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第8章-基金会现场总线

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基金会现场总线技术及应用

基金会现场总线技术及应用

基金会现场总线
应用现状
支持基金会现场总线的厂家


2007年中期，FF全球大家庭成员355家 已测试和注册了400多种产品，20种主机系统 全球已销售850000多台现场总线设备和10000 套系统 2006年过程现场总线市场达到8亿美元，而FF 覆盖了2/3的市场分额。
FF在中国


安全仪表功能
FF 安全仪表系统（SIS）规范通过TUV的 协议类型认证，符合IEC61508标准，已 达到并包括安全完整等级第三级 （SIL3）。
标准



基金会规范基于ISO/OSI分层通信模式，由三部分组成： 物理层、通信栈和用户层 现场总线称2－7层为通信栈，OSI第一层定义物理层的连 接，一层之下是物理介质。H1使用IEC61158类型1的1、2、 7层；HSE使用1－4和第7层，1－4层由以太网和IEEE标准定 义，第7层由IEC61158类型5定义 用户层现场总线基金会定义，兼容IEC61804和IEC61508
基金会现场总线H1




H1主要用于过程控制、现场级接口和设备的集成， 通信速率31.25KBPS 使用现场总线双绞线电缆供电和传输信号，也可 选用光纤作为传输介质 支持本安（IS）应用 H1设备组成功能块的应用，过程变量的发布与预 订，传送报警与趋势，为主机访问和管理功能提 供服务器功能
H1应用带来的益处
FF现场级产品


FF智能通信卡（HK－FF990） I/FF电流现场总线转换器模块（模拟量输入模块HK-FB601） FF/I现场总线电流转换器模块（模拟量输出模块HK-FB605） 现场总线数字量输入模块(HK-FB606) 现场总线数字量输出模块(HK-FB608) FF智能温度变送器 FF压力变送器(CDS-3151) FF阻抗匹配器(HK-FB6115) FF电源

CAN-bus现场总线基础教程【第8章】CAN总线设备及调试工具-USBCAN-E-U(33)

CAN-bus现场总线基础教程【第8章】CAN总线设备及调试工具-USBCAN-E-U(33)

第8章 CAN 总线设备及调试工具1.1 USBCAN-E-U1.1.1 概述USBCAN 设备根据CAN-bus 接口数量可分为单路和双路两种，在可靠性要求较高或数据量较大的CAN 应用中会使用双路USBCAN 设备。

双通道设备USBCAN-2E-U 的工作原理与单通道基本一样，本节以单通道设备USBCAN-E-U 为例讲解，USBCAN-E-U 是兼容USB2.0全速规范的，带有1路CAN 的工业级高性能CAN 接口卡，实物图如图8.1所示。

PC 机可以通过USB 总线连接至CAN 网络，构成实验室、工业控制、智能小区等CAN 网络领域中的数据采集与数据处理。

USBCAN-E-U 接口卡是CAN 产品开发、CAN 数据分析的强大工具；同时，具有体积小、即插即用等特点，也是便携式系统用户的最佳选择。

接口卡上自带磁耦隔离模块，使其避免由于地环流的损坏，增强系统在恶劣环境中使用的可靠性。

USBCAN-E-U 收发的数据均与计算机上的应用软件有关，USBCAN-E-U 除了支持自带的上位机软件外，还提供Win2000/XP/WIN7、Linux 下工作的驱动程序及详细的应用例程，支持用户在VC++，VB 以及Delphi 等开发环境下开发自己的应用软件。

1.1.2 主要特点USBCAN-E-U 接口卡的主要特点：● PC 接口：便携式USB2.0全速接口；● CAN 接口：OPEN5接口，符合DeviceNet 和CANopen 标准；● CAN 协议：完全符合CAN 2.0B 规范，兼容CAN 2.0A ，符合ISO/DIS 11898；● CAN 通道数：1通道隔离CAN 接口；● CAN 波特率：可编程任意设置，范围在5Kbps ～1Mbps 之间；● 最高帧流量：5000帧/秒（扩展帧）；● 供电方式：USB 总线供电，或使用外接电源(+9V ～+25V ，200mA)；● 磁耦隔离模块绝缘电压：DC 2500V ；● 工作温度：-25℃～+70℃；● 存储温度：-40℃～+85℃；● 物理尺寸：115mm×76mm 。

