現(xiàn)場總線及其應(yīng)用技術(shù) 第3版 課件 第5、6章 基金會現(xiàn)場總線FF、CC-link現(xiàn)場總線

第5章基金會現(xiàn)場總線FF基金會現(xiàn)場總線，即FoundationFieldbus，簡稱FF，這是在過程自動化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術(shù)?；饡F(xiàn)場總線系統(tǒng)是為了適應(yīng)自動化系統(tǒng)，特別是過程自動化系統(tǒng)在功能、環(huán)境與技術(shù)上的需要而專門設(shè)計(jì)的。這種現(xiàn)場總線的標(biāo)準(zhǔn)是由現(xiàn)場總線基金會組織開發(fā)的。它得到了世界上主要自動控制設(shè)備制造商的廣泛支持，在北美、亞太與歐洲等地區(qū)具有較強(qiáng)的影響力?；饡F(xiàn)場總線的系統(tǒng)是開放的，可以由來自不同制造商的設(shè)備組成。本章首先講述了基金會現(xiàn)場總線FF，然后講述了FF功能塊參數(shù)、FF的功能塊庫和FF的典型功能塊，最后講述了功能塊在串級控制設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。5.1基金會現(xiàn)場總線FF基金會現(xiàn)場總線的最大特征就在于它不僅僅是一種總線，而且是一個(gè)系統(tǒng)，是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，也是自動化系統(tǒng)。它作為新型自動化系統(tǒng)，區(qū)別于傳統(tǒng)自動化系統(tǒng)的特征就在于它所具有的數(shù)字通信能力，它使自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具備了網(wǎng)絡(luò)化特征。而它作為一種通信網(wǎng)絡(luò)，有別于其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特征則在于它位于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，其網(wǎng)絡(luò)通信是圍繞完成各種自動化任務(wù)進(jìn)行的。5.1.1基金會現(xiàn)場總線FF的主要技術(shù)1．基金會現(xiàn)場總線的通信技術(shù)基金會現(xiàn)場總線的通信技術(shù)包括基金會現(xiàn)場總線通信模型、通信協(xié)議、通信控制器芯片、網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)管理等內(nèi)容。它涉及一系列與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的軟硬件，例如通信棧軟件、被稱之為圓卡的儀表用通信接口卡、FF與計(jì)算機(jī)的接口卡、各種網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)橋、中繼器等。它是現(xiàn)場總線的核心基礎(chǔ)技術(shù)之一。2．標(biāo)準(zhǔn)化功能塊FB與功能塊應(yīng)用進(jìn)程FBAPFF提供一個(gè)通用結(jié)構(gòu)，把實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)所需的各種功能劃分為功能模塊，使其公共特征標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)定它們各自的輸入、輸出、算法、事件、參數(shù)和塊控制圖，并把它們組成為可在某個(gè)現(xiàn)場設(shè)備中執(zhí)行的應(yīng)用進(jìn)程。便于實(shí)現(xiàn)不同制造商產(chǎn)品的混合組態(tài)與調(diào)用。功能塊的通用結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)開放系統(tǒng)構(gòu)架的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)功能與自動化功能的基礎(chǔ)。3．設(shè)備描述DD與設(shè)備描述語言DDL為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線設(shè)備的互操作性，支持標(biāo)準(zhǔn)的功能操作，基金會現(xiàn)場總線采用了設(shè)備描述技術(shù)。設(shè)備描述是控制系統(tǒng)為理解來自現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)意義提供必需的信息，因而也可以將其看作控制系統(tǒng)或主機(jī)對某個(gè)設(shè)備的驅(qū)動程序，即設(shè)備描述是設(shè)備驅(qū)動的基礎(chǔ)。設(shè)備描述語言是一種用以進(jìn)行設(shè)備描述的標(biāo)準(zhǔn)編程語言。采用設(shè)備描述編譯器，把DDL編寫的設(shè)備描述的源程序轉(zhuǎn)化為機(jī)器可讀的輸出文件?？刂葡到y(tǒng)正是憑借這些機(jī)器可讀的輸出文件來理解來自各制造商的設(shè)備的數(shù)據(jù)意義。4．現(xiàn)場總線通信控制器與智能儀表或工業(yè)控制計(jì)算機(jī)之間的接口技術(shù)

在現(xiàn)場總線的產(chǎn)品開發(fā)中，常采用OEM集成方法構(gòu)成新產(chǎn)品，即把FF集成通信控制芯片、通信棧軟件、圓卡等部件與完成測量控制功能的部件集中起來，組成現(xiàn)場智能設(shè)備。5．系統(tǒng)集成技術(shù)系統(tǒng)集成技術(shù)包括通信系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的集成。例如網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⑴渚€、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理、控制系統(tǒng)組態(tài)、人機(jī)接口、系統(tǒng)管理維護(hù)等。這是一項(xiàng)集控制、通信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等多方面的知識和軟硬件于一體的綜合性技術(shù)。6．系統(tǒng)測試技術(shù)系統(tǒng)測試技術(shù)包括通信系統(tǒng)的一致性與互操作性測試技術(shù)，總線監(jiān)聽分析技術(shù)，系統(tǒng)的功能、性能測試技術(shù)等?；饡F(xiàn)場總線FF的核心技術(shù)之一是控制網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字通信。為了實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的開放性，其通信模型是參考了ISO/OSI參考模型，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)自動化系統(tǒng)的特點(diǎn)經(jīng)簡化后得到的?；饡F(xiàn)場總線的參考模型只具備ISO/OSI參考模型7層中的3層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，并按照現(xiàn)場總線的實(shí)際要求，把應(yīng)用層劃分為兩個(gè)子層：總線訪問子層與總線報(bào)文規(guī)范子層。變送器、執(zhí)行器等都屬于現(xiàn)場總線的物理設(shè)備，每個(gè)具有通信能力的現(xiàn)場總線物理設(shè)備都具有通信模型。通信模型的主要組成及其相互關(guān)系如圖5-1所示。5.1.2通信系統(tǒng)的組成及其相互關(guān)系圖5-1通信模型的主要組成及其相互關(guān)系基金會現(xiàn)場總線的核心之一是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線信號的數(shù)字通信?，F(xiàn)場總線的全分布式自動化系統(tǒng)把控制功能完全下放到現(xiàn)場，現(xiàn)場儀表內(nèi)部都具有微處理器，內(nèi)部可以裝入控制計(jì)算模塊，僅由現(xiàn)場儀表就可以構(gòu)成完整的控制功能。現(xiàn)場總線的各個(gè)儀表作為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，由現(xiàn)場總線把它們互連成網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的操作參數(shù)與數(shù)據(jù)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)信息共享與系統(tǒng)的自動化功能。各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)部具備接收、發(fā)送與通信控制能力。各項(xiàng)控制功能是通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的信息通信、連接及各部分功能的集成而共同完成的。由此可見通信在現(xiàn)場總線中的核心作用。現(xiàn)場總線與OSI的關(guān)系如圖5-2所示。5.1.3基金會現(xiàn)場總線的通信模型圖5-2現(xiàn)場總線與OSI的關(guān)系通信系統(tǒng)的每一層負(fù)責(zé)現(xiàn)場總線上報(bào)文傳遞的一個(gè)部分，F(xiàn)F協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖5-3所示。圖5-3FF協(xié)議結(jié)構(gòu)基金會現(xiàn)場總線的物理層遵循IEC1158-2與ISA-S50.02中有關(guān)物理層的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)場總線基金會為低速總線頒布了31.25kbit/s的FF-816物理層規(guī)范，也稱為H1標(biāo)準(zhǔn)。目前作為現(xiàn)場總線的高速標(biāo)準(zhǔn)HSE高速以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)完成。1．物理層的功能物理層用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場物理設(shè)備與總線之間的連接。其主要功能是為現(xiàn)場設(shè)備與通信傳輸媒體的連接提供機(jī)械和電氣接口，為現(xiàn)場設(shè)備對網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送或接收提供合乎規(guī)范的物理信號。5.1.4物理層2．物理層的結(jié)構(gòu)按照IEC物理層規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，物理層又分為媒體相關(guān)子層與媒體無關(guān)子層。媒體相關(guān)子層負(fù)責(zé)處理導(dǎo)線、光纖、無線介質(zhì)等不同傳輸媒體的信號轉(zhuǎn)換問題。也稱為媒體訪問單元。規(guī)范支持多種媒體訪問冗余設(shè)備。每種要與之連接的物理媒體設(shè)有一個(gè)物理接口，冗余連接數(shù)可多至8個(gè)。媒體無關(guān)子層是媒體訪問單元與數(shù)據(jù)鏈路層之間的接口。上述有關(guān)信號編碼，增加或去除前導(dǎo)碼、界定碼的工作均在物理層的媒體無關(guān)子層完成。那里設(shè)有專用電路來實(shí)現(xiàn)編碼等功能。3．傳輸介質(zhì)

H1網(wǎng)段支持多種傳輸介質(zhì)：雙絞線、電纜、光纜、無線介質(zhì)。目前應(yīng)用較為廣泛的是前兩種。H1標(biāo)準(zhǔn)采用的電纜類型可為無屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線、屏蔽多對雙絞線和多芯屏蔽電纜。4．FF的物理信號波形基金會現(xiàn)場總線（FF）的現(xiàn)場設(shè)備提供兩種供電方式：總線供電與單獨(dú)供電?？偩€供電設(shè)備直接從傳輸數(shù)字信號的總線上獲取工作能源；單獨(dú)供電方式的現(xiàn)場設(shè)備，其工作電源直接來自外部電源，而不是取自總線。對總線供電的場合，總線上既要傳送數(shù)字信號，又要向現(xiàn)場設(shè)備供電。按31.25kbit/s的技術(shù)規(guī)范，F(xiàn)F的信號波形如圖5-4所示。圖5-4H1的物理信號波形一個(gè)現(xiàn)場設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)配置如圖5-5所示。要求在網(wǎng)段的兩個(gè)端點(diǎn)附近分別連接一個(gè)終端器，每個(gè)終端器由100Ω電阻和一個(gè)1μF的電容串聯(lián)組成，以防止通信信號在端點(diǎn)處反射而造成信號失真，在終端器與電纜屏蔽之間不應(yīng)有任何連接，以保證總線與地之間的電氣絕緣性能。圖5-5網(wǎng)絡(luò)配置5．H1信號編碼

