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1、电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程FF现场总线基础知识现场总线基础知识 吉林吉化集团仪表有限责任公司吉林吉化集团仪表有限责任公司 周明昌周明昌 电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程目目 录录一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 3 3 四、四、FF-现场总线的本质安全防爆现场总线的本质安全防爆 102 二、二、H1和和HSE结构体系与规范简介结构体系与规范简介 4444 三、三、FC S系统优势及常见疑问系统优势及常见疑问 59电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 工厂级优化要求把来自传

2、感器执行工厂级优化要求把来自传感器执行器、自动化系统和应用软件的信息予以集器、自动化系统和应用软件的信息予以集成。成。FF现场总线包括设备级的网络和高速现场总线包括设备级的网络和高速主干网，后者能快速地把上述信息予以集主干网，后者能快速地把上述信息予以集成。成。FF现场总线具有为信息集成所需的开现场总线具有为信息集成所需的开放性结构体系。放性结构体系。工厂级优化要求把来自传感器工厂级优化要求把来自传感器执行器、自动化系统和应用软件的信执行器、自动化系统和应用软件的信息予以集成。息予以集成。FF现场总线包括设备级现场总线包括设备级的网络和高速主干网，后者能快速地的网络和高速主干网，后者能快速地把

3、上述信息予以集成。把上述信息予以集成。FF现场总线具现场总线具有为信息集成所需的开放性结构体系。有为信息集成所需的开放性结构体系。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 1、自动化通信网络自动化通信网络 开放性开放性MIS（管理信息系统）结构体系（管理信息系统）结构体系自动化系统和控制网络自动化系统和控制网络管理管理信息系统信息系统应用软件包应用软件包数据库数据库网网 关关网网 关关设备和传感器网络，传感器接口设备和传感器网络，传感器接口子系统集成子系统集成董事会决策层董事会决策层传感器传感器/执行器执行器管理管理信息系统信息系统应用

4、软件包应用软件包数据服务器数据服务器设备集成设备集成传感器传感器/执行器执行器开放性现场总线信息开放性现场总线信息集成结构体系集成结构体系董事会董事会/决策层决策层电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 上图用于信息集成的开放性结构体系通过减少网关、上图用于信息集成的开放性结构体系通过减少网关、控制网络和传感器与数据服务器之间的设备网络的级数而控制网络和传感器与数据服务器之间的设备网络的级数而把工厂的阶梯层级予以缩减。把控制和传感器把工厂的阶梯层级予以缩减。把控制和传感器/执行器集执行器集成纳入智能仪表化的设计省去了成纳入智能仪表化的

5、设计省去了I/O接口而使上述信息集接口而使上述信息集成进一步优化。成进一步优化。1、自动化通信网络自动化通信网络 传感器至董事会（决策层）的信息集成框架是金字塔型传感器至董事会（决策层）的信息集成框架是金字塔型结构体系的最低层，其内驻存有传感器和控制信息。为了减结构体系的最低层，其内驻存有传感器和控制信息。为了减少金字塔的层次，各公司必需用现场总线和分散控制系统少金字塔的层次，各公司必需用现场总线和分散控制系统（FCS）取代其不兼容的网络和系统。这能够把传感器、设）取代其不兼容的网络和系统。这能够把传感器、设备、子系统和数据服务器予以集成，从而减少了对网关和接备、子系统和数据服务器予以集成，从

6、而减少了对网关和接口设备的需求，简化了日常工程事务和复杂的集成。口设备的需求，简化了日常工程事务和复杂的集成。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 2、开放性的现场总线开放性的现场总线 开开放性的放性的现场总现场总线结构线结构体系体系 开放性开放性MISMIS结构结构体系体系 应用软件包应用软件包用户满意用户满意用户层用户层应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层标准的现场总标准的现场总线用户层线用户层标准现场总线标准现场总线通讯网络通讯网络数据服务器数据服务器国际标准组国际标准组

7、织模型织模型电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 2、开放性的现场总线开放性的现场总线 为了降低成本、提高效益，开放性的现场总线结构体系为了降低成本、提高效益，开放性的现场总线结构体系必须是基于广为接受的通信规约并支持标准的用户层。必须是基于广为接受的通信规约并支持标准的用户层。开放性的结构体系必定采用标准的现场总线通信网络开放性的结构体系必定采用标准的现场总线通信网络和标准的用户层，以确保现场设备和子系统可以互操作。和标准的用户层，以确保现场设备和子系统可以互操作。借助于借助于COTS（商业流行标准（商业流行标准下同）信息技术和下

