電氣控制技術(shù)第5章課件

1、5.1 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)總線的體系結(jié)構(gòu)5.1.1 現(xiàn)場(chǎng)總線 信息技術(shù)的飛速發(fā)展引起了自動(dòng)化領(lǐng)域的深刻革命，逐步形成了網(wǎng)絡(luò)化的、全開放的自動(dòng)控制體系結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)場(chǎng)總線就是這場(chǎng)深刻變革中的最核心的技術(shù)。 什么是現(xiàn)場(chǎng)總線？根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)IEC61158標(biāo)準(zhǔn)定義，現(xiàn)場(chǎng)總線是指安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線?；诂F(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)被稱為現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control SystemFCS）。也有人把它稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、流程工業(yè)、樓宇、交通等處的自動(dòng)化系統(tǒng)中。5.1.

2、1.1 現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生 20世紀(jì)60年代，過程控制的體系結(jié)構(gòu)是基于420mA的模擬標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，出現(xiàn)了模擬式電子儀表與電動(dòng)單元組合的自動(dòng)控制系統(tǒng)。到了20世紀(jì)70年代，人們?cè)跍y(cè)量、模擬和邏輯控制領(lǐng)域率先使用了數(shù)字計(jì)算機(jī)，從而產(chǎn)生了集中式數(shù)字控制（又稱直接數(shù)字控制，Direct Digital ControlDDC），簡(jiǎn)稱集中控制。集中控制以一臺(tái)控制器為中心，通過擴(kuò)展I/O接口實(shí)現(xiàn)各個(gè)傳感器、執(zhí)行器之間的通信。擴(kuò)展的I/O接口模板按不同的適用總線分成不同的系列，從最初的S-100總線，PC總線到后來被廣泛采用的STD總線和Multibus等。集中控制在控制器內(nèi)部傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，因此克服了模擬儀表控

3、制系統(tǒng)中模擬信號(hào)精度低、易受干擾的缺陷，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。它的主要缺點(diǎn)是對(duì)控制器要求很高，并且一旦控制器癱瘓，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不能工作。 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的開發(fā)始于20世紀(jì)80年代。隨著計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)得到迅速發(fā)展，信息溝通聯(lián)絡(luò)的范圍不斷擴(kuò)大，而處于企業(yè)生產(chǎn)過程基層的測(cè)控自動(dòng)化系統(tǒng)，只能采用某種自封閉式的集散系統(tǒng)，難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間以及系統(tǒng)與外界之間的信息交換，使自動(dòng)化系統(tǒng)成為“信息孤島”，嚴(yán)重制約了其本身的發(fā)展。要實(shí)現(xiàn)企業(yè)的信息集成，要實(shí)施綜合自動(dòng)化，就必須設(shè)計(jì)出一種能在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境運(yùn)行的、可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、造價(jià)低廉的通信系統(tǒng)，構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備之間的多點(diǎn)數(shù)字通信的底層網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)低層現(xiàn)

4、場(chǎng)設(shè)備與外界的信息交換?，F(xiàn)場(chǎng)總線就是在這種實(shí)際需求的驅(qū)動(dòng)下應(yīng)運(yùn)而生的。目前，本應(yīng)是唯一的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、開放互連的控制通信網(wǎng)絡(luò)，由于行業(yè)、地域、經(jīng)濟(jì)利益等多種原因，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織、北美、歐洲等許多國(guó)家陸續(xù)制定了在不同領(lǐng)域的多個(gè)頗具影響力的總線標(biāo)準(zhǔn)。這不是最終要求，人們正期待著統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)形成。 現(xiàn)場(chǎng)總線是綜合運(yùn)用微處理器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的產(chǎn)物。它把微處理器置入現(xiàn)場(chǎng)自控設(shè)備，使設(shè)備具有數(shù)字計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信能力，這一方面提高了信號(hào)的測(cè)量、控制和傳輸精度，同時(shí)為豐富控制信息的內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程傳送創(chuàng)造了條件?，F(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備與傳統(tǒng)自控設(shè)備相比，拓寬了提供的現(xiàn)場(chǎng)信息內(nèi)容，便于操作管理人

5、員更好、更深入地了解生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和自控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。如圖5-1所示，對(duì)比集中控制、集散控制、現(xiàn)場(chǎng)總線控制的結(jié)構(gòu)示意圖可以看到，由于現(xiàn)場(chǎng)總線強(qiáng)調(diào)遵循公開統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因而有條件實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互操作性和互換性。圖5-1 集中控制、集散控制、現(xiàn)場(chǎng)總線控制結(jié)構(gòu)示意圖 (a) 集中控制 (b) 集散控制 (c) 現(xiàn)場(chǎng)總線控制現(xiàn)場(chǎng)總線可采用多種途徑傳輸數(shù)字信號(hào)，如用普通電纜、雙絞線、光導(dǎo)纖維、紅外線，甚至電力傳輸線等。一般在由兩根普通導(dǎo)線制成的雙絞線上，可掛接幾十臺(tái)自控設(shè)備。另外，現(xiàn)場(chǎng)總線還支持總線供電，即兩根導(dǎo)線在為多臺(tái)自控設(shè)備傳送數(shù)字信號(hào)的同時(shí)，還為這些設(shè)備傳送工作電源。可以看到，采用現(xiàn)場(chǎng)總線具有節(jié)省硬件

6、投資節(jié)省安裝費(fèi)用節(jié)省維護(hù)開銷的好處?，F(xiàn)場(chǎng)總線作為控制通信網(wǎng)絡(luò)，所傳輸?shù)氖峭〝嚯娫础㈤_關(guān)閥門的指令與數(shù)據(jù)，直接關(guān)系到處于運(yùn)行操作過程之中的設(shè)備、人身的安全，要求信號(hào)在有粉塵、噪聲、電磁干擾等較為惡劣的環(huán)境下能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地發(fā)送和接收，同時(shí)還具有節(jié)點(diǎn)分散、報(bào)文簡(jiǎn)短等特征。以現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)造的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上發(fā)生了較大變化，其顯著特征是通過網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的傳送聯(lián)絡(luò)，可由單個(gè)節(jié)點(diǎn)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)共同完成所要求的自動(dòng)化功能。5.1.1.2 現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)目前的現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)與1984年IEC開始制訂現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的初衷是相違背的，IEC的最初想法是制定單一的現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。因此，在今

7、后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展將呈以下趨勢(shì)：1.多種總線共存?，F(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158中采用的8種類型，以及其它一些現(xiàn)場(chǎng)總線，如FF、Profibus、CAN、LonWorks、ControlNet、DeviceNet、WorldFIP等將在今后一段時(shí)間內(nèi)共同發(fā)展，并相互競(jìng)爭(zhēng)取長(zhǎng)補(bǔ)短。2.每種總線都力圖拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，以擴(kuò)張其勢(shì)力范圍。如Profibus在出臺(tái)了適用于分散設(shè)備間通過I/O通信的DP型的基礎(chǔ)上又開發(fā)出PA型，以適用于流程工業(yè)和過程自動(dòng)化系統(tǒng)。3.大多數(shù)總線都成立了相應(yīng)的國(guó)際組織，力圖在制造商和用戶中擴(kuò)大影響，以取得更多方面的支持，同時(shí)也想顯示出其技術(shù)是開放的。4.每種總

8、線都以一個(gè)或幾個(gè)大型跨國(guó)公司為背景，公司的利益與總線的發(fā)展息息相關(guān)，如Profibus以德國(guó)西門子公司為主要支持，ControNet以美國(guó)羅克韋爾自動(dòng)化公司為主要背景，WorldFIP以法國(guó)Alstom公司為主要后臺(tái)。5.大多數(shù)設(shè)備制造商都積極參加不止一個(gè)總線組織，有些公司甚至參加24個(gè)總線組織。6.在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中出現(xiàn)了協(xié)調(diào)共存的前景。7.以太網(wǎng)的引入成為新的熱點(diǎn)。以太網(wǎng)在沒有任何標(biāo)準(zhǔn)化組織支持的情況下，正在工業(yè)自動(dòng)化和過程控制市場(chǎng)上迅速增長(zhǎng)，幾乎所有遠(yuǎn)程I/O接口技術(shù)的供貨商均提供一個(gè)支持傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（Transfer Control Protocol/Internet Proto