H1的通信信號由下面幾種信號碼制組成。（1）協(xié)議報(bào)文編碼（2）前導(dǎo)碼（3）幀前界定碼幀前界定碼的波形如圖5-6所示。（4）幀結(jié)束碼幀結(jié)束碼標(biāo)志著協(xié)議數(shù)據(jù)信息的終止，其長度也為8個(gè)時(shí)鐘周期，或稱一字節(jié)。像幀前界定碼那樣，幀結(jié)束碼也是由特殊的N+碼、N－碼和普通正負(fù)跳變脈沖按規(guī)定的順序組成。當(dāng)然，其組合順序不同于幀前界定碼。上述幾種編碼的波形如圖5-6所示圖5-6H1的幾種編碼波形前導(dǎo)碼、幀前界定碼和幀結(jié)束碼都是由物理層的硬件電路生成的信號。這幾種編碼形成如圖5-7所示的通信幀結(jié)構(gòu)。作為發(fā)送端的發(fā)送驅(qū)動器，要把前導(dǎo)碼、幀前界定碼、幀結(jié)束碼增加到發(fā)送序列之中；而接收端的信號接收器則要從所接收的信號序列中把前導(dǎo)碼、幀前界定碼、幀結(jié)束碼去除，只將協(xié)議數(shù)據(jù)信息送往上層處理。圖5-7FF的通信幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)鏈路層（DLL）位于物理層與總線訪問子層之間，為系統(tǒng)管理內(nèi)核和總線訪問子層訪問總線媒體提供服務(wù)。在數(shù)據(jù)鏈路層上生成的協(xié)議控制信息可以對總線上的各類鏈路傳輸活動進(jìn)行控制。1．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層中的介質(zhì)訪問功能并不是所有的總線設(shè)備都可以成為鏈路活動調(diào)度器。按照設(shè)備的通信的能力，基金會現(xiàn)場總線把通信設(shè)備分為3類：（1）基本設(shè)備（2）鏈路主設(shè)備（3）橋5.1.5數(shù)據(jù)鏈路層2．?dāng)?shù)據(jù)鏈路層中的數(shù)據(jù)傳輸功能現(xiàn)場總線基金會在數(shù)據(jù)鏈路層中提供了3種傳輸數(shù)據(jù)的機(jī)制。一種無連接數(shù)據(jù)傳輸，兩種面向連接的數(shù)據(jù)傳輸。分別對應(yīng)于現(xiàn)場總線訪問子層FAS的3種VCR類型。（1）無連接數(shù)據(jù)傳輸無連接數(shù)據(jù)傳輸是在兩個(gè)數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)訪問之間的獨(dú)立數(shù)據(jù)單元的排隊(duì)傳輸。DLL不需要控制報(bào)文和應(yīng)答信息。（2）面向連接的分布數(shù)據(jù)傳輸這種傳輸是發(fā)布者的數(shù)據(jù)協(xié)議單元在緩沖器之間的傳輸。數(shù)據(jù)單元只有發(fā)布者地址，索取者知道所要接收的信息來自哪一個(gè)發(fā)布者。這種傳輸是用戶和服務(wù)器間的協(xié)議數(shù)據(jù)單元的排隊(duì)傳輸。DLL的幀結(jié)構(gòu)如圖5-8所示。圖5-8DLL的幀結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線訪問子層（FAS）利用數(shù)據(jù)鏈路層（DLL）的調(diào)度和非調(diào)度服務(wù)來為現(xiàn)場總線報(bào)文規(guī)范層（FMS）服務(wù)。FAS與FMS雖同為應(yīng)用層，但其作用不同，F(xiàn)MS的主要作用是允許用戶程序使用一套標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)文規(guī)范通過現(xiàn)場總線相互發(fā)送信息。本節(jié)的內(nèi)容有：應(yīng)用關(guān)系（AR）作用，F(xiàn)AS服務(wù)，F(xiàn)AS的狀態(tài)機(jī)制和FAS-PDU的結(jié)構(gòu)。1．概述（1）AR作用在分布通信系統(tǒng)的AR，使用一些服務(wù)和應(yīng)用層通信渠道進(jìn)行相互間的通信。通過連接兩個(gè)以上的同種類型的AR端點(diǎn)，就可以建立一個(gè)AR。其建立方式有3種：預(yù)先建立、預(yù)先組態(tài)、動態(tài)建立。5.1.6現(xiàn)場總線訪問子層

AR的特點(diǎn)、作用是由其AR端點(diǎn)（AREP）決定的，所以AREP的類型對通信有著非常重要的作用。在AREP間的通信，其方向有單向的，有雙向的；數(shù)據(jù)鏈路的啟動策略有用戶啟動的，有網(wǎng)絡(luò)啟動的；在數(shù)據(jù)傳輸中，有以緩沖器傳輸為模型的，也有以隊(duì)列傳輸為模型的。（2）FAS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連接在一起，構(gòu)成統(tǒng)一體——通信棧。在這里FAS起到承上啟下的關(guān)鍵作用。（3）FAS協(xié)議狀態(tài)機(jī)制在FAS中，有三個(gè)綜合的協(xié)議機(jī)制來共同描述FAS的行為，這三個(gè)協(xié)議機(jī)制是：FAS服務(wù)協(xié)議機(jī)制（FSPM）、應(yīng)用關(guān)系協(xié)議機(jī)制（ARPM）、數(shù)據(jù)鏈路層映射協(xié)議機(jī)制（DMPM）。其中ARPM根據(jù)AREP類型又分為三種：QUU、QUB、BNU，其結(jié)構(gòu)如圖5-9所示。圖5-9FAS結(jié)構(gòu)2．FAS-PDU

FAS協(xié)議中一個(gè)重要的內(nèi)容就是FAS-PDU，所有FAS服務(wù)均是通過封裝相應(yīng)的FAS-PDU來實(shí)現(xiàn)的。FAS-PDU類型有七種：①確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸-請求PDU；②確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸-響應(yīng)PDU；③非確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸-PDU；④連接-請求PDU；⑤連接-響應(yīng)PDU；⑥連接-錯誤PDU；⑦放棄-PDU。這七種PDU來完成FAS的主要服務(wù)，特別是與通信有關(guān)的服務(wù)。FAS-PDU的一般結(jié)構(gòu)是FAS幀頭加上用戶數(shù)據(jù)，如圖5-10所示。3．FAS所映射的DLL層活動

FAS是利用DLL的調(diào)度通信和非調(diào)度通信來為FMS提供服務(wù)。因此FAS在為FMS提供服務(wù)的同時(shí)，需要底層DLL提供服務(wù)支持。如下：①無連接數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；②面向連接的兩種數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；③緩沖器傳輸服務(wù)；④隊(duì)列式傳輸服務(wù)；⑤數(shù)據(jù)單元分割服務(wù)；⑥數(shù)據(jù)鏈路時(shí)間分配服務(wù)。圖5-10FAS-PDU的結(jié)構(gòu)4．虛擬通信關(guān)系（VCR）

FAS提供VCR終點(diǎn)來對DLL進(jìn)行訪問。每個(gè)VCR終點(diǎn)都是由封裝的一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路性能的特殊子集來定義的。這種性能提供了一個(gè)訪問的單一模式，為FAS終點(diǎn)端口的定義是由信息傳輸和FAS服務(wù)與數(shù)據(jù)鏈路性能的特殊子集的聯(lián)合。VCR終點(diǎn)的數(shù)據(jù)鏈路性能定義在FAS中，而不是在DLL中，這是因?yàn)樗鼈冎挥性谠L問時(shí)，而不是終點(diǎn)定義時(shí)提供給DLL。VCR終點(diǎn)的基本特性如表5-2所列。表5-2FASVCR終點(diǎn)特征表