8、同）信息技术和PC平平台的数据服务器对用户层信息进行敞开访问是追求成本台的数据服务器对用户层信息进行敞开访问是追求成本效益的工厂级优化所需求的。效益的工厂级优化所需求的。这样的现场总线能够控制设备与网络连接并能对开放性这样的现场总线能够控制设备与网络连接并能对开放性系统互连（系统互连（OSI）参考模型从物理层到应用层进行互操作。）参考模型从物理层到应用层进行互操作。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 3 3、标准的用户层、标准的用户层 对设备而言，仅只在网络级上具备互操作特性是不够的，对设备而言，仅只在网络级上具备互操作特性是不够

9、的，因为网络仅只是把信息从因为网络仅只是把信息从A A点送到点送到B B点。为解决控制问题，各点。为解决控制问题，各设备也必须在用户层能进行互操作。开放性结构体系必须对设备也必须在用户层能进行互操作。开放性结构体系必须对用户层做出规范，定义设备怎样执行数据采集（用户层做出规范，定义设备怎样执行数据采集（DADA）和控制）和控制功能，这些功能怎样在总线上进行互操作。功能，这些功能怎样在总线上进行互操作。开放性总线结构体系必须容许实时数据服务器全程访问开放性总线结构体系必须容许实时数据服务器全程访问用户层信息。信息易于访问是企业管理的关键。为此，服用户层信息。信息易于访问是企业管理的关键。为此，服

10、务器为客户（端）提供一个共同的接口。应用（软件）包务器为客户（端）提供一个共同的接口。应用（软件）包使用客户端访问现场总线的信息以建立企业资源计划和供使用客户端访问现场总线的信息以建立企业资源计划和供销系统的数据库。借用诸如销系统的数据库。借用诸如HTMLHTML（超文本标识语言）、（超文本标识语言）、XMLXML（扩充的标识语言）以及浏览器等网络技术，数据服务器（扩充的标识语言）以及浏览器等网络技术，数据服务器强化了信息能力。强化了信息能力。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 3 3、标准的用户层、标准的用户层 什么是数据服务器

11、什么是数据服务器 数据服务器是数据产生者（例如现场设备）数据服务器是数据产生者（例如现场设备）和数据用户或客户（例如和数据用户或客户（例如 HMI一人机接口和一人机接口和应用程序包）之间的标准接口。客户端要求应用程序包）之间的标准接口。客户端要求COTS网上的信息服务。服务器处理网上的客网上的信息服务。服务器处理网上的客户（端）要求并将结果返回之。服务器可以有户（端）要求并将结果返回之。服务器可以有就地贮存在数据库中所要求的信息，或它可以就地贮存在数据库中所要求的信息，或它可以进入现场设备获取信息。进入现场设备获取信息。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线

12、技术概况现场总线技术概况 4 4、分散控制、分散控制 功能强大的低成本微处理器使得在现场设备级分散控制功能强大的低成本微处理器使得在现场设备级分散控制功能获得甚佳的成本功能获得甚佳的成本效益。这意味着多个设备能共同完效益。这意味着多个设备能共同完成控制策略。成控制策略。例如，诸如流量变送器的模拟量输入（例如，诸如流量变送器的模拟量输入（AIAI）或阀门的模）或阀门的模拟信号输出（拟信号输出（AOAO）都被封装入功能模块之内；而诸如）都被封装入功能模块之内；而诸如PIDPID控控制也能编成功能模块并在现场设备上运行。这样的分散控制制也能编成功能模块并在现场设备上运行。这样的分散控制减少或省去了对

13、减少或省去了对I/OI/O子系统以及控制器设备的需求，并因此子系统以及控制器设备的需求，并因此降低了设备成本。降低了设备成本。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 5 5、互操作性、互操作性 5.1 5.1 设备级集成设备级集成 用户层为功能模块各参数提供标准的数据定义和特性。这用户层为功能模块各参数提供标准的数据定义和特性。这就容许各制造厂商所生产的产品能够互相连接并在同一总线上就容许各制造厂商所生产的产品能够互相连接并在同一总线上互操作而无需用户编程（例如，来自多家制造厂商的设备可以互操作而无需用户编程（例如，来自多家制造厂商的