8-1章 基金会(FF)总线

8-1章 基金会(FF)总线

具体地说，现场总线设备在数据链路层可 分为两种： BASIC DEVICE(基本设备) ； LINK MASTER DEVICE（链路主设备）。
在每一个网段中 都 有 一 个 特 殊 的LINK MASTER DEVICE， 它 能 够 调 度 本 网 络 段 各 个 设 备 的 通 信 活 动， 称 为 LINK ACTIVITY SCHEDULER(LAS)- 链路活动调度 器。
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，形成了完整的工厂信息网络。
功能块应用进程作为用户层的重要 组成部分，用于完成基金会现场总线中 的自动化系统功能。而在完成功能块服 务的过程中，要运用FMS子层。
功能块内部结构与功能块连接
功能块应用进程提供一个通用结构，把实 现控制系统所需的各种功能划分为功能模块， 使其公开特征标准化，规定他们各自的输入、 输出、算法、事件、参数与块控制图，把按 时间反复执行的函数模块化为算法，把输入 参数按功能块算法转换成输出参数。（PID算 法、simulink）
FMS层由以下几个模块组成：
虚拟现场设备VFD； 对象字典管理； 联络关系（上下文）管理； 域管理； 程序调用管理； 变参访问； 事件管理。
（4）用 户 层
用 户 层 是 现 场 总 线 标 准 在OSI 模 型 之 外 增 加 的 一 层， 是 使 该 标 准 超 过 一 项 通 信 标 准 而 成 为 一 项 系 统 标 准 的 关 键。 用户层规定了一些标准的功能模块 (Functinon Block) 供 用 户 组 态 构 成 系 统。 其 中 基 本 功 能 块10 个， 先 进 功 能 块7 个， 计 算 功 能 块7 个， 辅 助 功 能 块5 个。 这 些 功 能 块 各 自 满 足 不 同 的 需 要。 功 能 块 由 输 入、 输 出、 算 法 和 参 数 四 大 要 素 组 成。

基金会现场总线_FF_第一讲基金会现场总线技术简介

基金会现场总线_FF_第一讲基金会现场总线技术简介

基金会现场总线(FF)第一讲 基金会现场总线技术简介阳宪惠(清华大学自动化系,北京,100084)现场总线是当今自动化领域的热门话题之一。

鉴于已有多篇文章介绍和讨论了现场总线的概貌、特点、优点等,本文仅简要介绍在过程自动化系统领域有重要影响且有着良好发展前景的基金会现场总线技术。

这种现场总线标准是由现场总线基金会(Fieldbus Foundation)组织开发的。

基金会的前身是由Rocemount,ABB,Fox boro, Siemens,Yokogaw a等80多家公司联合成立的ISP(Interoperable System Protocol),以及由Honeyw ell、Bailey等120多个公司组成的World FIP(Factory Instrumentation Proto col)。

ISP和w orld FIP两大集团于1994年合并,成立了现场总线基金会,致力于开发出统一标准的现场总线。

它得到了世界上主要自控设备供应商的广泛支持,在北美、亚太、欧洲等地区具有较强的影响力。

1 基金会现场总线与新型的网络集成自动化系统基金会现场总线被称之为用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、多节点的通信技术。

基金会现场总线系统作为一种低带宽的通信网络,由具备通信能力、同时能完成控制、测量等功能的现场自控设备作为网络节点,通过现场总线把它们互连为网络。

由于它所采用的是串行数据通信,仅由两根导线组成的网段上可挂接多个现场仪表,从根本上改变了原有模拟仪表的一对一接线方式,在节约费用的同时,还给设计、安装、维护带来许多方便。

它通过网络节点间操作参数与数据的调用,实现信息共享与系统的各项自动化功能。

作为网络接点的智能仪表具备通信接收、发送与通信控制能力。

它们的各项自动化功能是通过网络节点间的信息传输、联接,各分布节点的功能集成而共同完成的。

从这个意义上讲,可以把它们称之为网络集成自动化系统。

简述基金会现场现场总线的定义和发展历程

简述基金会现场现场总线的定义和发展历程

简述基金会现场现场总线的定义和发展历程篇一：基金会现场现场总线(Fieldsite/Field Service总线)是一种现场设备的通信协议,旨在提供一种简单、高效、可靠的通信方式,使设备能够在不连接中央服务器的情况下进行通信。

