工业数据通信和控制网络(现场总线).ppt

现场总线技术 现场总线控制系统（简称FCS）其结构模式为“工作站——现场总线智能仪表”二层结构，成本低、可靠性高，可实现真正的开放式互连系统结构。 现场总线定义 1996年到1998年，国际性组织FF（现场总线基金会）和PNO（Profibus国际组织）先后发布了适于过程自动化的现场总线标准H1、H2(HSE)和Profibus-PA,H1和PA都在实际工程中开始应用。 1999年底，包含8种现场总线标准在内的国际标准IEC-61158开始生效，除H1、HSE和PA外，还有WorldFIP、Interbus、ControlNet、P-NET、SwiftNet等五种。 Profibus较适合于工厂自动化， CAN适用于汽车工业， FF总线（Foundation Fieldbus）主要适用于过程控制 IEC61158现场总线标准 控制网络要求 控制网络要求确定性和可重复性。确定性是指有限制的延迟和有保证的传送，也就是说一个报文能在可预测的时间周期内成功的发送出去。可重复性是指网络的传输能力不受网络上节点的动态改变（增加节点或者删除节点）和网络负载的改变而影响。 这正是普通局域网不适合作为控制网的原因。 网络结构 现场总线网络模型(普遍性) 基金会现场总线 FF －FF由FIP（WorldFip North American ）和ISP（InterOperable System Project ），在1994年合并而成。 －FF总线由低速FF_H1和高速FF_HSE组成。高速H2总线发展计划已取消。 （1）FF_H1：以OSI参考模型为基础的四层结构模型，采用令牌总线介质访问技术，用于工业产生现场设备连接。 （2）FF_HSE：则采用基于Ethernet(IEEE 802.3)+TCP/IP的六层结构，主要用于制造业(离散控制)自动化以及逻辑控制、批处理和高级控制等场合。 二、基金会现场总线的通信模型 采用简化的ISO/OSI三层结构，即：物理层（PHL）、数据链路层（DLL）、应用层（APL）; 与参考模型的不同点：制定了通行标准、对用户应用进行了独有规范——加用户应用层（用户层），用于实现各厂商设备的独有特性，提高各设备间的相互操作性； 应用层设有两个子层——总线访问子层（FAS）、总线报文规范子层（FMS） 物理层的功能 实现现场设备与物理总线的连接； 为现场设备与传输媒体的连接提供机械电气接口； 为现场设备对总线的收、法提供和平规范的物理信号（曼彻斯特波形）； 应考虑电气隔离、信号滤波、设备供电等； 一般使用双绞线、标明+、-表明接触上的极性； H1网络设备－典型的接线盒 将分支连接至主干线 1个接线盒支持2/4/8/10和12台设备 短路保护带故障指示 可选，内置/可拨码终端器 可插拔的分支接线接口 全球危险区域认证 密封式结构可以抵御环境影响 内置T型连接结构 其它现场接线器 预制接线盒及预制电缆 可插拔式现场设备接口 基金会现场总线的链路层 链路层功能 位于物理层与应用层的访问子层之间，为系统管理内核和总线访问子层访问总线媒体提供服务 主要任务 生成协议控制信息，包括：链路活动调度LAS、数据接收发送、活动状态探测及响应、设备间的链路同步、对传输信息实行祯校验。 链路活动控制 由总线上有一个媒体访问控制中心，控制称为：LAS链路活动调动器。 LAS定义 现场总线网段内对链路活动进行集中总调度的现场总设备。 LAS说明 掌管总线操作，每一时刻只有一个处于工作状态，LAS许可设备后才能传送数据。现场总线上设备按通信形式分为调度设备和非设备调度。 受调度设备 LAS按预定调度设备时间周期性一次发起通信活动，用于在设备之间周期性地传送控制数据。例：现场变送器与执行器之间传送测量或控制信号。 非调度设备 在预定调度时间表之外，由LAS发出传送令牌，得到令牌者可以发送信息。 LAS功能归纳——5种基本功能 设备发送强制数据CD(Compel data),只是受调度设备传送信息； 向设备发送传递令牌PT(Pass token),为设备提供发送非周期数据的机会； 为新入网的设备探测未被采用过的地址，用于加入活动表； 定期性总线段发布数据链路时间和调度时间同步； 监视设备对传递令牌设备的响应，不随令牌顺寻进入和不返还令牌的设备被删除。 现场总线设备的分类 —— 共分为3类 链路主设备：有能力成为LAS的设备； 网 桥：两个总线（网）段之间的连接设备，网桥属于链路主设备； 基本设备： 不具备LAS能力，只能接受令牌做出响应（所有网络设备都具备这种能力）。 测控回路中受调度通信的实质 连接不同现场设备内的功能块。一个功能