基金会现场总线(FF)的硬件技术
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“基金会现场总线(FF)技术”讲座 第9讲 FF功能块及其调度
所连接的卡件 ， 应进 行冗 余 配 置 。 ３ ４ 电 源 故 障信 号 没 有 引人 Ｄ ｓ ． Ｃ
Ｔ Ｓ系 统 设 计 中 ， Ｈ Ｍ 机 柜 内设 置 了 电源 故 障 Ｐ 在 Ｉ
卡 件 被 击 穿 ， 置 被 迫 停 车 。 因 此 ， 了保 证 Ｄ Ｓ 装 为 Ｃ 的 安 全 运 行 ， 锁 应 采 用 独 立 的 电源供 电 。 联 ３２ 联 锁 回 路供 电 没有 设 置 电源 分 开 关 ．
联锁 系统 设 计 中 ， Ｄ Ｓ引 出 的 ２ Ｖ， ． 电源 经 从 Ｃ ４ ｄｃ 过 一 个 电 源 开 关 ， 时 向数 十 个 联 锁 回路 供 电 ． 同 因此 ，
一
的连 接 端 子 ， 主供 电模 块 和 备 用 供 电 模 块 故 障 等 ， 象 这 些触 点 应 和 Ｕ Ｓ系 统 故 障 一 起 引 人 Ｄ Ｓ 行 报 警 。 Ｐ Ｃ 进 如 果 出现 这 种 情 况 ， 方 面操 作 工 可 以 立 即 通 知 维 护 一 人 员对 故 障 进 行 处 理 ， 一 方 面 可 根 据 生 产 状 况 提 前 另 采 取应 急措 施 ， 以避 免 系 统 突 然停 电造 成 重 大 事 故 。
４ 结束 语
装置经过三个月运行 ， 控制 系统暴 露出 了很多ห้องสมุดไป่ตู้问
题， 目前 莪们 正采 取 措 施 ， 对设 计 不合 理 的 地 方 一 一 进
行 整 改 ， 确保 装 置 的安 稳 长运 行 。 以
收辅 日期 ：０ １ ０ 一ｌ 。 ２ ０ — ２ ９
因此 ， 为安全期间 ， 一 重要信号 （ 与控制及联 锁 ） 对 些 参
功能 块 （ ｎｔｎｂ ｃ ， Ｂ 以及 功 能 块 应 用 进 程 ｆ ｃｏ ｌ ｋ Ｆ ） ｕ ｉ ｏ
基金会现场总线(FF)体系结构中的功能块(上)
Ｆ ▲ 互 操 作 陛 （ ｎ ｅ ｏ ｅ ａ ｉ ｉ Ｙ 的 要 求 ， 因 此 在 Ｆ 体 系 结 构 中 也 为 它 Ｉｔ ｒｐ ｒｂ １ｔ ｊ 在 相 同 的 系 统 中， 在 不 损 失 功 能 们 增 加 了 一 些 功 能 块 。 在 这 里 我 们 主
要筒 略介 绍 十个基 本功 能 块 。 支 持 实 例 以 及 删 除 资 源 内 一 些 块 的 情 况 下 ， 操 作 不 同 厂 家 多 种 设 备 的 １ 模 拟输 入 块 （Ｉ ） ＾） 能 力 和 对 象 中 的 一 种 对 象 ▲ 警 告 （１ ｒ ） Ａ ｅ ｒ 报警 和发 生 的事件 。 ▲ 设 备 （ ｅ １ ｅ Ｄｖ ｃ ）
２ 、功 能块 的类 型 及 内部 结 构
２ １ 功 能 块 的 类 型 ．．
最 初 开 发 了十 十 基 本 的功 能 块 ，
分 微 分 （ Ｄ ） 制 器 等 等 因此 ， 功 能 Ｐ 控
块 是 由 一 个 或 多 十 输 人 和 输 出参 数 组 成所 命名 的块 。
▲ 接 口 （ ｎ ｅｒ ａ ｅ Ｉｔ ｆ ｃ ）
一
▲ 资 源 块 （ｅ ｏ ｒ ｅ Ｂ ０ ｋ Ｒ ｓ ｕｃ １ｃ ） 由 内 古 参 数 组 成 的 块 ， 它 为 公 共 资
▲ 功 能 块 （ ｕ
由 一 个 或 多 个 输 入 和 输 出 参 数 组 源功能 或信 息提 供 接 口 。
＾ ＾０ｔ ｌｃｆ Ｔ ｅ ａ ｔ ｌ ｓ Ｓ ｒ ｐ Ｊ 枷 ｄ ∞ Ｆ ｎ ａ ｅ ｔ Ｊ ｆ ｒ ￣ ｈ ｒｉ ｏ Ｊ ｔ 九 ｃ ｏ ｕ ｕ ｄ ｍ ｎ ｅ Ｃ￣ ｃ ｐｔ ， ｎ ｔ 曰 ｏ ｆ ｔ Ｆ ｅ ８ Ｄ Ｆｕ ｃｉ ￣ ｃ Ｆ ｎＦ
＾ｍ Ｄｅｓ ｂｅ ｈｅ ｐｅ ｃｎ＇ ｔ Ｔｙ ｐｅｒ ａ￣ ｔｍ ． ｅ ＡｐｐｌＣ ￣ ＾ｒ Ｏｅｖ ｏｐｍ ｅｎ ｉ ａＯ ｅｌ ｔ ＦＢ
FF现场总线
内容提纲
一．基金会现场总线系统概述 二．基础知识 三．系统实施过程 四．系统硬件配置 五．系统组态 六．系统调试 七．工程实例
FF现场总线工程工作流程
• 项目定义 • 工厂工程设计标准 • 设备规格书 • 供应商投标说明书 • 现场总线网段设计 • 工程图 • 接线方式 • 组态 • 项目时间安排 • 调试与开车
1) 复 杂 回 路 流 程 2) 复 杂 回 路 概 述 和 功 能 块 3) 顺 控 和 连 锁 逻 辑 4) 流 程 图 5) 子 系 统 通 信 规 格
里程碑
A
由供方提供
FF 部分具体设计
软件设计
B
1) 硬 件 设 计 规 格 图 纸 2) 硬 件 清 单 3) I/O 卡 分 配 4) 典 型 回 路 图
内容提纲
