基金会现场总线
克罗韦尔 基金会现场总线控制器和RS现场总线配置软件技术 数据表
基金会现场总线链接设备和RSFieldbus 软件技术数据优势在当今竞争激烈的制造环境中，工厂优化战略所需的轻松访问现场设备数据的能力可成为您的竞争优势。
罗克韦尔自动化基金会现场总线链接设备(1757-FFLD2、-FFLD4)提供分布式控制，具有接近于现场的远程安装灵活性，可最大限度地提高通信速度和减少本质安全问题。
对于全系列可扩展的Logix 控制器内的基金会现场总线应用，该链接设备提供一致的架构和相同的用户体验。
我们的下一代全厂级系统凭借单一平台和开发环境便可满足整个企业的需求。
统的数字通信通过基金会现场总线技术和罗克韦尔自动化集成架构实现。
此外，该链接设备还使用FDT 技术进行增强，该技术可以使现场设备与系统之间的通信接口标准化。
该链接设备将FDT 技术应用于提供的设备类型管理器(DTM)，实现了现场总线设备与PlantPAx 过程自动化系统的资产管理功能的无缝连接。
要增加此资产管理功能及提高系统的运行效率，请访问罗克韦尔自动化支持网站：/s upport/downloads.html，下载DTM。
将PlantPAx的功能与基金会现场总线技术相结合罗克韦尔自动化PlantPAx 过程自动化系统提供了单一的全厂级控制和信息平台，而基金会现场总线标准提供了在整个工厂中分布控制架构的能力。
将这两种强大的技术结合在一起，可通过多厂商现场设备实现集成的无缝数据分布和过程功能执行。
罗克韦尔自动化将强大的基金会现场总线链接设备与简单易用的RSFieldbus 软件相结合，巧妙地将现场总线设备引入集成架构，从而实现最大效益。
链接设备传递来自基金会现场总线H1 过程仪表的信息以供Logix 控制器系列内部使用，并通过高速以太网与FactoryTalk AssetCentre 资产管理解决方案配合使用。
集成架构：基金会现场总线H1 设备连接到1757-FFLD 链接设备。
H1、HSE 和EtherNet/IPH1 协议为现场设备提供分布式LAN ，以31.25 kbit/s 的速率进行数字通信。
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。
第三章基金会现场总线FF
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》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。
第四章基金会现场总线3
• 4.1.1 FF主要技术 • 1、通信技术 • 包括：通信协议、模型、控制器芯片、
网络和系统管理 • 涉及：通信栈软件、仪表用通信接口卡、
与计算机的接口卡、网关、网桥、中继 器等
• 2、标准化功能模块与功能模块应用进程
• 提供：通用结构，所需功能划分为功能模块， 实现公共特征标准化
• 规定：I/O、算法、事件、参数实现混合组态 与调用
• 3、设备描述（DD）与设备描述语言（DDL)
• DD:用于控制系统理解来自于现场设备的数据 意义
• DDL：设备描述的标准编程语言。把DDL编写 的设备描述源程序转化为机器可读的输出文件， 来理解各制造商的设备的数据意义。
4.1.1 FF主要技术（续）
度器的设备 • 2、网桥：连接两个总线段之间的设备，
属于链路主设备 • 3、基本设备：只能接收令牌并作出响应，
仅具有最基本的通信功能
4.3.2 通信设备类型
4.3.3 数据链路协议数据单元DLPDU
• 作用：提供数据链路的协议控制信息 • 组成： • 1、帧控制信息 • 2、数据链路地址 • 3、DLPDU参数
• 信号编码
• 1、前导码：置于信号的 最前端规定信号： 10101010，1个字节
• 2、帧前定界码：表明现 场总线信息的起点，8个 时钟周期，由特殊的N+、 N-和正负跳变脉冲按规定 顺序组成
• 3、帧结束码：表明现场 总线信息的终止，8个时 钟周期，由特殊的N+、N和正负跳变脉冲按规定顺 序组成（不同于帧前定界 码）
• 遵循IEC1158-2(1993年）和ISA-S50.02中 有关物理层的标准。
• H1标准：FF-816 31.25Kbps(低速) • H2标准：1Mbps , 2.5Mbps • 物理层的基本任务： • 1）不包括传输媒体本身 • 2）为数据传输提供合格的物理信号波形，
基金会现场总线FF
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。
基金会现场总线_FF_第一讲基金会现场总线技术简介
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。