14、设备可以即插即用）。即插即用）。图图中中 FF现场总线允许诸如现场总线允许诸如D/A和和PID控制这样一些功能控制这样一些功能分散于智能化的现场设备。现场总线、用户层功能模块和设备分散于智能化的现场设备。现场总线、用户层功能模块和设备描述和功能文件能使来自不同厂商的设备在同一网络上互操作描述和功能文件能使来自不同厂商的设备在同一网络上互操作而无须用户编程。此处，而无须用户编程。此处，H1现场总线用以把各设备连成一个自现场总线用以把各设备连成一个自动化子系统。动化子系统。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 标准现场总线通讯网络标准现

15、场总线通讯网络就地操作站就地操作站供应商供应商A设备中的设备中的功能模块功能模块现场设备现场设备压力压力B液位液位C流量流量D阀阀E温度温度F5.1 5.1 设备级集成设备级集成 电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 互操作性能对于工厂级优化互操作性能对于工厂级优化是至关重要的，因为它保证有众是至关重要的，因为它保证有众多的设备供应商可以提供所需的多的设备供应商可以提供所需的设备。使用标准的功能模块极大设备。使用标准的功能模块极大地简化了系统设计、配置组态、地简化了系统设计、配置组态、开车和提交运行，进而极大地节开车和提交运行，进而

16、极大地节减了工程成本。减了工程成本。5.1 5.1 设备级集成设备级集成 电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 5.2 5.2 子系统集成子系统集成 下图所示，高速现场总线集成了各自动化子系统。下图所示，高速现场总线集成了各自动化子系统。H1现场总线子系统现场总线子系统操作员站操作员站工程师站工程师站数据服务器数据服务器应用软件包应用软件包COTS交换交换器器/防火墙防火墙传感器总线传感器总线HSE PLG批处理控制器批处理控制器FFBHSE连接设备连接设备网桥转换网桥转换双绞线双绞线100m光光 缆缆2000mCOTS交换交换器器

17、/防火墙防火墙电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 5.2 5.2 子系统集成子系统集成 图图中中 HSE（高速以太网）使用了与（高速以太网）使用了与H1同样的用同样的用户层功能模块、设备描述和功能文件，但它使这些户层功能模块、设备描述和功能文件，但它使这些功能适用于高性能的、功能适用于高性能的、100Mbps（兆位秒）（兆位秒）COTS以太主干网。与以太主干网。与 H1一样，来自不同制造厂商一样，来自不同制造厂商的的HSE设备能在主干网上互操作而无须用户编程。设备能在主干网上互操作而无须用户编程。柔性的功能模块为批处理控制、柔性的

18、功能模块为批处理控制、PLC应用等需求提供应用等需求提供额外的支持，并对其他网络（例如传感器总线）提额外的支持，并对其他网络（例如传感器总线）提供接口。供接口。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 5.2 5.2 子系统集成子系统集成 这些网络可用作主干控制网（这些网络可用作主干控制网（“HSEHSE主干网主干网”）。与设）。与设备级集成一样，子系统集成无须用户进行软件编程，仅仅使备级集成一样，子系统集成无须用户进行软件编程，仅仅使用现场总线配置组态工具即可。用现场总线配置组态工具即可。连至高速主干网的数据服务器为操作（员）站、工程

19、连至高速主干网的数据服务器为操作（员）站、工程师站和应用软件包提供对设备信息的访问。这种服务器接师站和应用软件包提供对设备信息的访问。这种服务器接口常称之为口常称之为“底座底座”，因为应用软件包能像硬件卡插入，因为应用软件包能像硬件卡插入PCPC底板一样插进这种软件底座。底板一样插进这种软件底座。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 5.2 5.2 子系统集成子系统集成 HSE HSE主干网：主干网：FFFF的的H1H1和和HSEHSE、COTSCOTS以太网设备，冗余和范以太网设备，冗余和范围广泛的介质选择的组合，让您能随心所欲地