基金会现场现场总线最初由思科公司开发,并于1997年首次发布。

基金会现场现场总线的定义是指一组定义在通信协议中的规则,用于指导设备和网络之间的通信。

这些规则通常包括设备地址、通信协议、数据格式和错误处理等。

基金会现场现场总线的优点是可以在分布式系统中实现高效的通信和可靠的数据传输,因此被广泛应用于物联网、工业自动化、医疗设备、交通运输等领域。

基金会现场现场总线的发展历程可以分为三个阶段。

第一阶段是早期的基金会现场现场总线,主要用于连接小型设备,如交换机、路由器等,这些设备通常是集中部署的。

第二阶段是2000年左右出现的现场总线,它允许不同类型的设备(如交换机、路由器、集线器等)通过标准化接口进行通信。

第三阶段是近年来发展的趋势,即基于云的基金会现场现场总线,它允许设备和云服务之间进行通信,并提供更高的安全性和灵活性。

基金会现场现场总线的应用非常广泛,包括工业自动化、医疗设备、交通运输、智能家居、智能城市等领域。

在实际应用中,基金会现场现场总线通常与其他通信协议和系统相结合,以实现更复杂的网络结构和更高的性能。

除了提供通信协议和规则外,基金会现场现场总线还可以用于管理设备和网络。

基金会现场现场总线提供了一些标准的功能,如设备配置、故障排除、网络监控等,这些功能可以帮助管理员更好地管理和维护设备和网络。

此外,基金会现场现场总线还可以与其他工具和软件相结合,以提高网络管理和监控的效率和质量。

总之,基金会现场现场总线是一种简单、高效、可靠的通信协议,它在实际应用中得到了广泛的应用。

随着云计算、物联网等技术的不断发展,基金会现场现场总线也在不断演进,以适应不断变化的市场需求。

篇二：基金会现场现场总线(Field Service Communication总线)是一种现场设备与远程服务器之间进行通信的标准接口。

基金会现场总线

基金会现场总线

FF 物理层信号编码
用户数据 协议高层 数据链路层
16
物理层
数据链路层 协议数据单元
传 输 介 质
前导码、帧前定界码、帧结束码都是在发送端，由硬件生成并 加载到物理信号上：发送驱动器
曼彻斯特编码
中 中 中
17
现场设备
按照基金会现场总线的相关规范，现场设备按使用环境分类。
标准信号 总线供电 本质安全 非本质安全 111 113 分开单独供电 112 114 低功耗信号 总线供电 121 123 分开单独供电 122 124
20
#22AWG
B屏蔽多对双绞线 C无屏蔽双绞线 D多芯屏蔽电缆 #22AWG #22AWG #16AWG
H2 2.5Mbps
H1 31.25Kbps H1 31.25Kbps H1 31.25Kbps
500米
1200米 400米 200米
FF 现场总线支持多种传输介质：双绞线、电缆、光缆、无线介质。
ARPM。
42
• ③应用关系协议机制是FAS层的中心，它描 述了应用关系的创建和撤销，并与远程 ARPM之间交换协议数据单元FAS-PDU。 • 它负责接收来自FSPM或DMPM的内部信息， 根据应用关系端点类型和参数生成另外的 FAS协议信息，并把它发送给DMPM或FSPM。 • 如果要求建立或撤销应用关系，就试图建 立或撤销这个特指的应用关系。
（2）FAS服务类型
43
3.现场总线报文规范 （FMS）子层 现场总线报文规范 (FMS)为用户应用服务， 它以标志的报文格式集，在现场总线上相互 发送报文。FMS描述通信服务、报文格式和 用户应用建立报文所必需的协议行为。
44
45
• FMS所包含的服务 • • • • • • （1）虚拟现场设备(VFD) （2）通信服务 （3）上下文管理服务 （4）对象字典服务 （5）变量访问服务 （6）事件服务

第8章 现场总线与工业以太网控制网络技术

第8章 现场总线与工业以太网控制网络技术



现场总线是当今自动化领域发展的热点之一，被誉为自动 化领域的计算机局域网。 它作为工业数据通信网络的基础，沟通了生产过程现场级 控制设备之间及其与更高控制管理层之间的联系。它不仅 是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布式的 控制系统。 这项以智能传感、控制、计算机、数据通信为主要内容的 综合技术，已受到世界范围的关注而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。