简述基金会现场现场总线的定义和发展历程
简述基金会现场现场总线的定义和发展历程篇一：基金会现场现场总线(Fieldsite/Field Service总线)是一种现场设备的通信协议,旨在提供一种简单、高效、可靠的通信方式,使设备能够在不连接中央服务器的情况下进行通信。
基金会现场现场总线最初由思科公司开发,并于1997年首次发布。
基金会现场现场总线的定义是指一组定义在通信协议中的规则,用于指导设备和网络之间的通信。
这些规则通常包括设备地址、通信协议、数据格式和错误处理等。
基金会现场现场总线的优点是可以在分布式系统中实现高效的通信和可靠的数据传输,因此被广泛应用于物联网、工业自动化、医疗设备、交通运输等领域。
基金会现场现场总线的发展历程可以分为三个阶段。
第一阶段是早期的基金会现场现场总线,主要用于连接小型设备,如交换机、路由器等,这些设备通常是集中部署的。
第二阶段是2000年左右出现的现场总线,它允许不同类型的设备(如交换机、路由器、集线器等)通过标准化接口进行通信。
第三阶段是近年来发展的趋势,即基于云的基金会现场现场总线,它允许设备和云服务之间进行通信,并提供更高的安全性和灵活性。
基金会现场现场总线的应用非常广泛,包括工业自动化、医疗设备、交通运输、智能家居、智能城市等领域。
在实际应用中,基金会现场现场总线通常与其他通信协议和系统相结合,以实现更复杂的网络结构和更高的性能。
除了提供通信协议和规则外,基金会现场现场总线还可以用于管理设备和网络。
基金会现场现场总线提供了一些标准的功能,如设备配置、故障排除、网络监控等,这些功能可以帮助管理员更好地管理和维护设备和网络。
此外,基金会现场现场总线还可以与其他工具和软件相结合,以提高网络管理和监控的效率和质量。
总之,基金会现场现场总线是一种简单、高效、可靠的通信协议,它在实际应用中得到了广泛的应用。
随着云计算、物联网等技术的不断发展,基金会现场现场总线也在不断演进,以适应不断变化的市场需求。
篇二：基金会现场现场总线(Field Service Communication总线)是一种现场设备与远程服务器之间进行通信的标准接口。
基金会现场总线
FF 物理层信号编码
用户数据 协议高层 数据链路层
16
物理层
数据链路层 协议数据单元
传 输 介 质
前导码、帧前定界码、帧结束码都是在发送端，由硬件生成并 加载到物理信号上：发送驱动器
曼彻斯特编码
中 中 中
17
现场设备
按照基金会现场总线的相关规范，现场设备按使用环境分类。
标准信号 总线供电 本质安全 非本质安全 111 113 分开单独供电 112 114 低功耗信号 总线供电 121 123 分开单独供电 122 124
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#22AWG
B屏蔽多对双绞线 C无屏蔽双绞线 D多芯屏蔽电缆 #22AWG #22AWG #16AWG
H2 2.5Mbps
H1 31.25Kbps H1 31.25Kbps H1 31.25Kbps
500米
1200米 400米 200米
FF 现场总线支持多种传输介质：双绞线、电缆、光缆、无线介质。
ARPM。
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• 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。
（2）FAS服务类型
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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。
44
45
• FMS所包含的服务 • • • • • • （1）虚拟现场设备(VFD) （2）通信服务 （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
基金会现场总线
六、FF拓扑结构
低速现场总线H1支持点对点连接、总线型、菊花链型、树
形拓扑结构，而高速现场总线H2只支持总线形拓扑结构。
第四节 FF通信栈
一、数据链路层（DLL）
数据链路层 (DLL，Data Link Layer)位于
物理层与总线访问子层之间，为系统管理内
核和总线访问子层访问总线媒体提供服务。
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，即物理层、通信栈、用户层。
按各部分在物理设备中要完成的功能，可分为 三大部分: 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)来沟通信息。 VCR表明了两个或多个应用进程之间的关联，即虚 拟通信关系是各应用之间的逻辑通信通道，它是总 线访问子层所提供的服务。
