FF现场总线使用说明书1 引言FF是基于WorldFip North American (FIP)和InterOperable System Project(ISP)的共同利益,而在1994年合并而成的。

1995年,WorldFip欧洲部分也加入了FF。

FF总线由低速(H1)和高速(HSE，High Speed Ethernet)两部分组成。

低速H1部分将ISO/OSI七层参考模型结构简化为物理层、数据链路层、应用层，再加上用户层,形成四层结构。

同时，为了适应以太网技术的发展，现场总线基金会放弃了其原来规划的H2高速总线标准,并于2000年3月29日公布了基于Ethernet的高速总线技术规范(HSE1.0版)。

HSE充分利用低成本的以太网技术，以100M bit/s到1G bit/s或更高的速度运行，它主要用于制造业(离散控制)自动化以及逻辑控制、批处理和高级控制等高速的现场总线网段的互连。

本手册是组态实验室现场总线系统组态的使用说明书，内容包括了使用组态软件，组态一个典型的DEMO现场总线的详细过程。

2 实验室包含的现场总线设备本现场总线实验室是一个典型现场总线控制系统的配置，设备清单如表1所示：网关、网桥、现场总线接口和端子块等部件构成。

现场总线网络上连接的现场总线设备有两种:一种是总线供电式现场设备，它需要从总线上获取工作电源，总线供电电源就是为这种设备准备的；另一种是单独供电的现场设备，它不需要从总线上获取其工作电源。

常用的现场总线设备有温度变送器、压力(差压)变送器、流量变送器、液位变送器和调节阀等。

这些现场设备不仅有信号变换功能，而且还有组态运算及控制功能。

终端器是连接在总线末端或末端附近的阻抗匹配元件。

每个总线段上需要两个，而且只能有两个终端器。

终端器采用反射波原理使信号变形最小，它所起到的作用是保护信号，使它少受衰减与畸变。

有时，将终端器电路内置在电源、安全栅、PC接口卡和端子排内。

在安装前要了解清楚是否某个设备已有终端器，避免重复使用，影响总线的数据传输。

低速现场总线电缆的通信速率为31.25KB/s，传输介质为双绞线，传输距离与传输电缆类型的关系如表2所示。

现场总线电缆是B型，一般用于新的或改造的装置；不推荐使用的现场总线电缆是C和D型。

其他类型的电缆也可以在FCS中使用，如对于改造的系统或装置，也可使用已敷设的电缆替代。

总线电源为总线供电的现场总线设备提供电源 ,总线电源分为131型 (为给安全栅供电的非本安电源 )、132型(为普通非本安电源 ,输出电压最大值为直流32V)和133型(本安电源)。

中继器是一台总线供电或非总线供电设备 ,它用于扩展现场总线网络。

现场总线网络上任意两台设备之间最多可以使用4台中继器 ,使用4台中继器时 ,网络中两个设备间的最大距离可达9500m(A型电缆)。

网桥是一台总线供电设备或非总线供电设备 ,用于连接不同速率的现场总线段或不同物理层 ,如金属线、光纤等现场总线网段 ,以便形成更大的网络。

网关是总线供电或非总线供电设备 ,用于将现场总线的网段连向其他通信协议的网段。

现场总线接口用于现场总线与操作站(PC机)的连接。

端子块通常提供多台总线设备的连接 ,所以一个设备可以接到任何一组总线端子上。

有了专为现场总线设计的端子块 ,使网络布线容易多了。

本系统由两个部分组成，其中，两个LD302压力变送器和FY302构成压力控制系统，两个TT302温度变送器和FI302构成温度控制系统,这两个系统构成现场总线的H1网段。

H1系统通过DF51网关与上位机相连。

3 知识准备为了更好、更快的完成组态，建议使用者首先准备并深入理解以下基础知识：3.1 现场总线的基础知识。

现场总线控制系统(FCS,Fieldbus Control System)是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统DCS后，产生的新一带全分布式网络控制系统。

现场总线控制系统是控制学科吸收网络、通信、信息技术的优点，在DCS基础上发展起来的。

现场总线系统打破了传统控制系统的结构形式。

传统模拟控制系统采用一对一的设备连线，按控制回路分别进行连接。

位于现场的测量变送器与位于控制室的控制器之间，控制器与位于现场的执行器、开关、马达之间均为一对一的物理连接。

现场总线系统由于采用了智能现场设备，能够把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块置入现场设备，加上现场设备具有通信能力，现场的测量变送仪表可以与阀门等执行机构直接传送信号，因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。

由于采用数字信号替代模拟信号，因而可实现一对电线上传输多个信号(包括多个运行参数值、多个设备状态、故障信息)，同时又为多个设备提供电源；现场设备以外不再需要模拟/数字、数字/模拟转换部件。