一．基金会现场总线系统概述 二．基础知识 三．系统实施过程 四．系统硬件配置 五．系统组态 六．系统调试 七．工程实例
FF现场总线设备类型
• HSE
– 主机设备：运行于控制计算机之上 – 现场设备：可带一定I/O点的设备 – 链接设备：带有H1接口的设备
• H1
– 基本设备：符合基本的FF规范 – 链路主设备：具备LAS功能 – 网桥设备：连接两个网段
FF现场总线电缆
采用现场总线专用电缆
电缆种类 A型 B型 C型 D型
特点 屏蔽双绞线 总屏多对双绞线 多对双绞线 单对双绞线
最大流通面积 0.8mm2 0.32mm2 0.13mm2 1.25mm2
电缆总长度 1900m 1200m 400m 200m
没有安装中继器
网段总长度=主干长度+所有分支长度
修改现有的工程标准文件，使它包含FF现场 总线，这是非常重要的。例如：
现场总线技术
9.4.2 现场总线技术现场总线技术是20世纪80年代中期在国际上发展起来的一种崭新的工业控制技术。
现场总线技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。
更重要的是从原来的面向设备选择控制和通信设备转变成为基于网络选择设备。
尤其是20世纪90年代现场总线技术逐渐进入中国以来，结合Internet和Intranet的迅猛发展，现场总线控制系统技术越来越显示出其传统控制系统无可替代的优越性。
1．什么是现场总线技术从名词定义来讲，现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制室主机系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。
而现场总线标准规定某个控制系统中一定数量的现场设备之间如何交换数据。
数据的传输介质可以是电线电缆、光缆、电话线、无线电等等。
现场总线技术就是将微处理器芯片嵌入到位于控制现场的检测仪表和执行机构中，使这些设备都具有了智能化的运算和通信能力，能成为独立承担各种检测、控制和通信任务的网络节点。
采用可进行简单连线的双绞线等传输途径作为总线，把多个测量控制设备连接成的网络系统，并按公开、规范的通信协议，使得位于现场的多个测量控制设备之间以及现场设备与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，从而形成了各种适应实际需要的新型的自动控制系统。
传统控制系统的接线方式是并联接线方式，从可编程控制器（PLC）控制各个电器元件，每一个元件对应有一个I/O口，两者之间需用两根线进行连接，作为控制或电源。
当PLC 所控制的电器元件数量达到数十个甚至数百个时，整个系统的接线就显得十分复杂，容易搞错，施工和维护也十分不便。
为此，人们考虑怎样把那么多的导线合并到一起，用一根导线来连接所有设备，所有的数据和信号都在这根线上流通，同时设备之间的控制和通信可任意设置。
因而这根线自然而然地成了总线，就如计算机内部的总线概念一样。
由于控制对象都在工矿现场，不同于计算机通常用于室内，所以这种总线被称为现场总线。
基金会现场总线(FF)的网络通信
现 场 总 线 报 文 规 范
Ｆ ＡＳ： Ｆｉ ｅＬｄ ｂｕｓ ａｃｃ ｅｓｓ Ｓｕ ａＦｅｌ ｂＬ －
现 场 总 线 访 问 子 层 ， 通 过 将 这 些 访 问
现 场 总 线 访 问子 层
ＬＡＳ： Ｌｉ ｎｋＡｃ ｔｉｖ Ｓｃ ｅ ｈｅｄＵｌ ｅｒ
映 射 到 数 据链 路 层 的不 同能 力 可提 供
阻 １ Ｆ 体系 结构 与 Ｏｌ 构 的关 系 Ｆ Ｓ结
了 ３ 层 次 的 通 信 体 系 这 个 体 系 包 括 信 联 系 ， 首 先 介 绍 几 个 名 词 简 略 语 。 个 物 理 层 ， 定 义 信 号 如 何 发选 它 数 据 链
Ｄ Ｄ： ＤｅｖｉＣ Ｄｅｓｃｒｉ Ｃ ｐｔｉ０ １ １
ＶＦＤ： Ｖｉ ｒｔｕａｌ Ｆｉ ｄ ｅｌ ＤｅｖｉＣｅ
固
虚拟 现场 设备
２ ２应用 层 服 务 ．
Ｆ Ｆ的 应 用 层 服 务 是 由 现 场 总 线 报 文 规 范 （ Ｍ ） 定 义 的 。 Ｆ ｓ 定 了 用 ＦＳ Ｍ 规 于服 务 应用 进程 （ Ｐ 对 象 （ 要 这些 Ａ ） 只
技术 。由 一百 多 家 世界 著名 自动 化仪 表 和设备 生产厂 商 （ Ａ Ｂ 如 Ｂ 、横 河 、霍 尼韦 尔等 ） 及几 十家用 户 厂商 （ｆ Ｐ 以 ￣ Ｂ ｌ
石 油 ） 成 的 现 场 总 线 基 金 会 ”结 台 组 Ｉ Ｃ Ｉ Ａ的 现 有 标 准 以 及 其 他 成 熟 技 Ｅ 、 Ｓ 术 ， 于 １９ ６年 正 式 推 出 了 “ 场 总 线 ９ 现 基 金 会 ”Ｈ 标 准 一低 速 现 场 总 线 标 准 ， ．
