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发信人: leonado (城市这边馋得流口水了), 信区: Control
标  题: 基金会总线
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年05月22日09:09:49 星期二), 转信

  基金会现场总线FF   总线是目前最具发展前景，最具竞争力的现场总线之一，它的
前身Fisher-Rosemount公司为首，联合80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首
，联合欧洲150家公司制定的WorldFIP协议，两大集团于1994年合并，成立现场基金会，
致力与开发统一的现场总线标准。FF目前拥有120多个成员，这包括世界上最主要的自动
化设备供应商：AB、ABB、Foxbro、Honeywell、Smar、FUJI Electric等。FF的通信模型
以ISO/OSI开放系统模型为基础，采用了物理层、数据链路层、应用层，并在其上增加了
用户层，各厂家的产品在用户层的基础上实现。FF总线采用的是令牌总线通信方式，可
分为周期通信和非周期通信。FF目前有高速和低速两种通信速率，其中低速总线协议H1
已于1996年发表，现在已应用于工作现场，高速协议原定为H2协议，但目前H2很有能可
胎死腹中，Ethernet将取而代之。H1的传输速率为31.25Kbps，传输距离可达1900m，可
采用中继器延长传输距离，并可支持总线供电，支持本质安全防爆环境；H2的传输速率
分为1Mbps和2.5Mbps两种，其通信距离分别为750M和500M。ETHERNET目前的通信速率为
10Mbps，更高速的Ethernet正在研制中。FF可采用总线型、树型、菊花链等网络拓扑，
网络中的设备数量取决于总线带宽、通信段数、供电能力和通信介质的规格等因素。FF
支持双绞线、同轴电缆、光缆和无线发射等传输介质，物理传输协议符合IEC1158-2标准
，编码采用曼彻斯特编码。FF总线拥有非常出色的互操作性，这在于FF采用了功能模块
和设备描述语言DDL，使得现场节点之间的能准确、可靠的实现信息互通。目前FF有29个
功能块，其中包括10个基本功能块和19个先进功能块。用户还可以开发自己的功能块，
这些功能块之间通过标准的DDL实现互操作。FF的开发工具为AT 2400 DD Tokeniger Ki
t和AT 2401 DD Serices Kit。Fraunhofer实验室担任测试
随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从工
厂到现场设备层到控制、管理的各个层次，覆盖从工段、车间、工厂、企业乃至世界各
地的市场。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成以网络集成
自动化系统为基础的企业信息系统。现场总线（FIELDBUS）就是顺应这一形势发展起来
的新技术。
* 现场总线总体概念
一、 现场总线的定义概述 现场总线是应用在生产现场、在微机测量控制设备之间实现
双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络
。它在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中具有广泛的应用前景。
     现场总线技术将微处理器嵌入传统的测量控制仪表，有的还增加通讯接口芯片，这
样形成了具有智能结构的控制设备。采用双绞线作为总线，把多个测量控制仪表连成网
络系统，并通过开放的、由标准组织制定的标准协议在现场设备之间、现场设备与上层
监控网络之间，实现数据通信与信息交换。现场总线是一种分布式控制系统，它实现智
能仪表设备之间的通信与互操作，实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示及
监控等功能。
二、 现场总线是现场控制网络 现场总线是一种低带宽的的现场控制网络。向上它可以
与Internet或Intranet 相连。现场总线位于整个网络拓扑结构的最底层，是一种面向现
场控制的网络。它能够称为网络是因为它具有网络的总线型拓扑结构以及它在通讯上采
用开放式的、统一的协议规范。
作为现场控制网络，现场总线将现场测量控制设备互连为通信网络，实现不同网段、不
同现场通信设备间的信息共享；同时又将现场运行的各种信息传递到远离现场的控制室
，并进一步实现与操作终端、上层控制管理网络的连接与信息共享。现场总线一方面要
把一个现场设备的运行参数、状态信息以及故障信号等送往控制室，另一方面要将各种
控制、维护、组态以及现场设备的工作电源通过总线传递到现场设备，沟通了现场控制
设备之间以及现场控制设备与上层网络之间的联系。现场总线由于是面向现场的控制系
统，这就要求它具有信息传输的实时性强、可靠性高、且多为短帧传送，传输速率一般
在几Kbps到10Mbps之间。
* 现场总线的特点与优点
一、 现场总线技术特点
1) 系统的开放性 开放性是指对相关标准的一致性、公开性，强调对标准的共识与遵从
。一个开放系统，是指它可以与世界上任何地方遵守相同标准的其他设备或系统连接。
通信协议一致公开，各不同厂家的设备之间可实现信息交换。现场总线开发者就是要致
力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。用户可按自己的需要和考虑，把来自不同供
应商的产品组成大小随意的系统，通过现场总线构筑自动化领域的开放互连系统。
2) 互可操作性与互用性 互可操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传递与沟通
；而互用则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互替换。
3) 现场设备的智能化与功能自治性 它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功
能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断
设备的运行状态。
4) 系统结构的高度分散性 现场总线已经构成一种新的全分散性的控制系统的体系结构