20、建立几乎任何围广泛的介质选择的组合，让您能随心所欲地建立几乎任何配置、尺寸或拓扑结构的系统。配置、尺寸或拓扑结构的系统。对整个企业一个单一的实际主干网的老理念已经由在对整个企业一个单一的实际主干网的老理念已经由在每个厂或厂区的每个厂或厂区的HSE控制主干网的理念所取代。因为控制主干网的理念所取代。因为HSE使用标准的以太网，您能用高性能、低成本的使用标准的以太网，您能用高性能、低成本的COTS以太网以太网设备整合出设备整合出HSE主干网。主干网。已融合标准的防火墙技术的网络设备用以实施工厂保已融合标准的防火墙技术的网络设备用以实施工厂保密和安全策略。远地工厂将使用各种标准的广域网络设备密和安全

21、策略。远地工厂将使用各种标准的广域网络设备和服务器或用光缆连接与企业主干骨网整合。和服务器或用光缆连接与企业主干骨网整合。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 6 6、一种选择、一种选择 日前，有多种技术档次的现场总线可供日前，有多种技术档次的现场总线可供你选择。一种选择是，你选择。一种选择是，FFFF的现场总线；其呈的现场总线；其呈现了开放性结构体系。上述信息集成是其设现了开放性结构体系。上述信息集成是其设计初衷。这种现场总线是由非盈利性的现场计初衷。这种现场总线是由非盈利性的现场总线基金会（总线基金会（FFFF）开发的，该基金会

22、设在美）开发的，该基金会设在美国得克萨斯州的奥斯顶市（国得克萨斯州的奥斯顶市（“谁支持现场总谁支持现场总线基金会线基金会”）。其他的团体诸如设在美国佛）。其他的团体诸如设在美国佛罗里达州罗里达州Boca RatonBoca Raton市的市的OPCOPC基金会制定了开基金会制定了开放性数据服务器规范。放性数据服务器规范。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 6 6、一种选择、一种选择 标准的标准的FF用户层用户层基本功能模块基本功能模块先进控制模块先进控制模块柔性的功能模块柔性的功能模块PID控制，比值控制控制，比值控制手动加载，控

23、制选择器手动加载，控制选择器离散离散I/O，模拟，模拟I/O模拟量报警，首模拟量报警，首先运算死时，设先运算死时，设备控制输入选择，备控制输入选择，积算设定值程序积算设定值程序发生器，超前发生器，超前/滞后，计时器，滞后，计时器，信号分段函数处信号分段函数处理。理。8通道模拟量通道模拟量I/O 8通道开关量通道开关量I/O应用规范应用规范IEC661131标准功能模块标准功能模块柔性功柔性功能模块能模块基本和先进功能模块开控制基本和先进功能模块开控制批处理离散、混合控制批处理离散、混合控制标准的现标准的现场总线通场总线通信网络信网络31.25Kbps H1 现场总线现场总线100Mbps HS

24、E 现场总线现场总线电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 6 6、一种选择、一种选择 应应用用事事例例单回路控制单回路控制前馈控制前馈控制串级开展串级开展超驰控制超驰控制比值控制比值控制手动加载手动加载超前超前/滞后补偿滞后补偿信号折线处理信号折线处理计时与积算计时与积算先进报警先进报警马达控制马达控制数学运算数学运算超前超前/滞后补偿滞后补偿信号折线处理信号折线处理计时与积算计时与积算先进报警先进报警马达控制马达控制数学运算数学运算电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况

25、6 6、一种选择、一种选择 FFFF现场总线的应用范围覆盖了从基本过程控制到高性能现场总线的应用范围覆盖了从基本过程控制到高性能的批量、离散和混合控制。的批量、离散和混合控制。H1H1擅长于过程控制应用，而对高擅长于过程控制应用，而对高性能应用和子系统集成则采用性能应用和子系统集成则采用HSEHSE最为理想。最为理想。设备级网络（设备级网络（H1H1）以）以31.25 Kbps31.25 Kbps（千位秒）波特率（千位秒）波特率运转，支持过程控制应用。高速网络运转，支持过程控制应用。高速网络HSEHSE高速以太网以高速以太网以100 100 MbPsbPs（兆位秒）波特率运行，其旨在进行高性能

