总线专题:第三讲 基金会现场总线(上)

来源:网络时间:2022-02-09 22:19:02
基金会现场总线(Foundation Fieldbus)简称FF是现场总线基金会(Fieldbus Foundation)组织开发的。该组织于1994年成立。当时由11家跨国大公司组成董事会,集资开发。董事长由Fisher Rosemount公司(现由Emeioson公司收购)担任,董事单位有Rockwell,西门子,ABB,Honeywell,Foxboro(现由Invensys公司收购),横河等公司。

FF由二部分组成:即HI低速现场总线及H2高速现场总线。

H1的通信速率为31.25kbps。

H2的通信速率为1Mbps及2.5Mbps,后改为HSE(High Speed Ethernet)速率为100Mbps。

H1与HSE通过FF的连接设备连接。

FF的特点是专门为过程自动化(Process Automation)即连续控制的过程而设计的,它吸收了DCS及HART行之有效的技术,如功能块及DDL(设备描述语言)等技术,所以熟悉DCS的用户使用比较方便,但由于设想十分周到,技术比较复杂。

1.FFH1的通信模型

FFH1的通信模型参照了OSI参考模型的1、2、7层,另外又增加了用户层,这是FF与其他总线不同之处。FFH1通信模型和OSI参数模型如图1。

图1基金会现场总线(FF)通信模型和OSI参考模型

(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。譬喻的过程见图2。FF的通信协议规定了其通信方式。

图2 通信原理图

物理层(Physical Layer PHY)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(Data Link Layer DLL)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(Fieldbus Access Sub-layer,FAS)和现场总线报文规范子层(Fieldbus Message Specification,FMS)二个子层,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(Application Process,AP),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。在系统管理中,设置系统管理内核,系统管理内核协议和系统管理信息库,提供设备管理、功能管理、时钟管理和安全管理的功能。

FF将数据链路层,应用层和用户层的软件集成为通信栈(Communication Stack),供软件开发商开发通信栈;通过软件编程来实现;另外再开发专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)及其相关硬件来实现物理层和数据链路层部分功能。这样就能用软硬件相结合的办法来实现FF通信模型。

(2)FF通信模型的三大功能

FF通信模型作为现场总线设备的物理实体,再通过传输线构成通信网络,按层次分别分为上述物理层等四层;如按功能分别可分为三大部分,即通信实体,系统管理内核和功能块应用进程,如图3所示。各部分之间通过虚拟通信关系(Virtual Communication Relationship,VCR)来沟通信息,即相当于逻辑的通信信道,VCR表示了2个或多个应用进程之间的关系。

图3 FF通信模型的三大组成部分

1)通信实体(Entitg)。由各层协议和网络管理代理(Network Management Agent,NMA)共同组成。其任务是生成报文(Message)和提供报文传送服务,是现场总线设备通信的核心部分。层协议的基本目标是构成VCR,网络管理代理,负责管理通信栈,支持组态、运行和差错管理,这些管理信息保存在网络管理信息库(Network Manage-ment Base,NMIB)中并由对象字典(Object Dictionary,OD)来描述。OD中保存有数据类型、长度等描述信息,为总线设备的网络可视对象提供定义和描述。

2)系统管理内核。系统管理内核(System Management Kernel,SMK)在通信模型中位于应用层和用户层。SMK是总线设备的管理实体,负责与网络系统相关的任务管理,支持节点地址分配,应用服务调度、应用时钟同步和应用进程分析。SMK把控制系统管理操作的信息组成对象,存储在系统管理信息库(System Management Information Base,SMIB)中,并可以通过网络来访问SMIB。SMK支持网络设备管理,在设备运行之前将其基本的系统信息置入SMIB,并分配一个物理设备位号,然后使设备进入初始化状态;在不影响网络上其它设备运行的情况下,使该设备进入运行状态,并根据他的物理设备位号分配节点地址;当设备加入网络以后,可按需设置远程设备和功能块。SMK采用系统管理内核协议(SMK Protocol,SMKP)与远程SMK通信,另外采用FMS访问SMIB。SMK亦能为OD提供服务。首先在网络上对所有设备广播对象名,然后等待设备的响应,从而获得网络上对象的信息。