NRZ编码采用频带传输。调制方式主要有CPFSK和 COFSK。现场总线传输介质主要有有线电缆、光纤和无 线介质。 2．数据链路层 数据链路层又分为两个子层，即介质访问控制层（MAC） 和逻辑链路控制层（LLC）。MAC功能是对传输介质传送 的信号进行发送和接收控制，而LLC层则是对数据链进行 控制，保证数据传送到指定的设备上。现场总线网络中的 设备可以是主站，也可以是从站，主站有控制收发数据的 权力，而从站则只有响应主站访问的权力。 关于MAC层，目前有三种协议： （1）集中式轮询协议 其基本原理是网络中有主站，主站周期性地轮询各个节点， 被轮循的节点允许与其他节点通信。

现场总线控制系统（FCS）与传统控制系统（如DCS）结 构对比如图8-1所示。
操作站 LAN 控制站 操作站 LAN CANBUS 服务器 PROFIBUS-DP 4~20mA H1 现场设备
网桥
LonWorks 现场总线 现场设备
传统的模拟仪表
DeviceNet 现场总线
图8-1 FCS与DCS结构比较
8.1.1 现场总线的产生



在过程控制领域中，从20世纪50年代至今一直都在使用着 一种信号标准，那就是4~20mA的模拟信号标准。 20世纪70年代，数字式计算机引入到测控系统中，而此时 的计算机提供的是集中式控制处理。 20世纪80年代微处理器在控制领域得到应用，微处理器被 嵌入到各种仪器设备中，形成了分布式控制系统。 随着微处理器的发展和广泛应用，产生了以IC代替常规电 子线路，以微处理器为核心，实施信息采集、显示、处理、 传输及优化控制等功能的智能设备。 一些具有专家辅助推断分析与决策能力的数字式智能化仪 表产品，其本身具备了诸如自动量程转换、自动调零、自 校正、自诊断等功能，还能提供故障诊断、历史信息报告、 状态报告、趋势图等功能。

基金会现场总线

基金会现场总线

协议数据的构成与层次
• 图6．2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。它也从一个 角度反映了现 场总线报文信息的形成过程。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)。该图还标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 为附合规范的物理信号，在网络系统的管理控制 下，发送到现场总线网段 上。
FF网络通信中的虚拟通信关系
• 类型 客户/服务器型 报告分发型 发布/预订接收型 书P80表4.3
Hale Waihona Puke 基金会现场总线的物理层及其网络连接
• 基金会现场总线的物理层遵循IECll58—2(1993年) 和ISA—S50．02中有关物理层的标准。现场总线 基金会为低速总线颁布了FF—81631．25Kbps物 理层规范，也称为低速现场总线的H1标准。传输 速率为1Mbps，2．5Mbps的被称为H2标准。 • 按照通信协议分层的原有概念，物理层并不包括传 输媒体本身。然而，由于物理层的基本任务是为数 据传输提供合格的物理信号波形，且直接与传输介 质连接。传输介质的性能与应用参数对所传输的物 理信号波形有较大影响。现场总线基金会除了对有 关物理层内部的技术参数做出规定外，还对影响物 理信号波形、幅度的相关因素，如媒体种类、传输 距离、接地、屏蔽等制定了相应标准。因而本节中 除了介绍物理层本身之外，还涉及一些与物理层直 接相关的网络连接问题。

基金会现场总线

基金会现场总线

FF的形成、目标、成员、原则
FF的成员
● FF在全球范围内有350多个成员单位；
● 包括最终用户和国际上几乎所有主要的过程控制产
品供应商； ● 分布：1/3在欧洲、1/3在北美洲、1/4在亚太地区。
基金会现场总线
FF概述与现场总线基金会
FF的形成、目标、成员、原则
FF的原则
● 现场总线技术是一个可授权的技术,而不是一个引起
基金会现场总线
FF概述与现场总线基金会
FF现场总线系统：把具备通信能力、同时具有的控制、 测量等功能的现场设备作为网络节点，由现场总线把它 们互连为网络。通过网络上各节点间的操作参数与数据 调用，实现信息共享与系统的各项自动化功能。各网络 节点的现场设备内具备通信接收、发送与通信控制能力。 它们的各项功能是通过网络节点间的信息传输、连接、 各部分的功能集成而共同完成，因而称之为网络集成自 动化系统。
基金会现场总线
FF概述与现场总线基金会
网络集成自动化系统的目的：
(1) 实现人与人、机器与人、人与机器、生产现场 的运行控制信息与办公室的管理指挥信息的沟通 和一体化。 (2) 借助网络信息传输与数据共享，组成多种复杂 的测量、控制、计算功能，实现生产过程的安全、 稳定、经济运行，并实现管控一体化。
过程接口卡
总线电 源
总线电源阻抗器
终端器
总线与电流接口 现场总线压力变送器
中国海洋石油总公司
旅大10-1项目采用基金会现场总线技 术减少项目调试和开车时间工程设
计简化，仪表回路图减少70%。
--模拟量卡件和端子模块减少75%；
--仪表电缆减少75%，降低成本和布 线工作量；
--控制系统联调时间由30天减少到7 天； --采用AMS软件，一天完成31个网段 208台FF总线仪表调试；

