第二章-基金会现场总线1PPT课件
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现场总线与工业以太网基金会现场总线仪表课件
在功能块中，有三种类型参数：输入参数，功能块接收到 并进行处理的值；输出参数，功能块的处理结果可送给其他功 能块、硬件或者使用者；内含参数，用于块的组态、运行和诊 断。例如，在一个PID功能块中，过程变量是输入参数，控制 变量是输出参数，整定参数是内含参数，一个功能块中的所有 参数都有预先确定的名。
图2.44 上限校验
③非线性校验
在一定温度和压力范围内的传感器特性曲线可能有一点非 线性，这点最后的非线性将被非线性校验功能所校正。因此， 用户可在使用范围内校验变送器，以获得更好的精度。
因非线性校验可改变变送器的特性，所以应仔细阅读 LD302说明书，确认正在使用标准压力源的精度在0.03％或更 高，即标准信号源的精度至少是LD302的三倍。否则，变送器 的精度将受到很大影响。
图2.39 LD302的控制应用
如果LD302只需要完成一个测量功能，那么用户仅需要模拟 输入功能块AI。为了实现控制，就要用到LD302中或其现场总线 仪表中的PID功能块。
通过把功能块的输出连(链)接到其他功能块的输入，即能 建立起控制策略。当完成这种连接时，一个功能块的输入从要 取值的功能块的输出“拉”出数值。在同一仪表或与其他仪表 之间，都可实现功能块之间的链接，一个输出可以链接到多个 输入，这种链接是纯软件的。对一条物理导线上可以传输多少 链接基本上是没有限制的，但必须考虑每个链接的通信时间。 内含参数是不能建立链接的，但它是网络可视的。
校验就是要使读数与所施加的压力相一致。将一个已知的 标准值加在变送器上，然后通知变送器这个值是多少，指导变送 器达到正确值。有以下三种校验的类型可以利用。
①下限校验 当进行下限校验时，必须施加已知的外部标准 下 限 输 入 信 号 。 当 按 下 如 图 2.42 所 示 的 OK 按 钮 后 ， 就 打 开 了 SYSCON 的 上 、 下 限 校 验 窗 口 ， 如 图 2.43 所 示 。 选 择 Lower Value(下限)，25.523287mmH20是变送器的当前下限测量值，若 标准下限输入信号是25mmH20，只需要把标准下限数值25mmH20 通过键盘键入在Desired(希望值)的方框内，再按Send(发送)键。 这样，就把正确的渎数通知给了变送器，从而完成了下限校验。
图2.44 上限校验
③非线性校验
在一定温度和压力范围内的传感器特性曲线可能有一点非 线性，这点最后的非线性将被非线性校验功能所校正。因此， 用户可在使用范围内校验变送器，以获得更好的精度。
因非线性校验可改变变送器的特性，所以应仔细阅读 LD302说明书，确认正在使用标准压力源的精度在0.03％或更 高，即标准信号源的精度至少是LD302的三倍。否则，变送器 的精度将受到很大影响。
图2.39 LD302的控制应用
如果LD302只需要完成一个测量功能，那么用户仅需要模拟 输入功能块AI。为了实现控制，就要用到LD302中或其现场总线 仪表中的PID功能块。
通过把功能块的输出连(链)接到其他功能块的输入，即能 建立起控制策略。当完成这种连接时，一个功能块的输入从要 取值的功能块的输出“拉”出数值。在同一仪表或与其他仪表 之间，都可实现功能块之间的链接，一个输出可以链接到多个 输入，这种链接是纯软件的。对一条物理导线上可以传输多少 链接基本上是没有限制的，但必须考虑每个链接的通信时间。 内含参数是不能建立链接的，但它是网络可视的。
校验就是要使读数与所施加的压力相一致。将一个已知的 标准值加在变送器上，然后通知变送器这个值是多少，指导变送 器达到正确值。有以下三种校验的类型可以利用。
①下限校验 当进行下限校验时，必须施加已知的外部标准 下 限 输 入 信 号 。 当 按 下 如 图 2.42 所 示 的 OK 按 钮 后 ， 就 打 开 了 SYSCON 的 上 、 下 限 校 验 窗 口 ， 如 图 2.43 所 示 。 选 择 Lower Value(下限)，25.523287mmH20是变送器的当前下限测量值，若 标准下限输入信号是25mmH20，只需要把标准下限数值25mmH20 通过键盘键入在Desired(希望值)的方框内，再按Send(发送)键。 这样，就把正确的渎数通知给了变送器，从而完成了下限校验。
《基金会现场总线》课件
系统集成与测试
系统集成是将多个设备和系统连接在 一起，形成一个完整的自动化系统。
系统测试是对自动化系统进行全面检 测和评估的过程，以确保系统的性能 和可靠性。
在基金会现场总线上，系统集成需要 考虑不同设备和系统之间的通信和数 据交换，以确保整个系统的协调运行 。
系统测试包括功能测试、性能测试、 安全测试等方面，以确保系统在各种 工况下的稳定性和可靠性。
可靠性挑战
由于基金会现场总线系统通常应用于工业环境中，因此需要 具备高可靠性和稳定性，能够应对各种恶劣环境和意外情况 。
06 基金会现场总线案例分析
CHAPTER
案例一：智能制造系统中的应用
总结词
智能制造系统通过基金会现场总线实现设备间的实时通信和数据共享，提高生产效率和设备利用率。
详细描述