3)功能块应用进程。功能块应用进程(Function Block Application Process,FBAP)位于应用层和用户层。功能块(Function Block,FB)实现某种应用功能或算法如PID功能块实现PID(比例、积分、微分)控制功能,模拟输入(AI)和模拟输出(AO)功能块分别实现参数输入和输出功能,如将AI、PID、AO功能块的输出端和输入端相连接就可以实现单回路控制策略。FF规定了10个基本功能块和19个附加功能块,分布在现场总线设备内,供用户组态实现所需控制策略,从而构成全分布式网络控制系统,也就是所谓现场总线控制系统(Fieldbus Control System,FCS),他与DCS的区别之一就在于DCS将所有的控制功能集中在DCS的主机中;而FCS则将60~80%的一般控制功能分散到现场智能化仪表中去了,这不仅提高了系统的可靠性,而且还使控制更加及时和精确。由功能块组合有关控制的范例如图4。

标签: 总线专题基金会现场总

相关阅读

推荐阅读

江苏省养老方式及服务需求研究报告发布

江苏省养老方式及服务需求研究报告发布

当你老了,如何养老?10月11日,江苏省消保委发布《江苏省养老方式及服务需求研究报告》(简称《报告》),本次研究采用线上问卷和线下问卷调 更多

2021-10-12 07:55:20
电影票房狂吸金超40亿元  上市公司表现如何呢?

电影票房狂吸金超40亿元 上市公司表现如何呢?

在刚刚过去的国庆长假里,电影票房成绩优秀。据灯塔专业版数据,2021年国庆档总票房43 86亿元,这是国庆档票房历史第二次破40亿,仅次于201 更多

2021-10-09 07:54:06
国庆假期你去露营了吗?我国目前有3.2万家露营相关企业

国庆假期你去露营了吗?我国目前有3.2万家露营相

相约露营,现如今变得新潮又时尚。把客厅、厨房和卧室,都搬到野外去,食于山野,宿于山野,每一帧画面都透露出一种岁月静好的美好。扬子晚 更多

2021-10-08 08:27:04
我国现存眼镜企业超132万家  南京居全国第四

我国现存眼镜企业超132万家 南京居全国第四

日前,在第三届国民视觉健康高峰论坛上分享了一组数据,2020年,我国儿童青少年总体近视率为52 7%,其中6岁儿童为14 3%,小学生为35 6%,初 更多

2021-10-08 07:54:47
兴昌塑胶拟减持不超1%股份  大股东减持曾重挫股价

兴昌塑胶拟减持不超1%股份 大股东减持曾重挫股价

股东减持出现新理由,要借给上市公司无偿使用。9月29日晚间,高乐股份(002348)披露称,公司实控人之一兴昌塑胶五金厂有限公司(以下简称兴昌 更多

2021-09-30 08:43:16
”酱油三剑客“股价都在涨  股价再度突破百元大关

”酱油三剑客“股价都在涨 股价再度突破百元大关

9月26日晚间,海天味业公告:由于今年以来各主要原材物料、运输、能源等成本持续大幅上涨,给经营带来了一定的挑战,近期正在评估是否对产 更多

2021-09-28 07:50:33
“丝绸文创第一股”来了!万事利发行价格为5.24元/股

“丝绸文创第一股”来了!万事利发行价格为5.24元

9月22日,以丝绸文化创意领先的杭州丝绸品牌万事利登陆A股创业板。万事利(301066)发行价格为5 24元 股,截至9月24日,最新股价为24 18元, 更多

2021-09-26 07:51:26
组团减持后股价大跌  百亚股份跌逾8%

组团减持后股价大跌 百亚股份跌逾8%

卫生巾第一股百亚股份(003006)股东组团减持不超过公司10%股份的消息果然影响了公司9月22日的股价。截至9月22日收盘,百亚股份股价大跌8 02% 更多

2021-09-23 08:07:23
+ 点击查看更多精彩
不一样的天猫“6·18”新指标  每笔订单减碳17.6%
    今年的6·18有些不一样:没有公布总成交额,而是改用碳排放量做衡...
上市公司海外收入哪家强? 化工、采掘、电子行业的海外收入最高
      中建迪拜山庄基础设施升级改造施工现场。  中国建筑供图 ...
“新电商人才发展计划”发布 四位一体布局 培养急需人才
    今年是决胜全面小康、决战脱贫攻坚的最后一年,数字经济持续快速...
各地侨企铆足干劲 释放着攒了数月的能量
    近期,侨企益海嘉里(哈尔滨)粮油食品工业有限公司面粉车间日夜...
2小时带货6100万元湖北商品!快手直播带货助力湖北重启
    夏丹喊你下单了,一起为湖北拼单、立马‘夏丹’,无法&...
商业银行正式进入金融期货市场
    谢卫群 摄商业银行今天(4月10日)正式进入中国金融期货市场。首批...