2.标准化功能块与功能块应用进程
FB，Function Block和FBAP，Function
Block Application Process
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。
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
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
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
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。
现场总线与工业以太网基金会现场总线仪表
在发展整个302系列现场总线仪表时，已考虑了在小系统和大系统中实现现场总线的各种需要。302系列现场总线仪表具有共同的特点：既能在网络上作为主站使用，也可在本地(机)用磁性工具组态，这样在许多基本应用条件下不再需要组态器(手持终端)或控制盘。
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与介质接触的部分采用316不锈钢、哈氏合金和钛等；数字指示器为任选件，它是一个四位半数字值和五位字母的LCD(液晶显示)显示器。
LD302是Smar公司完整的302系列现场总线仪表的一部分，将多个现场总线仪表互联起来，用户通过功能块的连接，即能建立适合于用户中所需的控制策略。
与常规仪表相比，基金会现场总线仪表的主要特点表现在功能块和通讯功能两个方面。
首先，现场总线仪表的功能由所带的功能模块决定，同类型被测变量的变送装置如果所带的功能模块不同，所具有的功能也不同。例如，北京华控技术有限公司的温度变送器HK2F102TT仅具有AI功能模块，而Smar公司的302温度变送器不仅有AI功能模块，还有PID功能模块。因此，它们可应用在不同的场合。此外，同类型的执行器，由于采用的智能阀门定位器所带功能模块不同，同样，会具有不同的功能。例如，ABB公司的TZID2C120220定位器只有AO功能，而SamsonAG公司的3787定位器除了带AO功能模块外，还带PID功能模块。 另外，不同版本的现场总线仪表功能也可能有所不同。不同版本的现场总线仪表所带的功能模块不同，所具有的通讯类型不同。通常，常规仪表使用不必考虑仪表的版本。现场总线仪表中，由于总线通讯中有发布方和约定接受方之分，不同版本仪表的发布方和接受方的数量不同。
基金会现场总线
FF的形成、目标、成员、原则
FF的成员
● FF在全球范围内有350多个成员单位；
● 包括最终用户和国际上几乎所有主要的过程控制产
品供应商； ● 分布：1/3在欧洲、1/3在北美洲、1/4在亚太地区。
基金会现场总线
FF概述与现场总线基金会
FF的形成、目标、成员、原则
FF的原则
● 现场总线技术是一个可授权的技术,而不是一个引起
基金会现场总线
FF概述与现场总线基金会
FF现场总线系统：把具备通信能力、同时具有的控制、 测量等功能的现场设备作为网络节点，由现场总线把它 们互连为网络。通过网络上各节点间的操作参数与数据 调用，实现信息共享与系统的各项自动化功能。各网络 节点的现场设备内具备通信接收、发送与通信控制能力。 它们的各项功能是通过网络节点间的信息传输、连接、 各部分的功能集成而共同完成，因而称之为网络集成自 动化系统。
基金会现场总线
FF概述与现场总线基金会
网络集成自动化系统的目的：
(1) 实现人与人、机器与人、人与机器、生产现场 的运行控制信息与办公室的管理指挥信息的沟通 和一体化。 (2) 借助网络信息传输与数据共享，组成多种复杂 的测量、控制、计算功能，实现生产过程的安全、 稳定、经济运行，并实现管控一体化。
过程接口卡
总线电 源
总线电源阻抗器
终端器
总线与电流接口 现场总线压力变送器
中国海洋石油总公司
旅大10-1项目采用基金会现场总线技 术减少项目调试和开车时间工程设
计简化，仪表回路图减少70%。
--模拟量卡件和端子模块减少75%；
--仪表电缆减少75%，降低成本和布 线工作量；
--控制系统联调时间由30天减少到7 天； --采用AMS软件，一天完成31个网段 208台FF总线仪表调试；
第7章 基金会现场总线FF
2013-2-8
7.1.2 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）
模拟量输出 （基本设备）
单网段拓扑图
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FF总线拓扑结构