9、colTCP/IP）的以太網(wǎng)接口，如西門子、羅克韋爾自動(dòng)化、Echelon等公司都有各自的PLC產(chǎn)品，但同時(shí)提供與遠(yuǎn)程I/O和基于PC的控制系統(tǒng)相聯(lián)結(jié)的接口。5.1.1.3 現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)既是一個(gè)開放的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，又是一個(gè)全分布的自動(dòng)控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是以智能傳感器、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)為主要內(nèi)容的一門綜合技術(shù)。其主要技術(shù)特點(diǎn)如下：1.總線式結(jié)構(gòu)。一對(duì)傳輸線（總線）掛接多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，雙向傳輸多個(gè)數(shù)字信號(hào)。2.開放性、互操作性與互換性?，F(xiàn)場(chǎng)總線采用統(tǒng)一的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，是開放式的互聯(lián)網(wǎng)，對(duì)用戶是透明的。3.完全的分散控制?，F(xiàn)場(chǎng)總線將控制功能下放到作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)智能儀表

10、和設(shè)備中，做到徹底的分散控制。提高了系統(tǒng)的靈活性、自治性和安全可靠性。4.信息綜合、組態(tài)靈活。通過數(shù)字化傳輸現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，F(xiàn)CS能獲取現(xiàn)場(chǎng)儀表的各種狀態(tài)、診斷信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的系統(tǒng)監(jiān)控和管理以及故障診斷。5.多種傳輸介質(zhì)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。FCS由于采用數(shù)字通信方式，因此可用多種傳輸介質(zhì)進(jìn)行通信?；诂F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的全開放控制系統(tǒng)（FCS）標(biāo)志著過程控制的新紀(jì)元，是對(duì)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的根本性變革。5.1.2 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字化自動(dòng)控制系統(tǒng)是當(dāng)今世界各國(guó)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)課題。（一）工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的通信問題在控制系統(tǒng)的通信中，往往要考慮以下幾個(gè)問題

11、：1.一個(gè)系統(tǒng)的各種設(shè)備怎樣互連在一起？2.怎樣保證系統(tǒng)中不同產(chǎn)品間要有可靠的互操作性，怎樣保證不同供貨商的同類產(chǎn)品具有可互換性？3.設(shè)備之間將要交換什么樣類型的數(shù)據(jù)？是控制數(shù)據(jù)（如I/O等），還是信息數(shù)據(jù)（如圖文、聲音等）。4.系統(tǒng)需要什么樣的容量？5.系統(tǒng)怎樣被組態(tài)？6.系統(tǒng)能否在將來可以進(jìn)一步擴(kuò)充？（二）工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)問題實(shí)際情況是，應(yīng)該根據(jù)具體的應(yīng)用需求來選擇不同的網(wǎng)絡(luò)。這主要體現(xiàn)在不同的應(yīng)用需求對(duì)數(shù)據(jù)的要求是不同的。在這方面主要考慮如下幾個(gè)具體問題：1.對(duì)數(shù)據(jù)量要求的不同。網(wǎng)絡(luò)上要求傳送的數(shù)據(jù)量可能以兆字節(jié)、字節(jié)或位來計(jì)算。那么應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)量的不同，選擇不同的網(wǎng)絡(luò)，也就是主要要考慮

12、網(wǎng)絡(luò)的帶寬問題。2.對(duì)數(shù)據(jù)類型要求的不同。針對(duì)某一具體應(yīng)用，可能要求支持I/O報(bào)文或狀態(tài)突變的報(bào)文，也可能要求支持顯式報(bào)文，諸如程序的上載/下載、診斷信息等，那么應(yīng)根據(jù)要求的數(shù)據(jù)類型的不同，考慮所選網(wǎng)絡(luò)是否滿足要求。3.對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能要求的不同?？赡芤缶W(wǎng)絡(luò)主要處理高速離散量或者模擬量，對(duì)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)又特別要求確定性和可重復(fù)性，所以必須考慮所選網(wǎng)絡(luò)是否滿足實(shí)時(shí)性、可擴(kuò)展性等性能要求。（三）工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)實(shí)例現(xiàn)場(chǎng)總線把分散的測(cè)量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以現(xiàn)場(chǎng)總線為紐帶，把它們聯(lián)結(jié)成可以互相溝通的信息，并可共同完成自控任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。如一種三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)體系，即設(shè)備層、控制

13、層和信息層的體系，如圖5-2所示。在這個(gè)體系中，數(shù)據(jù)可以雙向流通，層與層之間可以交換數(shù)據(jù)，對(duì)于某一具體應(yīng)用可以選擇其中某層或者某幾層。圖5-2三層網(wǎng)絡(luò)體系的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)1.信息層信息層一般使用以太網(wǎng)技術(shù)，它是一個(gè)開放的、全球公認(rèn)的用于信息層互連的標(biāo)準(zhǔn)。這一層網(wǎng)絡(luò)關(guān)注的焦點(diǎn)是高速的報(bào)文傳送和高容量的數(shù)據(jù)共享。以太網(wǎng)（Ethernet）聯(lián)結(jié)數(shù)據(jù)高速公路、遠(yuǎn)程I/O和廠區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)，執(zhí)行TCP/IP。信息層利用成熟的以太網(wǎng)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息的集成。在信息層可以通過以太網(wǎng)TCP/IP連通可編程序控制器、網(wǎng)關(guān)、人機(jī)接口和軟件至信息系統(tǒng)。2.控制層控制層對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求除了開放性以外，還包括如下幾點(diǎn)：支持

14、I/O報(bào)文、顯式報(bào)文的傳輸和診斷功能；能夠設(shè)置信息的優(yōu)先級(jí)；支持多主機(jī)、廣播式和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式。此層網(wǎng)絡(luò)關(guān)注的焦點(diǎn)是高速I/O報(bào)文和顯式報(bào)文的傳送、有效地?cái)?shù)據(jù)共享、確定性和可重復(fù)性?？刂茖邮褂酶咚俅_定性網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，用于PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信網(wǎng)絡(luò)。它可聯(lián)結(jié)串并行設(shè)備、PC、人機(jī)界面等，傳輸速率可達(dá)到幾Mbit/s十幾Mbit/s，用于對(duì)時(shí)間有苛刻要求的應(yīng)用場(chǎng)合的信息傳輸。它為對(duì)等通信提供實(shí)時(shí)控制和報(bào)文傳送服務(wù)，對(duì)在同一鏈路上的I/O、實(shí)時(shí)互鎖、對(duì)等通信、報(bào)文傳送和編程操作，均具有相同的帶寬。對(duì)于離散和連續(xù)過程控制應(yīng)用場(chǎng)合，均具有確定性和可重復(fù)性功能。3.設(shè)備層設(shè)備層有類似于控制層的要求

15、，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求是開放的技術(shù)，支持I/O報(bào)文、顯式報(bào)文的傳輸?shù)?。設(shè)備層由于面向更底層的傳感器和執(zhí)行器等，所以強(qiáng)調(diào)降低安裝費(fèi)用、減小系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間，對(duì)傳輸速率的要求就不像控制層那樣高。設(shè)備層使用開放的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，是用于PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)。它可聯(lián)結(jié)開關(guān)、變頻器、固態(tài)過載保護(hù)裝置、條形碼閱讀器、I/O和人機(jī)界面等，傳輸速率為達(dá)到幾十kbit/s幾百kbit/s，可掛接幾十個(gè)節(jié)點(diǎn)。通過一個(gè)開放的網(wǎng)絡(luò)，將底層的設(shè)備直接和車間級(jí)控制器相連。它允許用一根電纜去聯(lián)結(jié)幾百米以內(nèi)的設(shè)備包括用戶的可編程序控制器，無需用導(dǎo)線把每一個(gè)設(shè)備和一個(gè)I/O機(jī)架聯(lián)結(jié)起來。5.2 工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)和EtherNet/I

