第13章现场总线数据通信系统
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第13章现场总线数据通 信系统
2020/11/25
第13章现场总线数据通信系统
本章内容
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节 • 第五节 • 第六节 • 第七节 • 第八节
现场总线通信系统概述 物理层 数据链路层 现场总线访问子层 现场总线报文规范子层 通信栈 网络管理 系统管理
第13章现场总线数据通信系统
模型，每一个功能模型都代表着不同的需 要。功能块模型就是其中的一种，它主要 支持低层功能。用户可使用这些功能块构 建用户程序，实现所需要的控制策略。
第13章现场总线数据通信系统
• 2、对象字典和设备描述（OD与DD） • 它们是支持功能块的标准化工具，对网络
可视对象进行定义和描述，促进设备的定 义和理解的一致性。 • 其中DD是OD的扩展，它可以描述很多对象， 可以驱动人机接口的显示及同其他设备相 互作用。
第13章现场总线数据通信系统
• 3、网络通信 • 基金会网络结构使用预定通信信道，即所谓的
“虚拟通信关系（VCR）”在设备之间传输信 息。共有3种类型的VCR，即出版商/订阅者VCR、 报告分发VCR及客户机/服务器型VCR。 • 为了支持这些VCR，基金会系统结构定义了一 个3层的通信结构。物理层，具体说明信号是 如何发送的；数据链路层，具体说明网络共享 及设备中的调度；应用层，定义了应用进程之 间的命令、响应、数据和事件的信息交换信息 格式。
第13章现场总线数据通信系统
• 在现场总线网络中，桥完成以下任务： • （1）转发 • （2）重发 • （3）分配数据链路时间 • （4）分配应用进程时间
第13章现场总线数据通信系统
• 每一条链路都要有一wenku.baidu.com，且只能有一个链路活 动调度器（LAS）。LAS在数据链路层中的作用 是作为链路总线仲裁器，它完成以下功能：
• 基金会现场总线FF模型如图1的右侧一列所示。这采用 了ISO/OSI参考模型中的三层：物理层、链路层和应用 层，隐去了3-6层。其中物理层、链路层采用了IEC/ISA 标准。应用层分为两个子层：现场总线访问子层FAS和 现场总线报文规范子层FMS。FMS为系统的用户层提供通 信服务。FMS提供不同类型的通信信道，称为虚拟通信 关系VCR，FAS把VCR映射到底层网络，从而把用户的应 用进程同日新月异的网络技术的发展隔离开来。链路层、 访问子层和报文规范子层的全部功能集成在一起称为通 信栈（Communication Stack）。
• 基金会现场总线还在ISO/OSI参考模型的应用层之上增 加了用户层，用于组成用户所需要的应用程序。如，规 定标准的功能块，定义设备描述，实现网络管理和系统 管理等。
第13章现场总线数据通信系统
二、现场总线通信系统的主要组成 部分
•图2 基金会现场总线通信系统的结构
第13章现场总线数据通信系统
• 1、功能块应用进程FBAP • 基金会结构被设计成支持很大范围的功能
第13章现场总线数据通信系统
• 5、系统管理 • 基金会系统结构在每个设备中包含一个系统管
理内核（SMK），它维护系统信息的同步与协 调，为设备应用进程的执行和互操作提供一个 分散的平台。系统管理内核(SMK)维护的信息 被称为系统管理信息库（SMIB），系统的基本 信息组态到SMIB中。SMK的作用还有分配物理 标签和地址、定位设备和对象、系统应用时钟 同步、功能块调度等。
• （1）识别和添加链路中的新设备 • （2）删除链路中无响应的设备 • （3）分配数据链路时间和链路调度时间 • （4）在受高度传输时，轮询现场总线设备，
看缓冲区中是否有要发送的数据 • （5）在两次受调度传输的中间，为现场产品
线设备分配令牌
第13章现场总线数据通信系统
• 链路中的任何一个设备只要具备成为LAS的条件，都可 以成为LAS。能够成为LAS的设备被称为链路主设备，其 余的设备被称为基本设备。
