现场总线的拓扑结构 (11) 3.1 点对点拓扑结构 (11) 3.2 树形拓扑结构 (11) 3.3 菊花链拓扑结构 (12) 3.4 带支线拓扑结构 (13) 3.5电缆及通信距离 (13) 四、主要产品 (15) 五、FF基金会现场总线的应用 (17) 5.1 FF总线在汽轮机轴封系统上的应用 (17) 5.2 FF总线在温度测点上的应用 (18) 六、个人思考 (19) 6.1基金会现场总线的十大技术特点 (19) 6.2基金会现场总线用户获益的十大源泉 (19) 6.3基金会现场总线的五大关键技术 (20) 6.4基金会现场总线的五大保障体系 (20) 参考文献 (21)
FF基金会现场总线 摘要 随着计算机硬件、软件技术及网络技术的迅速发展，自动化技术也迅猛发展起来，许多控制功能已经被下放到现场级设备中，这使得现场设备间的数据通讯量加大，这种趋势推动了现场总线技术的发展。现场总线是八十年代末在国际上发展起来的用于制造业自动化、过程自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通信网络。目前不同国家和厂家已纷纷组成集团发表了各自的现场总线协议标准，市场上出现的现场总线有：FF、Proflbus、LonWorks、CAN、HART、Interbus、ISPFIP、SDS、Devlcenet等等。 在众多的现场总线技术当中，由现场总线基金会组织(Fieldbus Foundation，FF)开发的基金会现场总线在过程自动化领域中得到了广泛的应用。以基金会现场总线FF为信息通道构成了一种全分布式的自动化系统，其主要功能是对工业生产过程进行测量、信号变送、控制等。FF于1996年颁布了低速总线Hl标准。随着以太网技术的成熟，FF又制定了FF HSE(High Speed Ethemet)规范，该规范定义了一种基于高速以太网的现场总线技术。为实现自动控制系统的控制功能，在H1和HSE应用层之上增加了用户层。用户层包括了FF所定义的标准化的功能块和功能块应用进程，构成了自动化控制系统中实现控制功能的主要部分。 FF基金会现场总线由于其优良的性能、较高的可靠性和控制功能、诊断功能、管理功能，特别适合于工业过程监控设备的互连，因而越来越受到工业界的重视，并已被公认为应用于过程自动化系统中最具有前途的现场总线之一。 关键字：基金会现场总线协议网络结构应用领域主要产品
现场总线系统 制造业、流程工业、交通、楼宇、电力等方面的自动化系统中。 2003年4月，IEC61158 Ed.3现场总线标准第3版正式成为国际标准，规定10种类型的现场总线。 Type 1 TS61158现场总线 Type 2 ControlNet和Ethernet/IP现场总线 Type 3 Profibus现场总线 Type 4 P-NET现场总线 Type 5 FF HSE现场总线 Type 6 SwiftNet现场总线 Type 7 World FIP现场总线 Type 8 Interbus现场总线 Type 9 FF H1现场总线 Type 10 PROFInet现场总线 现场总线的技术特征 (1) 全数字化通信 (2) 开放型的互联网络 (3) 互可操作性与互用性 (4) 现场设备的智能化 (5) 系统结构的高度分散性 (6) 对现场环境的适应性 现场总线的特点 现场控制设备具有通信功能，便于构成工厂底层控制网络。 通信标准的公开、一致，使系统具备开放性，设备间具有互可操作性。 功能块与结构的规范化使相同功能的设备间具有互换性。 控制功能下放到现场，使控制系统结构具备高度的分散性。
现场总线使自控设备与系统步入了信息网络的行列，为其应用开拓了更为广阔的领域； 一对双绞线上可挂接多个控制设备，便于节省安装费用； 节省维护开销； 提高了系统的可靠性； 为用户提供了更为灵活的系统集成主动权。 现场总线技术的发展趋势 从现场总线技术本身来分析，它有两个明显的发展趋势： 一是寻求统一的现场总线国际标准 二是Industrial Ethernet走向工业控制网络 统一、开放的TCP/IP Ethernet是20多年来发展最成功的网络技术，过去一直认为，Ethernet是为IT领域应用而开发的，它与工业网络在实时性、环境适应性、总线馈电等许多方面的要求存在差距，在工业自动化领域只能得到有限应用。事实上，这些问题正在迅速得到解决，国内对EPA 技术（Ethernet for Process Automation）也取得了很大的进展。 随着FF HSE的成功开发以及PROFInet的推广应用，可以预见Ethernet 技术将会十分迅速地进入工业控制系统的各级网络。 