26、控（兆位秒）波特率运行，其旨在进行高性能控制应用、子系统集成、高密度数据生成，并支持数据服务制应用、子系统集成、高密度数据生成，并支持数据服务器。器。HSEHSE做主干网。这两种网络遵循做主干网。这两种网络遵循IECIEC（国际电工委员会）（国际电工委员会）标准标准6115861158（用于测量和控制的（数字化）数据通信（用于测量和控制的（数字化）数据通信工工业控制系统使用的现场总线）。业控制系统使用的现场总线）。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 6 6、一种选择、一种选择 FF现场总线规范了现场总线规范了21种功能模块种功能模

27、块供基本的和先进的过程控制使用，而供基本的和先进的过程控制使用，而有更多的功能模块在开发之中。这些有更多的功能模块在开发之中。这些标准功能模块能驻留在连至标准功能模块能驻留在连至H1或或HSE网络的现场设备中，仅需组态配置并网络的现场设备中，仅需组态配置并予以链接。予以链接。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 6.1 批处理、离散和混合控制批处理、离散和混合控制 FF现场总线备有柔件的功能模块（现场总线备有柔件的功能模块（FFB），），用以进行复杂的批处理和混合控制应用。用以进行复杂的批处理和混合控制应用。FFB由由应用择定，它们

28、旨在实施诸如监管数据采集应用择定，它们旨在实施诸如监管数据采集（DA）、批处理步序、燃烧管理以及驱动协调）、批处理步序、燃烧管理以及驱动协调等控制策略。用户使用基于等控制策略。用户使用基于IEC611313标准标准的编程工具产生的编程工具产生FFB。FFB旦用编程工具建旦用编程工具建立之后，这些立之后，这些FFB就被配置组态并按控制方案予就被配置组态并按控制方案予以链接。以链接。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 6.1 批处理、离散和混合控制批处理、离散和混合控制 您也能使用您也能使用FFB把来自其他网络（例如把来自其他网络（例

29、如传感器总线）的信息映射（变换）入现场总传感器总线）的信息映射（变换）入现场总线的开放性结构体系。这种映象在线的开放性结构体系。这种映象在IO多路多路切换器（多路开关）或切换器（多路开关）或PLC（可编程程序控（可编程程序控制器）中使用最为典型。从长远观点来看，制器）中使用最为典型。从长远观点来看，这种传感器网络将人多由这种传感器网络将人多由FF现场总线所取代。现场总线所取代。减小必须支持的不同网络的类别，把结构体减小必须支持的不同网络的类别，把结构体系拉平至管理级等将使工厂更趋优化。系拉平至管理级等将使工厂更趋优化。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技

30、术概况现场总线技术概况 6.2 现场设备现场设备 H1子系统包含有其内运行着功子系统包含有其内运行着功能模块的现场设备。因为能模块的现场设备。因为H1和和HSE这两类网络有一个共同用户层，故功这两类网络有一个共同用户层，故功能模块能够在能模块能够在H1和和HSE二者网络上二者网络上运行。具有功能模块的现场设备的另运行。具有功能模块的现场设备的另一个例子是在一个例子是在HSE上运行的高性能分上运行的高性能分析器。析器。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 6.3 6.3 链接设备链接设备 多接口的链接设备（多接口的链接设备（LDLD）

31、用以把用以把H1H1网络连至网络连至HSEHSE网络。网络。LDLD履行网桥功能，它容许就地连履行网桥功能，它容许就地连在在H1H1网络上的各现场设备进行网络上的各现场设备进行点对点的对等通信而勿须烦及点对点的对等通信而勿须烦及主机系统。主机系统。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 6.4 6.4 网络设备网络设备 HSE遵循标准以太网遵循标准以太网/IEEE 802.3规范，规范，这就容许使用这就容许使用COTS商业流行标准的以太网商业流行标准的以太网设备，诸如交换器（开关）和防火墙等。设备，诸如交换器（开关）和防火墙等。100

32、兆兆位抄波特率以太网拓扑是以交换器（开关）作位抄波特率以太网拓扑是以交换器（开关）作星形辐射的。这种交换器能够具备防火墙功能，星形辐射的。这种交换器能够具备防火墙功能，以阻止特殊类型的信息出入网络。防火墙阻断传以阻止特殊类型的信息出入网络。防火墙阻断传入交换器的信息以阻止向局部（本地）网络蔓延。入交换器的信息以阻止向局部（本地）网络蔓延。H1不要求任何网络设备。不要求任何网络设备。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 6.5 6.5 冗余冗余 HSE支持冗余通信线路。如果一支持冗余通信线路。如果一条线路断路，则数据流将立即移至后条线