路 层 ， 它 定 义 设 备 问 网 络 如 何 被 共 享 和 调鹿 应 用 层 ． 用 于 定 义 传 送 报 文 它
FF总线结构
言,也可以使用于H1中。
• 灵活功能块的应用包括联动驱动、监控数据获取、批处理、先进
I/O子系统接口等,它支持多路技术、PLC和网关,可以说给用户提
供了一个标准化的企业综合协议
总结
• HSE提供了一种以经济的以太网硬件和软件为构架,低成本、高速 的过程控制网络。 • 以100Mbit/s运行的HSE用于高速过程自动化、批处理、离散控制 应用中,同时也提供工厂管理和MIS系统的信息积累。 • HSE加强了以太网在工业领域中的地位,使FF技术涵盖现场网络 层和控制网络层,完全可以构筑大型带有层次调度控制功能和仪表
电气综合控制能力的系统。
冗余形式
设备 冗余
为了防止由于单个 HSE设备的故障造 成控制失败,在同一 网络中附加多个相 同设备。
灵活功能块
• HSE不仅支持FF所有标准功能块,而且增加了灵活功能块来实现 离散控制。灵活功能块是具体应用于混合、离散控制和I/O子系统 集成的功能模块,它包含了8个通道的多路模拟量输入输出、离散 量输入输出和特殊应用块,并使用IEC61131-3定义的标准编程语
实现与其它标 准总线通信
连接高速I/O 设备或PLC
将H1总线段链 入FF-HSE网络
HSE可直接使用以太网的交换设备、 路由器等,通过双绞线或光纤等。将HSE 设备连接起来,建立HSE总线控制网络。
4、两大特色
通信路 径冗余 HSE交换机、链 接设备和主机系 统之间的物理层 介质冗余。冗余 路径对应用是透 明的,当其中一条 路径发生中断时, 可选用另一条路 径通信。
FF HSE现场总线 —美国FisherRosemount
CONTENTS
01
简介
02
通信结构
浅析FF基金会现场总线
现 场 总线信 息规 范 了层
Ｆ Ｓ Ｍ
阀门定位器可挂接数量为 ：０ ÷ ６ １． 台 ） ４０ ２＝５ （ ３ 通过上述计算可以看出， 每根 Ｆ 总线可以挂接 ２ 台变送器 Ｆ ２ 或１ ５台阀 门定位器 。在实践 中， 每段 Ｈ 总线通 常挂 接 １ 台现 １ ６
议是按照 ＩＯＯ Ｉ Ｓ ／Ｓ 模型建立的 ， 由 网卡与现场仪表之间设置一台现场总线隔离栅， 它 但由于隔离栅 自 物理层 、 据链路层 、 数 应用层及用户 身的内阻， 会在总线上产生较大的压降， 使现场总线的电缆长度 现场 总线 访 问 了层 Ｆ ＡＳ 层组成 。Ｆ 模 型结构如图 １ Ｆ 所示。 大为缩短 。 物 理层 分 为 Ｈ１ Ｈ 和 ２两级 总 我们通过计算来说 明。 数 据锛 路层 线， 其中 Ｈ１ 符合 Ｉ Ｃ １５ — Ｅ ６ １ ８２标准 ， 隔离栅配电能力 ：８ Ｄ ／０ Ａ， １ Ｖ Ｃ８ ｍ Ｒ内 ＝０ Ｑ １５ 物理 层 支持总线供 电和本质安全防爆环境。 Ｆ Ｆ总线变送 器耗 电：Ｖ １． ｍ ９ ／７ Ａ ５ 图 １Ｆ 现 场 总 线 模 型 Ｈ１ Ｆ 现场总线 的主要 电气特 性是 ： 数 Ｆ 总线 阀门定位器耗电 ：ｖ２ Ａ Ｆ ９／ ｍ ６ 据采用数字化 、 同步 的传输方 式 ， 位 传输波特率为 ３． ｋｉ ， １ ５ｂ／ 驱 ２ ｔ ｓ Ｆ Ｆ现场总线 Ａ型电缆分布电阻 ：４ ｌｋ ４ ｆ／ｍ 动电压为 ９３Ｖ Ｃ 信号 电流是 ± ｍ 电缆 型式采用屏蔽双绞 ￣２ Ｄ ， ９ Ａ， 现场变送器可挂接数量为：Ｏ ７ ＝ ．（ ８ ÷１． ４ 台） ５ ５ 线， 接线拓补结构可 以采用 线形 、 树形 、 星形及复合形的方式 ， 无 阀门定位器可挂接数量为 ：Ｏ ６ ３ 台 ） ８ ÷２ ＝ （ 中继器时电缆长度应 ≤１ ０ ， ９ ０米 分支 电缆长度在 ３ — ２ 米 范围 ０ １０ 所以 ， 每根本安总线才能够挂接 ４台 Ｆ Ｆ总线变送器 ， 或者 ３ 内， 无中继器时设备挂接数不得超过 ３ 台 ， 中继器数不得超 台 Ｆ ２ 可用 Ｆ总线 阀门定位器。 过 ４台。 ２ Ｈ 采用高速以太 网作为其物理层 ， 传输速率为 １ ｂｆ秒 Ｍｉ 假 如总线上挂接 ３台 Ｆ Ｆ总线变送 器和 １ Ｆ 台 Ｆ总线 阀门定 和 ２ Ｍ ｉ秒 ， ． ｂ／ 通信距 离分别为 ７０ ５ ｔ ５ｍ和 ５０ 支持双绞线、 ０ｍ， 光缆 位器 ， 则电缆长度可以 ｒ 如下： ． － ｔ ￣ 和无线发射 。 则现场仪表消耗 总电流为 ：３×１ ．） （ ×２ ）７ ．（ ｎ） （ ７ ＋１ ６＝ ８ ｍ ５ ５ １ Ｆ现 场 总 线 配 屯 ．Ｆ ２ 总线电缆的允许 电压降为 ：８ ９ （０ ００ ８ ）０ ５ （ １－ 一 １５× ． ５ ＝ ． ８ｖ） ７ ７ Ｆ Ｆ总线 的 Ｈ １网卡 电缆总电阻为 ：． ８÷ ． ８ ＝ ．