• 当链路首次启动或者现有的LAS故障时，链路主设备开 始竞争LAS。竞争成功的链路主设备立即作为LAS开始工 作。LAS将未成为LAS的链路主设备视为基本设备。同时， 未成为LAS的链路主设备又都成为LAS的后备，一旦现行 的LAS发生故障，它们就会进入新一轮的LAS竞争。
第13章现场总线数据通信系统
三、现场总线网络拓扑结构
• 基金会现场总线的网络拓扑结构分为单链路拓扑和桥式拓扑两 种结构。其中单链路拓扑是典型的离线组态网络，包含一个组 态设备和一个被组态设备。而桥式网络是由桥把不同速率、不 同介质的链路连接成多链路。在所有的基金会式网络中，两个 设备间只有一个数据链路，所以桥内的路由表要相互协调，组 成生成树（Spanning Tree）。生成树表达了桥的组态，这样就 保证了只有两个方向的数据流，或者流向树根据 ，或者离开树 根。没有任何回路和并行路径。也就是说，由每一条链路到树 根有一个，且仅有一个桥。生成树中的每一个桥只有一个根端 口，一个或多个下游端口。每一个桥端口都连接一条链路。根 端口向上连接到根，下游端口向下引出根的分支。下游端口又 称指定端口（Designated Ports）。当根端口由远方的链路接 收到预定的信息时，桥就会根据内部的路由表来选择信息所要 经过的下游端口。而当下游端口接收到信息时，桥就会指出上 传到根和/或下传到其他下游端口的通信路径。
第13章现场总线数据通信系统
• 4、网络管理 • 为了在设备中综合层2和层7，并监督和控制它
们的运行，基金会系统结构在每个设备中都有 一个网络管理代理（NMA）。网络管理代理支 持系统组态管理、运行管理和差错管理的功能。 这些有关组态、运行、差错的信息都存储于网 络管理信息库(NMIB)中。当然仍有大量的信息 存在于通信栈中。系统管理信息库（NMIB）是 由虚拟现场设备VFD描述的。
第一节 现场总线通信系统概述
• 一、现场总线通信系统和ISO/OSI参考模型 的关系
• 二、现场总线通信系统的主要组成部分 • 三、现场总线网络拓扑结构
第13章现场总线数据通信系统
一、现场总线通信系统和ISO/OSI参 考模型的关系
•图1 现场总线模型与ISO/OSI模型之间的关系
第13章现场总线数据通信系统
2020/11/25
第13章现场总线数据通信系统
本章内容
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节 • 第五节 • 第六节 • 第七节 • 第八节
现场总线通信系统概述 物理层 数据链路层 现场总线访问子层 现场总线报文规范子层 通信栈 网络管理 系统管理
第13章现场总线数据通信系统
模型，每一个功能模型都代表着不同的需 要。功能块模型就是其中的一种，它主要 支持低层功能。用户可使用这些功能块构 建用户程序，实现所需要的控制策略。
第13章现场总线数据通信系统
• 2、对象字典和设备描述（OD与DD） • 它们是支持功能块的标准化工具，对网络
可视对象进行定义和描述，促进设备的定 义和理解的一致性。 • 其中DD是OD的扩展，它可以描述很多对象， 可以驱动人机接口的显示及同其他设备相 互作用。
第13章现场总线数据通信系统
• 3、网络通信 • 基金会网络结构使用预定通信信道，即所谓的
“虚拟通信关系（VCR）”在设备之间传输信 息。共有3种类型的VCR，即出版商/订阅者VCR、 报告分发VCR及客户机/服务器型VCR。 • 为了支持这些VCR，基金会系统结构定义了一 个3层的通信结构。物理层，具体说明信号是 如何发送的；数据链路层，具体说明网络共享 及设备中的调度；应用层，定义了应用进程之 间的命令、响应、数据和事件的信息交换信息 格式。
第13章现场总线数据通信系统
• 在现场总线网络中，桥完成以下任务： • （1）转发 • （2）重发 • （3）分配数据链路时间 • （4）分配应用进程时间
第13章现场总线数据通信系统
• 每一条链路都要有一wenku.baidu.com，且只能有一个链路活 动调度器（LAS）。LAS在数据链路层中的作用 是作为链路总线仲裁器，它完成以下功能：