發(fā)布方/接收方VCR類型報(bào)告分發(fā)VCR類型客戶/服務(wù)器VCR類型VCR終點(diǎn)的角色允許多個(gè)終點(diǎn)；發(fā)布方1接收方N允許多個(gè)終點(diǎn)：源1目的N允許兩個(gè)終點(diǎn)：客戶1服務(wù)器1DL-地址類型發(fā)布方：個(gè)人數(shù)據(jù)鏈路通信終點(diǎn)接收方：無地址源：個(gè)人數(shù)據(jù)鏈路通信終點(diǎn)目的：個(gè)人或組DLSAP客戶：個(gè)人數(shù)據(jù)鏈路通信終點(diǎn)服務(wù)器：個(gè)人數(shù)據(jù)鏈路通信終點(diǎn)隊(duì)列/緩沖區(qū)緩沖區(qū)隊(duì)列隊(duì)列循環(huán)/非循環(huán)循環(huán)非循環(huán)非循環(huán)單向/雙向單向雙向雙向執(zhí)行模式面向連接無連接面向連接重復(fù)檢測可選無是定時(shí)可選無無5．VCR類型一條現(xiàn)場總線可以有多臺鏈路主設(shè)備。如果當(dāng)前的LAS失效，其他鏈路主設(shè)備中的一臺將成為LAS，現(xiàn)場總線的操作將是連續(xù)的，現(xiàn)場總線設(shè)計(jì)成“故障時(shí)仍可運(yùn)行”。FAS使用數(shù)據(jù)鏈路層的調(diào)度和非調(diào)度特點(diǎn)，為現(xiàn)場總線報(bào)文規(guī)范層（FMS）提供服務(wù)。FAS服務(wù)類型由虛擬通信關(guān)系（VCR）來描述，這些信息僅需輸入一次，就可以成為“快速撥號”了。一旦準(zhǔn)備完成，只需輸入快速撥號碼就行，而且在組態(tài)后，僅需VCR號碼就可與其他現(xiàn)場總線設(shè)備進(jìn)行通信。客戶/服務(wù)器VCR類型用以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線設(shè)備間的通信，它們是排隊(duì)的、非調(diào)度的、用戶初始化的、一對一的。排隊(duì)意味著報(bào)文的發(fā)送和接收是按次序進(jìn)行傳輸?shù)?，它也是按照其?yōu)先級，以不覆蓋原有報(bào)文的方式進(jìn)行的。當(dāng)設(shè)備從LAS收到一個(gè)傳輸令牌（PT），它可以發(fā)送一請求報(bào)文給現(xiàn)場總線上的另一臺設(shè)備，請求者被稱為“客戶”，而收到請求的設(shè)備被稱為“服務(wù)器”，當(dāng)服務(wù)器收到來自LAS的PT時(shí)，發(fā)送相應(yīng)的響應(yīng)?！，F(xiàn)場總線報(bào)文規(guī)范層FMS是基金會現(xiàn)場總線通信模型中應(yīng)用層的另一個(gè)子層。該層描述了用戶應(yīng)用所需要的通信服務(wù)、信息格式、行為狀態(tài)等。FMS提供了一組服務(wù)和標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)文格式。用戶應(yīng)用可以采用這種標(biāo)準(zhǔn)的格式在總線上相互傳遞信息、訪問應(yīng)用進(jìn)程對象及其對象描述。1．FMS所包含的服務(wù)FMS主要完成以下各類服務(wù)。5.1.7現(xiàn)場總線報(bào)文規(guī)范層（1）虛擬現(xiàn)場設(shè)備虛擬現(xiàn)場設(shè)備（VFD）在FMS中是一個(gè)很重要的概念。虛擬現(xiàn)場設(shè)備包含應(yīng)用進(jìn)程中的網(wǎng)絡(luò)可視對象及其相應(yīng)的OD。每個(gè)VFD有一個(gè)對象描述OD，因此，VFD可以看作應(yīng)用進(jìn)程的網(wǎng)絡(luò)可視對象及其對象描述的體現(xiàn)。VFD支持的服務(wù)有以下三種：①Status為讀取狀態(tài)服務(wù)；②UnsolicitedStatus為設(shè)備狀態(tài)的自發(fā)傳送服務(wù)；③Identify為讀VFD識別信息服務(wù)。服務(wù)的目的是通知用戶程序了解現(xiàn)場設(shè)備的情況。（2）對象字典管理對象描述說明了通信中跨越現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)內(nèi)容，把這些內(nèi)容收集到一起，形成了對象字典。對象字典OD由一系列條目組成，每個(gè)條目分別描述一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程對象和它的數(shù)據(jù)。OD支持的服務(wù)有GetOD、InitiatePutOD、PutOD、TerminatePutOD。其各自的作用如下：①GetOD：讀取對象的描述，可以根據(jù)對象在對象字典中的索引和子索引來得到其相應(yīng)的對象描述；②InitiatePutOD：初始化對象描述的下載；③PutOD：把對象描述下載到某個(gè)VFD的對象字典中；④TerminatePutOD：終止下載對象描述。（3）聯(lián)絡(luò)關(guān)系管理聯(lián)絡(luò)關(guān)系管理包含有關(guān)VCR的約定。一個(gè)VCR由靜態(tài)部分和動態(tài)部分組成。靜態(tài)屬性如靜態(tài)VCRID，對應(yīng)FDID等；動態(tài)屬性如動態(tài)VCRID等。每個(gè)VCR變化對象，在收到一個(gè)確認(rèn)性服務(wù)時(shí)，創(chuàng)建變化對象，在響應(yīng)發(fā)送后被刪除。聯(lián)系關(guān)系管理服務(wù)有Initiate、Abort、Reject。（4）變量訪問對象及其服務(wù)變量訪問對象在對象字典的靜態(tài)部分定義，是無法刪除的。它們包括物理訪問對象、簡單變量、數(shù)組、記錄、變量表等。物理訪問對象描述一個(gè)實(shí)際字節(jié)串的訪問入口。它沒有明確的OD對象說明，屬性為本地地址和長度；簡單變量是由其數(shù)據(jù)類型定義的單個(gè)變量；數(shù)組是一個(gè)結(jié)構(gòu)性的變量，它的所有元素都有相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；記錄是由不同數(shù)據(jù)類型的簡單變量組成的集合，對應(yīng)于一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義。變量表是上述變量對象的一個(gè)集合。變量和變量表對象都支持讀、寫、信息報(bào)告、帶類型讀、帶類型寫、帶類型信息報(bào)告等服務(wù)。其中讀/寫服務(wù)是應(yīng)用得最多的一類服務(wù)。（5）事件服務(wù)事件是為了從一個(gè)設(shè)備向另外的設(shè)備發(fā)送重要的報(bào)文而定義的。由用戶層監(jiān)測導(dǎo)致事件發(fā)生的條件，當(dāng)條件發(fā)生時(shí)，該應(yīng)用程序激活事件通知服務(wù)，并由使用者確認(rèn)。相應(yīng)的事件服務(wù)有：事件通知、確認(rèn)事件通知、事件條件檢測、帶有類型的事件通知。事件服務(wù)采用報(bào)告分發(fā)型虛擬通信關(guān)系，用以報(bào)告事件與管理事件處理。此外，F(xiàn)MS的服務(wù)還包括域上載/下載服務(wù)，程序調(diào)用服務(wù)2．FMS報(bào)文規(guī)范基金會現(xiàn)場總線報(bào)文規(guī)范采用抽象語法（ASN.1）進(jìn)行定義。抽象語法表示語言是由美國國家電話與電報(bào)委員會于20世紀(jì)80年代初期編制的?；饡F(xiàn)場總線主要使用ASN.1來描述PDU的語意。PDU的內(nèi)容就是現(xiàn)場總線的命令、響應(yīng)、數(shù)據(jù)和事件等信息構(gòu)成FMS服務(wù)的原語，形成了一套標(biāo)準(zhǔn)信息、規(guī)范。為了把設(shè)備通信模型中的通信協(xié)議集成起來，并監(jiān)督其運(yùn)行，基金會現(xiàn)場總線采用網(wǎng)絡(luò)管理代理（NMA）和網(wǎng)絡(luò)管理者的工作模式。網(wǎng)絡(luò)管理者的實(shí)體在相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)管理代理的協(xié)同下，完成網(wǎng)絡(luò)的通信管理?；饡F(xiàn)場總線為網(wǎng)絡(luò)管理者和它的網(wǎng)絡(luò)管理代理之間的通信規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)的虛擬通信關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)管理者與它的網(wǎng)絡(luò)管理代理之間的虛擬通信關(guān)系總是VCR列表中的第1個(gè)VCR。它提供了可用時(shí)間、排隊(duì)式、用戶觸發(fā)、雙向的網(wǎng)絡(luò)訪問。網(wǎng)絡(luò)管理代理VCR含有所有設(shè)備都熟知的NMA鏈路連接端點(diǎn)地址的形式，存在于含有NMA的所有設(shè)備中。通過其他VCR也可以訪問NMA，但是只允許通過它們進(jìn)行監(jiān)視。5.1.8網(wǎng)絡(luò)管理1．網(wǎng)絡(luò)管理為了在設(shè)備中提供集成的第2層到第7層協(xié)議（通信棧協(xié)議）并控制和監(jiān)視它們的操作，F(xiàn)F系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定義：在每個(gè)設(shè)備中都包含一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理代理（NMA，NetworkManagementAgent）。網(wǎng)絡(luò)管理代理提供支持組態(tài)管理，執(zhí)行管理和錯誤管理的能力。這些能力可以通過與訪問其他設(shè)備應(yīng)用程序一樣的通信協(xié)議來訪問，從而代替請求特殊網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議的使用。使用NMA的組態(tài)管理能力，在通信棧中設(shè)置的參數(shù)支持在系統(tǒng)中同其他設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。這些過程一般涉及在設(shè)備之間定義傳輸，然后選擇需要的通信特征來支持這些傳輸。這些特征是使用NMA的組態(tài)管理能力裝載到設(shè)備中的。作為這個(gè)組態(tài)的一部分，NMA可以被配置成收集已選擇的VCR的執(zhí)行和出錯信息。。2．網(wǎng)絡(luò)管理代理（NMA）

NMA提供對通信棧的組態(tài)和統(tǒng)計(jì)信息的網(wǎng)絡(luò)訪問。這些信息被描述為NMIB。這些信息有一部分被系統(tǒng)管理規(guī)范定義為可寫的；另一部分是只讀的。網(wǎng)絡(luò)只讀信息是指從網(wǎng)絡(luò)方面看是只讀的，在操作期間，由通信實(shí)體動態(tài)設(shè)置。它也可以由廠家定義。NMA提供3種信息的訪問：（1）關(guān)于通信實(shí)體的整體信息，例如NMA版本；（2）關(guān)于VCR的擴(kuò)展協(xié)議層信息；（3）關(guān)于單個(gè)協(xié)議層的信息。系統(tǒng)管理內(nèi)核（SMK）可以看作一種特殊的應(yīng)用進(jìn)程AP。從其在通信模型的位置來看，系統(tǒng)管理是集成多層的協(xié)議和功能而完成的。系統(tǒng)管理可以完成現(xiàn)場設(shè)備的地址分配、尋找應(yīng)用位號、實(shí)現(xiàn)應(yīng)用時(shí)鐘的同步、功能塊列表、設(shè)備識別，以及對系統(tǒng)管理信息庫訪問的功能。各項(xiàng)功能簡單的介紹如下。5.1.9網(wǎng)絡(luò)管理1．SMIB的訪問