16、P 在工業(yè)應(yīng)用中，使用以太網(wǎng)和TCP/IP的結(jié)果是多種工業(yè)以太網(wǎng)的開發(fā)成功，其中之一就是EtherNet/IP。EtherNet/IP名稱中的“IP”是工業(yè)協(xié)議（Industrial Protocol）的縮寫，它是一應(yīng)用層使用CIP的工業(yè)以太網(wǎng)。5.2.1 工業(yè)以太網(wǎng) 所謂工業(yè)以太網(wǎng)，就是在以太網(wǎng)技術(shù)和TCP/IP技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，它符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。目前，工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)遍布全世界，覆蓋各種不同的工業(yè)應(yīng)用，無論需要多高的質(zhì)量或完成多復(fù)雜的工業(yè)過程，工業(yè)以太網(wǎng)提供強(qiáng)有力的單元層網(wǎng)絡(luò)。 目前，有影響的工業(yè)以太網(wǎng)有基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線高速以太網(wǎng)（Foundation Fi

17、eldbus High-Speed EthernetFFHSE）、EtherNet/IP、PROFInet、Modbus/TCP、分布式自動(dòng)化接口（Interface for Distributed AutomationIDA）、Interbus&Ethernet等。在工業(yè)應(yīng)用中，以太網(wǎng)在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)體系的各個(gè)結(jié)構(gòu)層次都有了應(yīng)用。在一個(gè)應(yīng)用中，各個(gè)結(jié)構(gòu)層次到底選用哪一種網(wǎng)絡(luò)需要綜合考慮多種因素，在能夠滿足應(yīng)用需求的前提下，盡可能降低成本。在工業(yè)應(yīng)用中，信息層網(wǎng)絡(luò)大量用的是以太網(wǎng)。在控制層，工業(yè)以太網(wǎng)也已經(jīng)有許多應(yīng)用，并且增長(zhǎng)很迅速。5.2.2 EtherNet/IP一、EtherNet/IP網(wǎng)

18、絡(luò)模型 EtherNet/IP作為一種工業(yè)以太網(wǎng)，不是普通意義上的以太網(wǎng)，它在如何適應(yīng)工業(yè)環(huán)境方面作了很多技術(shù)上的改進(jìn)。EtherNet/IP是以太網(wǎng)、TCP/IP以及CIP的集成，其中應(yīng)用層使用CIP是EtherNet/IP和其他工業(yè)以太網(wǎng)的主要區(qū)別所在。圖5-3是EtherNet/IP的網(wǎng)絡(luò)模型和ISO/OSI參考模型對(duì)比圖。由于在應(yīng)用層使用了CIP，EtherNet/IP也具備CIP網(wǎng)絡(luò)所共有的一些特點(diǎn)。另外，EtherNet/IP規(guī)范規(guī)定僅可選擇l0Mbit/s或100Mbit/s以太網(wǎng)。為了能夠在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境中工作EtherNet/IP設(shè)備選用的物理部件要能夠經(jīng)受得起考驗(yàn)，根據(jù)

19、具體應(yīng)用場(chǎng)合的不同，它們可能要忍受高溫或低溫、高濕度、強(qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)電磁干擾等。圖5-3 EtherNet/IP的網(wǎng)絡(luò)模型和ISO/OSI參考模型對(duì)比二、CIP的封裝 EtherNet/IP的應(yīng)用層采用了CIP，并且用對(duì)象模型來描述CIP。另外，為了保證互操作性和互換性，EtherNet/IP也提供設(shè)備描述。下面介紹CIP的封裝。 封裝協(xié)議所定義的實(shí)際上是應(yīng)用層和傳輸層的接口，也就是CIP和TCP/UDP的接口。封裝協(xié)議預(yù)留了TCP端口0 xAFl2和UDP端口0 xAFl2，用于CIP通信。封裝協(xié)議規(guī)定了CIP數(shù)據(jù)包是如何被組裝成TCP包或UDP包的。另外，由于TCP是面向聯(lián)結(jié)的協(xié)議，封裝協(xié)議還

20、需要進(jìn)行會(huì)話管理。一個(gè)會(huì)話管理需要經(jīng)歷3個(gè)階段：建立會(huì)話、維持會(huì)話、結(jié)束會(huì)話，因此，封裝協(xié)議還規(guī)定了多種用于會(huì)話管理的報(bào)文。封裝數(shù)據(jù)包包頭的格式如圖5-4所示，包頭長(zhǎng)度為24B，其有效數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度為065511B。數(shù)據(jù)按照規(guī)定的格式封裝好后，作為TCP或UDP報(bào)文中的數(shù)據(jù)段傳輸。 封裝數(shù)據(jù)包包頭的格式如圖5-4所示，包頭長(zhǎng)度為24B，其有效數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度為065511B。數(shù)據(jù)按照規(guī)定的格式封裝好后，作為TCP或UDP報(bào)文中的數(shù)據(jù)段傳輸。2B2B2B2B2B2B命令 長(zhǎng)度 會(huì)話名柄 狀態(tài) 發(fā)送者背景 選項(xiàng)圖5-4封裝數(shù)據(jù)包包頭格式在命令域，可能的命令有：（1）NOP：空操作命令，無論是會(huì)話發(fā)起者還

21、是目標(biāo)都可能發(fā)送。接受者應(yīng)該忽略該報(bào)文中包含的任何數(shù)據(jù)，并且不回復(fù) （2）ListIdentity：會(huì)話的發(fā)起者用該命令來確定可能的目標(biāo)。發(fā)送命令域?yàn)樵撁畹姆庋b報(bào)文，無需事先建立會(huì)話。（3）ListInterfaces：會(huì)話的發(fā)起者用該命令來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)可能有的非CIP通信接口。發(fā)送命令域?yàn)樵撁畹姆庋b報(bào)文，無需事先建立會(huì)話。（4）RegisterSession：請(qǐng)求建立會(huì)話。（5）UnRegisterSession：請(qǐng)求結(jié)束會(huì)話。（6）ListServices：會(huì)話的發(fā)起者用該命令來確定目標(biāo)設(shè)備支持哪個(gè)封裝服務(wù)類型。（7）SendRRData：用于傳輸封裝好的請(qǐng)求數(shù)據(jù)包或答復(fù)數(shù)據(jù)包。（8）Se

22、ndUnitData：用于傳輸封裝好的聯(lián)結(jié)報(bào)文。 其中，命令域?yàn)長(zhǎng)istIdentity、listInterfaces、ListServices或SendUnitData的封裝報(bào)文傳輸用TCP或UDP都可以，其他封裝報(bào)文只能用TCP傳輸。長(zhǎng)度域給出的是封裝報(bào)文的有效數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度。會(huì)話句柄實(shí)際上就是所建立的會(huì)話的編碼，它由目標(biāo)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生，并發(fā)給發(fā)起節(jié)點(diǎn)，作為對(duì)RegisterSession請(qǐng)求的響應(yīng)。 狀態(tài)域指示接收者是否能夠執(zhí)行所接收到的封裝報(bào)文中的命令。如果接收者成功地執(zhí)行了命令，回復(fù)報(bào)文中該域應(yīng)該為0。如果接收者接收到的報(bào)文中該域不為0，接收者將忽略該報(bào)文。（3）ListInterfaces

23、：會(huì)話的發(fā)起者用該命令來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)可能有的非CIP通信接口。發(fā)送命令域?yàn)樵撁畹姆庋b報(bào)文，無需事先建立會(huì)話。（4）RegisterSession：請(qǐng)求建立會(huì)話。（5）UnRegisterSession：請(qǐng)求結(jié)束會(huì)話。（6）ListServices：會(huì)話的發(fā)起者用該命令來確定目標(biāo)設(shè)備支持哪個(gè)封裝服務(wù)類型。（7）SendRRData：用于傳輸封裝好的請(qǐng)求數(shù)據(jù)包或答復(fù)數(shù)據(jù)包。（8）SendUnitData：用于傳輸封裝好的聯(lián)結(jié)報(bào)文。 其中，命令域?yàn)長(zhǎng)istIdentity、listInterfaces、ListServices或SendUnitData的封裝報(bào)文傳輸用TCP或UDP都可以，其他封裝報(bào)文