• 基金会现场总线FF模型如图1的右侧一列所示。这采用 了ISO/OSI参考模型中的三层：物理层、链路层和应用 层，隐去了3-6层。其中物理层、链路层采用了IEC/ISA 标准。应用层分为两个子层：现场总线访问子层FAS和 现场总线报文规范子层FMS。FMS为系统的用户层提供通 信服务。FMS提供不同类型的通信信道，称为虚拟通信 关系VCR，FAS把VCR映射到底层网络，从而把用户的应 用进程同日新月异的网络技术的发展隔离开来。链路层、 访问子层和报文规范子层的全部功能集成在一起称为通 信栈（Communication Stack）。
• 基金会现场总线还在ISO/OSI参考模型的应用层之上增 加了用户层，用于组成用户所需要的应用程序。如，规 定标准的功能块，定义设备描述，实现网络管理和系统 管理等。
第13章现场总线数据通信系统
二、现场总线通信系统的主要组成 部分
•图2 基金会现场总线通信系统的结构
第13章现场总线数据通信系统
• 1、功能块应用进程FBAP • 基金会结构被设计成支持很大范围的功能
第13章现场总线数据通信系统
• 5、系统管理 • 基金会系统结构在每个设备中包含一个系统管
理内核（SMK），它维护系统信息的同步与协 调，为设备应用进程的执行和互操作提供一个 分散的平台。系统管理内核(SMK)维护的信息 被称为系统管理信息库（SMIB），系统的基本 信息组态到SMIB中。SMK的作用还有分配物理 标签和地址、定位设备和对象、系统应用时钟 同步、功能块调度等。
• （1）识别和添加链路中的新设备 • （2）删除链路中无响应的设备 • （3）分配数据链路时间和链路调度时间 • （4）在受高度传输时，轮询现场总线设备，
看缓冲区中是否有要发送的数据 • （5）在两次受调度传输的中间，为现场产品
线设备分配令牌
第13章现场总线数据通信系统
• 链路中的任何一个设备只要具备成为LAS的条件，都可 以成为LAS。能够成为LAS的设备被称为链路主设备，其 余的设备被称为基本设备。
• 当链路首次启动或者现有的LAS故障时，链路主设备开 始竞争LAS。竞争成功的链路主设备立即作为LAS开始工 作。LAS将未成为LAS的链路主设备视为基本设备。同时， 未成为LAS的链路主设备又都成为LAS的后备，一旦现行 的LAS发生故障，它们就会进入新一轮的LAS竞争。
第13章现场总线数据通信系统
三、现场总线网络拓扑结构
• 基金会现场总线的网络拓扑结构分为单链路拓扑和桥式拓扑两 种结构。其中单链路拓扑是典型的离线组态网络，包含一个组 态设备和一个被组态设备。而桥式网络是由桥把不同速率、不 同介质的链路连接成多链路。在所有的基金会式网络中，两个 设备间只有一个数据链路，所以桥内的路由表要相互协调，组 成生成树（Spanning Tree）。生成树表达了桥的组态，这样就 保证了只有两个方向的数据流，或者流向树根据 ，或者离开树 根。没有任何回路和并行路径。也就是说，由每一条链路到树 根有一个，且仅有一个桥。生成树中的每一个桥只有一个根端 口，一个或多个下游端口。每一个桥端口都连接一条链路。根 端口向上连接到根，下游端口向下引出根的分支。下游端口又 称指定端口（Designated Ports）。当根端口由远方的链路接 收到预定的信息时，桥就会根据内部的路由表来选择信息所要 经过的下游端口。而当下游端口接收到信息时，桥就会指出上 传到根和/或下传到其他下游端口的通信路径。
第13章现场总线数据通信系统
• 4、网络管理 • 为了在设备中综合层2和层7，并监督和控制它
们的运行，基金会系统结构在每个设备中都有 一个网络管理代理（NMA）。网络管理代理支 持系统组态管理、运行管理和差错管理的功能。 这些有关组态、运行、差错的信息都存储于网 络管理信息库(NMIB)中。当然仍有大量的信息 存在于通信栈中。系统管理信息库（NMIB）是 由虚拟现场设备VFD描述的。
第一节 现场总线通信系统概述
• 一、现场总线通信系统和ISO/OSI参考模型 的关系
• 二、现场总线通信系统的主要组成部分 • 三、现场总线网络拓扑结构
第13章现场总线数据通信系统
一、现场总线通信系统和ISO/OSI参 考模型的关系
•图1 现场总线模型与ISO/OSI模型之间的关系
第13章现场总线数据通信系统