SMIB中含有可以通過SMK訪問的網(wǎng)絡(luò)可見SMK信息。這里支持的對SMIB的訪問允許設(shè)備系統(tǒng)參數(shù)的組態(tài)，并允許遠(yuǎn)程應(yīng)用程序在網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入操作前或者在網(wǎng)絡(luò)操作期間從網(wǎng)絡(luò)獲得管理信息。SMIB是在管理VFDOD中定義并由SMKAP目錄（管理OD中的第1條）支持。系統(tǒng)管理規(guī)范指出哪條信息是可寫的，哪條信息是只讀的。作為SMK服務(wù)的一部分，SMKP也被用來訪問部分這種信息。SMK通過本地界面能夠?qū)MIB中可獲得的信息送給本地AP。2．標(biāo)簽和地址分配在設(shè)備可以有效連入網(wǎng)絡(luò)之前，必須給它分配一個(gè)物理設(shè)備位號和數(shù)據(jù)鏈路地址。設(shè)備名是系統(tǒng)特殊標(biāo)識符，并被參考為PD-Tag3．設(shè)備識別

SMK的識別服務(wù)允許AP從一個(gè)遠(yuǎn)程SMK獲得PD-Tag和設(shè)備ID。設(shè)備ID是一個(gè)系統(tǒng)單獨(dú)標(biāo)識符，它由廠家提供。在地址分配期間，組態(tài)主設(shè)備使用這種服務(wù)來驗(yàn)證：設(shè)備是否具有標(biāo)簽和正確的地址是否已經(jīng)分配給設(shè)備?，F(xiàn)場總線中物理設(shè)備、VFD、功能塊和功能塊參數(shù)都以位號標(biāo)記。系統(tǒng)管理允許查詢由位號標(biāo)識的對象，包含此對象的設(shè)備將返回一個(gè)響應(yīng)值。4．定位遠(yuǎn)程設(shè)備和對象

SMK定位服務(wù)允許設(shè)備AP在網(wǎng)絡(luò)上廣播一個(gè)請求給所有的SMK，來訪問一個(gè)遠(yuǎn)程有名設(shè)備的信息。如果請求一個(gè)PD-Tag，包含這個(gè)PD-Tag的設(shè)備以設(shè)備ID作為響應(yīng)。否則，所有的SMK把這個(gè)請求傳給它們的AP并等待響應(yīng)。AP將用OD和可訪問該對象的VCR索引作為響應(yīng)。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中的名字是不重復(fù)的，所以只有一個(gè)AP會響應(yīng)。5．時(shí)鐘同步在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)鏈路中，都包含有一個(gè)應(yīng)用時(shí)間發(fā)布者，用來在鏈路上發(fā)布應(yīng)用時(shí)鐘時(shí)間，有且只有一個(gè)這樣的應(yīng)用時(shí)間發(fā)布者作為應(yīng)用時(shí)間源進(jìn)行操作。它周期性地向鏈路上所有現(xiàn)場設(shè)備發(fā)送應(yīng)用時(shí)鐘同步報(bào)文。6．功能塊調(diào)度在SMIB中，每個(gè)SMK維護(hù)一個(gè)鏈路調(diào)度范圍內(nèi)的端口，即功能塊（FB）調(diào)度表，它指示何時(shí)功能塊被執(zhí)行。從概念上說，F(xiàn)B調(diào)度表能夠包括所有的AP可執(zhí)行任務(wù)。在調(diào)度表中一個(gè)項(xiàng)目被調(diào)度執(zhí)行的時(shí)間被描述為從該宏周期開始的偏移。宏周期說明一個(gè)設(shè)備中FB調(diào)度表的一次重復(fù)。每個(gè)SMK監(jiān)視自己的調(diào)度表，并且在該開始它們的FB時(shí)通知AP。這個(gè)通知通過本地界面進(jìn)行?；饡F(xiàn)場總線FF網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行涉及通信參考模型的各層，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、總線訪問層、系統(tǒng)管理層、報(bào)文規(guī)范層、用戶層等，涉及通信棧、系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)管理、功能塊等各部分。其中數(shù)據(jù)鏈路層以上的部分是通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)的，而數(shù)據(jù)鏈路層及物理層所需要的總線驅(qū)動、數(shù)據(jù)編碼、時(shí)鐘同步和幀檢驗(yàn)等許多工作，則需要軟件和硬件的結(jié)合來完成。5.1.10FF通信控制器1．FF通信控制器的功能

FF通信控制器主要具有如下功能。（1）通信信號的發(fā)送和接收根據(jù)FF的物理層規(guī)范，對通信接口線路的電氣要求主要有兩點(diǎn)：一是發(fā)送時(shí)要有足夠的驅(qū)動能力，以保證接收端能得到足夠強(qiáng)度的信號，便于正確接收，并具有一定的抗噪聲能力；二是能夠適應(yīng)總線供電的工作方式，支持電源線上的信號載波。（2）對傳輸數(shù)據(jù)的串并行轉(zhuǎn)換現(xiàn)場總線采用的是串行數(shù)據(jù)通信方式，而CPU采用的是并行數(shù)據(jù)，通信控制器作為CPU對總線的接口，很重要的一項(xiàng)工作就是對傳輸數(shù)據(jù)的串并行轉(zhuǎn)換。（3）對串行數(shù)據(jù)的編碼和解碼FF采用的是兩線制同步數(shù)據(jù)通信方式。采用同步通信方式時(shí)，發(fā)收方必須采用頻率和相位相同的時(shí)鐘，通信才可進(jìn)行。因此發(fā)送方需要在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)，將自己的時(shí)鐘也一同發(fā)往接收方。同步通信有四線制和兩線制兩種。四線制采用一對線傳輸數(shù)據(jù)信息，另一對線傳輸時(shí)鐘信息。為了節(jié)省電纜，兩線制則使用同一對線同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信息。為此發(fā)送方必須采用數(shù)據(jù)編碼的方式，將時(shí)鐘信息隱藏在數(shù)據(jù)中發(fā)送出去。接收方對接收到的信號解碼，還原出時(shí)鐘信號。（4）信息幀的打包和解包總線上的信息是采用分層打包的方式進(jìn)行包裝的，總線通信控制器在收到來自數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)包后，還要加上網(wǎng)上傳輸所必需的信息才能用于傳輸。（5）幀檢驗(yàn)序列的產(chǎn)生和驗(yàn)證在數(shù)據(jù)通信中，環(huán)境條件會對通信數(shù)據(jù)帶來各種各樣的干擾，影響數(shù)據(jù)的正確傳輸。為了能克服干擾，保證數(shù)據(jù)通信的正確性，一般在通信協(xié)議中都要采用一定的差錯控制措施，基金會現(xiàn)場總線采用了同步通信協(xié)議中廣泛使用的CRC校驗(yàn)法檢查數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。2．FB3050通信控制器目前，有多家公司生產(chǎn)用作基金會現(xiàn)場總線通信控制器的芯片。如日本的橫河公司、富士公司，美國的SHIPSTAR公司，巴西的SMAR公司等。各家公司的產(chǎn)品功能各不相同，各有特色。但是它們都符合規(guī)定的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。下面簡要介紹SMAR公司的FB3050的主要特點(diǎn)。FB3050是SMAR公司推出的第三代基金會現(xiàn)場總線通信控制器芯片，該芯片符合ISASP50-2-1992PART2中所規(guī)定的現(xiàn)場總線物理層規(guī)范。芯片設(shè)計(jì)時(shí)考慮了各種流行的微處理器接口。FB3050采用TQFP100封裝，具有100個(gè)引腳。FB3050內(nèi)部有信號極性識別和矯正電路，因此允許總線網(wǎng)絡(luò)的兩根線無極性的任意連接。

FB3050的數(shù)據(jù)總線寬度為8位，外接CPU的16位地址線。16位地址線經(jīng)過FB3050緩沖和變換后輸出，輸出的地址線稱作存儲器總線，CPU和FB3050二者都能夠通過存儲器總線訪問掛接在該總線上的存儲器。因此掛接在該總線上的存儲器是CPU和FB3050的公用存儲器。在FB3050通信控制器發(fā)送和接收模塊中，分別包含曼徹斯特?cái)?shù)據(jù)編碼和解碼器，可以對發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼解碼。因此FB3050僅需要一個(gè)外部介質(zhì)存取單元和相應(yīng)的濾波線路就可以直接接到現(xiàn)場總線上，簡化了用戶對電路的設(shè)計(jì)程序。FB3050內(nèi)部包含幀校驗(yàn)邏輯，在接收數(shù)據(jù)的過程中幀校驗(yàn)邏輯能自動地對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行幀校驗(yàn)。在發(fā)送數(shù)據(jù)過程中，是否對發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生幀校驗(yàn)序列由用戶通過軟件編程來控制。幀的狀態(tài)信息隨時(shí)供軟件讀取和查詢。

