自学工业控制网络之路1.3-典型的现场总线介绍FF

1994年6月，ISP和WORLDFIP合并成立现场总线基金会FF。
1998年，FF基金会开发了HSE 10/100Mb/s取代了H2，200年3月发布(HSE是一种基于Ethernet+TCP/IP协议、运行在100Base-T以太网上的高速现场总线)。

1. FF简介

1.1 FF组成

基金会现场总线(Foundation Fieldbus)通常简称为FF现场总线，它分为H1和H2两级总线。

H1低速现场总线：

采用位同步数字化传输方式；
传输速率为31.25kb/s；
驱动电压9～32VDC；信号电流±9mA；
电缆型式屏蔽双绞线；
接线拓扑结构可采用线型、树型、星型或者符合型；
电缆长度小于等于1900m（无中继器时）；
分支电缆的长度30～120m；
挂界设备数量小于等于32台（无中继器时）；
可用中继器小于等于4台；
供电与通信
适用防爆方法有本质安全防爆方法等。

H2高速现场总线：

传输率为1Mbps和 2.5Mbps；
传输介质可支持比绞线、光缆和无线发射
可继承多达32条H1总线
冗余
传输率为1Mbps和 2.5Mbps对应的电缆长度750m/500m；
支持OLC和加工工业设备

1.2 FF主要技术

FF围绕工厂底层网络和全分布自动化系统两方面形成了其技术特色，主要技术有：

基金会现场总线的通信技术
通信模型、通信协议、通信控制器芯片、通信网络语系统管理等内容
标准化功能块（FB:Function Block）与功能块应用进程（FBAP：Function Block Application Process）
便于实现不同制造厂商产品的混合组态与调用。
功能块的通用结构式实现开放系统构架的基础，也是实现各种网络功能与自动化功能的基础。
功能块应用进程位于FF总线通信模型的最高层用户层。FF用户层协议将实现控制系统所需的各种功能封装为通用的模块结构，并定义他们的输入、输出、算法、事件及控制图等内容，从而形成了功能模块FB。
FF现场总线把功能块FB主要分成了3类：资源块(Resource Block)、转换块(Transducer Block)、功能块FB。
资源块描述了诸如设备名、生产厂家和序号等的现场总线设备特征。一台设备只有一个资源块。
转换块把功能块从读传感器和命令输出硬件的本地输入/输出的功能分开，还包含标定日期和传感器类型等信息。每个输入或输出功能块通常就是一个转换块。
功能块提供了控制系统行为。功能块的输入和输出通过现场总线相连接。每个功能块的执行被精确地调度。在一个用户应用中可以有多个功能块。
设备描述（DD:Device Description）与设备描述语言（DDL:Device Description Language）
互操作性是设备驱动的基础，可以看做是设备的驱动程序。
DD是属于FF的报文规范层（FMS,Fieldbus Message Speciafication）的一个内容。设备描述DD是为虚拟现场设备VFD中的每个对象提供扩展描述，为控制系统或主机在理解VFD 中数据的意义提供必要的信息，因此，DD 可被看作是设备的一个驱动器。在每次组态设备之间必须确认是否安装该设备的设备描述语言。
现场总线通信控制器与智能仪表或工业控制计算机之前的技术接口
系统集成技术---通信系统与控制系统的集成。
系统测试技术---一致性与互可操作性测试技术（产品、系统）；总线监听分析；系统功能测试

2. FF现场总线体系结构

FF的体系结构式参照ISO定制的，使用其第1层物理层、第2层数据链路层和第3层应用层，及增加了用户层。

（1）物理层

FF物理层符合IEC1158-1规定。定义了现场总线的传输介质、传输速率、最大传输距离、拓扑结构及信号类型等。

传输介质可以使双绞线、同轴电缆、光纤和无线电。

FF最初给出了两种速率现场总线，H1 和 H2 ，详细见上面介绍；

但随着发展，H2的设计已经不能满足实时信息传输的带宽要求，于是诞生了HSE，替代了H2。

（2）数据链路层

具体来说，现场总线设备在数据链路层可分为两种：

BASIC DEVICE（基本设备）
LINK MASTER DEVICE(链路主设备)

在每一个网段都有一个特殊的LINK MASTER DEVICE，它能够调度本网络段各个设备的通信活动，称为LINK ACTIVITY SCHEDULER（LAS）链路活动调度。
LAS通过调度表指示一个设备发送周期数据，当没有周期性数据发送时，LAS循环地向所有LINK MASTER DEVICE发送令牌，时期获得发送非周期性数据的机会。此外，数据链路层还要完成两条总线之间通信的桥路连接管理。

（3）应用层

应用层主要任务是定义现场总线的命令、响应、数据和事件。

应用层分两个子层：

上层，总线报文规范层FMS，为用户层提供服务
下层，现场总线访问子层FAS，与数据链路层连接

（4）用户层

用户层是最外一层，规定了一些标准的功能模块FB，以供用户组态构成系统。
其中基本功能块10个，先进功能块7个，计算功能块7个，辅助功能块5个。
功能块由输入、输出、算法和参数四大要素组成。