發布日期：2022-04-20 點擊率：56
基金會現場總線按照基金會總線組織的定義，FF總線是一種全數字、串行、雙向傳輸的通信系統，是一種能連接現場各種現場儀表的信號傳輸系統，其最根本的特點是專門針對工業過程自動化而開發的，在滿足要求苛刻的使用環境、本質安全、總線供電等方面都有完善的措施。為此，有人稱FF總線為專門為過程控制設計的現場總線。在FF協議標準中，FF分為低速H1總線和高速H2總線。H1主要針對過程自動化，傳輸速率31.25Kbps，傳輸距離可達1900m(可采用中繼器延長)，支持總線供電和本質安全防爆。高速總線協議H2主要用于制造自動化，傳輸速率分為1Mbps和2.5Mbps兩種。但原來規劃的H2高速總線標準已經被現場總線基金會所放棄，取而代之的是基于以太網的高速總線HSE。FF總線的通信模型為了實現通信系統的開放性，FF通信模型參考了OSI模型。
H1總線的通信模型包括物理層、數據鏈路層、應用層，并在其上增加了用戶層。物理層采用了IEC61158-2的協議規范;數據鏈路層DLL規定如何在設備間共享網絡和調度通信，通過鏈路活動調度器LAS來管理現場總線的訪問;應用層則規定了在設備間交換數據、命令、事件信息以及請求應答中的信息格式。H1的應用層分為兩個子層――總線訪問子層FAS和總線報文規范子層FMS，功能塊應用進程只使用FMS，FAS負責把FMS映射到DLL。用戶層則用于組成用戶所需要的應用程序，如規定標準的功能快、設備描述等。不過，數據鏈路層和應用層往往被看作為一個整體，統稱為通信棧。HSE采用了基于Ethernet和TCP/IP的六層協議結構的通信模型。其中，一～四層為標準的Internet協議;第五層是現場設備訪問會話，為現場設備訪問代理提供會話組織和同步服務;第七層是應用層，也劃分為FMS和現場設備訪問FDA二個子層，其中FDA的作用與H1的FAS相類似，也是基于虛擬通信關系為FMS提供通信服務。H1總線協議H1總線的物理層根據IEC和ISA標準定義，符合ISA S50.02物理層標準、IEC1158-2物理層標準以及FF-816 31.25Kbps物理層行規規范。當物理層從通信棧接收報文時，對數據幀加上前導碼和定界碼，并對其實行數據編碼，再經過發送驅動器把所產生的物理信號傳送到總統的傳輸媒體上。相反，在接收信號時，需要進行反向解碼。現場總統采用曼徹斯特編碼技術將數據編碼加載到直流電壓或電流上形成“同步串行信號”。前導碼是一個8位的數字信號10101010，接收器采用這一信號同步其內部時鐘。起始界定碼和結束界定碼標明了現場總線信息的起點和終點，長度均為8個時鐘周期，二者都是由“0”、“1”、“N+”、“N-”按規定的順序組成。圖4.5(a)表示了H1總線的配置思想，總線兩端分別連接一個終端器，形成對31.25KHz信號的通帶電路。發送設備產生的信號是31.25KHz、峰峰值為15～20mA的電流信號，如圖(b);傳送給相當于50Ω的等效負載，產生一個調制在直流電源電壓上的0.75～1V的峰峰電壓。
H1支持總線供電和非總線供電二種方式。通信棧包括數據鏈路層DLL、現場總線訪問子層FAS和現場總線報文規范FMS三部分。DLL最主要的功能是對總線訪問的調度，通過鏈路活動調度器LAS來管理總線的訪問，每個總線段上有一個LAS。H1總線的通信分為受調度/周期性通信和非調度/非周期性通信二類。前者一般用于在設備間周期性地傳送測量和控制數據，其優先級最高，其它操作只在受調度傳輸之間進行。FAS子層處于FMS和DLL之間，它使用DLL的調度和非調度特點，為FMS和應用進程提供報文傳遞服務。FAS的協議機制可以劃為三層：FAS服務協議機制、應用關系協議機制、DLL映射協議機制，它們之間及其與相鄰層的關系。
FAS服務協議機制負責把發送信息轉換為FAS的內部協議格式，并為該服務選擇一個合適的應用關系協議機制。應用關系協議機制包括客戶/服務器、報告分發和發布/接收三種由虛擬通信關系VCR來描述的服務類型，它們的區別主要在于FAS如何應用數據鏈路層進行報文傳輸。DLL映射協議機制是對下層即數據鏈路層的接口。它將來自應用關系協議機制的FAS內部協議格式轉換成數據鍵路層DLL可接受的服務格式，并送給DLL，反之亦然。FMS描述了用戶應用所需要的通信服務、信息格式和建立報文所必需的協議行為。針對不同的對象類型，FMS定義了相應的FMS通信服務，用戶應用可采用標準的報文格式集在現場總線上相互發送報文。用戶層定義了標準的基于模塊的用戶應用，使得設備與系統的集成與互操作更加易于實現。用戶層由功能塊和設備描述語言兩個重要的部分組成。
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