24、只能用TCP傳輸。長(zhǎng)度域給出的是封裝報(bào)文的有效數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度。會(huì)話句柄實(shí)際上就是所建立的會(huì)話的編碼，它由目標(biāo)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生，并發(fā)給發(fā)起節(jié)點(diǎn)，作為對(duì)RegisterSession請(qǐng)求的響應(yīng)。 狀態(tài)域指示接收者是否能夠執(zhí)行所接收到的封裝報(bào)文中的命令。如果接收者成功地執(zhí)行了命令，回復(fù)報(bào)文中該域應(yīng)該為0。如果接收者接收到的報(bào)文中該域不為0，接收者將忽略該報(bào)文。發(fā)送者背景域用于請(qǐng)求報(bào)文和回復(fù)報(bào)文的配對(duì)，它是由發(fā)送者任意給定的。接收者發(fā)出的回復(fù)報(bào)文中的發(fā)送者背景域應(yīng)該與他所接收到的請(qǐng)求報(bào)文相一致。選項(xiàng)域用于給命令提供參數(shù)。在EtherNet/IP規(guī)范的第1版中，該域沒有任何作用。不同類型的CIP報(bào)文采用不同的協(xié)議

25、傳輸。CIP報(bào)文分為聯(lián)結(jié)報(bào)文和未聯(lián)結(jié)報(bào)文，其中未聯(lián)結(jié)報(bào)文是在命令域?yàn)镾endRRData的封裝報(bào)文中，通過TCP傳輸?shù)?；而?lián)結(jié)報(bào)文是在命令域?yàn)镾endUnitData的封裝報(bào)文中傳輸?shù)?，至于到底是用TCP還是UDP，則取決于聯(lián)結(jié)報(bào)文的傳輸類（Transport Class）。CIP聯(lián)結(jié)報(bào)文有七種傳輸類：傳輸類為0類的CIP報(bào)文是最簡(jiǎn)單、最基本的報(bào)文；傳輸類為1類的CIP報(bào)文是重復(fù)檢測(cè)的報(bào)文；傳輸類為2類的CIP報(bào)文是確認(rèn)的報(bào)文；傳輸類為3類的CIP報(bào)文是校核的報(bào)文；傳輸類為4類的CIP報(bào)文是無阻塞報(bào)文，傳輸類為5類的CIP報(bào)文是無阻塞且破分的報(bào)文，傳輸類為6類的CIP報(bào)文是多播且破分的報(bào)文。其

26、中，傳輸類為4類、5類和6類的CIP報(bào)文都不常用。傳輸類為0類或1類的CIP報(bào)文都是通過UDP傳輸?shù)?。以太網(wǎng)本身并非為確定性網(wǎng)絡(luò)，有可能出現(xiàn)因?yàn)槟撤N原因而使發(fā)送包丟失的情況。而且根據(jù)定義，0類和l類傳輸類并不保證每個(gè)包都不丟失。生產(chǎn)者節(jié)點(diǎn)只是以固定的速率不停地發(fā)送數(shù)據(jù)，如果某一個(gè)包丟失了，消費(fèi)者就接收到下一個(gè)包。所以，如果應(yīng)用不容許包丟失，就不能采用0類或1類傳輸類。對(duì)傳輸類為1類的CIP報(bào)文，接受者可以通過檢查各個(gè)包的序號(hào)知道有沒有丟失包。而0類CIP報(bào)文沒有序號(hào)，接受者就無法通過檢查包的序號(hào)知道包丟失的情況。不過，如果包丟失了很多，聯(lián)結(jié)超時(shí)機(jī)制可以給應(yīng)用提供反饋。所謂聯(lián)結(jié)超時(shí)機(jī)制，就是如果

27、在一定時(shí)間內(nèi)接受者沒有接受到新的數(shù)據(jù)包，就會(huì)中止聯(lián)結(jié)。傳輸類為0類或1類的CIP多播報(bào)文的傳輸要用到IP多播技術(shù)。實(shí)現(xiàn)多播要解決兩個(gè)基本問題：一個(gè)是確定IP傳輸?shù)姆秶?；另一個(gè)是進(jìn)行IP多播地址分配。目前，IP多播范圍的確定用的都是生存時(shí)間（Time to LiveTTL）法。TTL法就是用IP報(bào)文頭的TTL字段來限制多播范圍。當(dāng)發(fā)送多播信息時(shí)，主機(jī)把TTL字段設(shè)定為某一個(gè)合適的值。數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)傳播的過程中，TTL的值不斷減少。設(shè)置路由器使之只傳輸TTL值在一定值之上的數(shù)據(jù)包。如果TTL的初值設(shè)置為1，多播就被限定在一個(gè)子網(wǎng)里面。目前，由于有關(guān)的因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)還沒有確定，所以安全的做法就是把多播限制

28、在一個(gè)子網(wǎng)里，不在同一個(gè)子網(wǎng)中的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)通信則采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式。 IP多播地址分配是給應(yīng)用分配用于發(fā)送和接受多播報(bào)文的IP多播地址。IP多播地址空間是由IANA管理的，雖然IANA并沒有給EtherNet/IP所用到的應(yīng)用分配地址，但是它劃出一個(gè)地址段作為多播地址。目前，由于有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)正在制定中，用戶只能是在IANA劃出的多播地址段中任意選擇一個(gè)。傳輸類為2類或3類的CIP報(bào)文應(yīng)該通過TCP聯(lián)結(jié)傳輸。一個(gè)TCP聯(lián)結(jié)可以傳輸多個(gè)CIP聯(lián)結(jié)。由于TCP是全雙工的，從發(fā)起者到目標(biāo)的CIP聯(lián)結(jié)和從目標(biāo)到發(fā)起者的CIP聯(lián)結(jié)應(yīng)該使用同一個(gè)TCP聯(lián)結(jié)。不過，如果目標(biāo)隨后發(fā)起一個(gè)CIP聯(lián)結(jié)，它就應(yīng)該被認(rèn)為是發(fā)起

29、者，應(yīng)該使用一個(gè)新的TCP聯(lián)結(jié)。傳輸類為4類、5類或6類的CIP報(bào)文不使用本節(jié)給出的封裝協(xié)議，EtherNet/IP第1版也沒有指出應(yīng)該用什么封裝協(xié)議。由于封裝和具體的網(wǎng)絡(luò)底層協(xié)議無關(guān)，所以用類似的方法，可以使得CIP在其他支持TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行，如ATM、FDDI等。四、EtherNet/IP底層 EtherNet/IP規(guī)范的第1版支持兩種類型的EtherNet/IP設(shè)備，一種是商用的，另一種是工業(yè)用的。前者是在商用以太網(wǎng)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)CIP而成的，通常用作信息層網(wǎng)絡(luò)，或在一些對(duì)確定性要求不高的應(yīng)用中用作控制層網(wǎng)絡(luò)；后者用于對(duì)確定性要求較高的場(chǎng)合。EtherNet/IP規(guī)范以后還可能增加設(shè)

30、備類型或者進(jìn)一步細(xì)分，以滿足不同應(yīng)用的需要。 工業(yè)用EtherNet/IP設(shè)備首先要能夠在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境中正常工作，其要滿足的最低要求見表5-1。根據(jù)具體應(yīng)用的不同，實(shí)際工作環(huán)境可能比表5-1給出的更為惡劣。 為滿足工業(yè)應(yīng)用對(duì)確定性的要求，建議EtherNet/IP所選用的以太網(wǎng)有一些特殊之處。第一，建議采用交換機(jī)，而非普通的集線器。由于交換機(jī)用的是專用帶寬，而集線器用的是共享帶寬，使用交換機(jī)可以消除不必要的網(wǎng)絡(luò)通信。第二，建議提供對(duì)全雙工的支持。這樣，在網(wǎng)絡(luò)上只有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的情況下，以太網(wǎng)就不使用CSMA/CD協(xié)議，從而消除了沖突的可能性。第三，建議滿足IEEE802.1p規(guī)范。正在制定中