工业以太网的发展 国际上形成的工业以太网技术的四大阵营： 主要用于离散制造控制系统的是： Modbus-IDA工业以太网 Ethernet/IP工业以太网 PROFInet工业以太网 主要用于过程控制系统的是： Foundation Fieldbus HSE工业以太网 随着科学技术的快速发展，过程控制领域在过去的两个世纪里发生了巨大的变革。150多年前出现的基于5－13psi的气动信号标准（PCS，Pneumatic Control System气动控制系统），标志着控制理论初步形成，但此时尚未有控制室的概念；20世纪50年代，随着基于0－10mA或4－20mA 的电流模拟信号的模拟过程控制体系被提出并得到广泛的应用，标志了电气自动控制时代的到来，三大控制论的确立奠定了现代控制的基础，设立控制室、控制功能分离的模式也一直沿用至今；20世纪70年代，随着数字计算机的介入，产生了“集中控制”的中央控制计算机系统，而信号传输系统大部分是依然沿用4－20mA的模拟信号，不久人们也发现了伴随着“集
第五章基金会现场总线FF 5.1 FF概述 5.2 FF技术规范 5.3 FF物理层 5.4 FF数据链路层 5.5 FF应用层 5.6 FF用户层 5.7 FF通信控制器的接口 5.8 FF产品的开发
5.1 FF总线概述 ?FF（Foundation Fieldbus，96年）：主要用于流程工业自动化领域，如化工、电力厂实验系统、废水处理、油田等行业。 ?FF遵循OSI标准模型，取其3层：物理层、数据链路层和应用层，并在应用层上增加了用户层。FF属于IEC61158国际现场总线标准子集，其开发初衷是希望形成统一的现场总线标准 ?FF分低速总线H1和高速总线HSE两部分 –分别属于IEC标准中两个不同的子集 –低速总线H1的通信速率为31.25Kbps（1900m） –高速总线HSE的通信速率为10M,100Mbps ?开发和使用FF的目的和意义在于实现工业设备的互操作性和互替换性，用户只要根据系统功能上的需要既可从众多的设备供应商中选择性价比最高的产品。
FF总线 ?CAN总线控制器仅仅定义了物理层和数据链路层的所有功能，即实现了数据通信技术，但构建CAN控制网络还需要应用层协议的定义，如J1939应用协议的支持。 ?FF则提供了一套较完整的控制网络技术，不仅具有数据通信技术，也定义了控制应用功能的规范内容（应用层与用户层），能够构建分布式控制网络系统。 ?HSE（High Speed Ethernet）高速以太网10/100M b/s，取代了早期的H2总线。 ?应用层主要以功能块模式定义应用的，互操作性和互替换性易于实现（开放性）。
FF通信模型说明： ?物理层：采用IEC1158-2标准。 ?数据链路层和应用层的全部功能统称为通信栈（Communication Stack）。应用层分为两个子层现场总线信息规范子层FMS和现场总线访问子层 FAS。 ?现场总线访问子层FAS（Fieldbus Access Sublayer）基本功能：确定数据访问的关系模型和规范。 ?现场总线信息规范子层FMS（Fieldbus Message Specification）基本功能：面向应用服务，生成规范的应用协议数据。 ?用户层：规定标准的功能模块，对象字典和设备描述，供用户开发应用程序，实现网络管理和系 统管理。
PROFIBUS标准 PROFIBUS是一种国际化．开放式．不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业自动化．流程工业自动化和楼宇．交通电力等其他领域自动化。 PROFIBUS由三个兼容部分组成，即PROFIBUS－DP（ Decentralized Periphery）．PROFIBUS－PA（Process Automation ）．PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )。 PROFIBUS－DP: 是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I／O的通信。使用PROFIBUS－DP可取代办24VDC或4－20mA信号传输。 PORFIBUS－PA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。 PROFIBUS－FMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构．实时多主网络。 PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。 PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准，以开放式系统互联网络（Open System Interconnection-SIO）作为参考模型的。该模型共有七层。 （1）PROFIBUS－DP：定义了第一．二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种
