基金会现场总线
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– 数据传输功能：
无连接数据传输； 面向连接的分布数据传输
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FF协议应用层
下层是现场总线访问子层FAS (Fieldbus Access Sublayer )，利用数据链路层的调度和非调度服 务来为现场总线报文规范子层服务。
上层是报文规范层FMS (Fieldbus Messaging Specification) ，描述了用户应用所需要的通信 服务、信息格式、行为状态等。
LAN
服务器
现场总线
差压变送器
AI 110 FT
模拟量输入功能块
调节阀
PID 控 制 功 能 块
PID 110 FC
AO 110 模拟量输出功能块
FF总线简单应用
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网桥的功能
转发（Forwarding）
– 置于转发表中，按优先级排队
重发（Republishing）
FMS的基本功能是面向应用服务，生成规范的 应用协议数据；
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OSI 模型 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
FF现场总线模型
用户层（程序） 现场总线信息规范子层
FMS 现场总线访问子层 FAS
用户层 通
信
数据链路层 物理层
栈 物理层
2020/4/4
主要内容
7.1 基金会现场总线FF概述 7.2 FF功能块参数 7.3 FF功能块库 7.4 FF的典型功能块 7.5 功能块在串级控制设计中的应用
2020/4/4
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基金会现场总线，即Foundation Fieldbus，简称 FF
在过程自动化领域得到广泛应用。
由ISP北美分会和World FIP合并成立了现场总 线基金会（Fieldbus Foundation）
– FF基金会汇集了世界著名仪表、自动化设备 和DCS制造厂商，研究机构和最终用户。
– FF的宗旨是促进产生一个单一的国际现场总 线标准。
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1996年颁布用于低速，过程自动化中现场设备 和控制设备之间的联接的H1（31.25K）标准
– 支持总线供电 – 支持本质安全 – 内容广泛的用户层
2000年制定用于高速，制造业自动化或者车间 自动化的以快速以太网为基础的FF-HSE标准
– 可实现冗余 – 支持标准的基本功能模块
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7.1基金会现场总线概述
7.1.1 FF的主要技术
不仅是一种总线，而且是一个系统，一个 全分布式自动化系统
主要技术内容包括：
– 通信技术（通信模型，通信协议，控制芯片） – 标准化功能块 – 设备描述（设备驱动的基础） – 通信控制器（现场总线产品开发） – 系统集成技术（通信系统和控制系统） – 系统测试技术（一致性与互操作性测试等）
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FF协议用户层
功能块 设备描述 (Device Description) 对象字典（Object Dictionary)
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7.1.10 FF通信控制器
来自百度文库
FF通信控制器的功能
– 通信信号的发送和接收 – 传输数据的串并转换 – 串行数据的编码和解码 – 信息帧的打包和解包 – CRC校验码的产生和验证
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数据链路层DLL可以分成两层
– 介质访问功能：
基本设备BD(Basic Device)不能主动发起通信， 只能接收查询；
链路主设备LMD(Link Master Device)在得到 令牌时可以发起一次通信；
链路活动调度器LAS(Link Active Scheduler) 发起周期和非周期通信。
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7.1.5 数据链路层
➢ 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，它的功能是： ➢ 认知新设备，并将新设备加入到链路中去； ➢ 从链路中除去没有响应的设备； ➢ 在链路上发布数据链路时间和调度时间； ➢ 在调度时间内，轮询那些以缓冲区存储数据的设备； ➢ 在调度时间之间，发送优先级驱动的令牌给某设备。
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0.75-
1V，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
DLL
– 置于重发表中，缓冲型
– 重发以转发代替，以支持非调度式的传输
系统 管理
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7.1.3 基金会现场总线通信模型
FF参考模型包括OSI的物理层、数据链路层和 应用层，另外增加用户层；
应用层分为总线访问层（FAS）和总线报文规 范层（FMS）。
FAS的基本功能是确定数据访问的关系模型和 规范，根据不同要求，采用不同的数据访问工 作模式；
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现场总线协议数据的生成
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7.1.4 物理层
低速标准H1遵循IEC1158-2 高速标准HSE遵循高速以太网 物理层主要功能（接口，物理信号） H1支持多种传输介质：双绞线、电缆、光纤和
无线
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FF协议物理层H1标准
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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
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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
FB3050通信控制器
– 巴西SMAR公司 – TQFP100封装 – 数据宽度8位，16位地址总线
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➢链路活动调度器LAS拥有总线上所有设备的清 单，由它来掌管总线段上各设备对总线的操作。
➢任何时刻每个总线段上都只有一个LAS处于工 作状态，总线段上的设备只有得到链路活动调度 器LAS的许可，才能向总线上传输数据。因此 LAS是总线的通信活动中心。