31、的IEEE802.1p規(guī)范使得人們可以對(duì)不同種類的信息賦予不同的優(yōu)先級(jí)。第四，建議使用100Mbit/s的快速以太網(wǎng)和一定的冗余。五、EtherNet/IP組網(wǎng) 1系統(tǒng)規(guī)劃規(guī)劃一個(gè)基于EtherNet/IP的系統(tǒng)，首先要確定應(yīng)用需求，然后給出系統(tǒng)方案，并預(yù)測(cè)系統(tǒng)性能。系統(tǒng)性能預(yù)測(cè)主要有兩項(xiàng)內(nèi)容：一是預(yù)測(cè)應(yīng)有對(duì)帶寬的需求，看系統(tǒng)的帶寬是否能滿足應(yīng)用的需求；二是預(yù)測(cè)在隱式聯(lián)結(jié)中，I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出的最大時(shí)間間隔能否滿足應(yīng)用需求。無論是應(yīng)用對(duì)帶寬的需求，還是I/O數(shù)據(jù)輸入/輸出的最大時(shí)間間隔，都主要取決于各個(gè)I/O數(shù)據(jù)的請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包時(shí)間間隔（RPI），即數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)送頻率的要求。系統(tǒng)帶寬瓶頸通常是在選

32、用的EtherNet/IP設(shè)備的掃描器模塊上，掃描器模塊帶寬要在與該模塊有關(guān)的顯式和隱式聯(lián)結(jié)中進(jìn)行分配。由于每個(gè)隱式聯(lián)結(jié)每次至少要傳輸兩幀數(shù)據(jù)，因此每個(gè)隱式聯(lián)結(jié)的帶寬消化是其RPI倒數(shù)的兩倍。因?yàn)樾枰Ａ?0%的帶寬用于顯式通信，如果所有隱式聯(lián)結(jié)占用的帶寬總和是掃描器模塊帶寬的90%以上，則系統(tǒng)帶寬就不能滿足應(yīng)用的需求。最大時(shí)間間隔除了與RPI有關(guān)，還和I/O數(shù)據(jù)類型有關(guān)。如果是離散I/O數(shù)據(jù)，最大時(shí)間間隔等于RPI；如果是隔離的模擬數(shù)據(jù)，就等于RPI加上實(shí)時(shí)采樣時(shí)間；如果是非隔離的模擬數(shù)據(jù)，就等于加上2倍的實(shí)時(shí)采樣時(shí)間；如果是標(biāo)簽數(shù)據(jù)，就等于2倍的RPI。2網(wǎng)絡(luò)部件選擇（1）掃描器模塊的選擇

33、。要確保掃描器帶寬能夠滿足應(yīng)用帶寬要求。（2）網(wǎng)卡的選擇。要保證網(wǎng)卡速率能夠滿足應(yīng)用通信速率要求。通常選用10100Mbps。（3）網(wǎng)線的選擇。要確保網(wǎng)線能夠在現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件下正常工作，通常選用雙絞線。（4）聯(lián)結(jié)器的選擇。聯(lián)結(jié)器通常選用RJ45聯(lián)結(jié)器。（5）集線器的選擇?？刂凭W(wǎng)絡(luò)一般要求使用交換機(jī)，并保證端口數(shù)目足夠。（6）其它設(shè)備的選擇?？赡苓€需要中繼器、路由器、網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。3設(shè)備配置（1）利用設(shè)備提供的跳線、插針、撥碼開關(guān)、人機(jī)界面等，直接在設(shè)備上進(jìn)行配置。（2）在相連的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行遠(yuǎn)程配置。用提供的用于EtherNet/IP設(shè)備配置的工具軟件，根據(jù)用戶的選擇設(shè)置每個(gè)參數(shù)，從而

34、實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程配置。在EtherNet/IP設(shè)備配置中，比較特殊的是掃描器的配置。要進(jìn)行隱式通信，需要事先編輯掃描器的掃描列表，把要傳輸?shù)腎/O數(shù)據(jù)加入EtherNet/IP掃描器掃描列表中。5.3 幾種流行的現(xiàn)場(chǎng)總線 目前現(xiàn)場(chǎng)總線的種類有40多種。綜合每種總線的支持廠商情況、推廣情況、國(guó)內(nèi)應(yīng)用業(yè)績(jī)、是否為我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)等因數(shù)，本節(jié)介紹幾種在國(guó)內(nèi)流行的現(xiàn)場(chǎng)總線。 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF） 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（Foundation Field Bus FF）是在過程自動(dòng)化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的一種技術(shù)。FF的前身是ISP和WorldFIP標(biāo)準(zhǔn)。ISP是可互操作系統(tǒng)協(xié)議的簡(jiǎn)稱，它基于德國(guó)的Pr

35、ofibus標(biāo)準(zhǔn)。ISP制訂于1992年，有80多家公司參加，包括Smar、西門子、Foxboro、橫河、ABB等公司，成員以儀表制造商為多。WorldFIP則是世界工廠儀表協(xié)議（World Factory Instrumentation Protocol）的簡(jiǎn)稱，是基于法國(guó)的工廠儀表協(xié)議（FIP）標(biāo)準(zhǔn)。WorldFIP制訂于1993年，其成員也有150多家，不少是PLC制造商。 自此以后，這兩大派別極力維護(hù)自身利益，現(xiàn)場(chǎng)總線長(zhǎng)期得不到統(tǒng)一。迫于用戶壓力和市場(chǎng)需求，1994年9月，ISP和World-FIP北美部分終于達(dá)成共識(shí)，一起成立了現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)（Fieldbus Foundation）

36、，致力于開發(fā)國(guó)際上統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。該基金會(huì)匯集了世界著名儀表、自動(dòng)化設(shè)備、DCS制造商、科研機(jī)構(gòu)和最終用戶。目前，國(guó)內(nèi)一些著名企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)如浙大中控、北京華控、清華大學(xué)等也是FF的重要成員。 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）是為了適應(yīng)自動(dòng)化系統(tǒng)，特別是過程自動(dòng)化系統(tǒng)，在功能、適應(yīng)條件與技術(shù)上的需要而專門設(shè)計(jì)的。它的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是由現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)組織開發(fā)的。它得到了世界上主要自動(dòng)控制設(shè)備制造商（如西門子、ABB、AB等公司）的廣泛支持，在北美、亞太與歐洲等地區(qū)具有很強(qiáng)的影響力。一、FF的技術(shù)特點(diǎn)1.適用于過程自動(dòng)化的低速部分FF-H1FF的低速部分FF-H1是參考了ISO/OSI參考模型，并在此基礎(chǔ)上根

37、據(jù)過程自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行演變而得到的。除了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)的數(shù)字通信外，F(xiàn)F-H1具有適用于過程自動(dòng)化的以下特點(diǎn)：（1）支持總線供電。FF-H1采用了基于IECll58-2的雙線信號(hào)傳輸技術(shù)，并為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供兩種供電方式：非總線供電和總線供電。（2）支持本質(zhì)安全。FF-H1的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備按照設(shè)備是否為總線供電，是否可用于易燃、易爆環(huán)境以及功耗類別而區(qū)分的。（3）令牌總線訪問機(jī)制。FF-H1采用了令牌傳遞的總線控制方式，確保了控制系統(tǒng)中信息傳輸?shù)募皶r(shí)性。（4）內(nèi)容廣泛的用戶層。FF-H1在應(yīng)用層之上增加了一個(gè)內(nèi)容廣泛的用戶層，它由兩個(gè)重要的部分組成，即功能塊和設(shè)備描述語言，從而使得設(shè)備與系統(tǒng)的集成

38、以及互操作更加易于實(shí)現(xiàn)。2.基于以太網(wǎng)的高速部分HSE現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)放棄了其原來規(guī)劃的H2高速總線標(biāo)準(zhǔn)，并于2000年3月29日公布了基于Ethernet的高速總線技術(shù)規(guī)范，即HSEFSl.0版，它迎合了控制和儀器儀表最終用戶對(duì)可互操作的、節(jié)約成本的、高速的現(xiàn)場(chǎng)總線解決方案的要求。HSE充分利用低成本和商業(yè)可用的以太網(wǎng)技術(shù)，并以l00Mbit/s到1Gbit/s或更高的速度運(yùn)行。HSE還支持所有的FF低速部分31.25kbit/s的功能，并支持H1設(shè)備與基于以太網(wǎng)的設(shè)備通過鏈接設(shè)備接口。HSE現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的另一個(gè)關(guān)鍵特點(diǎn)是，HSE現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備支持標(biāo)準(zhǔn)的基本功能模塊，例如模擬輸入（AI）、模擬輸出（

