现场总线技术及其应用 第3讲
2020/10/6
1
第3章 几种流行的现场总线
3.1基金会现场总线 3.2Profibus现场总线 3.3 LonWorks 3.4CAN总线 3.5 小节
2020/10/6
2
3.1 基金会现场总线
3.1.1基金会现场总线概述 3.1.2 基金会现场总线通信系统的构成 3.1.3 基金会现场总线网络拓扑 3.1.4 基金会现场总线通信模型 3.1.5 基金会现场总线的功能块 3.1.6 基金会现场总线通信控制器FB3050 3.1.7基金会现场总线的组态 3.1.8一致性与互操作性测试 3.1.9基金会现场总线的应用设计与实例
2020/10/6
18
LAS
➢ 每个总线段上有一个媒体访问控制中心，称为链路活动调度器LAS , 它的功能是：
➢ 认知新设备，并将新设备加入到链路中去； ➢ 从链路中除去没有响应的设备； ➢ 在链路上发布数据链路时间和调度时间； ➢ 在调度时间内，轮询那些以缓冲区存储数据的设备； ➢ 在调度时间之间，发送优先级驱动的令牌给某设备。
功能 块应 用进
程
（AP S）
网络管理代理（NMA）
对象 字典
（OD）
FMS管理 FMS 实体
（LME）
FAS LME
DLL LME PHY LME
系统管 理信息
库
(NMIB )
2020/10/6
8
通信系统的主要构成部分
功能块应用进程 对象字典（OD）和设备描述（DD） 网络通信 网络管理 系统管理
数据链路层为系统管理内核协议和总线访问子层访问总线媒体提供服务。 访问通过链路活动调度器进行，访问可以是周期性的，也可是非周期的。
数据链路层的操作被分成两层，一层提供对总线的访问，一层用于控制数 据链路用户之间的数据传输。
2020/10/6
16
系统管理和网络管理
物理层是传输数据信号的物理媒体与现场设备之间的接口。它为数据 链路层提供了独立于物理媒体种类的接收与发送能力。
物理层由媒体连接单元、媒体相关子层、媒体无关子层组成。各层协 议、各层管理实体和网络管理代理所组成的通信实体协同工作，共同 承担网络通信任务。
2020/10/6
17
3.1.3 基金会现场总线网络拓扑
1. 单网段拓扑 2.桥接网络拓扑
PID（链路主 设备）
模拟量输入（基 本设备）
单网段拓扑图
模拟量输出（基 本设备）
2020/10/6
3
3.1.1基金会现场总线概述
FF发展的简单回顾 FF的技术特点
2020/10/6
4
FF基金会和FF总线协议的起源
在工业自动化领域，ISP北美分会和World FIP合并成立了现场总线基金 会FF（Fieldbus Foundation） – ISP 包括Fisher-Rosemount，Smar，E+H，Siemens，Yokogawa等 100多家，以德国标准PROFIBUS为基础制定现场总线。 – World FIP 包括Honeywell，Allen-Bradley，Elsag Bailey等120多家 ，以法国标准FIP（Factory Instrumentation Protocol）为基础制定现 场总线。
2020/10/6
14
系统管理和网络管理
现场总线通信实体示意图
2020/10/6
15
系统管理和网络管理
系统管理内核除采用FMS服务外，还可在经过系统管理内核协议直接访问 数据链路层。
FAS对FMS和应用进程提供VCR报文传送服务，把这些服务映射到数据链 路层。FAS提供VCR端点对数据链路层的访问，为运用数据链路层提供了一 种辅助方式。在FAS中还规定了VCR端点的数据联络能力。
NMA是一个设备应用进程，它由一个FMS VFD模型表示。在NMA VFD中的对象是关 于通信栈整体或各层管理实体(LME)的信息。这些网络管理对象集合在网络管理信息库 (NMIB)中，可由NMgr使用一些FMS服务，通过与NMA建立VCR进行访问。
网络管理者、被管理对象、网络管理代理 之间的相互作用关系、
2020/10/6
9
2020/10/6
10
2020/10/6
11
系统管理和网络管理
网络管理者与网络管理代理 网络管理负责以下工作：
·下载虚拟通信关系表VCRL或表中某个单一条目； ·对通信栈组态； ·下载链路活动调度表LAS； ·运行性能监视； ·差错判断监视。
2020/10/6
12
系统管理和网络管理
– FF基金会汇集了世界著名仪表、自动化设备和DCS制造厂商，研 究机构和最终用户。现有基金会成员120余家，以及诸多最终用户 组成的顾问委员会。FF的宗旨是促进产生一个单一的国际现场总 线标准。
2020/10/6
5
FF标准系列
用于低速，过程自动化中现场设备和控制设备之间的联接 的H1（31.25K）
2020/10/6
7
3.1.2 基金会现场总线通信系统的构成
系统管理内核
（SMK）
对象 系统管理 字典 信息库
（OD） （SMIB）
设备描述 功
（OD） 能
对象字典
（OD）块 对 象系统源自 理内核 协议（SMKP）
现场总线报文规范子（FMS） 现场总线访问子层(FAS)
数据链路层（DLL） 物理层（PHY）
2020/10/6
13
系统管理和网络管理
（4）通信实体
➢通信实体包含自物理层、数据链路层、现场总线访问子层和现场总线信息规范层直 至用户层。 ➢设备的通信实体由各层的协议和网络管理代理共同组成，通信栈是其中的核心。 ➢层管理实体LMEs提供对一层协议的管理能力，它向网络管理代理提供对协议被管 理对象的本地接口。 ➢PH-SAP为物理层服务访问点；DL-SAP为数据链路服务访问点；DL-CEP为数据链 路连接端点。它们是构成层间虚拟通信关系的接口端点。 ➢层协议的基本目标是提供虚拟通信关系。 ➢FMS提供VCR应用报文服务，如变量读、写。不过，有些设备可以不用FMS，而 直接访问FAS。
用于高速，制造业自动化或者车间自动化的以快速以太网 为基础的FF-HSE
2020/10/6
6
FF的技术特点
适用于过程自动化的低速部分FF-H1
– 支持总线供电 – 支持本质安全 – 令牌总线访问机制 – 内容广泛的用户层
基于以太网的高速部分HSE
– 支持H1 – 可实现冗余 – 支持标准的基本功能模块