33、路断路，则数据流将立即移至后备线路传送。为此，所有的备线路传送。为此，所有的HSE设备设备都周期地把网络诊断信息传送至所有都周期地把网络诊断信息传送至所有以太网端口上。每个设备使用这种诊以太网端口上。每个设备使用这种诊断信息产生一张其所处网络的状态表，断信息产生一张其所处网络的状态表，让让HSE设备独白挑选通信端口，以剔设备独白挑选通信端口，以剔除以太网上有缺陷的通信线路。除以太网上有缺陷的通信线路。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 6.5 6.5 冗余冗余 冗余的以太网交换器是容错网络的一个实例。如果仅关冗余的以太网交换器是容

34、错网络的一个实例。如果仅关心电缆损害事故，则能够简单地在同一交换器的两个不同的心电缆损害事故，则能够简单地在同一交换器的两个不同的端口上实施冗余的介质链接即可。也支持其他的网络容错举端口上实施冗余的介质链接即可。也支持其他的网络容错举措，例如使用光缆环形配置。措，例如使用光缆环形配置。某些关键的监测和控制应用也需要设备冗余。一种冗某些关键的监测和控制应用也需要设备冗余。一种冗余配置的链接设备（余配置的链接设备（LDLD）确保不中断）确保不中断HSEHSE网络对网络对H1H1子系统的子系统的访问。如果一个访问。如果一个LDLD失败，则同一失败，则同一H1H1子系统的通信通过第二子系统的通信通过第

35、二个个LDLD予以继续。不仅仅是予以继续。不仅仅是LDLD能予以冗余配置，能予以冗余配置，HSEHSE上的任何上的任何设备都能作冗余配置。设备都能作冗余配置。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 7 7、统一的系统结构、统一的系统结构 FF的现场总线是从顶向下，即首先考虑用户应用要求予以设计的（见下图）。的现场总线是从顶向下，即首先考虑用户应用要求予以设计的（见下图）。设备描述设备描述/功能文件功能文件测试测试用户层用户层+测试测试设备描述设备描述/功能文件功能文件功能模块功能模块系统管理系统管理H1/HSE通讯栈通讯栈+测试测试+

36、测试测试物理层物理层客户客户/服务服务发行发行/订户订户事件通告事件通告H1 iS IEC61158-Type1 HSE IEC61158-Type5H1/HSEH131.25KbpS,双绞线缆双绞线缆1000m光缆光缆1200m-16000m供电或无供电总线供电或无供电总线实体或实体或 FISCOHSE以太网以太网/IEEE802.3100Mbps双绞线缆双绞线缆100m光缆光缆2000m无供电总线无供电总线设备登设备登记标记记标记电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 7 7、统一的系统结构、统一的系统结构 图中图中 H1H1和和

37、 HSEHSE使用同样的用户层；用户依据解决应使用同样的用户层；用户依据解决应用问题的需求选用用问题的需求选用H1H1和和HSEHSE设备。为确保设备具有互操作设备。为确保设备具有互操作特性，特性，H1H1和和HSEHSE的设备均由的设备均由FFFF进行测试后登记认证。进行测试后登记认证。统一的系统结构是基于统一的系统结构是基于OSIOSI参考模型（参考模型（OSIOSI开放性系开放性系统互连）。现场总线规约把统互连）。现场总线规约把2-72-7层称为通信栈。层称为通信栈。OSIOSI的的 1 1层定层定义物理连接，义物理连接，l l层下方是实际媒体。由层下方是实际媒体。由IEC 61158

38、TypelIEC 61158 Typel所规所规定，定，H1H1使用层使用层 l l、2 2和和7 7。HSEHSE使用层使用层1 14 4和和7 7。HSEHSE的的l l4 4层由层由现有的以太网和现有的以太网和IEEEIEEE标准所定义，而标准所定义，而HSEHSE的第的第7 7层由层由IEC IEC 61158Types61158Types所定义。（二者的）用户层相同，由所定义。（二者的）用户层相同，由FFFF（现场总（现场总线基金会）所定义。线基金会）所定义。7 7层层-应用层；应用层；6 6层层-表示层；表示层；5 5层层-会话层；会话层；4 4层层-传输层；传输层；3 3层层-网