在智能制造系统中，基金会现场总线技术被广泛应用于各种设备和传感器之间的通信。通过该技术， 设备可以实时地共享和传输数据，使得生产过程中的各种信息能够得到及时、准确的传递。这不仅提 高了生产效率，还降低了设备的故障率，提高了设备利用率。
用于记录和存储总线网络中的数据，以便于分析和处理。
04 基金会现场总线的软件技术
CHAPTER
设备描述语言
设备描述语言是用于描述设备功能、特性和参数的一种语言，它能够使设备在基金 会现场总线上进行互操作。
设备描述语言采用XML格式，通过定义设备的属性和方法，实现对设备的描述和配 置。
设备描述语言是基金会现场总线软件技术的重要组成部分，它能够提高设备的互操 作性和可维护性。
标准化与互操作性
标准化
基金会现场总线技术需要遵循统一的国际标准，以确保不同厂商的设备能够互 操作和兼容。
互操作性
现场总线课件第1章PPT课件
02
现场总线技术的体系结构
现场总线的技术体系
现场总线的技术体系包括物理层、数据链路层和应用层。其中，物理层定义了总线的物理特性，如总 线的传输介质、电气接口等；数据链路层定义了数据传输的规则，如数据帧格式、流量控制等；应用 层定义了设备之间的通信协议和信息交换方式。
现场总线的技术体系还包括设备描述层和系统管理层。设备描述层用于描述设备的功能和属性，以便 于其他设备识别和连接；系统管理层则负责整个系统的调度和管理，包括设备的配置、监控和维护等 。
现场总线课件第1章 ppt课件
目 录
• 现场总线概述 • 现场总线技术的体系结构 • 现场总线技术的应用领域 • 现场总线技术的发展趋势与未来
展望 • 总结
01
现场总线概述
现场总线的定义
总结词
现场总线是一种用于工业自动化系统的通信协议，它允许不同设备之间进行实时 、双向、多节点通信。
详细描述
现场总线是一种通信协议，专门为工业自动化系统设计。它允许多个设备或节点 在同一个网络上进行实时、双向的数据交换。通过现场总线，各种传感器、执行 器、控制器等设备可以相互连接，形成一个完整的自动化系统。
现场总线的主要特点
要点一
总结词
现场总线具有实时性、可靠性和开放性等特点。
要点二
详细描述
现场总线作为一种通信协议，具有实时性、可靠性和开放 性等重要特点。实时性是指现场总线能够快速地传输数据 ，满足工业控制系统的实时需求。可靠性则是指现场总线 具有很强的抗干扰能力，能够保证数据传输的准确性和稳 定性。开放性则意味着现场总线遵循国际标准，不同厂商 的设备可以相互连接和集成，提高了系统的可扩展性和互 操作性。
化的市场需求和工业环境。
02基金会现场总线技术概述
现场总线基金会(中国)培训与演示中心
Fieldbus Foundation Certified Training and Demonstration Center
基金会现场总线技术概述
现场总线基金会(中国)培训与演示中心
Fieldbus Foundation Certified Training and Demonstration Center
现场总线基金会(中国)培训与演示中心
Fieldbus Foundation Certified Training and Demonstration Center
FF的宗旨
• 开发出符合IEC和ISA标准的，唯一的国际现场总线， 即基金会现场总线FF • 加速推广现场总线的应用 • 向全球提供现场总线技术的支持
现场总线基金会(中国)培训与演示中心
Fieldbus Foundation Certified Training and Demonstration Center
现场总线基金会的目标
• 帮助用户接受互可操作现场总线技术 • 支持互可操作现场总线标准的开发 • 促进互可操作现场总线产品的开发 – 开发并发布技术规范 – 提供培训 – 确保技术的可用性
FF的通信模型组成
• FF的通信模型按功能分为三大组成部分： • 通信实体 • 系统管理内核 • 功能块应用进程 • 各部分之间通过虚拟通信关系VCR（Virtual Communication Relationship）来进行信息交换
现场总线基金会(中国)培训与演示中心
Fieldbus Foundation Certified Training and Demonstration Center
现场总线基金会(中国)培训与演示中心
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基金会现场总线技术概述
现场总线基金会(中国)培训与演示中心
Fieldbus Foundation Certified Training and Demonstration Center
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FF的宗旨
• 开发出符合IEC和ISA标准的，唯一的国际现场总线， 即基金会现场总线FF • 加速推广现场总线的应用 • 向全球提供现场总线技术的支持
现场总线基金会(中国)培训与演示中心
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现场总线基金会的目标
• 帮助用户接受互可操作现场总线技术 • 支持互可操作现场总线标准的开发 • 促进互可操作现场总线产品的开发 – 开发并发布技术规范 – 提供培训 – 确保技术的可用性