FB3050通信控制器內(nèi)部包含兩個(gè)DMA電路，DMA電路可以通過存儲器總線訪問存儲器，從而可以直接將存儲器中的數(shù)據(jù)塊發(fā)送出去，或直接將數(shù)據(jù)幀接收到存儲器中。DMA控制下的數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送是在不中斷CPU的正常程序執(zhí)行的情況下進(jìn)行的，因此就有可能出現(xiàn)CPU和DMA兩者爭用存儲器總線的情況。FB3050采用兩種不同的仲裁機(jī)制，以分別適應(yīng)Motorola、INTEL兩大系列的CPU總線。通過內(nèi)部的寄存器組，用戶可以方便地寫入控制字，對FB3050進(jìn)行組態(tài)和操作。也可以容易地讀到FB3050內(nèi)部的狀態(tài)。為了適應(yīng)不同的CPU總線接口，F(xiàn)B3050使用了兩個(gè)時(shí)鐘源：其中一個(gè)用于和系統(tǒng)同步；另一個(gè)用于控制通信數(shù)據(jù)的速率。為了減輕CPU軟件的負(fù)擔(dān)，F(xiàn)B3050內(nèi)部設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)鏈路層地址及幀的自動識別處理器，提供了一套自動識別幀控制字和幀目的地址的邏輯機(jī)制，有了這套機(jī)制，再加上DMA電路，F(xiàn)B3050幾乎可以在不用CPU干預(yù)的情況下就能從網(wǎng)上全部正確接收屬于本節(jié)點(diǎn)的信息幀。為了方便編程，F(xiàn)B3050內(nèi)部還提供了3個(gè)定時(shí)器供數(shù)據(jù)鏈路層編程使用，它們分別是字節(jié)傳輸時(shí)間定時(shí)器、1/32ms定時(shí)器和1ms定時(shí)器。FB3050控制器內(nèi)部有一套靈活的中斷機(jī)制，通過一條中斷申請信號線向CPU申請中斷，CPU通過讀內(nèi)部的中斷狀態(tài)寄存器就能確定中斷源。總線上發(fā)生的許多變化條件都可以作為中斷源。此外FB3050內(nèi)部的定時(shí)器都可以產(chǎn)生中斷申請。所有的中斷源都是可屏蔽和可識別的。FB3050可以和大多數(shù)微處理器相連接，F(xiàn)B3050有兩個(gè)片選輸入端：一個(gè)用于選擇通過FB3050訪問的64k字節(jié)存儲器；一個(gè)用于選擇FB3050內(nèi)部寄存器。5.2FF功能塊參數(shù)1．功能塊功能塊是一種圖形化的編程語言，可以形象地比喻為“軟件的集成電路”。它有一套輸入、輸出和內(nèi)部控制參數(shù)，輸入?yún)?shù)通過一套特定的算法產(chǎn)生的輸出參數(shù)供系統(tǒng)或別的功能塊使用。本節(jié)介紹的是按基金會現(xiàn)場總線技術(shù)設(shè)計(jì)的一套現(xiàn)場總線功能塊及其應(yīng)用。

5.2.1功能塊及參數(shù)概述功能塊通過位號（Tag：最多32個(gè)可視字符串）和一個(gè)數(shù)字索引來識別。在同一個(gè)控制系統(tǒng)中功能塊位號（Tag）必須是惟一的，而數(shù)字索引在一個(gè)包含該功能塊的應(yīng)用中亦然。一個(gè)功能塊輸入?yún)?shù)連接到上游功能塊的輸出參數(shù)，并從中“拉取”數(shù)據(jù)。這種連接可能在同一個(gè)功能塊中應(yīng)用，也可能在不同功能塊中應(yīng)用，可能在同一個(gè)設(shè)備中也可能在不同設(shè)備中。2．參數(shù)每個(gè)參數(shù)的名字由4個(gè)無符號整數(shù)字節(jié)組成。在一個(gè)功能塊內(nèi)參數(shù)的名字是惟一的。在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，用“功能塊位號.參數(shù)的名字”來表達(dá)，即“Tag.Parameter”。這個(gè)結(jié)構(gòu)被用來獲得參數(shù)的索引。

參數(shù)的存儲屬性可以分級為動態(tài)的、靜態(tài)和不易失的。根據(jù)分級，某些參數(shù)的數(shù)值在掉電后可能要重新存儲。參數(shù)屬性的分級決定了它們在設(shè)備中存儲的方法?？刂茀?shù)或稱包含參數(shù)是由上位設(shè)備如計(jì)算機(jī)站來組態(tài)、設(shè)定或計(jì)算。它們不能和其他輸入、輸出參數(shù)連接使用。MODE_BLK（塊模式）就是對所有功能塊都通用的包含參數(shù)的例子。塊的執(zhí)行包括輸入、輸出、包含參數(shù)和塊的算法。塊算法的執(zhí)行時(shí)間被定義為塊的參數(shù)，它的數(shù)值依賴于塊是如何實(shí)現(xiàn)的。輸入?yún)?shù)進(jìn)入算法，并結(jié)合功能塊應(yīng)用的狀況，如功能塊是否能達(dá)到為它所設(shè)定的目標(biāo)模式（Targetmode）。目標(biāo)模式是模式中的一項(xiàng)，表示希望功能塊所運(yùn)行的模式，通常被控制器或操作員設(shè)定。在某些條件下功能塊不能運(yùn)行所希望的模式。在這種情況下，現(xiàn)實(shí)模式（Actualmode）表示。1．過程變量的計(jì)算過程變量（PV）的數(shù)值和狀態(tài)是主要輸入變量（IN）的映像，或者是多輸入變量的計(jì)算結(jié)果。例如在PID和AALM功能塊中，過程變量就是輸入變量濾波后的結(jié)果。過程變量狀態(tài)是輸入變量狀態(tài)的拷貝，如果有多個(gè)輸入變量，則是它們中最壞一個(gè)的狀態(tài)。不管功能塊的模式如何，過程變量的數(shù)值是主要輸入變量的數(shù)值或它們計(jì)算的結(jié)果。除非輸入變量是不可用的，這時(shí)過程變量（PV）的數(shù)值保持在最后的可用值上。5.2.2控制變量的計(jì)算2．設(shè)定值計(jì)算（1）設(shè)定值（SP）極限的參數(shù)SP_HI_LIM和SP_LO_LIM（單位和取值由PV_SCALE決定）。在自動模式（Automode）下，設(shè)定值被限制在SP_HI_LIM和SP_LO_LIM的范圍之內(nèi)。（2）設(shè)定值變化率極限的參數(shù)SP_RATE_UP和SP_RATE_DN（單位為PV/s）。這個(gè)參數(shù)在設(shè)定值改變時(shí)為減少發(fā)生的擾動。3．設(shè)定值（SP）跟蹤過程變量（PV）由于某些控制策略需要從“手動模式Manualmode”（Rout，Man，LO，Iman）切換到“自動模式Automode”（Auto，Cas，Rcas）時(shí)的偏差是零，所以此時(shí)設(shè)定值必須等于過程變量。PID塊的CONTROL_OPTS參數(shù)和AO塊的IO_OPTS參數(shù)用于在手動模式時(shí)設(shè)定值SP跟蹤過程變量PV。4．輸出參數(shù)計(jì)算當(dāng)現(xiàn)實(shí)模式在Auto、Cas、Rcas時(shí)，各個(gè)功能塊按照各自的算法計(jì)算輸出參數(shù)。而在手動模式（Manualmode），輸出參數(shù)則來自另一個(gè)功能塊（LO，Iman模式）、操作員（Man）或上位機(jī)中其他應(yīng)用（Rout）。在PID和ARTH功能塊的所有模式下，輸出參數(shù)被OUT_HI_LIM和OUT_LO_LIM參數(shù)進(jìn)行高和低限位。但通過對CONTROL_OPTS參數(shù)的“NOOUTlimitedinManual”位進(jìn)行組態(tài)，可以使手動模式下對輸出不進(jìn)行限位。塊模式是所有塊都有的重要參數(shù)，它決定塊運(yùn)行的狀態(tài)，也能反映塊應(yīng)用的一些錯誤。1．模式的類型（1）未服務(wù)OutofService（O/S）：功能塊未運(yùn)行，塊輸出值保持在最后值。對于輸出類功能塊，輸出值保持在最后值或者由組態(tài)所指定的故障狀態(tài)值。設(shè)定值保持在最后值。（2）初始化手動InitializationManual（Iman）：串級結(jié)構(gòu)的下游功能塊不在串級模式（Cas），因此正常的算法不被執(zhí)行，塊輸出僅跟隨一個(gè)來自下游功能塊的外部跟蹤信號（BKCAL_IN）。此模式下不能通過目標(biāo)模式請求。5.2.3塊模式參數(shù)

（3）本地跨越LocalOverride（LO）：控制模塊在這個(gè)模式時(shí)的輸出跟蹤一個(gè)TRK_VAL輸入?yún)?shù)。輸出功能塊在故障狀態(tài)時(shí)也可以在LO模式。這個(gè)模式也不能通過目標(biāo)模式請求。（4）手動Manual（Man）：功能塊的輸出不是被計(jì)算出的，雖然它可能被限制，操作員可以直接給出功能塊的輸出值。（5）自動Automatic（Auto）：功能塊的輸出是被計(jì)算出的。它將使用操作員通過接口設(shè)備給出的本地設(shè)定值。（6）串級Cascade（Cas）：設(shè)定值通過鏈接（Cas_IN）來自其他塊，因此操作員不能直接改變。功能塊在設(shè)定值基礎(chǔ)上計(jì)算出輸出。為了達(dá)到這個(gè)模式，算法使用CAS_IN輸入和BKCAL_OUT輸出和上游塊構(gòu)成一個(gè)無擾動方式的串級。（7）遠(yuǎn)程串級RemoteCascade（RCas）：功能塊的設(shè)定值是由接口設(shè)備（計(jì)算機(jī)、DCS/PLC）中控制應(yīng)用的RCAS_IN參數(shù)給定。（8）遠(yuǎn)程輸出Remoteoutput（Rout）：功能塊的輸出是由接口設(shè)備中控制應(yīng)用的ROUT_IN參數(shù)給定。為了達(dá)到這個(gè)模式，算法使用ROUT_IN輸入和ROUT_OUT輸出和接口設(shè)備構(gòu)成一個(gè)無擾動方式的串級關(guān)系，因此接口設(shè)備中控制應(yīng)用類似于“上層塊”，但它們沒有功能塊間連接那樣的調(diào)度和同步關(guān)系。Auto、Cas、Rcas模式是自動地按算法計(jì)算功能塊輸出。Iman、LO、Man、Rout模式則是需要“手動”輸出。2．MODE_BLK的元素

