基金会现场(FF)总线指南

第三章基金会现场总线第一节FF概述基金会现场总线，即Foudation Fieldbus，简称FF，是过程自动化领域（如化工、电力厂试验系统、废水处理和油田等行业）得到广泛支持和具有良好发展前景技术。

其前身是以美国Fisher-Rousemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制订ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等150家公司制订WordFIP协议。

屈于用户压力，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现场总线协议。

FF分为低速H1和高速HSE两部分，分别属于IEC标准中两个不同的子集。

H1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，支持本质安全防爆环境。

HSE传输速率可为10Mbps和100Mbps两种。

物理传输介质支持双绞线、光缆、无线发射，其物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。

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便可从众多的设备供应商中选择性价比最高的产品。

国内FF H1总线电缆FF现场总线的构成单元第二节FF的主要技术(1)FF通信技术：包括FF通信模型、通信协议、通信控制器、通信网络与管理等。

(2)标准功能块（FB）与功能应用进程（FBAP ）：将控制功能的公共特征划分为标准功能块，由这些功能块构成现场设备的应用进程，便于系统组态、调度和管理等。

(3)设备描述（DD）与设备描述语言（DDL）：设备描述主要是解决互操作性问题，DD是设备驱动程序，DDL是进行DD的标准编程语言。

(4)FF通信与外设（如智能仪表）接口技术：通信控制芯片、通信栈软件、FF圆卡等都有多家供应商提供，根据需要便于功能集成，设计新产品。

(5)系统集成技术：包括网络系统与控制系统的集成。

(6)系统测试技术：包括产品一致性与互操作性测试；功能和性能测试；总线性能分析测试等。

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。

FF现场总线使用说明书1 引言FF是基于WorldFip North American (FIP)和InterOperable System Project(ISP)的共同利益,而在1994年合并而成的。

1995年,WorldFip欧洲部分也加入了FF。

FF总线由低速(H1)和高速(HSE，High Speed Ethernet)两部分组成。

低速H1部分将ISO/OSI七层参考模型结构简化为物理层、数据链路层、应用层，再加上用户层,形成四层结构。

同时，为了适应以太网技术的发展，现场总线基金会放弃了其原来规划的H2高速总线标准,并于2000年3月29日公布了基于Ethernet的高速总线技术规范(HSE1.0版)。

HSE充分利用低成本的以太网技术，以100M bit/s到1G bit/s或更高的速度运行，它主要用于制造业(离散控制)自动化以及逻辑控制、批处理和高级控制等高速的现场总线网段的互连。

本手册是组态实验室现场总线系统组态的使用说明书，内容包括了使用组态软件，组态一个典型的DEMO现场总线的详细过程。

2 实验室包含的现场总线设备本现场总线实验室是一个典型现场总线控制系统的配置，设备清单如表1所示：网关、网桥、现场总线接口和端子块等部件构成。

现场总线网络上连接的现场总线设备有两种:一种是总线供电式现场设备，它需要从总线上获取工作电源，总线供电电源就是为这种设备准备的；另一种是单独供电的现场设备，它不需要从总线上获取其工作电源。

常用的现场总线设备有温度变送器、压力(差压)变送器、流量变送器、液位变送器和调节阀等。

这些现场设备不仅有信号变换功能，而且还有组态运算及控制功能。

终端器是连接在总线末端或末端附近的阻抗匹配元件。

每个总线段上需要两个，而且只能有两个终端器。

终端器采用反射波原理使信号变形最小，它所起到的作用是保护信号，使它少受衰减与畸变。

有时，将终端器电路内置在电源、安全栅、PC接口卡和端子排内。

电气091 鲍岩030914101 第五章基金会现场总线FFFF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。

引言基金会现场总线(foundation fieldbus)通常称为FF现场总线,它分为H1和H2两种总线。

它分为H1和H2两种总线。

H1采用符合IEC 61158-2标准的现场总线物理层;H2则采用高速以太网为其物理层。

H1现场总线物理层的主要电气特性如下：采用位同步数字化传输方式;传输波特率为31.25kbps;驱动电压9~32VDC;信号电流±9mA;电缆式屏蔽双绞线;接线拓扑结构可采用线形、树形、星形或者符合形;电缆长度≤1900m(无中继器时);分支电缆的长度30~120m;挂接设备数量≤32台(无中继器时);可用中继器≤4台;适用防爆方法有本质安全防爆方法等。

一、FF现场总路线安装和测试要点赛科项目的现场总线使用经验表明现场总线回路故障的主要原因之一是来自网段上的干扰，而干扰的主要原因是现场总线网段和总线设备的不良安装，赛科项目的经验是：①现场总线网段对绝缘要求很高，为了防爆和防止总线回路受潮，规定采用增安型(EExe)接线箱，电缆穿入接线箱时使用防爆电缆时使用防爆电缆密封接头。

采用FF总线专用端子块与各总线现场设备连接。

每个总线专用端子块具有短路保护作用，短路时指示灯亮，保证一个支路短路时不影响其它支路的正常工作，短路保护器将限制每支路的短路电流不超过60mA。

②电缆屏蔽层的连接注意事项。

在现场总线设备上，支线电缆的屏蔽线要剪断，并要用绝缘带包好，不能与表壳接地螺丝连接。

各段总线电缆的屏蔽线应在接线箱内通过接地端子连接起来，屏蔽线只能在机柜侧(marshalling)的端子接地，中间任何地方对地绝缘要良好，不能有多点接地情况，这样可以起到防止静电感应和低频(50Hz)干扰的作用。

如果干线电缆是多芯电缆，则不同总线网段的分屏蔽线不应在接线箱(JB)内被互相连接在一起，也不能与总屏蔽线连在一起。

③现场总线电缆和现场设备安装之后应该经过严格测试，电缆线间绝缘电阻，对地绝缘，线间和对地电容以及总线信号的波形测试等应该符合FF基金会总线系统工程指南中的技术要求，各端子的连接必须紧固。

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。