39、AO）和比例積分微分（PD），也包括新的、具體應(yīng)用于離散控制和I/O子系統(tǒng)集成的“柔性功能模塊”（Flexible Function BlockFFB）。二、FF的主要內(nèi)容FF包括FF通信協(xié)議；ISO/OSI參考模型中的第27層通信協(xié)議的通信棧，用于描述設(shè)備特性及操作接口的設(shè)備描述語言（Device Description LanguageDDL）、設(shè)備描述字典，用于實(shí)現(xiàn)測(cè)量、控制、工程量轉(zhuǎn)換的應(yīng)用功能塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)管理功能的系統(tǒng)軟件技術(shù)以及構(gòu)筑集成自動(dòng)化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的系統(tǒng)集成技術(shù)。及構(gòu)筑集成自動(dòng)化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的系統(tǒng)集成技術(shù)。 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線采用了兩個(gè)功能互補(bǔ)的現(xiàn)場(chǎng)總線：一個(gè)是兼顧現(xiàn)場(chǎng)設(shè)

40、備的較長(zhǎng)距離通信和傳送本質(zhì)安全電源等需求的H1-現(xiàn)場(chǎng)總線，運(yùn)行在31.25kbit/s；另一個(gè)是用于網(wǎng)絡(luò)高速通信、運(yùn)行柔性功能塊的主干道高速現(xiàn)場(chǎng)總線高速以太網(wǎng)，運(yùn)行在100Mbit/s。這種互補(bǔ)的結(jié)構(gòu)為設(shè)備高性能控制、子系統(tǒng)集成、高密度數(shù)據(jù)生成和對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器提供廣泛支持。高速以太網(wǎng)（HSE）和柔性功能模塊，將功能擴(kuò)展到斷續(xù)控制、批量和離散控制中，使基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線成為全能的控制和數(shù)字通信技術(shù)，如圖5-5所示。三、基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線通信系統(tǒng)的構(gòu)成目前，F(xiàn)F由10個(gè)部分構(gòu)成，即功能塊應(yīng)用進(jìn)程（FBAP）、設(shè)備描述語言（DDL）、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)管理（NM）、系統(tǒng)管理（SM）、現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范（Fiel

41、dbus Message SpecificationFMS）子層、現(xiàn)場(chǎng)總線訪問子層（Fieldbus Access SublayerFAS）、現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議規(guī)范、現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)子集和31.25kbit/s物理概要。FF系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖5-6所示。（一）單網(wǎng)段拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖5-7顯示了只包含一個(gè)網(wǎng)段的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。它包含一臺(tái)組態(tài)設(shè)備，例如一臺(tái)主設(shè)備和用來被組態(tài)的設(shè)備。在基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線中所有的鏈路上，都要求有一個(gè)且僅有一個(gè)鏈路活動(dòng)調(diào)度器（LAS）。該LAS在數(shù)據(jù)鏈路層被用作總線仲裁器。 四、基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)LAS的功能如下：1.能認(rèn)知新設(shè)備，并將新設(shè)備加入到鏈路中去。2.能從

42、鏈路中除去沒有響應(yīng)的設(shè)備。3.能在鏈路上發(fā)布數(shù)據(jù)鏈路時(shí)間和調(diào)度時(shí)間。數(shù)據(jù)鏈路時(shí)間是由DLL同步的網(wǎng)絡(luò)范圍時(shí)間決定的。鏈路調(diào)度時(shí)間是使用對(duì)數(shù)據(jù)鏈路時(shí)間的偏移來描述的鏈路特殊時(shí)間。系統(tǒng)管理使用它來同步功能塊執(zhí)行和LAS調(diào)度的數(shù)據(jù)傳輸。4.在調(diào)度時(shí)間內(nèi)，輪詢（Poll）那些以緩沖區(qū)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的設(shè)備。5.在調(diào)度時(shí)間之間，發(fā)送優(yōu)先級(jí)驅(qū)動(dòng)的令牌給某設(shè)備。鏈路上的任何設(shè)備，只要有這個(gè)能力，它就有可能成為L(zhǎng)AS。在基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線中，凡能夠成為L(zhǎng)AS的設(shè)備稱為鏈路主設(shè)備（Link Master Device），其他所有設(shè)備被稱為基本設(shè)備（Basic Device）。（二）橋式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)于具有不同速度和介質(zhì)類型

43、的鏈路，可以用橋把它們聯(lián)結(jié)在一起，形成多鏈路網(wǎng)絡(luò)或橋式網(wǎng)絡(luò)，在這些網(wǎng)絡(luò)中使用DLL橋來聯(lián)結(jié)鏈路。對(duì)于所有的FF橋式網(wǎng)絡(luò)，任何兩臺(tái)設(shè)備間只有一條數(shù)據(jù)通路。為確保這點(diǎn)，橋中互相協(xié)調(diào)的路線表形成一個(gè)擴(kuò)展樹。擴(kuò)展樹可以用來描述橋的組態(tài)，例如數(shù)據(jù)流只有兩個(gè)方向：一個(gè)是到根節(jié)點(diǎn)；另一個(gè)是離開根節(jié)點(diǎn)。在這里沒有環(huán)路，也沒有平行線路。也就是說，在每一個(gè)鏈路上有且只有一個(gè)活躍的橋來管理鏈路。擴(kuò)展樹中的每個(gè)橋有一個(gè)根端口和多個(gè)下游端口，每一個(gè)端口說明與一條鏈路的聯(lián)結(jié)。根端口指向樹根，而下游端口是離開樹根。下游端口在含有橋規(guī)范的DDL附錄中也可以參考為指定端口。當(dāng)根端口收到指定給遠(yuǎn)程鏈路的消息時(shí)，橋就會(huì)按照線路表中

44、定義的情況，選擇正確的下游端口，并把消息傳遞給它。當(dāng)在下游端口上收到消息時(shí)，橋把它傳到根端口，且（或）從根端口再傳到一個(gè)或多個(gè)其他的下游端口。圖5-8顯示了橋式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。橋設(shè)備負(fù)責(zé)執(zhí)行基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)中的四個(gè)功能：1.發(fā)送（Forwarding）。2.重新發(fā)布（Republishing）。3.數(shù)據(jù)鏈路時(shí)間的再分布（Data link time redistribution）。4.應(yīng)用時(shí)鐘時(shí)間的再分布（Application clock time redistribution）。前三個(gè)是DLL功能，第4個(gè)是系統(tǒng)管理功能。為了支持后兩個(gè)功能，橋端口必須是下游鏈路的LAS。圖5-8中，根網(wǎng)橋中

45、含有調(diào)度鏈路#1和鏈路#2的LAS。五、基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線通信模型FF模型結(jié)構(gòu)如圖5-9所示。它采用了ISO/OSI參考模型中的三層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，隱去了第36層。其中物理層、數(shù)據(jù)鏈路層采用IEC/ISA標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用層有兩個(gè)子層：現(xiàn)場(chǎng)總線訪問子層（FAS）和現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范（FMS）子層，并將從數(shù)據(jù)鏈路到FAS、FMS的全部功能集成為通信棧（Communication Stack）。 FAS的基本功能是確定數(shù)據(jù)訪問的關(guān)系模型和規(guī)范，根據(jù)不同要求，采用不同的數(shù)據(jù)訪問工作模式。FMS的基本功能是面向應(yīng)用服務(wù)，生成規(guī)范的應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)。總而言之，物理層規(guī)定了信號(hào)如何發(fā)送；數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定了如何在