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现场总线的分散控制模块
操作站
LAN
现场总线
服务器 差压变送器 调节阀
PID 控 制 功 能 块
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开关量输入功能块DI
图7-14 OUT_D
开关量输出功能块DO
图7-15
CAS_IN_D
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PID算法功能块
图7-16 CAS_IN，IN，PV_SCALE FF_VAL，FF_SCALE OUT，OUT_SCALE
PID参数
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FF协议物理层H1标准
低速总线H1 —31.25Kbps已完成标准制定 (IEC1158-2) 用于过程自动化 直流电压供电范围为9-32VDC，信号电压0.751V，H1的物理信号波形如图7-4所示 不考虑本安时一条总线上可以连接32台仪表 两线制传输，最远传输距离1900米 最多可以加四个中继器 拓扑结构：总线型或树型
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（2）转换块 描述了现场设备的I/O特性，如传感器和执行 器的特性。提供功能块的设备入口。 7类标准的转换块：带标定的标准压力变换块、 带标定的标准温度变换块、带标定的标准液位变 换块、带标定的标准流量变换块、标准的基本阀 门定位块、标准的先进阀门定位块、标准的离散 阀门定位块。
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FF基金会现场总线
2018/11/10
总结与心得
• 基金会总线技术作为过程控制自动化的一个先进 技术，经过了二十多年的发展，通过很多项目证 明，到目前已经进入了成熟应用的阶段。由于FF 项目与常规项目使用有所不同，对于施工方法及 维护的理念存在差异，所以对工程及维护人员的 培训非常重要。 • 通过对基金会现场总线FF的学习，我认识到了网 络系统与工业结合起来的强大，降低成本减少工 作量，在未来还可以有更多的突破。生活中我们 做事也需要有系统的安排，这样才可以把复杂的 事情一步步做好。
• • 第四层是上述的各种应用软件包在这一层运行。 • 第五层是 MIS 系统，将过程数据用于全厂管理。
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FF 现场总线的优点
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FF 现场总线的优点
灵活的拓朴结构 减少接线与安装 易于集成 简化操作和维护
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
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2 通信模型
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 现场总线访问子层FAS
用户层：规定标准的功能模块，对象字典和设备
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物理层
• 由于工业控制过程中实时性的要求，在 规定了FF现场总线的传输介质、传输速率、最大 FF中没 传输距离、拓扑结构及信号类型等。 有采用 IEEE802.4标准（令牌总线）中所定义的 • 总线管理方式，而是采用了集中式的管理方 FF现场总线的传输介质可以为双绞线、同轴电缆 式，减少了实时通信的时延。 、光纤和无线电等。 FF现场总线设备在数据链路层可分为两种： • 低速 H1总线，传输速率为31.25kb/s，传输距离为 BASIC DEVICE （ 基本设备） 和LINK MASTER 200m～1900m DEVICE （链路主设备）。BASIC DEVICE 不能 • 主动发起一次通信， H1总线最多可串接 4台中继器。 只能接受查询； LINK DEVICE 则可以在得到令牌时发起一次 • MASTER 通过网桥可以把不同传输速率、不同传输介质的 通信。在每一个网段中都有一个特殊的 LINK 总线段进行互联。 DEVICE，它能够调度本网络段各个设备 • MASTER 其物理层符合 IEC1158-2标准，物理媒介的传输信 的通信活动，称为 LINK ACTIVITY SCHEDULER 号类型采用曼彻斯特编码。
