07 基金会现场总线
三种工业总线及其中的现场总线
一，工业总线三种基本类型*传感器级总线，即485总线网络*设备级总线，即HART总线网络*现场总线，即FieldBus现场总线网络现场总线定义：现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网现场总线分为以下几种：下面就几种主流的现场总线做一简单介绍。
1、基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF）这是以美国Fisher-Rousemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的WorldFIP协议于1994年9月合并的。
该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。
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），即物理层、数据链路层、应用层，另外增加了用户层。
FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。
后者传输速率为1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距离为750m和500m，支持双绞线、光缆和无线发射，协议符号IEC1158-2标准。
FF的物理媒介的传输信号采用曼切斯特编码。
2、CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域网）最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。
CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。
CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。
CAN支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M /1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。
已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。
基金会现场总线(Foundation Fieldbus)的发展动态
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。
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基金会现场总线低速总线h1标准,其传输速率为
基金会现场总线低速总线h1标准，其传输速率为1. 引言1.1 概述基金会现场总线（FOUNDATION Fieldbus）是一种用于工业自动化系统的数字通信总线技术。
它通过在工厂或工程现场中连接传感器、执行器和控制设备，实现数据交换和控制指令传输。
作为一种先进的通信协议，基金会现场总线已经在许多行业中得到广泛应用，并取得了显著的成果。
本文将对基金会现场总线的低速总线（H1标准）进行全面介绍和分析。
低速总线是基金会现场总线的一个重要组成部分，其主要用途是接口连接传感器和执行器等较简单的设备，进行实时数据采集和控制。
H1标准是针对低速总线而制定的规范，它定义了传输速率以及通信参数等重要信息。
1.2 研究背景随着工业自动化水平不断提高，对于实时、可靠和高效的数据交换需求日益增加。
而传统的模拟信号传输方式已不能满足这些需求，因此数字通信技术应运而生。
基金会现场总线作为最常见、最广泛应用的一种数字通信总线技术之一，被广泛应用于制造业、能源行业等领域。
然而，由于不同工业场景对信号传输速率的需求存在差异，因此研究如何提升低速总线的传输速率成为了一个重要的课题。
1.3 目的和意义本文旨在分析基金会现场总线的低速总线H1标准，并探讨如何提升低速总线的传输速率以满足不同行业对实时数据交换的需求。
通过结合实践案例和具体应用场景，将深入探讨H1标准与低速总线之间的联系和差异，并提出相关解决方案和建议。
同时，本文也将展望未来基金会现场总线技术的发展趋势，并针对进一步研究方向提出建议，以推动相关产业的发展和创新。
综上所述，本文将通过全面介绍、分析和探讨基金会现场总线的低速总线H1标准，旨在为读者提供深入了解基金会现场总线技术及其应用价值的参考，并为工业自动化领域相关从业人员提供指导和借鉴。
2. 基金会现场总线概述2.1 什么是基金会现场总线?基金会现场总线(Foundation Fieldbus)是一种用于工业自动化领域的数字串行通信总线系统。
《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
基金会现场总线技术
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。
现场总线技术之基金会现场总线
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。
基金会现场总线工程应用技术研讨会在西安举办
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基金会现场总线产 品简介 如何设计和使 用基金会现场总线