46、設(shè)備間共享網(wǎng)絡(luò)和調(diào)度通信；應(yīng)用層則規(guī)定了在設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)、命令、事件信息以及請(qǐng)求應(yīng)答中的信息格式。用戶層規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的功能模塊、對(duì)象字典和設(shè)備描述，供用戶組成所需要的應(yīng)用程序，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理和系統(tǒng)管理。在網(wǎng)絡(luò)管理中，為了提供一個(gè)集成網(wǎng)絡(luò)各層通信協(xié)議的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作狀態(tài)的監(jiān)控與管理，設(shè)置一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理代理和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理信息庫，提供組態(tài)管理、性能管理和差錯(cuò)管理的功能。在系統(tǒng)管理中，設(shè)置系統(tǒng)管理內(nèi)核、系統(tǒng)管理內(nèi)核協(xié)議和系統(tǒng)管理信息庫，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理、功能管理、時(shí)鐘管理和安全管理等功能。（一）物理層基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的物理層遵循IECll58-2與ISA-S50.02中有關(guān)物理層的標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)為低速

47、總線頒布了31.25kbit/s的FF-816物理層規(guī)范，也稱為H1標(biāo)準(zhǔn)。高速總線HSE采用快速以太網(wǎng)協(xié)議，即IEE802.3協(xié)議，通信速率為100Mbit/s。物理層用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)物理設(shè)備與總線之間的聯(lián)結(jié)，除了為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與通信傳輸介質(zhì)的聯(lián)結(jié)提供機(jī)械和電氣接口，還為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備對(duì)總線的發(fā)送或接收提供合乎規(guī)范的物理接口。基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線支持多種傳輸介質(zhì)：雙絞線、電纜、光纜和射頻。目前應(yīng)用最廣泛的是前兩種。低速基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線Hi采用的電纜類型可以分為無屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線、屏敝多對(duì)雙絞線、多心屏蔽電纜四種類型。直流電壓供電范圍為DC 932V。具體的電纜型號(hào)、最大傳輸距離見表5-2。圖5-10 基于FF

48、控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1. FF網(wǎng)絡(luò)可以包含1個(gè)或多個(gè)HSE子網(wǎng)和（或）1個(gè)或多個(gè)互連的Hl鏈路。2. 幾個(gè)HSE子網(wǎng)之間可以通過標(biāo)準(zhǔn)路程由器進(jìn)行互連。3. 1個(gè)HSE子網(wǎng)包含1臺(tái)或多臺(tái)通過Ethernet交換機(jī)進(jìn)行互連。4. HSE設(shè)備可以為HSE現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，HSE鏈接設(shè)備和（或）I/O網(wǎng)關(guān)設(shè)備等。5. HSE鏈接設(shè)備用于將1個(gè)或幾個(gè)Hl鏈路聯(lián)結(jié)到HSE子網(wǎng)上。6. 1條HI鏈路可聯(lián)結(jié)1臺(tái)或幾臺(tái)Hl設(shè)備。7. 2臺(tái)或多臺(tái)Hl設(shè)備之間可通過Hl網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)互連。8. Hl網(wǎng)橋可以包含在HSE鏈接設(shè)備中。9. 不包含Hl網(wǎng)橋的鏈接設(shè)備也可以實(shí)現(xiàn)Hl報(bào)文的重發(fā)功能。10.可根據(jù)需要，對(duì)HSE子網(wǎng)本身以及

49、HSE設(shè)備進(jìn)行冗余配置。（二）數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link LayerDLL）在基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線中處于第2層，它在物理層上傳輸“位”信息的基礎(chǔ)上，在相鄰節(jié)點(diǎn)間傳送被稱為幀的數(shù)據(jù)信息，DLL也可能在傳輸中出現(xiàn)差錯(cuò)，也需進(jìn)行檢錯(cuò)，糾錯(cuò)而向上層提供無錯(cuò)的透明傳送。在數(shù)據(jù)鏈路層上生成的協(xié)議控制信息可以對(duì)總線上的各類鏈路傳輸活動(dòng)進(jìn)行控制。總線通信中的鏈路活動(dòng)調(diào)試，數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，活動(dòng)狀態(tài)的檢測(cè)、響應(yīng)，總線上各臺(tái)設(shè)備間的鏈路時(shí)間同步，都是通過數(shù)據(jù)鏈路層來完成的。DLL很重要的一個(gè)作用是組裝信息幀。基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線共定義了24種幀，分別用于各種服務(wù)。DLL的幀結(jié)構(gòu)如圖5-11所示。圖5-11 DL

50、L的幀格式幀控制符目的地址源地址1源地址2參數(shù)用戶數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)這里幀控制用來區(qū)分各種幀的類型及作用。源地址2一般不使用，只有在一種建立聯(lián)結(jié)的數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元中才會(huì)出現(xiàn)，參數(shù)進(jìn)一步說明幀的性質(zhì)，最后是幀校驗(yàn)。基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路層所使用的是循環(huán)冗余校驗(yàn)。用戶數(shù)據(jù)是從上層接收來的協(xié)議數(shù)據(jù)單元。通過使用這些協(xié)議數(shù)據(jù)單元，DLL為上層提供了很多服務(wù)，包括管理數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)訪問點(diǎn)（Data Link Service Access PointDLSAP）地址，隊(duì)列，緩沖器；面向聯(lián)結(jié)的服務(wù)，無聯(lián)結(jié)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；時(shí)間同步服務(wù)，提供時(shí)間源同步和對(duì)系統(tǒng)管理之間的時(shí)間同步。以及為數(shù)據(jù)發(fā)布者緩沖器提供強(qiáng)制分布服務(wù)。

51、數(shù)據(jù)鏈路層還支持一些子協(xié)議，如鏈路維護(hù)，LAS傳輸，調(diào)度傳輸?shù)?。（三）現(xiàn)場(chǎng)總線訪問子層現(xiàn)場(chǎng)總線訪問子層（FAS）屬于FF應(yīng)用層的一部分，它處在現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范（FMS）子層與數(shù)據(jù)鏈路層（DLL）之間，利用數(shù)據(jù)鏈路層的調(diào)度通信和非調(diào)度通信作用，它可為FMS和應(yīng)用進(jìn)程（AP）提供VCR的報(bào)文傳遞服務(wù)。FAS利用協(xié)議數(shù)據(jù)單元為FMS提供服務(wù)，F(xiàn)AS服務(wù)充分把DLL和FMS聯(lián)結(jié)在一起，構(gòu)成統(tǒng)一體通信棧。在這里，F(xiàn)AS起到承上啟下的關(guān)鍵作用。FAS的服務(wù)都是通過組織FAS協(xié)議數(shù)據(jù)單元（FAS-PDU）來完成的。FAS內(nèi)部可以分為三層次，具體表現(xiàn)為如下的三個(gè)協(xié)議機(jī)：FAS服務(wù)協(xié)議機(jī)（FSPM），應(yīng)用關(guān)系協(xié)

52、議機(jī)（ARPM），數(shù)據(jù)鏈路層映射協(xié)議機(jī)（DMPM）。 （四）現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范子層現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范（FMS）子層在整個(gè)通信模型中介于現(xiàn)場(chǎng)總線訪問子層（FAS）和用戶層之間。FMS子層描述了用戶應(yīng)用所需要的通信服務(wù)，信息格式，行為狀態(tài)等，提供了一組服務(wù)和標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)文格式，用戶可采用這種標(biāo)準(zhǔn)格式在總線上相互傳遞信息，并通過FMS服務(wù)訪問功能塊應(yīng)用進(jìn)程（Application ProcessAP）對(duì)象以及它們的對(duì)象描述。同訪問對(duì)象字典（OD）對(duì)AP對(duì)象的描述一樣，F(xiàn)MS規(guī)定訪問這些對(duì)象的服務(wù)與數(shù)據(jù)格式。AP的網(wǎng)絡(luò)可見對(duì)象和它們相應(yīng)的OD描述在FMS中說明為虛擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（Virtual Field Dev

53、iceVFD）。為了訪問VFD屬性（例如制造商和狀態(tài)），需要定義特殊的FMS服務(wù)。與OD描述聯(lián)系在一起，F(xiàn)MS為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備應(yīng)用程序規(guī)定了功能性界面。FMS服務(wù)和OD中對(duì)象描述的格式是以FMS定義的對(duì)象類型為基礎(chǔ)的，例如變量與事件。為了使AP對(duì)象類型來說明。六、基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的功能塊功能塊（Function BlockFB）和功能塊應(yīng)用進(jìn)程是基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一大特色之一。它是現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)為實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)控制功能而設(shè)計(jì)的，是實(shí)現(xiàn)互操作性不可缺少的重要組成部分?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)定了基于功能模塊的用戶應(yīng)用，不同的功能模塊表達(dá)了不同類型的應(yīng)用功能?，F(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表可以根據(jù)不同的被控對(duì)象的特性，靈活