不同PROFIBUS－DP设备的设备行为。 （2）PROFIBUS－FMS：定义了第一．二．七层，应用层包括现场总线信息规范（Fieldbus Message Specification - FMS）和低层接口(Lower Layer Interface － LLⅠ)。FMS包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLⅠ协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。 （3）PROFIBUS－PA：PA的数据传输采用扩展的PROFIBUS－DP协议。另外，PA还描述了现场设备行为的PA行规。根据IEC1158－2标准，PA的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在DP上扩展PA网络。 注：第一层为物理层，第二层为数据链路层，第三－六层末使用，第七层为应用层。 Profibus 是一种多主站系统，可以实现多个控制、配置或可视化系统在一条总线上相互操作。拥有访问权 ( 令牌 ) 的主站无需外部请求就可以发送数据。而从站是一种被动设备，不享有总线访问权。从站只能对接收到的消息进行确认，或者在主站请求时进行发送。波特率支持 9.6k 至 12M 。总线上最多可连接 126 个设备。 Profibus 也支持广播和多点通讯。 在协议层，Profubus DP( 分布式外围设备 ) 以及它的不同版本 DPV0 至 DPV2 ，为不同设备之间进行最佳的通讯提供了广泛的选择。从历史上讲， FMS 是第一个 Profibus 通讯协议， DP 是被设计用于现场级快速数据交换。分布式设备之间的数据交换以循环为主。这就是 DP 的基本功能 ( 版本 DPV0) 。随着不同领域应用的特殊需要，基本的 DP 功能已得到逐步的扩展。目前已有三个版本：DPV0 ， DPV1 和 DPV2 ，每一个版本都有其特有的功能。 版本 DP-V0 提供基本的 DP 功能，包括周期数据交换、站、模块和诊断功能；以及四种中断类型，分别用于诊断和过程中断，以及站点的插和拔。 Version DP-V1 包括面向过程自动化的增强功能，特别是非周期数据通讯用
现场总线发展史 院系：电气工程系专业：电气自动化 班级：电气1304 学号：1020113433 姓名：胡兵兵 论文提交日期：二〇一五年六月
注：封面、中文摘要不编页码。 摘要 现场总线系统由于采用了智能现场设备，能够把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块置入现场设备，加上现场设备具有通信能力，现场的测量变送仪表可以与阀门等执行机构直接传送信号，实现了彻底的分散控制。同时也由于它的设备标准化，功能模块化，设计简单，使得现场总线在经济飞速发展、市场不断更新的今天，占有了一席之地。 关键词：现场总线；网络控制系统；CCS；DCS；FCS。 引言 随着计算机、信息技术的飞速发展，20世纪末世界最重大的变化是全球市场的逐渐形成，从而导致竞争空前加剧，产品技术含量高、更新换代快。在计算机自动控制系统急速发展的今天，特别是现场总线已经普遍地渗透到自动控制的各个领域，我们更应该知道现场总线的发展历程，以更好的让其在我国发展。 1 早期控制系统的发展 1.1无网络系统 仪器仪表的发展已有悠久的历史。据《韩非子?有度》记载，中国在战国时期已有了利用天然磁铁制成的指南仪器，称为司南。古代的仪器在很长的历史时期中多属用以定向、计时或供度量衡用的简单仪器。 工业仪表最早出现在20世纪30年代，最初只用于化工、石油炼制、热能动力和冶金等连续性的热力生产过程，因此当时称为热工仪表。当时的工业仪表的结构形式主要是机械式或液动式，仪表体积较大，只能实现就地检测、记录和简单的控制，也没有网络雏形。 1.2 网络控制系统出现 19世纪，由于发明了测量电流的仪表，才使电学与磁学的研究迅速走上正轨，获得了一个又一个重大的发现，促进了电气时代的来临，同时也为气动式仪表的出现奠定了理论基础。到了30年代末和40年代初，出现了气动仪表，并使用了统一的压力信号，遂有了带远程发送器的仪器。它能在远距离外的二次仪表上重现读数，从而能集中在中心控制室进行检测、记录和控制。气动式仪表已具有网络的雏形。50年代又出现电动式的动圈式毫伏计、电子电位差计电气机械式调节器和整套的电子管调节仪表，它传送的是模拟电流环信号（4-20mA）。