现 场 总 线 技术 在福 建 炼 油 乙烯 一 体 化 项 目的 应用 基 金 会 现 场 总 线产 品在 本 土 的研 发 及 产 品 预 测 性 维 护 提 高工 厂稳 定 性 基 金 会 现 场 总 线技 术 在 海 外 的应 用 （Ｅ Ｐ项 目） ＪＲ
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现场总线技术在工业称重仪表中的应用
信协议 、用于完成开放互联模式 中第 ２ ７ — 层通信 协议的通信栈 、用于描述设 备特性 、参数 、属性 及操作接 口的 Ｄ Ｌ设备描述语言 、设备描述字典 、 Ｄ 用于实现测量 、控制 、工程量转换等功能的功能
大 大 简 化 程 序 员 的 工 作 量 ，提 高 系统 的 灵 活 性 ，
如 图 ９所 示 。
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业 的生 产效 率 。 四、结 束语
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八大类现场总线的阐述
八大类现场总线的阐述1、基金会现场总线(FoundationFieldbus 简称FF)这是以美国Fisher-Rousemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的WorldFIP 协议于1994年9月合并的。
该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。
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)，即物理层、数据链路层、应用层，另外增加了用户层。
FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。
后者传输速率为1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距离为750m和500m，支持双绞线、光缆和无线发射，协议符号IEC1158-2标准。
FF的物理媒介的传输信号采用曼切斯特编码。
2、CAN(ControllerAreaNetwork控制器局域网)最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。
CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。
CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。
CAN支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M/1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。
目前已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。
3、Lonworks它由美国Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。
它采用ISO/OSI模型的全部7层通讯协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。
基金会现场总线技术简述及最新发展FFTechnica
网桥 (Bridge)：用于连接不同传输速率或不同传输介质的设备， 比如将下游各个H1网段连接在一起的设备，同时也是H1和HSE 接口设备，它必须成为链路主设备。
FF链路活动调度器 (LAS)
客户 - 服务器 VCR
FT FC
报告分发 VCR
发布 - 预订 VCR
Device must open communication channels to talk to remote devices
FF通信设备类型
按照设备的通信能力，Ff将通信设备分为三种类型
链路主设备（Link Master Device）：有能力成为链路活动调度 器LAS（Link Active Scheduler）的设备，包括主机接口或某些 其它设备。
FF 功能块 驻留在实际设备中 制造商可以增强功能块 制造商可以创建用户化功能块
功能块应用进程应用
AI DI Input
AO DO Output
AI AI PID PID
SS AO Override Control
AI AI ML
PID PD AO
Manual Control
AO AO
Feedback Control
链路活动调度器 LAS (Link Active Scheduler）
LAS是总线段的调度中心,具有总线上所有设备的清单和链路活动调度表， 控制通信介质上数据传输活动,任何时刻每个总线段上都只有一个LAS处于 工作状态
LAS功能包括
– 向设备发送强制数据CD
– 向设备发送传递令牌PT
– 为新入网设备探测未用地址
基金会现场总线技术概述
包括世界上最主要的自动化设备供应商，如AB、ABB、
Yokogawa、Honeywell、Smar、FUJI Electric等等。
基金会现场总线的最大特色就在于它不仅是一种总线技 术，而且是一个自动化系统。它作为最新的自动化系统，区 别于传统的自动化系统的特征在于它所具有的开放型数字通 信能力，使自动化系统具备了网络化特征。
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； （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；