现场总线与工业以太网_基金会现场总线组态基础

现场总线与工业以太网_基金会现场总线组态基础
功能块调度必须与链路活动调度器中使用的调度相协调。允许 功能块的执行与输入输出数据的传送同步。
·设备识别 现场总线网络的设备识别通过物理设备位号和设备ID来进行。
系统管理还可以通过FMS服务访问SMIB，实现设备的组态与故障 诊断。
（3）系统管理服务和作用过程 图2.30表示了系统管理内核及其所提供的服务的作用过程。从
• 系统管理用以协调分布式现场总线系统中各设备的运行。 基金会现场总线采用管理员／代理者模式(SMgr／SMK)， 每个设备的系统管理内核(SMK)承担代理者角色，对从系 统管理者(SMgr)实体收到的指示做出响应。系统管理可以 全部包含在一个设备中，也可以分布在多个设备之间。
系统管理内核使该设备具备与网络上其他设备进行互操作 的基础。图2.28为系统管理内核的框图。在一个设备内部， SMK与网络管理代理和设备应用进程之间的相互作用属于本地 作用。
·功能块调度 SMK代理的功能块调度功能，运用存储于SMIB中的功能块
调度，告知用户应用该执行的功能块，或其他可调度的应用任务。 这种调度按被称为宏周期的功能块重复执行。宏周期起点被指
定为链路调度时间。所规定的功能块起始时间是相对于宏周期起点 的时间偏移量。通过这条信息和当前的链路调度时间LS-time,SMK 就能决定何时向用户应用发出执行功能块的命令。
·应用时钟同步 SMK提供网络应用时钟的同步机制。由时间发布者的SMK
负责应用时钟时间与存在于数据链路层中的链路调度时间之间的 联系，以实现应用时钟同步。基金会现场总线支持存在冗余的时 间发布者。为了解决冲突，它利用协议规则来决定哪个时间发布 者起作用。
SMK没有采用应用时钟来支持它的任何功能。每个设备都 将应用时钟作为独立于现场总线数据链路时钟而运行的单个时钟 ，或者说，应用时钟时间可按需要，由数据链路时钟计算而得到 。

基金会现场总线令牌机制的研究

基金会现场总线令牌机制的研究

基金会现场总线令牌机制的研究0 引言基金会现场总线是一种双向、串行、全数字通信的工业现场级网络控制系统。

基金会现场总线由两部分组成:HSE部分和H1部分。

前者是以标准的百兆以太网构建的现场总线网络,主要用于完成组态、诊断等管理功能;后者是以一种全新的令牌总线网构建的现场总线网络,主要用于现场仪表设备级别的通信,用于完成最底层的回路控制、报警等功能。