FF的通信模型组成
• FF的通信模型按功能分为三大组成部分： • 通信实体 • 系统管理内核 • 功能块应用进程 • 各部分之间通过虚拟通信关系VCR（Virtual Communication Relationship）来进行信息交换
现场总线基金会(中国)培训与演示中心
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Lecture_03_基金会现场总线FF(2)
●
基金会现场总线
现场总线
3.4 FF的数据链路层
一、数据链路层的任务
(1) 保证数据的完整性； (2) 提供对共享介质的各个设备的通信调度； 即：决定何时与谁进行对话，向上为应用层提供可靠且透 明的数据传送服务，定义了一系列服务于应用层的原语服 务及相关事件，向下与物理层接口，使用物理层提供的服 务； (3) 完成两条总线通信的桥路管理。
链路主设备
X
LAS
基本设备
基金会现场总线
现场总线
3.4 FF的数据链路层
三、FF的介质访问方式及设备类型
链路层将连接在现场总线上的设备分为三种：
● 链路主设备(LM)：有能力成为链路活动调度器(Link Active Scheduler, LAS)的设备。即可以发起一次通信。 ● 基本设备：不具备链路活动调度能力的设备。只能接收令牌并 做出响应。基本设备不能主动发起通信，只能接收和查询。 ● 网桥：用于两个总线段之间的连接设备称为网桥。有时需要几 个总线段进行扩展连接，则需要网桥。 注意：网桥属于链路主设备，它担负着在它下游的各总线段的系统 管理时间的发布任务，因而它必须成为链路活动调度器LAS。
现场总线
3.4 FF的数据链路层
五、链路活动调度的操作
数据链路层提供的服务 (1) 为数据链路服务访问点(DLSAP)的地址、排队、缓冲 器提供管理服务； (2) 面向连接的传输服务； 建立点对点、一点对多点的连接，采用排队或缓冲器 方式传送数据，拆除所建立的连接。 (3) 无连接数据传输服务； 在无须建立连接的条件下，按排队方式传输数据。 (4) 时间同步服务； (5) 为数据发布者的发布缓冲器提供强制发布服务。
基金会现场总线
现场总线
3.4 FF的数据链路层
基金会现场总线
现场总线
3.4 FF的数据链路层
一、数据链路层的任务
(1) 保证数据的完整性； (2) 提供对共享介质的各个设备的通信调度； 即：决定何时与谁进行对话，向上为应用层提供可靠且透 明的数据传送服务，定义了一系列服务于应用层的原语服 务及相关事件，向下与物理层接口，使用物理层提供的服 务； (3) 完成两条总线通信的桥路管理。
链路主设备
X
LAS
基本设备
基金会现场总线
现场总线
3.4 FF的数据链路层
三、FF的介质访问方式及设备类型
链路层将连接在现场总线上的设备分为三种：
● 链路主设备(LM)：有能力成为链路活动调度器(Link Active Scheduler, LAS)的设备。即可以发起一次通信。 ● 基本设备：不具备链路活动调度能力的设备。只能接收令牌并 做出响应。基本设备不能主动发起通信，只能接收和查询。 ● 网桥：用于两个总线段之间的连接设备称为网桥。有时需要几 个总线段进行扩展连接，则需要网桥。 注意：网桥属于链路主设备，它担负着在它下游的各总线段的系统 管理时间的发布任务，因而它必须成为链路活动调度器LAS。
现场总线
3.4 FF的数据链路层
五、链路活动调度的操作
数据链路层提供的服务 (1) 为数据链路服务访问点(DLSAP)的地址、排队、缓冲 器提供管理服务； (2) 面向连接的传输服务； 建立点对点、一点对多点的连接，采用排队或缓冲器 方式传送数据，拆除所建立的连接。 (3) 无连接数据传输服务； 在无须建立连接的条件下，按排队方式传输数据。 (4) 时间同步服务； (5) 为数据发布者的发布缓冲器提供强制发布服务。
基金会现场总线
现场总线
3.4 FF的数据链路层
基金会现场总线HMI操作 ppt课件
应用客户 Y
应用客户 Z
驱动程序 A
驱动程序 B
驱动程序 C
驱动程序 A1
驱动程序 AN
服务器 A
服务器 B
服务器 C
PPT课件
14
OPC概念
OPC技术规范的意义: 用OPC连接数据源与数据用户
应用客户X
应用客户Y
……
应用客户Z
服务器A
OPC接口
服务器B
……
服务器C
PPT课件
15
OPC概念-应用示例
PPT课件
11
OPC概念
OPC的定义要点如下：
–OPC——Openness，Productivity，Connectivity，既 开放性、产业性、互连性。
–OPC——OLE-Object Linking and Embedding for Process Control（用于过程控制的OLE）。OLE已从面 向对象重新定义为基于对象并改名为ActiveX，这是在 微软的帮助下，由世界上领导前沿的跨国自动化公司 和软硬件供应商合作下建立的一个工业标准，它定义 了一个开放接口，在工业客户机和服务器之间进行数 据交换。
PPT课件
10
OPC概念
–OPC （OLE for Process Control）是一个工业标准， 它是许多世界领先的自动化和软、硬件公司与微软公 司合作的结晶，管理该标准的组织是OPC基金会。