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。 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：双绞线电缆
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(FF)概述
摘
要 ： 现 场 线 将 威 为 ２ 世 纪 自控 挂 术 的 主 流 。 ｔ 章 对 现 场 总 线 、 州 １
噩 作 音 枣 与 分析 、研 究 的 Ｆ Ｆ基 金 会 现 岛 总 线 协 议 作 了 简 略 的 介 绍 同 时
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目 前 ， 我 国 一 些 著 的 科 研 院 所 Ａ １ Ｆ 一２ ０世 纪 ８ ０年 代 开 始 欧 、北 美 及 公 司 重 对 Ｅ Ｒ 和 Ｆ 进 行 深 人 研 究
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现场总线与工业以太网基金会现场总线
一种经典旳工程实例
• FF总线在拜耳漕泾工厂旳应用
•
上海拜耳漕泾园区(Bayer Material
Science)下属工厂旳涂料厂、公用工程厂和
聚酯厂已于2023年建成投产，该项目选用了
FF基金会现场总线，在仪表选型和安装调试
方面有自己旳特色，尤其是聚酯厂，使用旳
FF现场总线仪表较多，系统设置明朗、可靠
FF-H1主要用于过程工业（连续控制）旳自动化。FFHSE则采用基于Ethernet (IEEE802.3) +TCP/IP旳六层构造， 其通信距离为750m和500m。物理传播介质可支持双绞线、 光缆和无线发射，协议符合IEC61158-2原则。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。
3．基金会现场总线这一开放、可互操作旳技术已经成为全球 范围内领先旳数字化控制系统处理方案。近年来，越来越多旳 最终顾客采纳了基金会现场总线技术。该技术已广泛应用在石 油、天然气、石油化工、化工食品、制药、电力、水处理、钢 铁矿山、造纸、水泥等行业有着广泛应用，其中石化领域目前 是FF总线最主要旳应用领域。
(6)系统测试技术。
它涉及通信系统旳一致性与互可操作性测试技术、总线监 听分析技术、系统旳功能和性能测试技术。一致性与互可操作 性测试是为确保系统旳开放性而采用旳主要措施。一般要经授 权过旳第三方认证机构作专门测试，验证符合统一旳技术规范 后，将测试成果交基金会登记注册，授予FF标志。只有具有 了FF标志旳现场总线产品，才是真正旳FF产品，其通信旳一 致性与系统旳开放性才有相应保障。有时，对由具有FF标志 旳现场设备所构成旳实际系统，还需进一步进行互可操作性测 试和功能性能测试，以确保系统旳正常运转，并到达所要求旳 性能指标。总线监听分析用于测试判断总线上通信信号旳流通 状态，以便于通信系统旳调试、诊疗与评价。
第4章-基金会现场总线FF-讲课教案
3
F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
4
FF 通信模型
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
物理层 FF现场总线
1 去除前导码、 定界码 2 数据解码
H1区域
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的连接提供机械和电气接口，为现场
设备对总线的发送或接收提供合乎规范的物理信号。
物理层作为电气接口，一方而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
国际电工委员会（International Electro technical Commission，简称IEC）
主要内容
20
1 概述 2 物理层 3 数据链路层 4 用户层及功能块
5 设备描述DD与DDL 6 通信控制器
3 数据链路层DLL
21
数据链路层位于物理层PHY与总线访问 子层FAS之间，为系统管理内核和总线 访问子层FAS访问总线媒体提供服务。
17
FF 现场总线类型
/H2
18
低速现场总线H1 传输速率 31.25Kbps 31.25Kbps 31.25Kbps
高速现场总线H2
1Mbps
1Mbps
1Mbps
信号类型 拓朴结构
通信距离 分支长度 供电方式
本质安全
电压
总线/菊花 链/树型
1900m
电压
总线/菊花 链/树型
1900m
基金会现场(FF)总线指南
曼彻斯特双向-L编码
前同步信号、起始定界符和结束定界符由特定字符来定义。 F I E L D B U S B6
smar
前同步信号、 起始定界符和
结束定界符
前同步信号被接受器用来将其内部时钟与输入的现场总线信号同步。
起始定界符、结束定界符是专用的N +和N-。注意N +和N-在1比特时间中间不跳变，接收器 用 起始定界符找到现场总线报文的开始部分，在找到起始定界符后，接收器接收数据直至收到 结束定界符为止。
TUTORIAL
链路设备 F I E L D B U S B8
smar
在 HSE 总线上传输的 31.25kbit/s 基金会现场总线信息使用标准以太网协议，因此使用一些 通 用网络设备，如交换机和路由器，可以构成大的网络。当然，部分 HSE 网络可以实现冗余， 以满足应用对容错的要求。
Large Networks.
TUTORIAL
现场总线指导
基金会现场总线技术概要
现场总线 - 今日趋势