通过链接设备将这两部分网络连接起来。

HSE部分利用H1部分提供的实时信息对整个网络系统进行管理。

由于H1部分位于整个网络控制系统的最低层,直接用于完成现场的控制任务,所以对于这部分通信系统的可靠性和实时性要求非常高。

可靠性是通过冗余、数据校验和协议栈软件的纠错机制等手段来保证的,而实时性这一点主要是依赖H1网络通信的令牌机制。

根据通信调度表,FFH1的令牌机制可以使那些实时的数据在确定的时刻发送到网络上。

相比之下,标准的以太网之所以实时性差是由于它的CSMA/CD的总线访问机制使得数据帧何时能发送到网络上变得不可预测。

该文简单介绍了令牌机制所处的网络层次,重点从令牌管理者和令牌使用者两个角度研究了令牌管理机制,最后分析了两种提高网络性能的方法。

在FF协议栈软件开发中,借助实时操作系统实现了这种令牌管理机制,从而保证了网络的实时通信,为完成上层功能实现奠定了基础。

1 网络结构整个FFH1网络可以由多个网段组成,网段之间用网桥连接。

从不同的网络层次上可以看到的网络结构是不同的。

令牌是数据链路层上的一个概念。

在一个网段内,物理上的拓扑结构可以是总线型的、菊花链型的（一般不使用）和星型的等,也可以是总线型和星型的组合。

在一个网段内物理信号在整个网段上是广播的。

但是在数据链路层上上述各种拓扑结构的逻辑结构是相同的:令牌总线结构。

从数据链路层的角度看,可以把网络上的设备分为基本设备,主设备和网桥。

与令牌机制相关的只是前两者,就是说令牌的传递和使用只是在一个网段内进行。

基金会现场总线设备描述及应用

基金会现场总线设备描述及应用
设备描述服务DDS (Device Description Services ): 在主机一侧，采用称为设备描述服务DDS的库函数来读 取设备描述。主机系统把FF提供的DD Services作为解释工 具，对DD目标文件信息进行解释，实现设备的可互操作。 注意，DDS读取的是描述，而不是操作值。跨越现场总 线从现场设备中读取操作值应采用FMS通信服务。
设备描述DD
• 对DD的术语 • 综合 Synthesizer
– 将标准DD和附加的DD组和创建为完整的设备DD。
Partial DD or Complete DD (.FFO)
Synthesizer
Complete DD (.FFO)
Incremental DD (.DDO)
设备描述服务DDS
DD Token File (.FFO) 009 101 002 "MEASURED_VALUE" 001 010 061 "3.1f" 021 066 220 000 000 020 000 000 000 000
Tokenizer Tool
DD Symbol File (.SYM) block member variable __analog_output_block 0x800201F0 VL_SP_LO_LIM variable-list 0xC0010175 ProcessVariable float 0x80020136
CFF文件-示例（续）
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • // ========================= // Management VFD // ========================= [Device VFD 1] VendorName = "Softing" ModelName = "FD_MIB" Revision = "1.51" VersionOD = 1 ProfileNumber = 0x4D47 // ========================= // Function Block VFD // ========================= [Device VFD 2] VendorName = "Honeywell" ModelName = "STT35F" Revision = "Rev 4.04" VersionOD = 0x02 ProfileNumber = 0 // ========================= // Network Management Section // ========================= [NM OD Directory] // Object 257 // Header DirectoryRevisionNumber=1 NumberOfDirectoryObjects=1 TotalNumberOfDirectoryEntries=8 DirectoryIndexOfFirstCompositeListReference=9 NumberOfCompositeListReferences=1 。。。。。。

CAN-bus现场总线基础教程【第8章】CAN总线设备及调试工具-概述(32)

CAN-bus现场总线基础教程【第8章】CAN总线设备及调试工具-概述(32)

广州致远电子有限公司
文库资料
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1 工业通讯-CAN bus 通信产品
第8章 CAN 总线设备及调试工具
1.1 概述
前面章节已经介绍了CAN 节点设计的相关内容，并且完成了一个CAN 总线节点的设计。

接下来就需要对这个节点进行调试，使其达到设计要求。

一个完整的CAN 网络是具有一定功能的，除了现场的各种执行器和传感器外，还需要一个指挥中心来控制整个网络有序的运行，这个指挥中心通常称为主控设备，可以由工控计算机、PLC 或其它功能较强的设备担当。

一般来说计算机本身不带CAN 接口，所以直接使用计算机和CAN 网络是不能互联的，CAN 接口卡的作用就是给计算机增加CAN-bus 现场总线接口功能，计算机就通过CAN 接口卡接入CAN 网络，通过PC 机测试软件可以观察到整个CAN 网络中的数据流，对CAN 节点进行调试。

常见的CAN 接口卡有USB 、PCI 接口，通过USB 或PCI 接口连接到PC 机，本章将介绍2款通用的CAN 接口卡：USBCAN-E-U （USB CAN 接口卡）、PCI-5010-U （PCI CAN 接口卡）。