５ （ ０７ ５ ００ ５ ９６６ Ｑ） ７ 分为有源网卡和无源 网 则电缆长度 为 ：． ６÷ ４ ０ １（ ｉ） ９６ ５ ４＝ ． ９ｋ ２ ｎ 卡两种型式 。在非 防爆 可以看出，如果 Ｆ 总线上 挂接 ３ Ｆ 台变送器 和 １ 台阀 门定位 的应用场合， 有源 Ｈ 网 １ 器， 则该 电缆长度 最长 为 ２９米。 １ 卡可以直接 向现场总线 由于每段 Ｈ 总线只能配置一台现场总线隔离栅， １ 从上面的 配 电来 驱动 现场 仪表 ， 计算 过程可 以看 出， 台总线隔离栅仅仅能挂接 ３４台 场总线 每 － 现 不需要额外供 电。如果 仪表 ， 而且总线 电缆 的长度也 比 较短 。 也就是说 ， 原来能够挂接 十 Ｄ Ｓ系统提供 的 Ｈ１网 多台仪表的Ｈ Ｃ １网卡由于总线隔离栅的内阻压降而使得挂接仪 卡是无 源的 ，＇现 场总 表数量大大减少。 前大型的工业生产装置中， Ｆ＇ Ｆ 目 如采用这种方法。
Ｆ Ｓ Ｍ
阀门定位器可挂接数量为 ：０ ÷ ６ １． 台 ） ４０ ２＝５ （ ３ 通过上述计算可以看出， 每根 Ｆ 总线可以挂接 ２ 台变送器 Ｆ ２ 或１ ５台阀 门定位器 。在实践 中， 每段 Ｈ 总线通 常挂 接 １ 台现 １ ６
议是按照 ＩＯＯ Ｉ Ｓ ／Ｓ 模型建立的 ， 由 网卡与现场仪表之间设置一台现场总线隔离栅， 它 但由于隔离栅 自 物理层 、 据链路层 、 数 应用层及用户 身的内阻， 会在总线上产生较大的压降， 使现场总线的电缆长度 现场 总线 访 问 了层 Ｆ ＡＳ 层组成 。Ｆ 模 型结构如图 １ Ｆ 所示。 大为缩短 。 物 理层 分 为 Ｈ１ Ｈ 和 ２两级 总 我们通过计算来说 明。 数 据锛 路层 线， 其中 Ｈ１ 符合 Ｉ Ｃ １５ — Ｅ ６ １ ８２标准 ， 隔离栅配电能力 ：８ Ｄ ／０ Ａ， １ Ｖ Ｃ８ ｍ Ｒ内 ＝０ Ｑ １５ 物理 层 支持总线供 电和本质安全防爆环境。 Ｆ Ｆ总线变送 器耗 电：Ｖ １． ｍ ９ ／７ Ａ ５ 图 １Ｆ 现 场 总 线 模 型 Ｈ１ Ｆ 现场总线 的主要 电气特 性是 ： 数 Ｆ 总线 阀门定位器耗电 ：ｖ２ Ａ Ｆ ９／ ｍ ６ 据采用数字化 、 同步 的传输方 式 ， 位 传输波特率为 ３． ｋｉ ， １ ５ｂ／ 驱 ２ ｔ ｓ Ｆ Ｆ现场总线 Ａ型电缆分布电阻 ：４ ｌｋ ４ ｆ／ｍ 动电压为 ９３Ｖ Ｃ 信号 电流是 ± ｍ 电缆 型式采用屏蔽双绞 ￣２ Ｄ ， ９ Ａ， 现场变送器可挂接数量为：Ｏ ７ ＝ ．（ ８ ÷１． ４ 台） ５ ５ 线， 接线拓补结构可 以采用 线形 、 树形 、 星形及复合形的方式 ， 无 阀门定位器可挂接数量为 ：Ｏ ６ ３ 台 ） ８ ÷２ ＝ （ 中继器时电缆长度应 ≤１ ０ ， ９ ０米 分支 电缆长度在 ３ — ２ 米 范围 ０ １０ 所以 ， 每根本安总线才能够挂接 ４台 Ｆ Ｆ总线变送器 ， 或者 ３ 内， 无中继器时设备挂接数不得超过 ３ 台 ， 中继器数不得超 台 Ｆ ２ 可用 Ｆ总线 阀门定位器。 过 ４台。 ２ Ｈ 采用高速以太 网作为其物理层 ， 传输速率为 １ ｂｆ秒 Ｍｉ 假 如总线上挂接 ３台 Ｆ Ｆ总线变送 器和 １ Ｆ 台 Ｆ总线 阀门定 和 ２ Ｍ ｉ秒 ， ． ｂ／ 通信距 离分别为 ７０ ５ ｔ ５ｍ和 ５０ 支持双绞线、 ０ｍ， 光缆 位器 ， 则电缆长度可以 ｒ 如下： ． － ｔ ￣ 和无线发射 。 则现场仪表消耗 总电流为 ：３×１ ．） （ ×２ ）７ ．（ ｎ） （ ７ ＋１ ６＝ ８ ｍ ５ ５ １ Ｆ现 场 总 线 配 屯 ．Ｆ ２ 总线电缆的允许 电压降为 ：８ ９ （０ ００ ８ ）０ ５ （ １－ 一 １５× ． ５ ＝ ． ８ｖ） ７ ７ Ｆ Ｆ总线 的 Ｈ １网卡 电缆总电阻为 ：． ８÷ ． ８ ＝ ．５ （ ０７ ５ ００ ５ ９６６ Ｑ） ７ 分为有源网卡和无源 网 则电缆长度 为 ：． ６÷ ４ ０ １（ ｉ） ９６ ５ ４＝ ． ９ｋ ２ ｎ 卡两种型式 。在非 防爆 可以看出，如果 Ｆ 总线上 挂接 ３ Ｆ 台变送器 和 １ 台阀 门定位 的应用场合， 有源 Ｈ 网 １ 器， 则该 电缆长度 最长 为 ２９米。 １ 卡可以直接 向现场总线 由于每段 Ｈ 总线只能配置一台现场总线隔离栅， １ 从上面的 配 电来 驱动 现场 仪表 ， 计算 过程可 以看 出， 台总线隔离栅仅仅能挂接 ３４台 场总线 每 － 现 不需要额外供 电。如果 仪表 ， 而且总线 电缆 的长度也 比 较短 。 也就是说 ， 原来能够挂接 十 Ｄ Ｓ系统提供 的 Ｈ１网 多台仪表的Ｈ Ｃ １网卡由于总线隔离栅的内阻压降而使得挂接仪 卡是无 源的 ，＇现 场总 表数量大大减少。 前大型的工业生产装置中， Ｆ＇ Ｆ 目 如采用这种方法。
HART协议和FF现场总线