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控制网络与通信大作业题目： FF 基金会现场总线作者：董洁学号：ZB0213239班级：自动化转本2班指导老师：王小英日期：摘要基金会现场总线FF(Foudation Fieldbus)在过程自动化领域得到广泛支持和应用，并具有良好发展前景。
FF 总线由低速和高速两部分组成，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，并在应用层之上添加了用户层，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1900m（与传输介质有关，可加中继器延长），可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。
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，企通信距离为750m 和500m。
物理传输介质可支持双绞线、批处理和高级控制等场合。
FF的最大特色在于它不仅是一种总线，而且是一个系统。
它既是网络系统也是自动化系统。
作为新型自动化系统，区别于以前各种自动化系统的特征在于它所具备的开放型数字通信能力，有别于其他网络系统的特征在于它位于工业现场，其网络通信是围绕完成各种自动化任务进行的。
基金会现场总线这一开放、可互操作的技术应经成为全球范围内领先的数字化控制系统解决方案。
近年来越来越多的用户采纳了基金会现场总线技术。
该技术广泛应用于石油、钢铁矿山、造纸、天然气、制药、电力、水处理等行业。
关键词：基金会现场总线技术自动化系统通信模型目录1 发展历史 (1)1.1 现场总线的概念 (1)1.2现场总线的类型 (1)1.3基金会现场总线 (2)2通信模型 (5)2.1通信原理 (5)2.2FF通信模型的三大功能FF (6)2.3FF的报文结构 (8)2.4FF的应用进程 (8)2.5 FF的通信关系 (9)3 网络拓扑结构 (11)4 主要技术 (13)4.1基金会现场总线的通信技术 (13)4.2标准化功能块(FB FunctionBlock) (13)4.3设备描述与设备描述语言 (13)5 案例应用 (15)5.1设备的选用和总量 (15)5.2 网段设计 (15)5.3辅助设备及电缆 (16)5.4现场仪表选型 (16)6 学习心得与思考 (19)7 参考文献 (20)1发展历史1.1 现场总线的概念随着微处理器的快速发展和广泛应用，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能，产生了以微处理器为核心，使用集成电路代替常规电子线路，实施信息采集、显示、处理、传输以及优化控制等功能的智能设备。
设备之间彼此通信、控制，在精度、可操作性以及可靠性、可维护性等都有更高的要求。
由此，导致了现场总线的产生。
现场总线(fieldbus)是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统，主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题；或者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双向通信的数据总线，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。
以此作为技术支撑构成的现场总线测控系统，主要用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域。
1.2 基金会现场总线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。
1.3现场总线的类型目前现场总线的标准尚不统一，但有几种现场总线技术已经逐步形成一定的影响，并在特定的领域发挥着重要的作用。
1、过程现场总线过程现场总线标准既是德国国家标准DIN19245，也是欧洲标准EN50170。
PROFIBUS 由三部分组成，即PROFIBUS-FMS，PROFIBUS-DP及PROFIBUS-PA。
FMS是用于车间级监控的令牌方式实时多主网络，用于连接控制系统中的工程师工作站、操作员站、PLC或DCS控制站。
FMS总线还可以连接区域控制器，并通过区域控制器接入工厂级的局域网络。
DP用于控制系统与分散式I／O的通信。
在控制系统中，PLC或DCS控制站和现场开关设备之间的互连和通信是用DP总线完成的。