基金会现场总线是仪表和过程控制向数字化通讯方向发展而形成 的技术。它不同于其他通讯协议，仅仅实现数据的数字化传输，而是 用来完成整个过程控制系统的设计。本书介绍现场总线技术，使您了 解它的优势和长处，并进而将这种杰出而可靠的技术应用到您的控制 系统中去。
smar
链路活动调度器的算法
在发布 下一个CD之前 有时间做其它
工作吗？
等待直至发布
否
CD时间到
等待期间发
空闲报文
发布CD
C D = 强制数据
是
P N = 探测结点
T D = 时间分配
P T = 传输令牌
发布 PN, TD或 PT
从十点关注解读ARC报告看基金会现场总线的优越性
从十点关注解读ARC报告看基金会现场总线的优越性2007年2月美国ARC咨询集团发表了以“基金会现场总线为运营卓越提供自动化结构”为题的ARC白皮书，现已翻译成中文，并开始分发给用户。
要点如下：一、ARC首先指出基金会现场总线技术作为一种一元化的结构，是一个过程自动化系统。
它对数据、通信、工厂资产及事件进行管理，并同时提供高度分布式的控制功能，以及设备和子系统之间的互操作性能，这种结构不受供应商的影响，基于标准而建造，为最终用户提供了一个共同的框架，用来实施和管理实现运营卓越性和过程生产连续改善的策略。
它是目前经过实践证明的最先进的、规模可变的系统之一。
二、基金会技术的三个基本的价值主张：过程完整性、商业智能化和开放的、规模可变的信息集成。
（图1，P2上图）三、基金会技术的商业价值利益，是若干度量结果的综合，例如提高的资产有效性、资产回报率、寿命成本的降低，以及多种其它的策略和财务目标等等。
基金会现场总线从基层开始建立，一直发展至可以解决这些商业问题。
四、基金会技术与ARC已发表的“协用过程自动化”CPAS设想在关键方面相一致，请见下表：CPAS功能要求五、基金会现场总线的安全系统可提高过程有效性和安全性。
2006年初，现场总线基金会宣布：其安全仪表系统规范已经通过TUV的协议类型认证，符合IEC61508标准，已达到并包括安全完整性等级第三级（SIL3）。
基金会的SIS概念是为SIS和过程自动化提供一个共有的平台，ARC支持这个平台用于安全系统的“相同但分离”的形式。
结合使用报警管理中的最佳实践对于避免异常状况的发生非常重要，这也应该成为整体的安全和危机状态管理策略的一部分。
为了更加有效地达成这一目标，现场总线基金会于2006年成立了一个工作小组，来改进早已存在于基金会标准时钟报警中的报警和设备诊断功能。
这个小组目前正在编制一套全新的参数以及标准、灵活、可进行组态的由用户定义的报警功能。
从而支持了对商业智能的要求，即在正确的时间，将正确的信息发送给正确的人员。
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第7章
基金会现场总线（FF）
7.1 基金会现场总线的主要技术 7.2 FF通信模型 7.4 FF通信栈
7.1 基金会现场总线的主要技术
1．FF 总线的通信技术
2．标准化功能块 (FB，Function
Block)与功能块应用进程 (FBAP， Function Block Application Process)
调度通信与非调度通信。
受调度通信：由链路活动调度器按预定的时间
表周期性依次发起的通信活动。
预定调度时间表、强制数据
(CD，Compel
Data)
非调度通信：在预定调度时间表之外的时间，
通过得到令牌的机会发送信息的通信方式。
传递令牌(PT Pass Token) FF通信采用的是令牌总线工作方式。
Kernel)
在模型分层结构中的应用层和用户层。
主要负责与网络系统有关的管理任务，如确
立本设备在网段中的位置，协调与网络上其 他设备的动作和功能块执行时间。
用来控制系统管理操作的信息被组织成对象，
存储在系统管理信息库 (SMID，System Management Information Base)中。
7.1 基金会现场总线的主要技术
3．设备描述 (DD，Device Description)与
设备描述语言(DDL,Device Description Language)
4．现场总线通信控制器与仪表或工业控制
计算机之间的接口技术
5．系统集成技术 6．系统测试技术
1．FF 总线的通信技术
实现的。
每个总线段上有一个媒体访问控制中心，
称为链路活动调度器 (LAS，Link Active Scheduler)。
LAS具备链路活动调度能力，便可形成链路
活动调度表，并按照调度表的内容 形成各 类链路协议数据，链路活动调度是该设备 中心数据链路层的重要任务。
（1） 通信设备类型
7.2 FF通信模型
1.四个层次
物理层
数据链路层 应用层(总线访问层与总线报文规范子层) 用户层
2.功能
物理层：信号如何发送；
数据链路层：如何在设备间共享网络和调度
通信；
应用层：在设备间交换数据、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
（2）FAS服务类型
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。
FMS所包含的服务
（1）虚拟现场设备(VFD)
（2）通信服务
对由具有FF标志的现场设备所组成的系统，
还需进一步进行可互操作性测试和功能性 能测试，以保证系统的正常运转，并达到 所要求的性能指标。
总线监听分析用于测试判断总线上通
信信号的流通状态，用于通信系统的 调试、诊断与评价。
对由现场总线设备构成的自动化系统，
功能、性能测试技术还包括对其实现 的各种控制系统功能的能力、指标参 数的测试。
的设备描述源程序转化为机器可读的 输出文件。