HART协议开放分类：协议、HART1、HART(Highway Addressable Remote Transducer)，可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，是美国Rosement公司于1985年推出的一种用于现场智能仪表和控制室设备之间的通信协议。
HART装置提供具有相对低的带宽，适度响应时间的通信，经过10多年的发展，HART技术在国外已经十分成熟，并已成为全球智能仪表的工业标准。
HART协议采用基于Bell202标准的FSK频移键控信号，在低频的4-20mA模拟信号上叠加幅度为0.5mA 的音频数字信号进行双向数字通讯，数据传输率为1.2Mbps。
由于FSK信号的平均值为0，不影响传送给控制系统模拟信号的大小，保证了与现有模拟系统的兼容性。
在HART协议通信中主要的变量和控制信息由4-20mA传送，在需要的情况下，另外的测量、过程参数、设备组态、校准、诊断信息通过HART协议访问。
HART通信采用的是半双工的通信方式，其特点是在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟系统向数字系统转变过程中过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争能力，得到了较快发展。
HART 规定了一系列命令，按命令方式工作。
它有三类命令，第一类称为通用命令，这是所有设备都理解、都执行的命令；第二类称为一般行为命令，所提供的功能可以在许多现场设备（尽管不是全部）中实现，这类命令包括最常用的的现场设备的功能库；第三类称为特殊设备命令，以便于工作在某些设备中实现特殊功能，这类命令既可以在基金会中开放使用，又可以为开发此命令的公司所独有。
在一个现场设备中通常可发现同时存在这三类命令。
HART采用统一的设备描述语言DDL。
现场设备开发商采用这种标准语言来描述设备特性，由HART基金会负责登记管理这些设备描述并把它们编为设备描述字典，主设备运用DDL技术来理解这些设备的特性参数而不必为这些设备开发专用接口。
“基金会现场总线(FF)技术”讲座 第7讲 FF网络管理的机理及其实现
维普资讯
“ 金会现场 总线 ｌＦ技术” 基 Ｆ） 讲座 许 小林 ． 等
“ 金 会 现 场 总线 （ Ｆ 技术 ” 基 Ｆ）枣 并 诗 健
（ 江 大 学先 进 控 州 研 兜 所 ． 州 浙 杭 ３０２ ） １０７
信息 、 运行信息 、 出错信息尽管大部分实际上驻 留在通
本文 主要 阐述 Ⅱ 网络管理 的模型 、 机理及其实现中的
关键技术 。
１ 网络 管理 的一般模 型及功 能
对 网 络管 理 需 求 增 长 的 同 时 也 促 进 了网络 管 理 技 术 的 发 展 。 计 算 机 和通 信 领 域 的 主要 国 际组 织 在 网 络 管理 技 术 研 究 方 面 做 了大 量 的 工 作 。其 中 ， 特 网 工 因 程 任 务 组 （ ｅ ｅ ｅｇ ｅｒ ｇｔ ｋｆｃ ， Ｅ Ｆ 于 ２ ｉ ｒ ｔ ｎｉ ｅ ｎ ｓ ｒｅ ＩＴ ） ｏ世 ｍ ｎ ｎ ｉ ａ ｏ 纪 ８ 年 代 制 定 的 第 １ 网 络 管 理 协 议— — 简 单 网 络 ０ 个
２ Ｆ Ｆ网络 管理的 结构模 型及功 能
２ １ 球 网络 管理 的结构模型 ．
Ⅱ 网络 管 理 采 用 了跟 Ｓ ＭＰ同 样 的 管 理 模 型 ， Ｎ 它 也 由 ３ 分组成 ： 部 网络 管 理 者 、 络 管理 代 理 及 网 络 管 网 理 信 息库 。 在 Ⅱ 网络 中 ， 络 管 理 者 按 系 统 管 理 者 的 规 定 ， 网 负责 维 护 整 个 网段 的运 行 。 网络 管 理 者 监 视 每 个 设 备 中通 信 栈 的 状 态 。它 在 系统 运 行 需 要 或 系 统 管 理 者 指 示时 ， 执行 某个 动作 。Ⅱ 要 求 每 个 网 段 至 少 有 １个 网 络管 理者 。 网 络管 理代 理存 在 于 每 个 具 有 通 信 能 力 的 物 理 设 备 中， 负责 维护 其 通 信 栈 。 网 络 管 理 代 理 利 用 组 态 管
“ 金会现场 总线 ｌＦ技术” 基 Ｆ） 讲座 许 小林 ． 等
“ 金 会 现 场 总线 （ Ｆ 技术 ” 基 Ｆ）枣 并 诗 健
（ 江 大 学先 进 控 州 研 兜 所 ． 州 浙 杭 ３０２ ） １０７
信息 、 运行信息 、 出错信息尽管大部分实际上驻 留在通
本文 主要 阐述 Ⅱ 网络管理 的模型 、 机理及其实现中的
关键技术 。
１ 网络 管理 的一般模 型及功 能