在第1章我们说过解决通信问题时要先定位问题所在的通信层次，只有这样才能有的放矢。

本章还将介绍一款功能强大的CAN-bus 总线开发辅助工具CANScope ，它具有物理层、数据链路层和应用层等层面的综合分析能力，可以大大提高问题的解决速度。

FF基金会现场总线

FF基金会现场总线

2018/11/10
总结与心得
• 基金会总线技术作为过程控制自动化的一个先进 技术，经过了二十多年的发展，通过很多项目证 明，到目前已经进入了成熟应用的阶段。由于FF 项目与常规项目使用有所不同，对于施工方法及 维护的理念存在差异，所以对工程及维护人员的 培训非常重要。 • 通过对基金会现场总线FF的学习，我认识到了网 络系统与工业结合起来的强大，降低成本减少工 作量，在未来还可以有更多的突破。生活中我们 做事也需要有系统的安排，这样才可以把复杂的 事情一步步做好。
• • 第四层是上述的各种应用软件包在这一层运行。 • 第五层是 MIS 系统，将过程数据用于全厂管理。
2018/11/10
FF 现场总线的优点
2018/11/10
FF 现场总线的优点
灵活的拓朴结构 减少接线与安装 易于集成 简化操作和维护
实现与地点无关的控制 对等实体间高速通信 真正的可互操作性 完善的售后服务与技术支持
2018/11/10
2018/11/10
2 通信模型
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 现场总线访问子层FAS
用户层：规定标准的功能模块，对象字典和设备
2018/11/10
物理层
• 由于工业控制过程中实时性的要求，在 规定了FF现场总线的传输介质、传输速率、最大 FF中没 传输距离、拓扑结构及信号类型等。 有采用 IEEE802.4标准（令牌总线）中所定义的 • 总线管理方式，而是采用了集中式的管理方 FF现场总线的传输介质可以为双绞线、同轴电缆 式，减少了实时通信的时延。 、光纤和无线电等。 FF现场总线设备在数据链路层可分为两种： • 低速 H1总线，传输速率为31.25kb/s，传输距离为 BASIC DEVICE （ 基本设备） 和LINK MASTER 200m～1900m DEVICE （链路主设备）。BASIC DEVICE 不能 • 主动发起一次通信， H1总线最多可串接 4台中继器。 只能接受查询； LINK DEVICE 则可以在得到令牌时发起一次 • MASTER 通过网桥可以把不同传输速率、不同传输介质的 通信。在每一个网段中都有一个特殊的 LINK 总线段进行互联。 DEVICE，它能够调度本网络段各个设备 • MASTER 其物理层符合 IEC1158-2标准，物理媒介的传输信 的通信活动，称为 LINK ACTIVITY SCHEDULER 号类型采用曼彻斯特编码。
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基金会现场总线(Foundation Fieldbus,FF) : 由现场总线基金会开发。1996颁布低速总线标准H1。
FF系统是为适应自动化系统、特别是过程自动化系统专 门设计的: 1)它可以工作在工厂生产的现场环境下， 2)能适应本质安全防爆的要求， 3)还可通过传输数据的总线为现场设备提供工作电源。
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第八章 基金会现场总线
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主要内容
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8.1 概述 8.2 物理层 8.3 数据链路层 8.4 用户层及功能块
8.5 设备描述DD与DDL 8.6 通信控制器
主要内容
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8.1 概述 8.2 物理层 8.3 数据链路层 8.4 用户层及功能块
8.5 设备描述DD与DDL 8.6 通信控制器
8.1 FF 概述
FF主要技术内容
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(1) 基金会现场总线的通信技术 (2) 标准化功能块(FB，Function Block)
功能块应用进程(FBAP，Function Block Application Process)
(3) 设备描述(DD，Device Description) 设备描述语言(DDL，Device Description Language）
基金会现场总线作为工厂的底层网络，相对一般广域
网、局域网而言，它是低速网段，其传输速率的典型
值为:
31.25kbps，1M bps 和 2.5M bps
FF 现场总线的优点
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减少接线与安装 易于集成 简化操作和维护
灵活的拓朴结构 实现与地点无关的控制 对等实体间高速通信 真正的可互操作性 完善的售后服务与技术支持
物理层用于实现现场物理设备与总线之间的连接，为现场
设备与通信传输媒体乎规范的物理信号。
物理层作为电气接口，一方面接受来自数据链路层的信息，
把它转换为物理信号，并传送到现场总线的传输媒体上，
起到发送驱动器的作用；另一方面把来自总线传输媒体的
物理信号转换为信息送往数据链路层，起到接收器的作用。
(4) 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
(5) 系统集成技术
(6) 系统测试技术
FF 通信模型
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每个具有通信能力的现场总线物理设备都应具有通信模型。