54、組合功能塊，以實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的控制策略，使其真正成為靈巧的智能儀表。（一）功能模塊基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線用戶層中，常用的功能模塊有三類：功能塊、資源塊和轉(zhuǎn)換塊，如圖5-12所示?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線己定義了1種資源塊，10種基本功能塊，19種先進(jìn)功能塊以及7種標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換塊。1.轉(zhuǎn)換塊 轉(zhuǎn)換塊按所要求的頻率讀取傳感器中的硬件數(shù)據(jù)，并將其寫入到相應(yīng)的硬件中。它不含有運(yùn)用該數(shù)據(jù)的功能塊，這樣便于把讀取、寫入數(shù)據(jù)的過程從制造商的專用物理I/O特性中分離出來，提供功能塊的設(shè)備入口，并執(zhí)行一些功能。轉(zhuǎn)換塊含有量程數(shù)據(jù)，傳感器類型，線性化，I/O數(shù)據(jù)表示等信息。它可以加入到本地讀取傳感器功能塊或硬件輸出功能塊中，通常每個(gè)輸

55、入或輸出功能塊內(nèi)部都會(huì)有一個(gè)轉(zhuǎn)換塊。2.資源塊 資源塊描述現(xiàn)場(chǎng)總線的設(shè)備特征，如設(shè)備名稱、制造商與系列號(hào)。每臺(tái)設(shè)備中僅有一個(gè)資源塊。為了使資源塊能夠表達(dá)這些特征，規(guī)定了一組參數(shù)。資源塊沒有輸入或輸出參數(shù)。它將功能塊與設(shè)備的硬件特性相隔離，可以通過資源塊在網(wǎng)絡(luò)中訪問與資源塊相關(guān)的設(shè)備的硬件特性。資源塊也有相應(yīng)的算法用以監(jiān)視和控制物理設(shè)備硬件的一般操作。其算法的執(zhí)行取決于物理設(shè)備的特性，由制造商規(guī)定，該算法可能引起事件的發(fā)生。3.功能塊 功能塊提供控制系統(tǒng)行為，它的輸入，輸出參數(shù)可通過現(xiàn)場(chǎng)總線聯(lián)結(jié)。各功能塊的執(zhí)行均受系統(tǒng)管理（SM）精確調(diào)試。功能塊是參數(shù)、算法和事件三者的完整組成。由外部事件功能塊

56、的執(zhí)行，通過算法把輸入?yún)?shù)轉(zhuǎn)換為輸出參數(shù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的控制功能。對(duì)于輸入和輸出功能塊，要把它們鏈接到轉(zhuǎn)換塊，與設(shè)備與I/O硬件相互聯(lián)系。功能塊的執(zhí)行是按周期性調(diào)試或事件驅(qū)動(dòng)的。功能塊提供控制系統(tǒng)的功能，它的輸入、輸出參數(shù)可以跨越到現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)鏈接。一個(gè)用戶程序中可有多個(gè)功能塊?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線定義了多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功能，如FF-891功能塊定義了用于基本控制的10種標(biāo)準(zhǔn)功能塊，見表5-3。此外，還定義了用于高級(jí)控制的19種標(biāo)準(zhǔn)功能塊，如脈沖輸入、死區(qū)、定時(shí)、步進(jìn)輸出、超前滯后補(bǔ)償?shù)取；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線功能塊支持可編程序控制器編程標(biāo)準(zhǔn)IEC1131-3。功能塊可以按照設(shè)備的功能需要定制，并下載到現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備

57、內(nèi)。例如，簡(jiǎn)單的溫度變送器可能包含一個(gè)模擬量輸入（AI）功能塊，而調(diào)節(jié)閥則可能包含一個(gè)PID功能塊和一個(gè)模擬量輸出（AO）功能塊。這樣，一個(gè)完整的控制回路就可以只由一個(gè)變送器和一個(gè)調(diào)節(jié)閥組成。有時(shí)，也把PID功能塊裝入溫度、壓力等變送器內(nèi)。表53用于基本控制的標(biāo)準(zhǔn)功能塊表53用于基本控制的標(biāo)準(zhǔn)功能塊表53用于基本控制的標(biāo)準(zhǔn)功能塊表53用于基本控制的標(biāo)準(zhǔn)功能塊表53用于基本控制的標(biāo)準(zhǔn)功能塊表53用于基本控制的標(biāo)準(zhǔn)功能塊表53用于基本控制的標(biāo)準(zhǔn)功能塊表53用于基本控制的標(biāo)準(zhǔn)功能塊表53用于基本控制的標(biāo)準(zhǔn)功能塊表53用于基本控制的標(biāo)準(zhǔn)功能塊表53用于基本控制的標(biāo)準(zhǔn)功能塊表53用于基本控制的標(biāo)準(zhǔn)功能塊

58、（二）功能塊的應(yīng)用1.功能塊的實(shí)例（1）PID功能塊 如圖5-13所示，它具備調(diào)節(jié)器所具有的一切功能，如模擬/開關(guān)+通道/選擇（A/M+L/C）模式選擇、定值（SP）和輸出（OUT）限制及比例調(diào)整、前饋、超調(diào)、過程變量（PV）及偏差報(bào)警等。（2）AI功能塊 AI功能塊的通道值是從輸入轉(zhuǎn)換塊通道而來。它首先給出仿真參數(shù)，仿真參數(shù)是一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括仿真狀態(tài)、仿真值、變送器狀態(tài)、變送器值、允許/不允許5個(gè)變量。當(dāng)仿真允許時(shí)，手動(dòng)提供輸入值和狀態(tài)；不允許時(shí)，輸入值為轉(zhuǎn)換塊值。然后，參數(shù)經(jīng)過各種變換，如變換量程、線性化、輸出量程、小信號(hào)切除以及PV濾波等。另外，還有許多報(bào)警參數(shù)也可作為通道值。AI功能

59、塊支持的模式有輸出/仿真（O/S）、自動(dòng)（AUTO）、手動(dòng)（MAN）。傳輸速率31.25kbit/s總線長(zhǎng)度2001900m，取決于電纜類型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線/樹形總線掛接設(shè)備數(shù)232臺(tái)(非本質(zhì)安全、非總線供電)212臺(tái)(非本質(zhì)安全、總線供電)26臺(tái)(本質(zhì)安全、總線供電)電纜終端阻抗100信號(hào)方式電壓信號(hào)幅值0.751V(峰-峰值)總線供電DC932V屏蔽及接地總線不接地，終端器終點(diǎn)可接地 表5-2 低速現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)參數(shù)圖5-13 PID功能塊圖5-10給出了基于FF（包括H1和HSE）控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它具有以下特征：2.功能塊在液位串級(jí)閉環(huán)控制中的應(yīng)用該冷凝水再生系統(tǒng)采用由液位變送器、流

60、量變送器、流量控制閥組成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線串級(jí)閉環(huán)冷凝水再生控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表、功能塊及其內(nèi)部聯(lián)結(jié)和外部聯(lián)結(jié)如圖5-14所示。系統(tǒng)的冷凝水液位通過選擇設(shè)置在液位變送器中的液位PID功能塊的設(shè)定點(diǎn)進(jìn)行控制，由主回路程液位PID功能塊與控制閥的流量PID功能塊構(gòu)成串級(jí)回路，流量PID功能塊設(shè)置在給水系統(tǒng)的控制閥上。從冷凝槽到閃蒸槽的冷凝水的再循環(huán)量由設(shè)置在控制閥中的附加PID回路控制，該串級(jí)閉環(huán)控制方案在液位變送器、流量變送器的流量控制閥中加以實(shí)現(xiàn)。圖 5-14功能塊在串級(jí)閉環(huán)控制中的應(yīng)用七、基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的組態(tài)FF系統(tǒng)定義了如下四個(gè)組態(tài)層次。（一）組態(tài)第1層（制造商設(shè)備定義）設(shè)備是由制造