–OPC基金会的宗旨是：在Microsoft COM、DCOM和 Active X技术的功能规程基础上，开发一个开放的和 互操作的接口标准，这个标准的目标是促使自动化/控 制应用、现场系统/设备和商业/办公室应用之间具有 更强大的互操作能力。
基金会现场总线HMI操作
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 。
·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
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。
现场总线技术综述PPT课件
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
二、现场总线的技术特点
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。
四、现场总线的现状
1、多种总线共存 现场总线国际标准IEC61158中采用了8种类型： FF的H1； ControlNet; ProfiBus; P-Net; FF的HSE; SwiftNet; WorldFIP; INTERBUS
二、现场总线的技术特点
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。
四、现场总线的现状
1、多种总线共存 现场总线国际标准IEC61158中采用了8种类型： FF的H1； ControlNet; ProfiBus; P-Net; FF的HSE; SwiftNet; WorldFIP; INTERBUS
现场总线技术PPT课件
物理层由媒体连接单元、媒体相关子层、媒体无关子层组成。各层协 议、各层管理实体和网络管理代理所组成的通信实体协同工作，共同 承担网络通信任务。
2020/7/29
18
3.1.3 基金会现场总线网络拓扑
1. 单网段拓扑 2.桥接网络拓扑
PID（链路主 设备）
模拟量输入（基 本设备）
2020/7/29
数据链路层为系统管理内核协议和总线访问子层访问总线媒体提供服务。访 问通过链路活动调度器进行，访问可以是周期性的，也可是非周期的。
数据链路层的操作被分成两层，一层提供对总线的访问，一层用于控制数据 链路用户之间的数据传输。
2020/7/29
17
系统管理和网络管理
物理层是传输数据信号的物理媒体与现场设备之间的接口。它为数据 链路层提供了独立于物理媒体种类的接收与发送能力。
现场总线技术及其应用
第3讲ห้องสมุดไป่ตู้
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总体概述
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第3章 几种流行的现场总线
3.1基金会现场总线 3.2Profibus现场总线 3.3 LonWorks 3.4CAN总线 3.5 小节
2020/7/29
– World FIP 包括Honeywell，Allen-Bradley，Elsag Bailey等120多家， 以法国标准FIP（Factory Instrumentation Protocol）为基础制定现场总 线。
– FF基金会汇集了世界著名仪表、自动化设备和DCS制造厂商，研究 机构和最终用户。现有基金会成员120余家，以及诸多最终用户组成 的顾问委员会。FF的宗旨是促进产生一个单一的国际现场总线标准 。
2020/7/29
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3.1.3 基金会现场总线网络拓扑
1. 单网段拓扑 2.桥接网络拓扑
PID（链路主 设备）
模拟量输入（基 本设备）
2020/7/29
数据链路层为系统管理内核协议和总线访问子层访问总线媒体提供服务。访 问通过链路活动调度器进行，访问可以是周期性的，也可是非周期的。
数据链路层的操作被分成两层，一层提供对总线的访问，一层用于控制数据 链路用户之间的数据传输。
2020/7/29
17
系统管理和网络管理
物理层是传输数据信号的物理媒体与现场设备之间的接口。它为数据 链路层提供了独立于物理媒体种类的接收与发送能力。
现场总线技术及其应用
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第3章 几种流行的现场总线
3.1基金会现场总线 3.2Profibus现场总线 3.3 LonWorks 3.4CAN总线 3.5 小节
2020/7/29
– World FIP 包括Honeywell，Allen-Bradley，Elsag Bailey等120多家， 以法国标准FIP（Factory Instrumentation Protocol）为基础制定现场总 线。
– FF基金会汇集了世界著名仪表、自动化设备和DCS制造厂商，研究 机构和最终用户。现有基金会成员120余家，以及诸多最终用户组成 的顾问委员会。FF的宗旨是促进产生一个单一的国际现场总线标准 。
第二章-基金会现场总线1PPT课件