对 网 络管 理 需 求 增 长 的 同 时 也 促 进 了网络 管 理 技 术 的 发 展 。 计 算 机 和通 信 领 域 的 主要 国 际组 织 在 网 络 管理 技 术 研 究 方 面 做 了大 量 的 工 作 。其 中 ， 特 网 工 因 程 任 务 组 （ ｅ ｅ ｅｇ ｅｒ ｇｔ ｋｆｃ ， Ｅ Ｆ 于 ２ ｉ ｒ ｔ ｎｉ ｅ ｎ ｓ ｒｅ ＩＴ ） ｏ世 ｍ ｎ ｎ ｉ ａ ｏ 纪 ８ 年 代 制 定 的 第 １ 网 络 管 理 协 议— — 简 单 网 络 ０ 个
２ Ｆ Ｆ网络 管理的 结构模 型及功 能
２ １ 球 网络 管理 的结构模型 ．
Ⅱ 网络 管 理 采 用 了跟 Ｓ ＭＰ同 样 的 管 理 模 型 ， Ｎ 它 也 由 ３ 分组成 ： 部 网络 管 理 者 、 络 管理 代 理 及 网 络 管 网 理 信 息库 。 在 Ⅱ 网络 中 ， 络 管 理 者 按 系 统 管 理 者 的 规 定 ， 网 负责 维 护 整 个 网段 的运 行 。 网络 管 理 者 监 视 每 个 设 备 中通 信 栈 的 状 态 。它 在 系统 运 行 需 要 或 系 统 管 理 者 指 示时 ， 执行 某个 动作 。Ⅱ 要 求 每 个 网 段 至 少 有 １个 网 络管 理者 。 网 络管 理代 理存 在 于 每 个 具 有 通 信 能 力 的 物 理 设 备 中， 负责 维护 其 通 信 栈 。 网 络 管 理 代 理 利 用 组 态 管
现场总线的分类
现场总线的分类
现场总线的分类
1、基金会现场总线
基金会现场总线，即FoudationFieldbus，简称FF，这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。
其前身是以美国Fisher-Rousemount公司为首，联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司制订的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧洲等地的150家公司制订的WordFIP协议。
屈于用户的压力，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的现场总线协议。
它以ISO/OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。
2、LonWorks
LonWorks是又一具有强劲实力的现场总线技术，它是由美国Ecelon 公司推出并由它们与摩托罗拉、东芝公司共同倡导，于1990年正式公布而形成的。
它采用了ISO/OSI模型的全部七层通讯协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其通讯速率从300bps 至15Mbps不等，直接通信距离可达到2700m（78kbps，双绞线），支持双绞。
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】 ７
・Ｆ Ｆ现 场 总 线 的 通 信 模 型 包 括 物 理 层 、 据 链 数
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・
通 过 数 字 信 号 能 读 出仪 表 的 各 种 管 理 信 息 ，
・ ・
・ Ｆ仪 表 可 以装 入 ＰＤ等 多 种 算 法 ， 接 构 成 Ｆ Ｉ 直 控 制 回路 ； ・Ｆ Ｆ仪 表 具 有 互 操 作 性 ， 同一 系 统 甚 至 是 同 一 条总线上 可 以使 用 多个 厂 家 的 Ｆ Ｆ仪 表 ， 同 厂 家 不
功能相 同的 Ｆ Ｆ仪 表还 可 以直 接 互 换 ；
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自动 化 与 仪 器 仪 表 ＺＤ Ｉ ＯＮＧＨＵ Ｙ Ｙ ＱＩＹ ＢＡＯ Ａ Ｕ Ｉ Ｉ Ｉ
２０ ０ ２年 第 ６期 （ 总第 １４期 ） ０
文 章 编 号 ：０ １ ２ ７ ２ ０ ）６—０ １ １０ —９ ２ （０ ２ ０ ０ ７—０ ４
Ｆ Ｆ仪 表 现 场 应 用
了Ｆ Ｆ的 Ｈｌ 线 现 场 仪 表 的 硬 件 设 计 技 术 ， 介 绍 了 Ｈｌ 线 的 现 场 应 用 技 术 。 总 并 总
关键词 ： 场 总线 现
ＡＢ Ｉ ， Ｔ ： ｈ ｓａｔ ｌ ａ ｅ Ｆ， ｈ ｃ ｏｎｓ ｔ ｒｃ ｓ ｏ ｔ ｌｅ ｅｕｏ ｌ ｅ ａ ｌ ｏｉｔ ｄ ｃ ｈ ＳＴＰＡＧ Ｔ ｉ ｒ ｃｅ ｔｋ ｓＦ ｗ ｉｈ ｐ ｉｔ ｏ ｐ ｏ ｅｓｃ ｎｒ ， ｘ ｃ ｔｒａｌ ｘ ｍｐｅｔ ｎｒ ｕ ｅｔｅ ｉ ｏ ｏ
描述 Ｄ Ｄ等 专 有技 术 等 。
２ Ｆ Ｆ仪 表 的 优 越 性
・Ｆ Ｆ仪 表 实 现 了模 拟 仪 表 到 数 字 仪 表 的飞 跃 ， 具 有 高抗 干扰 性 ； 可 以节 约 大 量 的 导 线 ：
