第十章现场总线通信系统

现场总线通信系统概述
通信系统的主要组成部分
功能块应用进程
功能块应用进程位于应用层和用户层，主要 用于实现用户所需要的各种功能。它包括功能块 对象、设备描述和对象字典。
用户可使用功能块构建用户程序，实现所需 要的控制策略。对象字典和设备描述是支持功能 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。
现场总线通信系统概述
现场总线网络拓扑结构
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。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。
A 10mA
通信 准备
2mA t
物理层
物理介质独立子层
物理层帧格式
T
T
t
2
2
无数据正“N+”
时钟
前导码
起始分界符
结束分界符
T
T
2
2
tΒιβλιοθήκη Baidu
无数据负“N-”
现场总线通信系统概述
通信系统的主要组成部分
通信实体
通信实体贯穿从物理层到用户层的所有各层。 由各层协议和网络管理代理共同组成。通信实体 的的任务是生成报文与提供报文传送服务。它是 实现现场总线信号数字通信的核心部分。
基金会系统结构在每个设备中都有一个网络 管理代理（NMA），支持系统组态管理、运行 管理和差错管理的功能，信息存储于网络管理信 息库（NMIB）中。
冲区中是否有要发送的数据 5. 在两次受调度传输的中间，为现场总线装置
分配令牌
物理层
物理介质相关子层
名称 传输速率 总线长度
拓扑结构 总线挂设 备数 电缆阻抗 及终端
规范
31.25k bps
A 屏蔽双绞线 1900m；B 屏蔽多芯双绞线 1200m； C 无屏蔽单多对双绞线 400m；D 无屏蔽多芯电缆
现场总线通信系统概述
通信系统的主要组成部分
系统管理内核
系统管理内核（SMK）位于应用层和用户层， 主要负责与网络系统相关的管理任务，例如确立 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。
每个设备中都包含一个系统管理内核，维护 系统信息的同步与协调，为设备应用执行和互操 作提供一个分散的平台。
现场总线通信系统概述
现场总线网络拓扑结构
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
现场总线通信系统概述
现场总线网络拓扑结构
每一条链路都有一个链路活动调度器，可 完成以下功能：
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. 在受调度传输时，轮询现场总线装置，看缓
200m
总线/树型
非本安、非总线供电2~32台；本安、总线供电2~6台； 非本安、总线供电2~12台
Z=100
物理层
物理介质相关子层
名称 信号方式 信号幅值 总线供电
屏蔽及 接地
规范
电压
发送 0.75~1 Vp-p (Z=50) 接收 150mVp-p 9~32V DC， 电源阻抗，非本安 3k，本安 400
第十章 现场总线通信系统
《分散控制系统与现场总线控制系统》课件
现场总线通信系统概述
数据通信技术则是现场总线控制系统 中的核心技术，各种现场总线数据通信系 统都有自己的通信协议，为了保证系统的 开放性和互操作性，迫切需要制定现场总 线通信协议的有关国际标准。然而，制定 统一的现场总线通信协议目前尚存在多方 面的困难。本章主要介绍基金会现场总线 FF的数据通信系统
与ISO/OSI参考模型的关系
ISO/OSI模型
7 应用层 6 表达层 5 会话层 4 传输层 3 网络层 2 链路层 1 物理层
H1模型 用户层 应用层
链路层 物理层
HSE模型 用户层 应用层
传输层 网络层 链路层 物理层
现场总线通信系统概述
通信系统的主要组成部分
系统 用户层 管理
内核
对 象 字 典
现场总线通信系统概述
与ISO/OSI参考模型的关系
ISO/OSI模型
7 应用层 6 表达层 5 会话层 4 传输层 3 网络层 2 链路层 1 物理层
现场总线协议 应用层
总线访 问子层
链路层 物理层
FF模型
用户层 功能块应用 与设备描述
报文规范子层 通 访问子层 信
链路层 栈 物理层
现场总线通信系统概述
应用层 链路层
系统 管理 内核 协议
物理层
系统 管理 信息 库
设备 描述 对象 字典
功能 块 对 象
功能 块 应用 进程
VCR 报文规范子层
总线访问子层
链路层
物理层
对 象 字 典
网络 管理 代理
系
层管理 统
管
层管理 理
信
层管理 息 层管理 库
现场总线通信系统概述
通信系统的主要组成部分
按各部分在物理设备中要完成的功能， 分为三大部分：通信实体、功能块应用进 程、系统管理内核。各部分之间通过虚拟 通信关系（VCR）来沟通信息。
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。
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。
现场总线通信系统概述
现场总线网络拓扑结构
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。
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， 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且仅有 一个桥。
屏蔽面积90% 两总线对地电容2500pF 两总线不接地，但终端器中点可接地。
物理层
物理介质相关子层
曼彻斯特（Manchester）Ⅱ型编码
时钟
T
t
T
2
2
数据“0”
T
T
t
2
2
数据“1”
数据： 101100
数据
Manchester 编码
物理层
物理介质相关子层
现场总线通信波形
I (mA) 18m
现场总线通信系统概述
通信系统的主要组成部分
系统管理内核
系统管理内核维护的信息被作为系统管理信 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、对象，系统应用时钟同步，功能块调度等。 。
现场总线通信系统概述
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。