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7
2.1.2一个典型的工程实例
3.辅助设备及电缆
（1）接线箱： 涂料厂：接线箱使用刀式开关终端 公用工程厂：Relcom的Mega-block接线箱 聚脂厂：带有P+F网段保护和现场隔离的接线箱 （2）现场总线辅助部件，包括电源模块和诊断模块、网段 保护器和保护现场设备短路的现场安全栅由P+F Powerhubs 提供。
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20
2．通信系统的主要组成部分及其相互关系
➢通信实体贯穿从物理层到用户层的所有各层。由各层协议与 网络管理代理共同组成。 ➢通信实体的任务是生成报文与提供报文传送服务，是实现现 场总线信号数字通信的核心部分。 ➢层协议的基本目标是要构成虚拟通信关系。 ➢网络管理代理则是要借助各层及其层管理实体，支持组态管 理、运行管理、出错管理的功能。 ➢各种组态、运行、故障信息保持在网络管理信息库NMIB中 ，并由对象字典DD来描述。对象字典为设备的网络可视对象 提供定义与描述。
该项目已使用了6套艾默生的DeltaV系统，其中涂料厂、 公用工程厂、聚脂厂近期使用了DeltaV7.4版本和大量的FF设 备；涂料厂为600台(全部模拟量设备)；公用工程厂为300台( 另外有HART设备在单元包中)；聚脂厂为2200台。 2.网段设计 塑料厂网段布局中，在1个H1例段上接两个子网段，聚酯厂 网段布局为FF设备最大安装数量为8台，每个网段的最大阀门 安装数为2台(阀门定位器为2个)，每个网段的备用的分支数为 2个，每个分支上的FF设备为1台，也就是8：2：2：1模式。
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13
2.1.3技术分析
(3)设备描述DD与设备描述语言DDL
➢
为实现现场总线设备的互操作性，支持标准的功能块
操作，基金会现场总线采用了设备描述技术。
7
2.1.2一个典型的工程实例
3.辅助设备及电缆
（1）接线箱： 涂料厂：接线箱使用刀式开关终端 公用工程厂：Relcom的Mega-block接线箱 聚脂厂：带有P+F网段保护和现场隔离的接线箱 （2）现场总线辅助部件，包括电源模块和诊断模块、网段 保护器和保护现场设备短路的现场安全栅由P+F Powerhubs 提供。
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2．通信系统的主要组成部分及其相互关系
➢通信实体贯穿从物理层到用户层的所有各层。由各层协议与 网络管理代理共同组成。 ➢通信实体的任务是生成报文与提供报文传送服务，是实现现 场总线信号数字通信的核心部分。 ➢层协议的基本目标是要构成虚拟通信关系。 ➢网络管理代理则是要借助各层及其层管理实体，支持组态管 理、运行管理、出错管理的功能。 ➢各种组态、运行、故障信息保持在网络管理信息库NMIB中 ，并由对象字典DD来描述。对象字典为设备的网络可视对象 提供定义与描述。
该项目已使用了6套艾默生的DeltaV系统，其中涂料厂、 公用工程厂、聚脂厂近期使用了DeltaV7.4版本和大量的FF设 备；涂料厂为600台(全部模拟量设备)；公用工程厂为300台( 另外有HART设备在单元包中)；聚脂厂为2200台。 2.网段设计 塑料厂网段布局中，在1个H1例段上接两个子网段，聚酯厂 网段布局为FF设备最大安装数量为8台，每个网段的最大阀门 安装数为2台(阀门定位器为2个)，每个网段的备用的分支数为 2个，每个分支上的FF设备为1台，也就是8：2：2：1模式。
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13
2.1.3技术分析
(3)设备描述DD与设备描述语言DDL
➢
为实现现场总线设备的互操作性，支持标准的功能块
操作，基金会现场总线采用了设备描述技术。
基金会现场总线.ppt
解决设备正常测量问题
H1网段的物理连接
通信速度31.25K/S 基金会总线提供两种供电方式
总线供电 单独供电 供电电压9－32伏 信号幅度0.75－1Vp－p 终端器100欧姆 1uF串联
图53
信号编码
特殊格式的帧结束码 解决数据过程中出现结束码的问题
帧结构
前导码 帧前界定码 协议数据信息
1字节
5.0 基金会现场总线FF
FF(Foundation Fieldbus）列入IEC61158标准 FF设：
H1 31.25Kb/s 1996 公布 H2 1M 2.5Mb/s 没有使用 HSE 10M/100M 1998公布 替代H2 FF控制网络通信技术包括： 通信模型 通信协议 通信控制芯片 通信网络与系统管理 软件：通信栈软件 硬件：仪表通信接口卡、计算机接口卡
图5.1
除物理层和用户层以外，其它中间层统称 为通信栈
协议： 用户层 应用层 数据链路层 物理层
应用层规定数据、命令、事件、应答信息 的格式 按功能来划分可分为： 系统管理内核
对象字典、内核协议、系统管理信息库 通信实体（网络管理代理）
对象字典、设备描述、功能块对象
物理设备（功能块应用进程）
对象字典、网络管理信息库
1字节
8－273字节
帧结束码