。从根本上改变了现有DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提
高了性能。
5) 对现场环境的适应性 工作在生产现场前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为
现场环境而设计的，可支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等，具有
较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电与通信，并可满足本质安全防暴要求等。
二、 现场总线的优点
1） 节省硬件数量与投资 由于现场总线系统中分散在现场的智能设备能直接执行多种传
感控制报警和计算功能，因而可以减少变送器的数量，不在需要单独的调节器、计算单
元等，也不再需要DCS系统的信号调理、转换、隔离等功能单元以及其复杂的接线，还可
以用工控PC机作为操作站，从而节省了一大笔硬件投资。
2） 节省安装费用 现场总线系统的接线十分简单，一对双绞线或一条电缆上通常可以挂
接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工
作量也大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增设新的电缆，可就近连接在原有
的电缆上，既节省了投资，也节省了设计、安装的工作量。
3） 节省维护开销 由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，并通过数字通
讯将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，
以便早期分析故障原因并快速排除，缩短了维护停工时间，同时由于系统结构简化，连
线简单而减少了维护工作量。
4） 用户具有高度的系统集成主动权 用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系
统。避免因选择了某一种产品而被限制了使用设备的选择范围，不会为系统集成中不兼
容的协议、接口而一筹莫展。使系统集成过程的主动权牢牢掌握在用户手中。 5） 提高
了系统的准确性与可靠性 由于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从
根本上提高了测量与控制的精度，减少了传送误差。同时，由于系统结构简化，设备与
连线减少，现场仪表内部功能增强，减少了信号的往返传输，提高了系统的工作的可靠
性。
* 基金会现场总线总体概述
基金会现场总线FF(Foundation Fieldbus)是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好
发展前景的技术。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
式互连模型中第2~7层通信协议的通信栈（Communication Stack）；用于描述设备特征
、参数、属性及操作接口的DDL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
构筑集成自动化系统、网络系统的系统集成技术。它将当今网络通讯与管理的观念带入
工业控制。从本质上讲，它是一种基于网络的数字通信协议，是连接智能现场设备和自
动化系统的数字式、全分散、双向传输、多分支结构的通信网络。它是控制技术、仪表
工业技术和计算机网络技术三者的结合。
* 基金会现场总线物理层协议标准
一、 基金会现场总线的层次关系及特点概述
基金会现场总线技术包括：
1、物理层技术；
2、通信协议"栈"；
3、用户应用层技术；
基金会现场总线采用以开放式的通信互连模型（OSI）为基础，基金会现场总线以OSI七
层网络模型的第一层为它的物理层，而第二层作为它的数据链路层（DLL），OSI的第七
层则作为它的FMS层。OSI模型从第二层到第七层对应于基金会现场总线的通信协议"栈"
。 但是基金会现场总线并没有使用OSI模型的3~6层，而是将通过FAS将FMS映射在DLL之
上。
二、 基金会现场总线的物理层协议标准概述
基金会现场总线的物理层由IEC/ISA和基金会现场总线组织共同来定义，这样他在设备连
接上具有广泛的适用范围。
基金会现场总线物理层的电器与机械标准被具体定义在：
ISA S50.02-1992 --ISA物理层标准(第二部分的附录B.2)；
IEC 1158-2（1993）--国际物理层标准（附录A.2）；
FF-816.31.25Kbit/s --FF物理层协议说明；
其中基金会现场总线组织制定的FF-816.31.25Kbps的基金会物理层协议规范适用于低速
总线，一般称为H1总线标准。而传输速率为1Mbps、2.5Mbps 的总线被称之为H2总线标准
。
基金会现场总线物理层作为上层网络与现场设备的通信介质，实现了现场总线与现场物
理设备的连接，它起到了对整个网络（基金会现场总线网段）提供统一的物理信号，并
为现场设备与通信传输介质提供统一的电器以及机械接口。物理层在作为电气接口时按
发送与接收来说，对于发送，物理层要将上层网络传输的数据信息转换为物理电气信号
（由电压或电流表示）并将这些信号传送到目的地去。一般来说，它将传递的数据帧加
上头（识别用）以及定界码，按照曼彻斯特编码方式进行数据编码产生物理传输波形。
对于接收物理层电气接口"监听"总线并把监听到的物理电气信号经过转换成为上层网络
可以识别的信号并向上传送。最后，物理层作为电气接口还应考虑到总线波反射问题以
及电气隔离和对于波形的整形与滤波等问题。物理层的机械接口标准要考虑的是如何将
物理层介质与总线的连接以及与现场设备的连接问题。
基金会现场总线物理层内部可以分成两个子层：媒体相关子层以及媒体无关子层。因为
现场总线网络中传输介质并不是完全一样的，并且两个总线（如LONWORKS与FF）网段的
传输速率也不同，所以物理层在解决这一问题上提供了媒体相关子层。

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※ 修改:·leonado 於 05月22日09:13:17 修改本文·[FROM: 202.118.170.213]