（1）目標(biāo)Target：操作員選擇功能塊的目標(biāo)模式。在所允許選擇的模式中只能選一個(gè)。（2）現(xiàn)實(shí)Actual：現(xiàn)行的功能塊模式。在某些運(yùn)行條件或組態(tài)下（如輸入狀態(tài)壞或旁路）也可能和目標(biāo)模式不一樣?，F(xiàn)實(shí)模式是功能塊執(zhí)行模式計(jì)算的結(jié)果，所以操作員不能選擇現(xiàn)實(shí)模式。（3）允許Permitted：允許功能塊使用的模式種類。它可以基于應(yīng)用的需要由用戶來組態(tài)，所以這像一個(gè)從支持的模式中選擇出的模式列表。（4）正常Normal：僅用于記憶功能塊正常運(yùn)行條件下的模式。它不影響功能塊計(jì)算。

（5）保留目標(biāo)模式：當(dāng)目標(biāo)模式為O/S、MAN、RCAS、ROUT時(shí)，目標(biāo)模式屬性可能保留以前目標(biāo)模式的有關(guān)信息，這個(gè)信息可能用于功能塊模式脫落（Shedding）和設(shè)定值跟蹤。3．模式優(yōu)先級別模式優(yōu)先級別的概念用于功能塊計(jì)算現(xiàn)實(shí)模式，或決定對一個(gè)特別的或更高優(yōu)先級別模式是否允許寫訪問。模式優(yōu)先級別如表5-3所示。表5-3模式的優(yōu)先級別模

式描

述級

別被允許使用的塊O/S未服務(wù)7最高所有塊Iman初始化手動6資源、PID、SPG、SPLTLO本地跨越5PID、AO、DO、MAO、MDOMan手動4PID、AALM、LLAG、TIME、SPG、輸入、輸出塊Auto自動3所有塊Cas串級2PID、AO、DO、SPLTRcas遠(yuǎn)程串級1PID、AO、DORout遠(yuǎn)程輸出0最低PID標(biāo)定參數(shù)決定了量程范圍、工程單位及小數(shù)點(diǎn)右邊顯示幾位。標(biāo)定信息用于兩個(gè)目的。顯示設(shè)備需要知道棒圖和趨勢圖的范圍和單位，控制功能塊需要知道內(nèi)部使用的百分比量程，并使調(diào)諧常數(shù)無量綱。PID功能塊使用PV_SCALE參數(shù)將誤差信號轉(zhuǎn)換成百分比，通過計(jì)算得出同樣是百分比的輸出信號，同時(shí)可以使用OUT_SCALE參數(shù)將它轉(zhuǎn)換回工程單位數(shù)值。AI功能塊使用XD_SCALE參數(shù)決定從輸入轉(zhuǎn)換器塊得到的數(shù)值的工程單位。AO功能塊使用XD_SCALE參數(shù)將SP值轉(zhuǎn)換成輸出轉(zhuǎn)換器塊得到的工程單位的數(shù)值，同時(shí)它也是反饋?zhàn)x出值的工程單位。5.2.4量程標(biāo)定參數(shù)1．錯誤狀態(tài)當(dāng)功能塊被檢查出不正常，例如不能使用的輸入信號或在指定（FSTATE_TIME）的時(shí)間內(nèi)通信仍然不能完成；或用戶在資源塊設(shè)定了錯誤狀態(tài)，于是模塊將進(jìn)入一種特殊的狀態(tài)，此時(shí)輸出塊可能采取一些安全的動作。這種特殊的狀態(tài)稱為“錯誤狀態(tài)”。支持串級控制的功能塊（如PID，OSDL，SPLT）將把錯誤狀態(tài)傳遞到輸出功能塊。當(dāng)激活錯誤狀態(tài)的條件正?；?，錯誤狀態(tài)被清除，功能塊回到正常運(yùn)行狀態(tài)。5.2.5錯誤狀態(tài)和警報(bào)2．警報(bào)報(bào)警和事件稱作警報(bào)，它表示檢測到功能塊應(yīng)用內(nèi)部重要的事件發(fā)生。功能塊可以把這個(gè)事件報(bào)告接口設(shè)備或其他現(xiàn)場設(shè)備。報(bào)警不僅指變量和極限之間的比較，還包括功能塊執(zhí)行時(shí)發(fā)現(xiàn)的軟件硬件故障引起的塊報(bào)警。進(jìn)入和脫離報(bào)警條件都稱為警報(bào)狀態(tài)，它將在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布一個(gè)警報(bào)信息，其中包括一個(gè)時(shí)間標(biāo)簽，即警報(bào)狀態(tài)發(fā)生的時(shí)間。警報(bào)狀態(tài)可能通過設(shè)定相應(yīng)的等級被個(gè)別禁止。更新事件被用來通知接口設(shè)備一個(gè)靜態(tài)參數(shù)被改變，僅此時(shí)才讀這個(gè)參數(shù)。這是跟蹤這類參數(shù)非常好的辦法，不要反復(fù)讀取它們。和動態(tài)參數(shù)相比，這類參數(shù)極少改變。5.3FF的功能塊庫基金會現(xiàn)場總線用戶層中常用的功能模塊類型如圖5-11所示。5.3.1轉(zhuǎn)換塊和資源塊圖5-11基金會現(xiàn)場總線用戶層中常用的功能模塊類型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有物理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)換塊包含有量程數(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)輸入或輸出功能塊內(nèi)部都會有一個(gè)轉(zhuǎn)換塊。2．資源塊資源塊描述現(xiàn)場總線的設(shè)備特征，如設(shè)備名稱、制造商與系列號。每臺設(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。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)場總線鏈接。各功能塊的執(zhí)行均受系統(tǒng)管理（SM）精確調(diào)度。功能塊是參數(shù)、算法和事件三者的完整組成。由外部事件驅(qū)動功能塊的執(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。對于輸入和輸出功能塊，要把它們鏈接到轉(zhuǎn)換塊，與設(shè)備的I/O硬件相互聯(lián)系。功能塊的執(zhí)行是按周期性調(diào)度或事件驅(qū)動的。功能塊提供控制系統(tǒng)的功能，它的輸入、輸出參數(shù)可以跨越現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)鏈接。一個(gè)用戶程序中可有多個(gè)功能塊。基金會現(xiàn)場總線定義了多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功能塊。5.3.2功能塊1．輸入輸出功能塊輸入輸出功能塊主要有以下10種：（1）模擬輸入功能塊AI；（2）模擬輸出功能塊AO；（3）多通道模擬輸入功能塊MAI；（4）多通道模擬輸出功能塊MAO；（5）開關(guān)量輸入功能塊DI；（6）開關(guān)量輸出功能塊DO；（7）多通道開關(guān)量輸入功能塊MDI；（8）多通道開關(guān)量輸出功能塊MDO；（9）脈沖輸入功能塊PUL；（10）步進(jìn)PID輸出功能塊STEP。2．控制算法功能塊（1）手動加載功能塊ML；（2）偏置與增益功能塊B/G；（3）比率功能塊RATIO；（4）PID控制算法功能塊PID；（5）先進(jìn)PID控制算法功能塊APID；（6）計(jì)算功能塊ARTH；（7）先進(jìn)函數(shù)功能塊AEQU；（8）輸出分程功能塊SPLT；（9）信號曲線功能塊CHAR；（10）累積積算功能塊INTG；（11）模擬報(bào)警功能塊AALM；（12）輸入選擇功能塊ISEL；（13）設(shè)定值程序發(fā)生功能塊SPG；（14）定時(shí)器和邏輯功能塊TIME；（15）超前-滯后補(bǔ)償功能塊LLAG；（16）動態(tài)限幅和輸出選擇功能塊OSDL；（17）常數(shù)功能塊CT；（18）時(shí)間盲區(qū)功能塊DT；（19）RS/D及邊沿觸發(fā)器功能塊FFET；（20）柔性功能塊FFB；（21）Modbus控制“主”功能塊MBCM；（22）Modbus控制“從”功能塊MBCS；（23）Modbus監(jiān)視“主”功能塊MBSM；（24）Modbus監(jiān)視“從”功能塊MBSS。基金會現(xiàn)場總線也允許各制造廠商有自己獨(dú)特的功能塊，但要有相應(yīng)的DDL（設(shè)備描述語言）來保證不同廠商的產(chǎn)品在同一總線上具有互操作性?；饡F(xiàn)場總線功能塊支持國際可編程控制器編程標(biāo)準(zhǔn)IEC1131-3。功能塊可以按照設(shè)備的功能需要定制下載到現(xiàn)場總線設(shè)備內(nèi)。例如，簡單的溫度變送器可能包含一個(gè)AI模擬量輸入功能塊，而調(diào)節(jié)閥則可能包含一個(gè)PID功能塊和一個(gè)AO模擬量輸出功能塊。這樣，一個(gè)完整的控制回路就可以只由一臺變送器和一臺調(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)。5.4FF的典型功能塊這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的基金會功能塊。模擬輸入功能塊通過通道號的選擇，從轉(zhuǎn)換器塊接收輸入數(shù)據(jù)，并使其輸出成為對其他功能塊可用的數(shù)據(jù)，如圖5-12所示。5.4.1模擬輸入功能塊AL圖5-12模擬輸入功能塊AIAI功能塊通過CHANNEL參數(shù)連接到轉(zhuǎn)換器塊。1．功能塊錯誤（BLOCK_ERR）AI功能塊的塊錯誤表現(xiàn)為以下原因：（1）功能塊處于O/S模式；（2）仿真被激活（SimulateActive）；（3）某些輸入輸出硬件模塊故障（InputFailure）。當(dāng)有下列情形發(fā)生時(shí)引起的組態(tài)錯誤：（1）參數(shù)CHANNEL或L_TYPE的值錯誤；（2）參數(shù)XD_SCALE的工程單位或量程與轉(zhuǎn)換器塊的傳感器不相配；（3）參數(shù)CHANNEL與硬件組態(tài)不一致。支持的模式：支持模式為O/S、MAN和AUTO。2．狀態(tài)處理模擬輸入功能塊不支持串級路徑，因此輸出狀態(tài)沒有串級子狀態(tài)。當(dāng)OUT值超出參數(shù)OUT_SCALE規(guī)定的量程且功能塊不存在更壞的條件時(shí)，OUT的狀態(tài)為“不確定，違反工程單位量程”。參數(shù)STATUS_OPTS中包括下列選項(xiàng)，此處的極限指傳感器極限：（1）向前傳遞錯誤。如果傳感器失效，這個(gè)“壞”狀態(tài)不必產(chǎn)生報(bào)警，而把壞狀態(tài)傳遞給OUT；（2）如果被限制，則為“不確定”狀態(tài)。如果輸入和計(jì)算功能塊的測量和計(jì)算值受到限制，設(shè)它輸出的狀態(tài)為“不確定”；（3）如果被限制，則為“壞”狀態(tài)。如果傳感器信號被高或低限制，設(shè)它輸出的狀態(tài)為“壞”；（4）如果手動模式，則為“不確定”狀態(tài)。功能塊現(xiàn)實(shí)模式是手動，設(shè)輸入和計(jì)算功能塊的輸出狀態(tài)為“不確定”。AO是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的基金會功能塊。模擬輸出功能塊是用于控制回路中的輸出設(shè)備，如閥、執(zhí)行器、定位器等。AO功能塊從另一功能塊接收信號，然后通過內(nèi)部通道的定義，將計(jì)算結(jié)果傳遞到一個(gè)輸出轉(zhuǎn)換器塊，如圖5-13所示。5.4.2模擬輸出功能塊AO圖5-13TJA1051引腳圖AO功能塊通過參數(shù)CHANNEL與轉(zhuǎn)換器塊連接。對于多通道設(shè)備，CHANNEL參數(shù)必須與轉(zhuǎn)換器塊中的相應(yīng)通道參數(shù)匹配（如TERMINAL_NUMBER等）。對于單通道設(shè)備，參數(shù)CHANNEL必須設(shè)為1，此時(shí)與AO連接的轉(zhuǎn)換器塊不需通道組態(tài)。1．輸入值的處理SP值可通過串級或遠(yuǎn)程串級自動控制或由操作者手動控制。PV_SCALE和XD_SCALE用于SP的比例轉(zhuǎn)換。2．輸出值的處理轉(zhuǎn)換器量程標(biāo)定（XD_SCALE）用來轉(zhuǎn)換量程的百分比到轉(zhuǎn)換器所用的工程單位值，這就能使SP的部分跨度引起輸出的滿跨度動作。OUT=SP%*(EU_100%－EU_0%)+EU_0%[XD_SCALE]參數(shù)IO_OPTS中的“IncreasetoClose”選項(xiàng)可以使輸出相對于輸入值的跨度反向調(diào)節(jié)。例如，如果SP是100PV_SCALE=0~100%；XD_SCALE=0.02~0.1Mpa