4．现场总线通信控制器与仪表或工业控 制计算机之间的接口技术
在现场总线的产品开发中，常采用 OEM
集成方法构成新产品。己有多家供应商 向市场提供
FF 集成通信控制芯片
通信栈软件 圆卡
5．系统集成技术
包括通信系统与控制系统的集成。
网络通信系统组态、网络拓扑、配线、网络
（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 （7）上载/下载服务 （8）程序调用服务
第二部分 第七章复习题
1. 基金会现场总线的主要技术特点是什
么？请加以说明。
2. 基金会现场总线通信模型只具备ISO/ OSI参考模型中的哪四层？它们各自的作 用是什么？
5.功能块应用进程 (FBAP，Function Block
Application Process)
在模型分层结构中位于应用层和用户层。
功能块应用进程主要用于实现用户所需要的
各种功能。
功能块把为实现某种应用功能或算法、按某
种方式反复执行的函数模块化，提供一个通 用结构来规定输入、输出、算法和控制参数， 把输入参数通过这种模块化的函数转化为输 出参数。
链路活动调度器的五种基本功能:
① 向设备发送强制数据CD。
② 向设备发送传递令牌PT
③ 为新入网的设备探测末被采用过的地址。
④ 对总线发布数据链路时间和调度时间。
⑤ 视设备对传递令牌PT的响应，当设备既
不能随着PT顺序进入使用，也不能将令牌返 回时，就从活动表中去掉这些设备。
② 数据链路层映射协议机制(DMPM，DLL
Mapping Protocol Machine) 对下层即数据
链路层的接口。
它将来自应用关系协议机制的FAS内部协议
格式转换成数据链路层DLL可接受的服务格
式，并送给DLL；
反过来，将接收到的来自DLL的内容，以FAS
内部协议格式发送给应用关系协议机制ARPM。
第七章 基金会现场总线（FF）
第7章
基金会现场总线（FF）
Foundation Fieldbus 由现场总线基金会(Fieldbus Foundation)
组织开发， IEC61158标准。 工作在生产现场，适应本质安全防爆的要 求，通过传输数据的总线为现场设备提供 工作电源。 开放性、互操作性。
现场总线设备的互操作性，支持标准的块功
能操作。
设备描述为控制系统理解来自现场设备的数
据意义提供必需的信息，控制系统或主机对 某个设备的驱动程序。
DDL,Device Description Language
设备描述语言是一种用以进行设备描
述的标准编程语言。
采用设备描述编译器，把用DDL编写
（3）受调度通信 链路活动调度器 (LAS)中有一张传输时
刻表，这张时刻表对所有需要周期性传 输的设备中的所有数据缓冲器起作用。
调度数据传输常用于现场总线各设备间，
将控制回路的数据进行有规律的、准确
的传输。
图7-9
FF调度数据传输
（4）非调度通信
图7-10
FF非调度通信
2.现场总线访问子层 (FAS)
按照设备的通信能力，基金会现场总线把通
信设备分为三类:链路主设备、基本设备和 网桥。
链路主设备:有能力成为链路活动调度器的
设备；
基本设备:而不具备上述能力的设备。
网络中几个总线进行扩展连接时，用于两个
总线段之间的连接设备就称之为网桥。
图7-7
FF通信设备与LAS
网桥属于链路主设备。由于它担负着对它下游
定标准的功能块、设备描述，实现网络管理、 系统管理等。
在相应软硬件开发的过程中，往往把
除去最下端的物理层和最上端的用户 层之后的中间部分作为一个整体，统 称为通信栈。这时，现场总线的通信 参考模型可简单地视为三层。
物理层、通信栈、用户层
图7-1
OSI与FF的通信模型
按各部分在物理设备中要完成的功能，可分
系统管理；
控制系统组态； 人机接口； 系统管理维护。
6．系统测试技术
通信系统的一致性与可互操作技术； 总线监听分析技术； 系统的功能、性能测试技术。 在测试基础上进一步开展对通信系统、
自动化系统的综合指标评价。
一致性与可互操作性测试是为保证系统的
开放性而采取的重要措施，一般要经授权 的第三方认证机构作专门测试，验证符合 统一的技术规范后，将测试结果交基金会 登记注册，授予FF标志。
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。否则就不可 能对下游各段的数据链路时间和应用时钟进行 再分配。
一个总线段上可以连接多种通信设备，也可以
挂接多个链路主设备，但一个总线上某个时刻 只能由一个链路主设备成为链路活动调度器 LAS，没有成为LAS的链路主设备起着后备LAS 的作用。
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，使其公共特征标准化。
输入、输出、算法、事件、参数与块控制图，并把
它们组成为可在某个现场设备中执行的应用进程。
开放系统构架的基础，不同制造商产品的混合组态
与调用。
3．设备描述与设备描述语言
DD，Device Description
现场总线访问子层 (FAS，Fieldbus Access
Sublayer)是基金会现场总线通信参考模型 中应用层的一个子层。
总线访问子层FAS位于FMS与数据链路层之间，
把FMS与数据链路层DLL分隔开来，利用数据 链路层的受调度通信与非调度通信作用，为 总线报文规范层提供服务，对FMS和AP提供 VCR的报文传送服务。
3.说明基金会现场总线数据链路层数据 活动控制方法与工作过程。
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。
（1）总线访问子层的协议机制
o ①总线访问子层的服务协议机制 (FSPM，