1字节
采用中继器时可多于1字节
前导码：实现时钟同步 帧前界定码：实现帧同步 同步传输自己之间没有间隙，不需要字节同步
电缆规格
型号 A B C
特征 屏蔽双绞线 屏蔽多股双绞线 无屏蔽多股双绞线
规格
最大长度
0.8mm2 1900m
0.32mm2 1200m
0.13mm2 400m
D 外屏蔽多股非双绞线 0.125m 200m 1 特征阻抗100±20（f＝31.25KHmz）2
H1网段的物理连接
通信速度31.25K/S 基金会总线提供两种供电方式
总线供电 单独供电 供电电压9－32伏 信号幅度0.75－1Vp－p 终端器100欧姆 1uF串联
图53
信号编码
特殊格式的帧结束码 解决数据过程中出现结束码的问题
帧结构
前导码 帧前界定码 协议数据信息
1字节
5.0 基金会现场总线FF
FF(Foundation Fieldbus）列入IEC61158标准 FF设：
H1 31.25Kb/s 1996 公布 H2 1M 2.5Mb/s 没有使用 HSE 10M/100M 1998公布 替代H2 FF控制网络通信技术包括： 通信模型 通信协议 通信控制芯片 通信网络与系统管理 软件：通信栈软件 硬件：仪表通信接口卡、计算机接口卡
图5.1
除物理层和用户层以外，其它中间层统称 为通信栈
协议： 用户层 应用层 数据链路层 物理层
应用层规定数据、命令、事件、应答信息 的格式 按功能来划分可分为： 系统管理内核
对象字典、内核协议、系统管理信息库 通信实体（网络管理代理）
对象字典、设备描述、功能块对象
物理设备（功能块应用进程）
对象字典、网络管理信息库
1字节
8－273字节
帧结束码
1字节
采用中继器时可多于1字节
前导码：实现时钟同步 帧前界定码：实现帧同步 同步传输自己之间没有间隙，不需要字节同步
电缆规格
型号 A B C
特征 屏蔽双绞线 屏蔽多股双绞线 无屏蔽多股双绞线
规格
最大长度
0.8mm2 1900m
0.32mm2 1200m
0.13mm2 400m
D 外屏蔽多股非双绞线 0.125m 200m 1 特征阻抗100±20（f＝31.25KHmz）2
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第2章 基金会现场总线
2.1 概述 2.2 基金会现场总线网络设备与安装 2.3 基金会现场总线组态基础 2.4 基金会现场总线仪表及应用
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1
第2章 基金会现场总线
• 基金会现场总线自问世以来，正以磅礴之势在连续工业过 程控制中掀起了应用高潮。
• 在中国，据不完全统计，几百个大中项目遍及大江南北， 其中不乏世界级大项目，如上海赛科工程、广东惠州中海 壳牌石化工程和正在建设中的福建炼油乙烯工程，其规模 之大让世人震惊。
• 其实，基金会现场总线不仅仅在规模上可以适应大中小规 模上的变化，在控制类型上也正在把高速总线HSE扩展到 连续过程控制以外的断续和批量控制中。
• 应用领域包括石油天然气、炼油、石化、化工、冶金、制 药、电力等
• 现场总线基金会对用户的承诺正在变成现基金会现场总线发展背景、特点及应 用情况
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2.1.1 基金会现场总线发展背景、特点及应用情况
➢ FF总线的前身是ISP和WordFIP标准，ISP协议是以美国 Fisher-Rousemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB 、西门子等80家公司制订的；WordFIP协议是以Honeywell 公司为首，联合欧洲等地的150家公司制订的。
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2.1.2一个典型的工程实例
3.辅助设备及电缆
（1）接线箱： 涂料厂：接线箱使用刀式开关终端 公用工程厂：Relcom的Mega-block接线箱 聚脂厂：带有P+F网段保护和现场隔离的接线箱 （2）现场总线辅助部件，包括电源模块和诊断模块、网段 保护器和保护现场设备短路的现场安全栅由P+F Powerhubs 提供。
• 基金会现场总线在大、中、小系统中都有应用，但大部分 的应用在中、小系统中。在过程控制领域，FF已成为公认 的第一流技术。
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2.1.2一个典型的工程实例
项目概况： 上海拜耳漕泾园区(Bayer Material Science)下属的涂料
厂、公用工程厂和聚酯厂已于2006年建成投产。该项目选用 了FF基金会现场总线，特别是聚酯厂，使用的FF现场总线仪表 较多。 1.设备的选用和总量
➢
它包括基金会现场总线的通信模型、通信协议、通信控制
器芯片、通信网络与系统管理等内容。
➢
它涉及一系列与网络相关的硬、软件，如通信栈软件，被
称之为圆卡的仪表用通信接口卡，FF与计算机的接口卡，各种网
在某些场合，浪涌保护也可以用在保护网段非闪电直接 击中的浪涌破坏. （3）每个网段主干电缆：单根双绞线电缆
.
