HART协议F技术

1、第二章HART协议HART是可寻址远程传感器数据公路(Highway Addressable Remote Transduce)的缩写，它是由Rosemount公司提出的用于现场智能仪表和控制室 设备间通讯的一个过渡性协议。所谓“过渡”就是指HART兼容了传统420mA模拟信号与数字通讯信号。HART通讯协议参照“ISO/OSI”的模型标 准，简化并引用其中的1，2，7三层制定而成，即：物理层、数据链路层和应 用层，如表2.1所示。本章仅对HART协议作简要介绍，详见参考文献1，2，3，4oOSI层次HART层次第七层应用层HART命令层第六层表示层未使用第五层会话层第四层传输层第三层网络层第

2、二层数据链路层HART协议规则第一层物理层Bell 202 FSK表 2.1 HART 协议层次2.1 HART 协议的物理层本节主要描述了 HART 协议的物理层的信号模式和传输介质等，这些都是与OSI 协议参考模型的物理层的规定相一致的。2 1 1 FSK 频移键控HART 协议采用了 Bell202 标准的 FSK 频移键控信号。它在 420mA 的模拟信号上叠 加幅度为0.5mA 的正弦调制波，一个 1200Hz 的波形代表逻辑“ 1”，两个 2200Hz 的波形 代表逻辑“ 0”，如图 2.1 所示。由于所叠加的正弦信平均值为0,所以不会影响 420mA的输出电流。因此，模拟仪表在数

3、字通讯时仍可以照常工作，这是HART 协议的重要优点之一。HART 协议的数据传送速率为1200 波特，比较慢，在控制系统发展后将会显示出它的局限性。0图 2.1 HART 通讯信号HART 协议信号频率和传送速率的选择依据美国Bell202 标准，该标准用于在电话网上传送数字信息。因此，合适的低价位的MODEM 集成芯片可广泛应用。HART 协议规定主设备（主控制器或手执通讯器）传送电压信号，而从设备传送电流 信号。普通二线制变送器是通过控制环路电流来正常运行的，很容易把这种控制扩展到含 有低幅高频的 HART 通讯信号的元件的系统。在HART 设备和电源之间至少要接230Q以上的负载电阻，

4、通讯时变化的电流信号即通过该电阻转化为相应的电压信号。因此所有设 备应采用电压敏感的接收器电路。HART 通讯信号电平如下表 2.2 所示。主设备传送的信号mi n:400mV。max:600mV从设备传送的信号min:0.8mA。max:1.2mA接收器灵敏度（要求必须正确接收）120mV2.0V接收器阈值080mV最大的从设备信号，由1100Q负载转换1320mV最小的从设备信号，由230Q负载转换184mV表 2.2 HART 通讯信号电平（均为峰峰值）接收器灵敏度的规定允许由电缆或其它元器件引起的适度的信号衰减。 接收器阈值 的规定减少了外来信号的干扰，避免了邻近电缆上HART 信号的

5、串扰以及共用非理想地、供电系统等引起的干扰。2 1 2 连接方式两线制变送器的常规连接电路如图2.2 所示。在实际应用中，供电单元、传送器和负载电阻可以按任意顺序连接，电路中的任意一点都可以接地。手持终端或主设备通讯设备 不能直接跨接在供电单元的两端，而是应该连接到通到现场的两线上（图中A、B 点），或者跨接在负载电阻两端（图中B、C 点）（在这种情况下，电路通过供电单元连通）。HART 协议允许负载阻抗为 230 门1100 门。如果不是现场设备，HART 通讯单元必须不提供任何直流电阻到线上。因此，它必须含有或者连接通过一个最小值为6.8uF 的电容。+ 24VOVC图 2.2 两线制变送

6、器常规连接电路有些 HART 设备自己备有电源，供给 420mA 电流输出和 HART 通讯，连接线路如 图 2.3 所示，与之通讯的设备可跨接在负载电阻两端（图中 B、C 点）。_C负载 电阻图 2.3 有源设备的连接电路另外可以按多点模式将变送器连接成网络形式。HART 协议中每一条通讯帧都含有源地址和目的地址，通过给每一个从设备设置不同的地址（115），可以把许多这样的从设备并行跨接在一条现场绞合线上，每一个从设备只应答与自己地址相符的通讯帧，这种 连线方式下的环路称为多点模式。由于多点运行采用的是全数字信号，420mA 模拟信号已毫无意义，所以HART 协议指定多点运行时的各变送器只输