・ ・
Ｆ Ｆ现 场 总 线 除 了 具 有 一 般 现 场 总 线 的 共 同 特
ｓｔ ｎ ｔｕ ｎ ａ ｄ ａ ｅ ｔｃ ｎ ｑ ｅ ａ ｄ ｓｔ ｐ ｌ ａｉ ｎ ｔｃ ｎ ｑ ｅ ｏ Ｆ Ｈｌ ｕ ． ｉ ｉｓｒ ｍｅ ｔｈ ｒ ｗ ｒ ｅ ｈ ｉ ｕ ｎ ｉ ａ ｐ ｉ ｔ ｅ ｈ ｉ ｕ ｆＦ ｂ ｓ ｅ ｅ ｃ ｏ
ＫＥ ＹＷ ＯＲＤＳ ： ｉｌｂ ｓ Ｆ ｎ ｔｕ ｎ Ｓｔ ｐ ｌ ａｉｎ Ｆ ｅｄ ｕ Ｆ ｉｓｒｍｅ ｔ ｉ ａｐｉ ｔ ｅ ｃ ｏ
Ｈｌ 线 已渐 趋 成 熟 ， 且 已 经 步 入 实用 阶 段 ， ２总 总 并 Ｈ 线 的 应 用 还 有 待 时 日。本 文 主 要 讲 述 川 总 线 的 Ｆ Ｆ
仪 表 的 硬 件 设 计 技 术 以及 有 关 Ｈｌ 线 的 现 场 应 用 总
技术 。 １ Ｆ Ｆ现 场 总 线 的 特 点
・Ｆ Ｆ现 场 总 线 有 Ｈ１ 低 速 ） Ｈ （ 速 ） 种 ， （ 和 ２高 两 其 中 Ｈｌ为 ３ ．５ ｂ ｓ Ｉ １ ２ ｋ ｐ ，Ｉ 分 为 １ ｂ 和 ２ ５ ｂ ｓ － ２又 Ｍｐ ｓ ． Ｍ ｐ
两种 ；
仪表 的精 度得 到普遍 提 高 ， 变送器 类仪 表 的 精 度 均 能达 到 ０ １ 以上 ； ．级 可 以方 便 地 实 现 仪 表 的 温 度 补 偿 、 障 检 测 故 及保护等功 能 ；
ＩＡ一￥０．２第 ２部 分 物 理 层 标 准 作 为 Ｆ Ｓ ５ ０ Ｆ现 场 总 线
的物 理 层 定 义 。 Ｆ Ｆ现 场 总 线 有 低 速 总 线 （ 称 为 又 Ｈｌ 线 ） 高 速 总 线 （ 称 为 Ｈ 总 和 又 ２总 线 ） 种 。 目前 两
・ Ｆ现 场 总线 有 ｌ Ｆ Ｏ个 基 本 的 标 准 功 能 块 以 及 １ 附加功能块 ； ９个 ・ Ｆ现 场 总 线 具 有 设 备 描 述 语 言 Ｄ Ｌ及 设 备 Ｆ Ｄ
可 以 在控 制 室 进 行 现 向 、 全 双 串行 通 信 等 ， 时还 具 有 它 自己鲜 同
明的特点 ：
・Ｆ Ｆ现 场 总 线 是 针 对 工 业 过 程 自动 化 而 专 门 设 计 的 ， 以能 应 用 于 工 业 现 场 ， 能 满 足 本 安 要 所 并 求 ， 可 以通 过 总 线 给 现 场 仪 表 提 供 电源 ； 还
基 金 会 现 场 总 线 （ Ｆ 的硬 件 技 术 Ｆ）
吴 建 军
（ 京 华 控 技 术 有 限 责 任 公 司技 术 中心 重庆 分 部 ，００ ９ 北 ４０ ３ ） 摘 要 ： 金 会 现 场 总 线 （Ｆ 是 专 门 针 对 过 程 控 制 的 现 场 总 线 。 本 文 以 Ｆ 基 Ｆ） Ｆ执 行 器 为 例 介 绍
换；
制设 备 之 间 实 现 双 向 、 行 、 节 点 数 字 通 信 的 系 串 多
统 。基 金 会 现 场 总 线 （ Ｏ Ｎ Ａ Ｉ Ｎ ＦＥ Ｄ Ｕ ， Ｆ Ｕ Ｄ ＴＯ ＩＬ Ｂ Ｓ 简
称 Ｆ ） 由 现 场 总 线 基 金 会 （ ＩＬ Ｂ Ｓ Ｆ Ｕ Ｄ Ｆ是 Ｆ Ｅ Ｄ Ｕ Ｏ Ｎ Ａ— Ｔ Ｏ 组 织 开 发 的 ， 引 用 现 有 的 Ｉ Ｃ—ｌ５ Ｉ Ｎ） 它 Ｅ １８—２和
中 图 分 类 号 ：Ｈ Ｔ７
０ 引 言
文 献标 识 码 ： Ｂ
现 场 总 线 是 应 用 于 生 产 现 场 ， 微 机 化 测 量 控 在
路 层 、 用 层 、 户 层 ， 中应 用 层 又 分 为 总 线 访 问 应 用 其 子 层 和 总 线 报 文 规 范 子层 ；
・Ｆ Ｆ现 场 总线 具 有 完 整 的通 信 协 议 ， 同 厂 家 不 的 Ｆ Ｆ仪 表 具 有 可 互 操 作 性 以 便 于 系 统 集 成 ， 且 并 不 同厂 家 生 产 的功 能相 同 的 Ｆ Ｆ仪 表 可 以 直 接 互
・Ｆ Ｆ现 场 总 线 的 通 信 模 型 包 括 物 理 层 、 据 链 数
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・
通 过 数 字 信 号 能 读 出仪 表 的 各 种 管 理 信 息 ，
・ ・
・ Ｆ仪 表 可 以装 入 ＰＤ等 多 种 算 法 ， 接 构 成 Ｆ Ｉ 直 控 制 回路 ； ・Ｆ Ｆ仪 表 具 有 互 操 作 性 ， 同一 系 统 甚 至 是 同 一 条总线上 可 以使 用 多个 厂 家 的 Ｆ Ｆ仪 表 ， 同 厂 家 不
功能相 同的 Ｆ Ｆ仪 表还 可 以直 接 互 换 ；
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自动 化 与 仪 器 仪 表 ＺＤ Ｉ ＯＮＧＨＵ Ｙ Ｙ ＱＩＹ ＢＡＯ Ａ Ｕ Ｉ Ｉ Ｉ