8
2.1.2一个典型的工程实例
4.现场仪表选型
（1）流量仪表： 科里奥利流量计：E+H Promass；艾默生Micromotion； 涡街流量计：艾默生8800系列，E+H Prowirl； 电磁流量计：E+H Promag； 超声波流量计：E+H Prosonic Flow；
该项目已使用了6套艾默生的DeltaV系统，其中涂料厂、 公用工程厂、聚脂厂近期使用了DeltaV7.4版本和大量的FF设 备；涂料厂为600台(全部模拟量设备)；公用工程厂为300台( 另外有HART设备在单元包中)；聚脂厂为2200台。 2.网段设计 塑料厂网段布局中，在1个H1例段上接两个子网段，聚酯厂 网段布局为FF设备最大安装数量为8台，每个网段的最大阀门 安装数为2台(阀门定位器为2个)，每个网段的备用的分支数为 2个，每个分支上的FF设备为1台，也就是8：2：2：1模式。
➢ FF的最大特色在于它不仅是一种总线，而是一个系统。它既 是网络系统也是自动化系统。
➢ FF总线的低速部分除了实现现场总线信号的数字通信外， FF-H1具有适用于过程自动化的一些特点：支持总线供电、 支持本质安全、采用令牌总线访问机制等。
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2.1.1 基金会现场总线发展背景、特点及应用情况(续)
2.1.2 一个典型的工程实例 2.1.3 技术分析
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3
2.1 概述
➢ FF总线由低速(FF-H1)和高速(FF-HSE)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，并在应用层之上增加了用户层，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1 900m（与传输介质 有关，可加中继器延长），支持总线供电/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，其 通信距离为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 IEC61158-2标准。
➢ FF-HSE主要用于制造业(离散控制)自动化以及逻辑控制、批处理和 高级控制等场合。
（2）压力仪表： E+H Cerabar／Deltabar；艾默生3051；Siemens Sitrans P；
（3）温度仪表： 艾默生3244系列、848系列；Wika 5350； （4）料位仪表： 雷达： E+H FMR240、E+H FMR230；超声 波 E+H Prosonic Level； （5）分析仪表： PH计：艾默生TR200；电导计艾默生400VP （6）控制阀门： Samson3787定位器；
• 基于以太网的高速部分HSE充分利用低成本和商业可用的 以太网技术；
• HSE现场总线技术的另一个关键特点是，HSE现场设备支持 标准的FOUNDATION功能模块，例如AI、AO和PID，也 包括新的、具体应用于离散控制和I/O子系统集成的“柔性 功能模块”；
• 所有或部分的HSE网络和设备可实现冗余，以适应应用中 容错的需要。
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2.1.2一个典型的工程实例
图2.1 FF网段布局图(聚酯厂，2个接线箱)
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2.1.2一个典型的工程实例
图2.2 FF网段布局图(聚酯厂，1个接线箱)
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2.1.3技术分析
1．基金会现场总线的主要技术
基金会现场总线围绕工厂底层网络和全分布自动化系统这两 个方面形成了它的技术特色。
(1)基金会现场总线的通信技术
2.1 概述 2.2 基金会现场总线网络设备与安装 2.3 基金会现场总线组态基础 2.4 基金会现场总线仪表及应用
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第2章 基金会现场总线
• 基金会现场总线自问世以来，正以磅礴之势在连续工业过 程控制中掀起了应用高潮。
• 在中国，据不完全统计，几百个大中项目遍及大江南北， 其中不乏世界级大项目，如上海赛科工程、广东惠州中海 壳牌石化工程和正在建设中的福建炼油乙烯工程，其规模 之大让世人震惊。
• 其实，基金会现场总线不仅仅在规模上可以适应大中小规 模上的变化，在控制类型上也正在把高速总线HSE扩展到 连续过程控制以外的断续和批量控制中。
• 应用领域包括石油天然气、炼油、石化、化工、冶金、制 药、电力等
• 现场总线基金会对用户的承诺正在变成现基金会现场总线发展背景、特点及应 用情况
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2.1.1 基金会现场总线发展背景、特点及应用情况
➢ FF总线的前身是ISP和WordFIP标准，ISP协议是以美国 Fisher-Rousemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB 、西门子等80家公司制订的；WordFIP协议是以Honeywell 公司为首，联合欧洲等地的150家公司制订的。