这样就为简化系统结构、节约硬件设备、节约连接电缆与各种安装、维护费用创造了条件。

3.2 组态的基础知识。

“组态”的概念是伴随着集散型控制系统（distributed control system,DCS的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。

由于每一套DCS都是比较通用的控制系统，可以应用到很多的领域中，为了使用户在不需要编代码程序的情况下，便可生成适合自己需要的应用系统，每个DCS 厂商在 DCS中都预装了系统软件和应用软件，而其中的应用软件，实际上就是组态软件，但一直没有人给出明确定义，只是将使用这种应用软件设计生成目标应用系统的过程称为“组态（configure）”组态的概念最早来自英文configuretion，含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行特定任务，满足使用者要求的目的。

监控组态软件是面向监控与数据采集（supervisory control and data acquisition,SCADA）的软件平台工具，具有丰富的设置项目，使用方法灵活，功能强大。

监控软件最早出现时，HMI（human machine interface）或MMI(man machine interface)是其主要内涵，即主要解决人机图形界面问题。

随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容。

随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。

组态软件的使用者是自动化工程设计人员。

组软件的主要目的是使使用者在生成适合自己需要的应用系统时不需要修改软件程序的源代码，因此在设计组态软件时应充分了解自动化工程设计人员的基本要求，并加以总结提炼，重点、集中解决共性问题。

下面是组态软件主要解决的问题:如何与采集、控制设备间进行数据交换；使来自设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来；处理数据报警及系统报警；存储历史数据并支持历史数据的查询；各类报表的生成和打印输出；为使用者提供灵活、多变的组态工具，可以适应不同应用领域的需求；最终生成的应用系统运行稳定可靠；具有与第三方程序的接口，方便数据共享。

自动化工程设计技术人员在组态软件中只需填写一些事先设计的表格，再利用图形功能把被控对象（如发应罐、温度计、锅炉、趋势曲线、报表等）形象地画出来，通过内部数据连接把被控对象的属性与I/O设备的实时数据进行逻辑连接。

当由组态软件生成的应用系统投入运行后，与被控对象相连的I/O设备数据发生变化会直接带动被控对象的属性变化。

若要对应用系统进行修改，也十分简单，这就是组态软件的方便性。

3.3 控制系统的基本知识。

3.4 FF现场总线的两个个重要概念：设备描述(Device Description, DD)和功能块(Function Block)。

DD是属于FF的报文规范层(FMS ,Fieldbus Message Speciafication)的一个内容。

在每次组态设备之前，必须确认是否安装该设备的设备描述语言。

SYSTEM 302系统可以很方便的安装新设备的DD。

在安装目录的Device Support下建立该设备的活页夹，按照厂家提供的手册，添加该设备的Manufacturer ID、Device Type、EJA Device Type信息，同时Standart.inr文件的Manufacturer By ID部分添加给设备的ID即可。

DD由设备生产厂家或者现场总线基金会提供，现场总线基金会将标准DD做在CD-ROM中，用户可以从现场总线基金会得到DD的光盘。

用户还可以从设备供应商处得到扩充的DD，或者在供应商将扩充的DD向现场总线基金会登记后，从现场总线基金会得到扩充的DD。

由于本系统的设备是Smar公司通过基金会现场总线一致性测试的设备，DD都已经安装，不需要重复这项工作。

功能模块(FUNCTION BLOCK,FB)。

功能快应用进程位于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，并定义它们的输入、输出、算法、事件及控制图等内容，从而形成了功能模块FB。

功能块FB技术是FF现场总线实现分布式控制的一项重要手段。

在传统的DCS中，控制功能主要在工作站实现，不能真正实现分散控制。

在FF现场总线中，FCS废弃了DCS的输入/输出单元和工作站，把DCS的工作站的功能块分配给现场仪表，构成虚拟工作站。

FF的功能块可以供用户自由选择，可统一组态，构成所需的的控制系统，并且实现了彻底的分散控制。

另外，基金会现场总线使用标准功能块完成控制策略。

功能块是标准的自动化函数。

许多控制系统功能块，诸如模拟输入、模拟输出、PID控制等功能都可以通过使用功能块由现场设备完成。

例如，一台简单的温度变送器可包含一个AI功能块，一台控制阀可包含一个PID功能块和预期的AO块。

这样，一个完整的控制回路可以仅用一台简单的变送器和一台控制阀来构成。

以模块为基础，设计一致的功能块，还可使来自不同厂家的设备可以无缝的集成在一起。

现场总线基金会把功能块FB主要分成了三类：资源块(Resource Block)、转换块(Transducer Block)、功能块FB(Function Block)。

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。

它们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可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。

现场总线基金会定义了十个标准化的基本控制用功能块和19个附加的先进控制用标准功能块。