39、络层；网络层；2 2层层-数据链路层。统称为数据链路层。统称为通讯栈通讯栈电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 7.1 7.1 物理层物理层 物理层旨在确保设备能正确地发送和接物理层旨在确保设备能正确地发送和接收在媒体上传输的数据位。收在媒体上传输的数据位。H1H1的物理层支持的物理层支持双绞线，并且您能在每个网段内用多至双绞线，并且您能在每个网段内用多至4 4个个中继器扩充缆线的跨度。传输是半双工的，中继器扩充缆线的跨度。传输是半双工的，这就允许同一媒体由数个设备共享。媒体上这就允许同一媒体由数个设备共享。媒体上所挂的设备数取决于

40、每个设备的功耗。缆线所挂的设备数取决于每个设备的功耗。缆线类别以及使用中继器的个数。类别以及使用中继器的个数。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 7.1 7.1 物理层物理层 H1 H1设备能从现场总线的双绞线电缆上获得供电，而且设备能从现场总线的双绞线电缆上获得供电，而且这些设备能像以前使用这些设备能像以前使用4 420mA20mA那样在缆线上操作。当传输那样在缆线上操作。当传输时，每个设备把时，每个设备把10mA10mA电流注入电流注入5050欧姆等效负荷产生欧姆等效负荷产生1V1V峰峰一峰电压，该一峰电压，该1V1V峰一峰电

41、压在直流（峰一峰电压在直流（DCDC）供电顶部以）供电顶部以31.2531.25千位秒的波特率被调制。供电电压范围从千位秒的波特率被调制。供电电压范围从9 9到到3232伏均可，伏均可，但在信号频率处供电电源应呈现高阻抗。但在信号频率处供电电源应呈现高阻抗。H1 H1支持总线供电设备的本安（本质安全一下同）应用。支持总线供电设备的本安（本质安全一下同）应用。为此，用户在位于安全区的供电电源与位于危险区的总线为此，用户在位于安全区的供电电源与位于危险区的总线设备之间放置安全栅。为本安应用的供电电压取决于安全设备之间放置安全栅。为本安应用的供电电压取决于安全栅的额定功率值。栅的额定功率值。H1H1

42、支持支持FISCOFISCO（Fieldbus Intrinsically Fieldbus Intrinsically Safe ConcePtSafe ConcePt）模型和）模型和 entityentity（实体）模型。（实体）模型。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 7.1 7.1 物理层物理层 光缆可用以代替双绞线电缆（光缆也可以对光缆可用以代替双绞线电缆（光缆也可以对31.25Kbps31.25Kbps的的波特率运行）。使用光缆时，设备通过星形耦合器连至总线。波特率运行）。使用光缆时，设备通过星形耦合器连至总线。由设备

43、连至星形耦合器的距离范围从由设备连至星形耦合器的距离范围从1.21.2到到1.661.66公里，取决公里，取决于光缆的尺寸、波长和预算的光波功率。于光缆的尺寸、波长和预算的光波功率。HSE使用标准的使用标准的IEEE 802.3信号（设备）和媒体介质选信号（设备）和媒体介质选择。这种网络在波特率择。这种网络在波特率 100MbPs下进行测试；当需要时，下进行测试；当需要时，可以达到可以达到1Gbps甚至更高。设备与交换器之间的距离，使用甚至更高。设备与交换器之间的距离，使用标准的双绞线时可达标准的双绞线时可达100米，使用全双工光缆则可达米，使用全双工光缆则可达2000米。交换器常与光缆互连使

44、之有较长距离。米。交换器常与光缆互连使之有较长距离。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 7.2 7.2 通讯栈通讯栈 通信栈控制对物理介质的访问，把用户层信息进行编码通信栈控制对物理介质的访问，把用户层信息进行编码打包和解码拆包，并按照所要求的通信关系（特点）控制包打包和解码拆包，并按照所要求的通信关系（特点）控制包的传送。各设备必须遵循统一的栈规约，否则它们在网上不的传送。各设备必须遵循统一的栈规约，否则它们在网上不能互操作。能互操作。执行链路主站（执行链路主站（L LM）功能的设备控制对）功能的设备控制对H1H1介质的访问。介