PA专为生产过程自动化而设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上。
PROFIBUS的传输速率为9.6Kbps～12Mbps，最大传输距离在12Mbps时为100M，1.5Mbps时为400M，可用中继器延长至10Km。
传输介质可以是双绞线，也可以是光缆，最多可挂接127个站点。
2、可寻址远程传感器数据通路HARTHART是美国Rosemount公司研制的。
HART协议参照ISO/OSI模型的第1、2、7层，即物理层、数据链路层和应用层。
物理层采用基于Bell 202 通信标准的FSK技术，用屏蔽双绞线作介质，单台设备通信距离为3Km，多台设备互连距离为1.5Km。
数据链路层规定数据帧长度最长不超过25个字节，可寻址16个。
应用层规定三类命令：通用命令、普通命令和特殊命令，分别用于遵守HART协议的全部、大部和特殊产品。
3、局部操作网络LON（Local Operating Network）LON是美国Echelon公司研制的。
LON总线是美国Echelon公司1991年推出的局部操作网络，为集散控制系统（DCS）提供了很强的实现手段。
为支持LON总线，Echelon公司开发了LonWorks技术，它为LON总线的设计、成品化提供了一套完整的开发平台。
LON总线也成为当前最为流行的现场总线之一。
在其支持下，诞生了新一代的智能化低成本的现场测控产品。
4、控制器局域网络CAN(Controller Area Network)CAN是由德国BOSCH公司最初为汽车工业的监视和控制而设计的。
CAN总线是现场总线技术的一种，称为控制器局域网现场总线。
CAN推出之初主要用于汽车内部测量和执行部件之间的数据通信。
例如汽车刹车防抱死系统、安全气囊等。
CAN总线可广泛应用于离散控制领域中的过程监测和控制，特别是工业自动化的底层监控，以完成控制与监测设备之间可靠和实时的数据交换。
5、基金会现场总线FFFF的体系结构也参照ISO/OSI模型的第1、2、7层，另外增加了用户层。
FF提供两种物理标准：H1和H2。
H1为用于过程控制的低速总线，速率为31.25kbps，传输距离为200m、400m、1200m和1900m四种。
H2的传输速率可为1Mbps和2.5Mbps 两种，通信距离分别为750m和500m。
物理传输介质可支持双绞线、同轴电缆、光纤和无线发射，协议符合IEC1158-2标准。
物理媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。
基金会现场总线的主要技术内容包括FF通信协议；用于完成开放互连模型中第2、7层通信协议的通信栈；用于描述设备特征、参数、属性及操作接口的DDL（Device Description Language）设备描述语言；设备描述字典；用于实现测量、控制、工程量转换等应用功能的功能块；实现系统组态、调度、管理等功能的系统软件技术以及构筑综合自动化系统、网络系统的系统集成技术等。
本文将着重介绍基金会现场总线FF。
2通信模型基金会现场总线的核心之一是实现现场总线信号的数字通信。
为了实现通信系统的开放性,其通信模型参考了ISO/OSI参考模型,并在此基础上根据自动化系统的特点进行演变后得到的。
FFH1的通信模型参照了OSI参考模型的1，2，7层，另外增加了用户层，这是FF与其他总线不同之处。
FFH1通信模型和OSI参数模型见图2.1。
图2.1 基金会现场总线（FF）通信模型和OSI参考模型2.1通信原理如果需要将一信息从一处送到他处，必须按照协议规定的格式自用户层经应用层、数据链路层及物理层发送才能奏效。
这一过程可用邮寄信件的方式作为譬喻，如要从某地发一信件给其他地方的某人时，可按照邮局规定的方式，将信件放入信封，在信封上根据规定的格式写上地址及收信人，贴上邮票投入信箱即可。
若不按照邮局的规定进行，则信件就有可能收不到.物理层与传输介质(电缆、光缆等)相连接规定了如何收发信号和接收信号。
数据链路层规定了总线设备如何共享网络，怎样调度通信。
应用层分为现场总线访问子层和现场总线报文规范子层2个子层，其中FAS规定数据访问的关系模型和规范，在DLL与FMS之间提供服务；FMS则规定了标准的报文格式，为用户提供了所需的通信服务。
应用层的任务是描述应用进程，实现应用进程之间的通信，提供应用接口的标准操作，实现应用层的开放性。
应用层规定了设备间交换数据、命令、事件信息和请求应答的信息格式。
用户层规定了标准的功能块，对象字典和设备描述，供用户组成所需要的应用程序，并实现网络管理和系统管理。
在网络管理中，为了提供一个集成网络各层通信协议的机制，实现设备操作状态的监控和管理，设置了网络管理代理和网络管理信息库，提供组态管理、运行管理和差错管理的功能。