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2.1.2一个典型的工程实例
3.辅助设备及电缆
（1）接线箱： 涂料厂：接线箱使用刀式开关终端 公用工程厂：Relcom的Mega-block接线箱 聚脂厂：带有P+F网段保护和现场隔离的接线箱 （2）现场总线辅助部件，包括电源模块和诊断模块、网段 保护器和保护现场设备短路的现场安全栅由P+F Powerhubs 提供。
• 基金会现场总线在大、中、小系统中都有应用，但大部分 的应用在中、小系统中。在过程控制领域，FF已成为公认 的第一流技术。
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2.1.2一个典型的工程实例
项目概况： 上海拜耳漕泾园区(Bayer Material Science)下属的涂料
厂、公用工程厂和聚酯厂已于2006年建成投产。该项目选用 了FF基金会现场总线，特别是聚酯厂，使用的FF现场总线仪表 较多。 1.设备的选用和总量
➢
它包括基金会现场总线的通信模型、通信协议、通信控制
器芯片、通信网络与系统管理等内容。
➢
它涉及一系列与网络相关的硬、软件，如通信栈软件，被
称之为圆卡的仪表用通信接口卡，FF与计算机的接口卡，各种网
在某些场合，浪涌保护也可以用在保护网段非闪电直接 击中的浪涌破坏. （3）每个网段主干电缆：单根双绞线电缆
.
8
2.1.2一个典型的工程实例
4.现场仪表选型
（1）流量仪表： 科里奥利流量计：E+H Promass；艾默生Micromotion； 涡街流量计：艾默生8800系列，E+H Prowirl； 电磁流量计：E+H Promag； 超声波流量计：E+H Prosonic Flow；
该项目已使用了6套艾默生的DeltaV系统，其中涂料厂、 公用工程厂、聚脂厂近期使用了DeltaV7.4版本和大量的FF设 备；涂料厂为600台(全部模拟量设备)；公用工程厂为300台( 另外有HART设备在单元包中)；聚脂厂为2200台。 2.网段设计 塑料厂网段布局中，在1个H1例段上接两个子网段，聚酯厂 网段布局为FF设备最大安装数量为8台，每个网段的最大阀门 安装数为2台(阀门定位器为2个)，每个网段的备用的分支数为 2个，每个分支上的FF设备为1台，也就是8：2：2：1模式。
➢ FF的最大特色在于它不仅是一种总线，而是一个系统。它既 是网络系统也是自动化系统。
➢ FF总线的低速部分除了实现现场总线信号的数字通信外， FF-H1具有适用于过程自动化的一些特点：支持总线供电、 支持本质安全、采用令牌总线访问机制等。
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2.1.1 基金会现场总线发展背景、特点及应用情况(续)
2.1.2 一个典型的工程实例 2.1.3 技术分析
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2.1 概述
➢ FF总线由低速(FF-H1)和高速(FF-HSE)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，并在应用层之上增加了用户层，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1 900m（与传输介质 有关，可加中继器延长），支持总线供电/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，其 通信距离为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 IEC61158-2标准。
➢ FF-HSE主要用于制造业(离散控制)自动化以及逻辑控制、批处理和 高级控制等场合。
（2）压力仪表： E+H Cerabar／Deltabar；艾默生3051；Siemens Sitrans P；
（3）温度仪表： 艾默生3244系列、848系列；Wika 5350； （4）料位仪表： 雷达： E+H FMR240、E+H FMR230；超声 波 E+H Prosonic Level； （5）分析仪表： PH计：艾默生TR200；电导计艾默生400VP （6）控制阀门： Samson3787定位器；
• 基于以太网的高速部分HSE充分利用低成本和商业可用的 以太网技术；
• HSE现场总线技术的另一个关键特点是，HSE现场设备支持 标准的FOUNDATION功能模块，例如AI、AO和PID，也 包括新的、具体应用于离散控制和I/O子系统集成的“柔性 功能模块”；
• 所有或部分的HSE网络和设备可实现冗余，以适应应用中 容错的需要。
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2.1.2一个典型的工程实例
图2.1 FF网段布局图(聚酯厂，2个接线箱)
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10
2.1.2一个典型的工程实例
图2.2 FF网段布局图(聚酯厂，1个接线箱)
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11
2.1.3技术分析
1．基金会现场总线的主要技术
基金会现场总线围绕工厂底层网络和全分布自动化系统这两 个方面形成了它的技术特色。
(1)基金会现场总线的通信技术