45、质的访问。活动的活动的L LM实施链路活动调度（实施链路活动调度（LASLAS）。）。H1H1让让L LM作冗余配置。作冗余配置。如果一个活动如果一个活动L LM失败，则其他失败，则其他L LM之一将竞争上岗履行之一将竞争上岗履行LASLAS职职责。责。L LM/LAS/LAS规约由规约由H1H1数据链路层（数据链路层（H1 DLLH1 DLL）所确定。）所确定。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 7.2 7.2 通讯栈通讯栈 HSEHSE没有链路主站（没有链路主站（L LM）；反之，它使用标准的以太网）；反之，它使用标准的以太网

46、IEEE 802.3IEEE 802.3多路访问多路访问DLLDLL规约。规约。H1H1和和HSEHSE对网络提供确定性访对网络提供确定性访问。问。H1H1通过通过LASLAS在某一时刻只允许一个设备访问介质。在某一时刻只允许一个设备访问介质。HSEHSE使用早先描述的以太网交换器（开关）进行确定性访问：使用早先描述的以太网交换器（开关）进行确定性访问：交换器（开关）内部进行编址，而且以太网规约校正任何多交换器（开关）内部进行编址，而且以太网规约校正任何多路访问引起的碰撞。路访问引起的碰撞。H1H1不使用不使用OSI3-6OSI3-6层，因为它不需要包路由或包拆分。层，因为它不需要包路由或包拆

47、分。HSEHSE需要这些功能并对这些层使用以太网互联网规约（需要这些功能并对这些层使用以太网互联网规约（IPIP）、）、TCP(TCP(传输控制规约传输控制规约)和和 UDPUDP（用户数据程序规约）。（用户数据程序规约）。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 7.2 7.2 通讯栈通讯栈 H1H1和和HSEHSE对用户层提供同样的服务。对用户层提供同样的服务。F FMS S（现场总线信（现场总线信息规范）在息规范）在H1H1中定义了服务接口；而中定义了服务接口；而FDAFDA（现场设备访问代（现场设备访问代理）为理）为 HSEHS

48、E提供接口。提供接口。现场总线规约规定了现场总线规约规定了3 3种通信关系。种通信关系。ClientClientserverserver（客户端服务器）一般用于主机（或（客户端服务器）一般用于主机（或H HMI I一人机接口）与一人机接口）与现场设备之间的通信。现场设备之间的通信。PublisherPublisherSubscriberSubscriber（发行订（发行订户）用于在不同设备内的功能模块之间传送数据，以及用户）用于在不同设备内的功能模块之间传送数据，以及用于主机或监督设备进行于主机或监督设备进行DADA（数据采集）。事件通告用于传（数据采集）。事件通告用于传送报警和历史趋势数据。

49、在送报警和历史趋势数据。在H1H1中，这些（通信）关系由中，这些（通信）关系由FASFAS（现场总线访问子层）所规定；而在（现场总线访问子层）所规定；而在HSEHSE中，由中，由FDAFDA所规范。所规范。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 7.3 7.3 用户层用户层 这一层为设备控制级提供互操作性（这一层为设备控制级提供互操作性（“它们符它们符合规范吗？合规范吗？”）。为此，它（用户层）规定功能）。为此，它（用户层）规定功能模块、设备描述功能文件（模块、设备描述功能文件（DDCF）以及系）以及系统管理（统管理（SM）。但是，仅

50、规定设备内的功能模）。但是，仅规定设备内的功能模块是不够的；块是不够的；DDCF也提供一些驱动程序，以也提供一些驱动程序，以容许主机系统组态和操作设备而无须用户编程。容许主机系统组态和操作设备而无须用户编程。产品供应商为他们的设备编制驱动程序；产品供应商为他们的设备编制驱动程序；FF收集收集这些驱动程序并通过网址（这些驱动程序并通过网址（WW.fieldbus.org）和和 CDROM可以得到。可以得到。电子仪器仪表装调工电子仪器仪表装调工 培训教程培训教程一、一、FF现场总线技术概况现场总线技术概况 7.3 7.3 用户层用户层 不同厂家的产品符合规范吗？不同厂家的产品符合规范吗？为证实产品