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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。
基金会现场总线技术摘要：现场总线是当今自动化领域技术发展的新兴技术和热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网，它主要解决现场的智能化仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信，以及这些现场设备和高级控制系统乃至整个企业信息化管理系统之间的信息传递问题。
与传统控制系统，如 DCS、PLC等相比，现场总线控制系统具有全数字通信、可互操作、高度分散、开放性好、可靠性高、投资与维护成本低等独特的优点。
基金会现场总线是现场总线基金会为适应自动化系统，特别是过程自动化系统在功能、环境与技术上的需要而专门设计的，基金会现场总线将在今后自动控制技术的发展中发挥重要作用。
1 发展概况1.1 基金会现场总线历史基金会现场总线（以下简称为FF）的前身是ISP和WorldFIP标准。
ISP标准是可互操作系统协议的简称，它基于德国的Profibus标准。
ISP制订于1992年，由美国Fisher—Rosemount公司牵头，有80多家公司参加，包括Smar、E+H、Siemens、Foxboro、横河、ABB等公司，成员以仪表制造厂家为多。
则是世界工厂仪表协议的简称，基于法国的FIP标准。
WorldFIP 是由Honeywell公司牵头，联合Allen-Bradley、Elsay、Bailey等多家欧洲著名公司于1993年制订而成，其成员也有150多家，不少是PLC制造厂家。
自此以后，这两大派别极力维护自身利益，现场总线长期得不到统一，因此受到广大用户的批评。
迫于用户压力和市场需求，1994年9月，ISP和WorldFIP北美部分终于达成共识，一起成立了现场总线基金会，致力于开发国际上统一的现场总线协议。
该基金会汇集了世界著名仪表、自动化设备、DCS制造厂家、科研机构和最终用户。
由于这些公司是自动化领域自控设备的主要供应商，它们生产的变送器、执行器、DCS和流量仪表占世界市场的90%，对工业底层网络的功能需求了解透彻，也具备足以左右该领域自控设备发展方向的能力，因而由它们组成的基金会新颁布的现场总线规范具有一定的权威性。
FF总线的通信技术通信是基金会现场总线（FF）技术的主要组成部分。
首先要强调和明确指出的是，基金会现场总线是定位于重要的（missioncritical）过程控制应用，因此要求时间的确定性（timecritical），这是对它性能要求的出发点。
基金会现场总线通信技术包括两个部分，即H1和HSE。
各种基金会现场总线控制系统有各自的特点，但H1总线都遵守同样的规则。
H1总线应用于现场设备，我们不打算罗列它所有条文，只列举它的主要性能有：通信速率：波特率31.25kbps（主要传输连续过程变量参数）。
传输距离：主干和分支合计1900米（满足大部分过程工厂的现状要求）。
总线供电：支持，9-32V电压，电源应冗余配置（继承原过程工厂中仪表的传统连接习惯）。
本安防爆：支持，同时推出了FISCO、FNICO等新概念（过程工厂中经常有易燃易爆环境）。
应当特别指出，H1总线的通信速率31.25kbps是连续过程控制的最佳通信速率。
速率的选择要兼顾传输距离、被测参量变量周期长短、传输介质损耗、信息辐射和介质易受干扰的程度等综合因素决定。
从满足需求上看，FF总线的通信周期为500mS，此速率足可以胜任通信的需求。
H1总线因为有了链路调度器功能的设置，保证了网段重要设备的冗余，因而在H1总线上不再设置线路冗余。
初期人们对此总有担心。
事实上H1总线重要设备的使命，在很大程度上用设备冗余代替了。
基金会工程规范说，一条H1网段可以挂接6到12台设备，但对于I级关键的重要位置，一条H1总线只需挂3台设备（例如一个串级控制回路的两台变送器和一台阀门）。
庆幸的是工业现场只有一小部分环节有这种高度风险性。
既然有这种简单的解决方法，为什么还要去追求成本更高的电缆冗余呢？当然，在特别重要的H1和设备，HSE高速总线可以设置H1的介质冗余，能更有效的保证了通讯的正常进行。
现在许多设备有总线极性不敏感的性能（即可不分正负），但总线供电设备是分正负极的。
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。
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。
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。
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。