基金会现场总线的核心部分之一是实现现场总线信号的数字通信。
功能块应用 与设备描述
总线报文子层 总线访问子层
用户层 应用层
用户层 应用层
曼彻斯特编码
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中中中
现场设备
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按照基金会现场总线的相关规范，现场设备按使用环境分类。
标准信号
低功耗信号
总线供电 分开单独供电 总线供电 分开单独供电
本质安全
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112
121
122
非本质安全
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对总线供电类的设备其参数参照推荐标准
参数 推荐值
设备允许电 压
最小24V
设备允许 电流
#22AWG
#16AWG
H1 31.25Kbps H2 1Mbps H2 2.5Mbps
H1 31.25Kbps
H1 31.25Kbps
H1 31.25Kbps
1900米 750米 500米 1200米
400米
200米
FF 现场总线支持多种传输介质：双绞线、电缆、光缆、无线介质。
网络拓扑结构
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链路层 物理层
通信栈
链路层 物理层
9
FF通信模型
物理层：信号如何发送； 数据链路层：设备间如何共享网络和调度通信； 应用层：设备间交换数据、命令、事件信息以及
请求应答中的信息格式； 用户层：组成用户所需要的应用程序，如规定标
准的功能块、设备描述、实现网络管理和系统管 理。
通信模型的主要组成部分
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FF 物理信号波形
基金会现场总线为现场设备提供两种供电方式: 1）总线供电 2）非总线式单独供电
总线供电的场合，总线上既要传送数字信号， 又要由总线为现场设备供电。
物理信号波形如下所示:
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(a)
(b)
(c) 31.25Kbps H1 总线电压模式的信号波形
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(a)
(b)
(c) 1Mbps H2 总线电压模式的信号波形
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1Mbps的H2总线规范还支持一种特殊的电流模式，用于本安型 总线供电的应用场合。1Mbps的现场总线信号是加载在l6kHz的 交流电源信号上的。
FF 物理层信号编码
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用户数据 协议高层 数据链路层
物理层
传
数据链路层 协议数据单元
输
介
质
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前导码、帧前定界码、帧结束码都是在发送端，由硬件生成并 加载到物理信号上：发送驱动器
最小 250mA
设备输入电 设备残余容 设备残余感
源
抗
抗
1.2W
<5nF
<20uH
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FF压力、流量、 液位变送器
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传输介质、最大传输距离
电缆类型
导线媒体的允许传输距离
电缆型号
传输速率
最大传输距离
A屏蔽双绞线
B屏蔽多对双绞线 C无屏蔽双绞线 D多芯屏蔽电缆
#18AWG #22AWG #22AWG #22AWG
向PID控制功能块 和操作台发送测 量值
主要内容
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8.1 概述 8.2 物理层 8.3 数据链路层 8.4 用户层及功能块
8.5 设备描述DD与DDL 8.6 通信控制器
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8.2 物理层及其网络连接
数据链路层
1 加上前导码、 定界码 2 数据编码
物理层
FF现场总线 H1区域
1 去除前导码、 定界码 2 数据解码
总线型
一、总线带分支结构
采用这种结构是一根总线（主干）穿过过程区域并且
设备连接到总线上。总线到设备之间的电缆称为分支。
虚拟通信关系的类型与应用
VCR类型 通信特点
信息类型
典型应用
客户/服务器型 报告分发型
发布/预订接收型
排队、一对一、 排队、允许多点、 缓冲、允许多点、
非周期
非周期
受调度或非周期
初始设置参数或 事件通知，趋势 刷新功能块的输
操作模式
报导
入输出数据
设置给定值改变 向操作台通告报 模式，调整控制 警状态，报告历 参数，上载/下载。 史数据趋势 报警管理，访问 显示画面。远程 诊断
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从物理设备构成角度:
FF协议数据的生成
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FF 网络通信中的VCR
在基金会现场总线网络中，设备之间传送信息是通过预先组态好了 的通信通道进行的。这种在现场总线网络各应用之间的通信通道 称之为虚拟通信关系(VCR，Virtual Communication Relationships)。 现场设备应用进程之间的连接是一种逻辑上的连接,一种软连接。