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无连接数据传输； 面向连接的分布数据传输
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FF协议应用层
下层是现场总线访问子层FAS (Fieldbus Access Sublayer )，利用数据链路层的调度和非调度服 务来为现场总线报文规范子层服务。
上层是报文规范层FMS (Fieldbus Messaging Specification) ，描述了用户应用所需要的通信 服务、信息格式、行为状态等。
LAN
服务器
现场总线
差压变送器
AI 110 FT
模拟量输入功能块
调节阀
PID 控 制 功 能 块
PID 110 FC
AO 110 模拟量输出功能块
FF总线简单应用
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网桥的功能
转发（Forwarding）
– 置于转发表中，按优先级排队
重发（Republishing）
FMS的基本功能是面向应用服务，生成规范的 应用协议数据；
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OSI 模型 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
FF现场总线模型
用户层（程序） 现场总线信息规范子层
FMS 现场总线访问子层 FAS
用户层 通
信
数据链路层 物理层
栈 物理层
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主要内容
7.1 基金会现场总线FF概述 7.2 FF功能块参数 7.3 FF功能块库 7.4 FF的典型功能块 7.5 功能块在串级控制设计中的应用
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基金会现场总线，即Foundation Fieldbus，简称 FF
在过程自动化领域得到广泛应用。
由ISP北美分会和World FIP合并成立了现场总 线基金会（Fieldbus Foundation）
– FF基金会汇集了世界著名仪表、自动化设备 和DCS制造厂商，研究机构和最终用户。
– FF的宗旨是促进产生一个单一的国际现场总 线标准。
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1996年颁布用于低速，过程自动化中现场设备 和控制设备之间的联接的H1（31.25K）标准
– 支持总线供电 – 支持本质安全 – 内容广泛的用户层
2000年制定用于高速，制造业自动化或者车间 自动化的以快速以太网为基础的FF-HSE标准
– 可实现冗余 – 支持标准的基本功能模块
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7.1基金会现场总线概述
7.1.1 FF的主要技术
不仅是一种总线，而且是一个系统，一个 全分布式自动化系统
主要技术内容包括：
– 通信技术（通信模型，通信协议，控制芯片） – 标准化功能块 – 设备描述（设备驱动的基础） – 通信控制器（现场总线产品开发） – 系统集成技术（通信系统和控制系统） – 系统测试技术（一致性与互操作性测试等）
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FF协议用户层
功能块 设备描述 (Device Description) 对象字典（Object Dictionary)
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7.1.10 FF通信控制器
来自百度文库
FF通信控制器的功能
– 通信信号的发送和接收 – 传输数据的串并转换 – 串行数据的编码和解码 – 信息帧的打包和解包 – CRC校验码的产生和验证
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数据链路层DLL可以分成两层
– 介质访问功能：
基本设备BD(Basic Device)不能主动发起通信， 只能接收查询；
链路主设备LMD(Link Master Device)在得到 令牌时可以发起一次通信；
链路活动调度器LAS(Link Active Scheduler) 发起周期和非周期通信。
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7.1.5 数据链路层
➢ 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，它的功能是： ➢ 认知新设备，并将新设备加入到链路中去； ➢ 从链路中除去没有响应的设备； ➢ 在链路上发布数据链路时间和调度时间； ➢ 在调度时间内，轮询那些以缓冲区存储数据的设备； ➢ 在调度时间之间，发送优先级驱动的令牌给某设备。
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0.75-
1V，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
DLL
– 置于重发表中，缓冲型
– 重发以转发代替，以支持非调度式的传输
系统 管理
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7.1.3 基金会现场总线通信模型
FF参考模型包括OSI的物理层、数据链路层和 应用层，另外增加用户层；
应用层分为总线访问层（FAS）和总线报文规 范层（FMS）。
FAS的基本功能是确定数据访问的关系模型和 规范，根据不同要求，采用不同的数据访问工 作模式；
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现场总线协议数据的生成
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7.1.4 物理层
低速标准H1遵循IEC1158-2 高速标准HSE遵循高速以太网 物理层主要功能（接口，物理信号） H1支持多种传输介质：双绞线、电缆、光纤和
无线
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FF协议物理层H1标准
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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
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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
FB3050通信控制器
– 巴西SMAR公司 – TQFP100封装 – 数据宽度8位，16位地址总线
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➢链路活动调度器LAS拥有总线上所有设备的清 单，由它来掌管总线段上各设备对总线的操作。
➢任何时刻每个总线段上都只有一个LAS处于工 作状态，总线段上的设备只有得到链路活动调度 器LAS的许可，才能向总线上传输数据。因此 LAS是总线的通信活动中心。
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