如IO_OPTS中的“IncreasetoClose”未選，SP經(jīng)OUT_SCALE轉(zhuǎn)換后為0.1Mpa，因此執(zhí)行器的類型為“氣開”。

如IO_OPTS中的“IncreasetoClose”已選，SP經(jīng)OUT_SCALE轉(zhuǎn)換后為0.02Mpa，因此執(zhí)行器的類型為“氣閉”。3．仿真

SIMULATE參數(shù)用于診斷和校驗(yàn)的目的，當(dāng)被激活時(shí)，轉(zhuǎn)換器的數(shù)值和狀態(tài)被仿真數(shù)值和狀態(tài)取代。仿真功能可以通過軟件上對參數(shù)SIMULATE的設(shè)置或硬件跳線來禁止。4．回讀參數(shù)如硬件支持回讀數(shù)值，例如閥位，那么這個(gè)值將通過轉(zhuǎn)換塊讀取，并通過參數(shù)SIMULATE的轉(zhuǎn)換器數(shù)值/狀態(tài)屬性提供給相應(yīng)的AO功能塊。如果不支持，則參數(shù)SIMULATE的轉(zhuǎn)換器數(shù)值/狀態(tài)屬性將通過轉(zhuǎn)換器塊由AO的輸出產(chǎn)生。當(dāng)仿真禁止時(shí)，參數(shù)READBACK復(fù)制參數(shù)SIMULATE的轉(zhuǎn)換器數(shù)值/狀態(tài)屬性，否則將復(fù)制參數(shù)SIMULATE的仿真數(shù)值/狀態(tài)屬性。PV是參數(shù)READBACK經(jīng)PV_SCALE的轉(zhuǎn)換，因此，PV也可以通過參數(shù)SIMULATE被仿真。另外，此功能塊允許像在故障狀態(tài)處理一節(jié)中描述的一樣的安全作用。AO功能塊支持模式脫落機(jī)能。5．塊錯誤

AO功能塊的塊錯誤有以下原因引起：功能塊處于O/S模式；某些設(shè)備I/O模塊故障（OutputFailure）；功能塊因?yàn)楣收蠣顟B(tài)被激活而處于LO模式；仿真被激活。一個(gè)或多個(gè)下列情況發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的組態(tài)錯誤：當(dāng)參數(shù)CHANNEL或SHED_OPT為無效值；當(dāng)XD_SCALE沒有支持的工程量單位或?qū)?yīng)轉(zhuǎn)換器塊的量程；當(dāng)轉(zhuǎn)換器塊處于O/S模式；當(dāng)參數(shù)CHANNEL和硬件組態(tài)不一致。6．支持的模式支持模式為O/S、IMAN、LO、MAN、AUTO、CAS和RCAS。DI功能塊通過選擇通道號接受設(shè)備的離散輸入數(shù)據(jù)，并使輸出對于其他功能塊可用，如圖5-14所示。5.4.3開關(guān)量輸入功能塊DI圖5-14開關(guān)量輸入功能塊DI

FIELD_VAL_D用XD_STATE顯示硬件真實(shí)的開/關(guān)狀態(tài)。I/O選項(xiàng)可以用來在現(xiàn)場值與輸出間進(jìn)行取反邏輯（NOT）運(yùn)算。一個(gè)離散值0被認(rèn)為是邏輯0，非0的離散值被認(rèn)為邏輯1。如果取反，非0的值的邏輯非等于離散輸出0，而0值的邏輯非等于離散輸出值1。在PV_FTIME設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，硬件必須將PV_D保持在一個(gè)狀態(tài)，而功能塊工作模式為自動時(shí)，PV_D的值被賦予OUT_D。當(dāng)模式為手動時(shí)，可以人為地對OUT_D寫值。PV_D與OUT_D有相同的刻度標(biāo)定。OUT_STATE提供PV_D刻度標(biāo)定。1．塊錯誤

DI功能塊的塊錯誤有以下原因：功能塊處于O/S模式；I/O模塊故障；仿真激活；參數(shù)CHANNEL和硬件組態(tài)錯誤。2．支持的模式支持模式為O/S、Man和Auto。DO功能塊將SP_D的值轉(zhuǎn)換為對CHANNEL（通道）相對應(yīng)的硬件有用的值，如圖5-15所示。5.4.4開關(guān)量輸出功能塊DO圖5-15開關(guān)量輸出功能塊DO

I/O選項(xiàng)被用于在SP_D和硬件之間的布爾取反邏輯。SP_D支持完整的串級功能，與其他功能塊的輸出連接的DO功能塊的SP_D必須采用CAS模式。當(dāng)功能塊的實(shí)際模式為LO或手動模式時(shí)，附加I/O選項(xiàng)將使SP_D值跟蹤PV_D值。如果硬件支持回讀，這個(gè)值被連接到READBACK_D，同PV_D一樣經(jīng)I/O轉(zhuǎn)換選項(xiàng)的作用。如果不支持，READBACK_D值由OUT_D產(chǎn)生，OUT_D和READBACK_D使用XD_STATE。PV_D和SP_D使用PV_STATE。。1．塊錯誤

DO的塊錯誤表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：功能塊處于O/S模式；I/O模塊故障；由于錯誤狀態(tài)激活而使功能塊處于LO模式；仿真激活；CHANNEL或SHED_OPT參數(shù)為無效值；CHANNEL參數(shù)和硬件組態(tài)不匹配。2．支持的模式支持模式為O/S、LO、Iman、Man、Auto、Cas和Rcas。這是標(biāo)準(zhǔn)的基金會功能塊，如圖5-16所示。PID功能塊提供了比例、積分、微分形式的計(jì)算控制。PID運(yùn)算是非迭代或ISA標(biāo)準(zhǔn)的算法。在這種運(yùn)算體系中，GAIN被作用在PID的各項(xiàng)上，比例和積分僅作用在偏差上，微分運(yùn)算作用在PV值上。功能塊在自動模式時(shí)，由于微分運(yùn)算的介入，用戶改變SP值不會引起輸出量的擾動。只要偏差存在，PID功能將對偏差進(jìn)行積分運(yùn)算，即將輸出向糾正偏差的方向進(jìn)行。當(dāng)初級和次級過程的時(shí)間常數(shù)不同時(shí)，如果需要，PID控制可以構(gòu)成串級調(diào)節(jié)。5.4.5PID控制算法功能塊PID圖5-16PID控制算法功能塊PID1．正向和反向作用通過選項(xiàng)參數(shù)CONTROL_OPTS中的“Directacting”位來設(shè)置運(yùn)動的正向或反向作用。如果“Directacting”為“真”（1），偏差值即為PV值和SP值的差值：Error=PV－SP如果“Directacting”位為“偽”（0），即為“Reverseacting”（反向），偏差即為SP值和PV值的差值：Error=SP－PV