２０ ０ ２年 第 ６期 （ 总第 １４期 ） ０
文 章 编 号 ：０ １ ２ ７ ２ ０ ）６—０ １ １０ —９ ２ （０ ２ ０ ０ ７—０ ４
Ｆ Ｆ仪 表 现 场 应 用
了Ｆ Ｆ的 Ｈｌ 线 现 场 仪 表 的 硬 件 设 计 技 术 ， 介 绍 了 Ｈｌ 线 的 现 场 应 用 技 术 。 总 并 总
关键词 ： 场 总线 现
ＡＢ Ｉ ， Ｔ ： ｈ ｓａｔ ｌ ａ ｅ Ｆ， ｈ ｃ ｏｎｓ ｔ ｒｃ ｓ ｏ ｔ ｌｅ ｅｕｏ ｌ ｅ ａ ｌ ｏｉｔ ｄ ｃ ｈ ＳＴＰＡＧ Ｔ ｉ ｒ ｃｅ ｔｋ ｓＦ ｗ ｉｈ ｐ ｉｔ ｏ ｐ ｏ ｅｓｃ ｎｒ ， ｘ ｃ ｔｒａｌ ｘ ｍｐｅｔ ｎｒ ｕ ｅｔｅ ｉ ｏ ｏ
描述 Ｄ Ｄ等 专 有技 术 等 。
２ Ｆ Ｆ仪 表 的 优 越 性
・Ｆ Ｆ仪 表 实 现 了模 拟 仪 表 到 数 字 仪 表 的飞 跃 ， 具 有 高抗 干扰 性 ； 可 以节 约 大 量 的 导 线 ：
・ ・
Ｆ Ｆ现 场 总 线 除 了 具 有 一 般 现 场 总 线 的 共 同 特
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ＫＥ ＹＷ ＯＲＤＳ ： ｉｌｂ ｓ Ｆ ｎ ｔｕ ｎ Ｓｔ ｐ ｌ ａｉｎ Ｆ ｅｄ ｕ Ｆ ｉｓｒｍｅ ｔ ｉ ａｐｉ ｔ ｅ ｃ ｏ
Ｈｌ 线 已渐 趋 成 熟 ， 且 已 经 步 入 实用 阶 段 ， ２总 总 并 Ｈ 线 的 应 用 还 有 待 时 日。本 文 主 要 讲 述 川 总 线 的 Ｆ Ｆ
仪 表 的 硬 件 设 计 技 术 以及 有 关 Ｈｌ 线 的 现 场 应 用 总
技术 。 １ Ｆ Ｆ现 场 总 线 的 特 点
・Ｆ Ｆ现 场 总 线 有 Ｈ１ 低 速 ） Ｈ （ 速 ） 种 ， （ 和 ２高 两 其 中 Ｈｌ为 ３ ．５ ｂ ｓ Ｉ １ ２ ｋ ｐ ，Ｉ 分 为 １ ｂ 和 ２ ５ ｂ ｓ － ２又 Ｍｐ ｓ ． Ｍ ｐ
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仪表 的精 度得 到普遍 提 高 ， 变送器 类仪 表 的 精 度 均 能达 到 ０ １ 以上 ； ．级 可 以方 便 地 实 现 仪 表 的 温 度 补 偿 、 障 检 测 故 及保护等功 能 ；
ＩＡ一￥０．２第 ２部 分 物 理 层 标 准 作 为 Ｆ Ｓ ５ ０ Ｆ现 场 总 线
的物 理 层 定 义 。 Ｆ Ｆ现 场 总 线 有 低 速 总 线 （ 称 为 又 Ｈｌ 线 ） 高 速 总 线 （ 称 为 Ｈ 总 和 又 ２总 线 ） 种 。 目前 两
・ Ｆ现 场 总线 有 ｌ Ｆ Ｏ个 基 本 的 标 准 功 能 块 以 及 １ 附加功能块 ； ９个 ・ Ｆ现 场 总 线 具 有 设 备 描 述 语 言 Ｄ Ｌ及 设 备 Ｆ Ｄ
可 以 在控 制 室 进 行 现 向 、 全 双 串行 通 信 等 ， 时还 具 有 它 自己鲜 同
明的特点 ：
・Ｆ Ｆ现 场 总 线 是 针 对 工 业 过 程 自动 化 而 专 门 设 计 的 ， 以能 应 用 于 工 业 现 场 ， 能 满 足 本 安 要 所 并 求 ， 可 以通 过 总 线 给 现 场 仪 表 提 供 电源 ； 还
基 金 会 现 场 总 线 （ Ｆ 的硬 件 技 术 Ｆ）
吴 建 军
（ 京 华 控 技 术 有 限 责 任 公 司技 术 中心 重庆 分 部 ，００ ９ 北 ４０ ３ ） 摘 要 ： 金 会 现 场 总 线 （Ｆ 是 专 门 针 对 过 程 控 制 的 现 场 总 线 。 本 文 以 Ｆ 基 Ｆ） Ｆ执 行 器 为 例 介 绍
换；
制设 备 之 间 实 现 双 向 、 行 、 节 点 数 字 通 信 的 系 串 多
统 。基 金 会 现 场 总 线 （ Ｏ Ｎ Ａ Ｉ Ｎ ＦＥ Ｄ Ｕ ， Ｆ Ｕ Ｄ ＴＯ ＩＬ Ｂ Ｓ 简
称 Ｆ ） 由 现 场 总 线 基 金 会 （ ＩＬ Ｂ Ｓ Ｆ Ｕ Ｄ Ｆ是 Ｆ Ｅ Ｄ Ｕ Ｏ Ｎ Ａ— Ｔ Ｏ 组 织 开 发 的 ， 引 用 现 有 的 Ｉ Ｃ—ｌ５ Ｉ Ｎ） 它 Ｅ １８—２和
中 图 分 类 号 ：Ｈ Ｔ７
０ 引 言
文 献标 识 码 ： Ｂ
现 场 总 线 是 应 用 于 生 产 现 场 ， 微 机 化 测 量 控 在
路 层 、 用 层 、 户 层 ， 中应 用 层 又 分 为 总 线 访 问 应 用 其 子 层 和 总 线 报 文 规 范 子层 ；
・Ｆ Ｆ现 场 总线 具 有 完 整 的通 信 协 议 ， 同 厂 家 不 的 Ｆ Ｆ仪 表 具 有 可 互 操 作 性 以 便 于 系 统 集 成 ， 且 并 不 同厂 家 生 产 的功 能相 同 的 Ｆ Ｆ仪 表 可 以 直 接 互