“Directacting”

位的默認(rèn)值為0，即“Reverseacting”（反向作用）。2．前饋控制

PID功能塊支持前饋運(yùn)算。FF_VAL輸入由外部值提供，該值與控制回路中的干擾值成比例關(guān)系。此值由FF_SCALE和OUT_SCALE參數(shù)轉(zhuǎn)換為輸出量程標(biāo)準(zhǔn)。此輸出與FF_GAIN相乘后加到PID運(yùn)算輸出上，如圖5-17所示。a)

b）

圖5-17PID控制算法功能塊PIDa)無前饋b）有前饋如果FF_VAL輸出狀態(tài)為無效，上次可用的值將被使用。當(dāng)狀態(tài)位恢復(fù)正常時(shí)，F(xiàn)F_VAL的差值需與BIAS_A/M相減，以避免與輸出的擾動。3．PID常數(shù)

GAIN（Kp），RESET（Tr）和RATE（Td）是比例P、積分I、微分D運(yùn)算的調(diào)節(jié)參數(shù)，其中GAIN是無量綱數(shù)，RESET和RATE是用秒來表示的時(shí)間參數(shù)。許多現(xiàn)有的控制器有幾個(gè)或所有的參數(shù)用相反值進(jìn)行調(diào)諧，例如“比例帶”、每分鐘的重復(fù)次數(shù)等。人機(jī)界面對這些參數(shù)一般都能適應(yīng)用戶的選擇喜好。4．旁路當(dāng)旁路方式工作時(shí)，SP值將不通過PID計(jì)算直接轉(zhuǎn)換為OUT輸出。當(dāng)串級調(diào)節(jié)副環(huán)的PV是無效時(shí)，副環(huán)PID就使用旁路方式。旁路方式運(yùn)行的條件：CONTROL_OPTS中的“BypassEnable”位必須為真。旁路方式參數(shù)為ON。旁路參數(shù)ON/OFF開關(guān)控制旁路轉(zhuǎn)換。默認(rèn)情況下，只有在塊模式Man或O/S時(shí)才可以轉(zhuǎn)換。此外，當(dāng)資源模塊的FEATURES_SEL中的“Changeofbypassinanautomaticmode”位為真時(shí)，控制模塊也允許在自動模式下進(jìn)行旁路切換。為避免輸出的擾動，旁路參數(shù)中有ON/OFF特別處理方式。當(dāng)旁路切換為ON時(shí)，SP接受輸出值OUT；在旁路切換為OFF時(shí)，SP接受PV的值。5．輸出跟蹤

PID模塊支持輸出跟蹤算法。在跟蹤開關(guān)為ON時(shí)，允許輸出強(qiáng)制改變?yōu)楦欀怠?．塊錯誤（BLOCK-ERR）

PID模塊的錯誤反映了以下原因：模塊在O/S模式；在BYPASS和SHED_OPT參數(shù)有無效值時(shí)發(fā)生設(shè)置錯誤。7．支持的模式

支持模式為O/S、IMAN、LO、MAN、AUTO、CAS、RCAS和ROUT。8．控制算法（ControlAlgorithm）OUT=GAIN*[E+RATE*S*PV/(1+a*RATE*S)+

E/RESET*S]+BIAS_A/M+FEEDFOWRARD5.5功能塊在串級控制設(shè)計(jì)中的應(yīng)用串級控制技術(shù)是改善調(diào)節(jié)品質(zhì)的有效方法之一，它是在單回路PID控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種控制技術(shù)，并且得到了廣泛應(yīng)用。在串級控制中，有主回路、副回路之分。一般主回路只有一個(gè)，而副回路可以是一個(gè)或多個(gè)。主回路的輸出作為副回路的設(shè)定值修正的依據(jù)，副回路的輸出作為真正的控制量作用于被控對象。圖5-18是一個(gè)爐溫串級控制系統(tǒng)，目的是使?fàn)t溫保持穩(wěn)定。如果煤氣管道中的壓力是恒定的，為了保持爐溫恒定，只需測量出料實(shí)際溫度，并使其與溫度設(shè)定值比較，利用二者的偏差控制煤氣管道上的閥門。當(dāng)煤氣總管壓力恒定時(shí)，閥位與煤氣流量保持一定的比例關(guān)系，一定的閥位，對應(yīng)一定的流量，也就是對應(yīng)一定的爐子溫度，在進(jìn)出料數(shù)量保持穩(wěn)定時(shí)，不需要串級控制。5.5.1爐溫控制系統(tǒng)圖5-18爐溫控制系統(tǒng)但實(shí)際的煤氣總管同時(shí)向許多爐子供應(yīng)煤氣，煤氣壓力不可能恒定，此時(shí)煤氣管道閥門位置并不能保持一定的流量。在單回路調(diào)節(jié)時(shí)，煤氣壓力的變化引起流量的變化，且隨之引起爐溫的變化，只有在爐溫發(fā)生偏離后才會引起調(diào)整。因此，時(shí)間滯后很大。由于時(shí)間滯后，上述系統(tǒng)僅靠一個(gè)主控回路不能獲得滿意的控制效果，而通過主、副回路的配合將會獲得較好的控制質(zhì)量。為了及時(shí)檢測系統(tǒng)中可能引起被控量變化的某些因素并加以控制，在該爐溫控制系統(tǒng)的主回路中，增加煤氣流量控制副回路，構(gòu)成串級控制結(jié)構(gòu)。串級控制功能塊連接如圖5-19所示。在圖5-19中，溫度為主回路，流量為副回路。5.5.2串級控制功能塊連接圖5-19串級控制功能塊連接串級控制功能塊參數(shù)設(shè)置如下：AI功能塊（WD）TAG=TT-100MODE_BLKTARGET=AUTO（目標(biāo)模式=自動）PID功能塊（WD）TAG=TIC-100MODE_BLKTARGET=AUTOPV_SCALE=0-600℃OUT_SCALE=0-200kg/h5.5.3功能塊參數(shù)設(shè)置AI功能塊（LL）TAG=FT-101MODE_BLKTARGET=AUTOL_TYPE=indirectsquareroot（開平方）XD_SCALE=0-200kg/hOUT_SCALE=0-200kg/hPID功能塊（LL）TAG=FIC-101MODE_BLKTARGET=CASPV_SCALE=0-200kg/hOUT_SCALE=0-100%AO功能塊（FM）TAG=FCV-102MODE_BLKTARGET=CASPV_SCALE=0-100%XD_SCALE=0.02-0.1Mpa從串級控制的例子中可以看出，盡管功能塊參數(shù)包含了非常豐富完善的內(nèi)容，為用戶提供了廣闊的應(yīng)用空間，但作為一般的應(yīng)用還是不難掌握的。控制輸出設(shè)備可能使用總線/氣信號轉(zhuǎn)換器，此時(shí)AO塊的XD_SCALE標(biāo)定為0.02~0.1Mpa，而使用總線閥門定位器，則XD_SCALE標(biāo)定為0~100%。

第6章CC-Link現(xiàn)場總線與開發(fā)應(yīng)用

CC-Link是一個(gè)技術(shù)先進(jìn)、性能卓越、應(yīng)用廣泛、使用簡單、成本較低的開放式現(xiàn)場總線，其技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用有著廣闊的前景。

本章首先對CC-Link現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了概述，然后講述了CC-Link/CC-Link/LT通信規(guī)范、CC-Link通信協(xié)議、CC-LinkIE網(wǎng)絡(luò)、CC-LinkIETSN網(wǎng)絡(luò)、CC-Link產(chǎn)品的開發(fā)流程和CC-Link產(chǎn)品的開發(fā)方案，最后介紹了CC-Link現(xiàn)場總線的應(yīng)用。CC-Link作為一種開放式現(xiàn)場總線，其通信速率多級可選擇，數(shù)據(jù)容量大，而且能夠適應(yīng)于較高的管理層網(wǎng)絡(luò)到較低的傳感器層網(wǎng)絡(luò)的不同范圍，是一個(gè)復(fù)合的、開放的、適應(yīng)性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，CC-Link的底層通信協(xié)議按照RS-485串行通信協(xié)議的模型，大多數(shù)情況下，CC-Link主要采用廣播方式進(jìn)行通信，CC-Link也支持主站與本地站、智能設(shè)備站之間的通信。CC-Link的通信方式主要有循環(huán)通信和瞬時(shí)傳送兩種：

循環(huán)通信意味著不停地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。各種類型的數(shù)據(jù)交換即遠(yuǎn)程輸入RX，遠(yuǎn)程輸出RY和遠(yuǎn)程寄存器

RWr、RWw。一個(gè)從站可傳遞的數(shù)據(jù)容量依賴于所占據(jù)的虛擬站數(shù)。

瞬時(shí)傳送需要由專用指令FROM/TO來完成，瞬時(shí)傳送占用循環(huán)通信的周期。6.1CC-Link現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)概述

6.1.1CC-Link現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的組成與特點(diǎn)

CC-Link現(xiàn)場總線由CC-Link、CC-Link/LT、CC-LinkSafety、CC-LinkIEControl、CC-LinkIEField、SLMP組成。CC-Link協(xié)議已經(jīng)獲得許多國際和國家標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可，如：國際化標(biāo)準(zhǔn)組織ISO15745（應(yīng)用集成框架）；IEC國際組織61784/61158（工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議的規(guī)定）；SEMIE54.12；中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19780；韓國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)KSBISO15745-5。CC-Link網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)如圖6-1所示。圖6-1CC-Link網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)

（1）CC-Link是基于RS485的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)。CC-Link提供高速、穩(wěn)定的輸入/輸出響應(yīng)，并具有優(yōu)越的靈活擴(kuò)展?jié)撃?。豐富的兼容產(chǎn)品，超過1500多個(gè)品種；輕松、低成本