7、出4mA 电流（足以供电）。在点对点运行中，主变量的值可以通过模拟量或者数字通讯读取，而在多点模式 中，由于模拟量已不再有效，所以只能依靠数字通讯读取主变量。理论上应该可以把两线制电流回路和有源设备混合连接在一个多点线路中， 但是由 于它们不同的连接方式，现场需要有第三根线，如图2.4 所示：图 2.4 两线制电流回路和有源设备混合连接的多点线路里.1.3 供电电源及电缆变送器的典型工作电压是 24V，一般最小工作电压是 12V，有些特殊的智能变送器 的最小工作电压可以达到 78V。电源供电电压不决定于 HART 协议的规定，而是由回路 中的仪表确定。多数现有电缆都可以用于HART 通讯，但最

8、好采用带屏蔽的直径大于0.51mm 的电缆（如 24AWG ）。限制信号传输距离的主要因素还是电缆的电阻、电感与分布电容对信号 的衰减。点对点时传输距离可达3000m,而多点运行时可达 1500m。 2.2 HART 协议的数据链路层本节描述了 HART 协议中字符和数据的编码、帧结构和数据传送程序。这些规定都 与 OSI 协议参考模型的第二层 一一数据链路层的规定相一致。2.2.1 HART 通讯方式HART 协议为主从式结构，即指每一帧的传送都是由主设备（控制中心）开始，从设 备（现场仪变送器424V0V表）只是在接收到命令帧后才响应。HART 协议允许系统中有两个主设备。通常，第一主设备

9、为控制系统或其它主设备，第二主设备为手持通讯器或维护计算机等。两 个主设备具有不同的地址，从而辨别各自发出的命令帧的响应帧。一般总是由主设备来控 制数据帧的传送。如果，从设备在定义的时间段内没有响应命令帧，主设备将重发命令 帧。如果几次重发以后，从设备还是没有响应，主设备将取消这次命令的传送。一旦一次 传送完毕，主设备将暂停片刻，使其它主设备能够插入通讯。两个主设备可轮流与从设备 通讯。典型的帧长和延迟允许每秒传送两次。从设备的通讯模式一般有 3 种：单点模式、多点模式和突发模式。单点模式即回路中只有一台现场设备，该设备的地址为“0”，既可输出 420mA 的模拟信号，又可以进行数字通讯，是目

10、前使用最广泛的通讯模式。多点模式即在一个回路中连接多台现场设备，这些设备可以通过不同的地址加以区 分，地址可以从“ 1 ”到“ 15”进行分配，因此一个回路理论上最多可以连接15 个从设备。在实际应用上，为了本安要求，一般最多连接5 台左右（总电流控制在20mA 以内）。突发模式是为了提高从设备的数据传送速率，在一些特别重要的场合常采用这种模式。当现场设备设置成突发模式时，它就定时 重复发送数据帧，设备每传送一帧数据后，会有一段暂停允许主设 备终止突发模式。主设备可以通过一些特殊的命令来启动和终止这 种模式。通常，突发模式在点对点通讯时才有效。运用突发模式， 每秒可以传送三条以上的信息帧。22

11、2 字符编码HART 通讯时，是按字符接收和发送的。HART 通讯帧就是由若干个字符组成，每个字符是一个 8 位的字节，字符编码如图 2.5 所示。通过通用异步收发器（UART ）在串行电缆上串行发送或接收。每个字节都添加有一个起始位，一个奇偶校验位和停止位，因此 实际上是 11位。这就使通用异步收发器（ UART ）可以分辨每个字符的起始，并且检查因 电气噪声或其它干扰而引起的位错。HART 使用奇校验。一个 8 位字节是按下列 1 和 0 的序列发送的。HART 规定：在发送一个通讯帧时，每两个字符之间的发送间隔GAP 不能大于一个字符时间 9.167ms。一个字符时间即为以 1200bp

12、s 发送一个字符所需的时间。1 000010203 I 04050607P1Start* 8 data bitparity Stop .bit (least sig nifica nt first) bit bit图 2.5 一个 8 位字节的序列里里 2 3 通讯帧格式HART 协议规定一条信息的帧结构如图2.6 所示：PREMDELMADDRCOMM BCNT STATUSDATACHKPREM: Preamble序文BCNT:Byco unt字节数DELM: Delimiter起始字符STATUS:变送器通讯状态ADDR: Address地址(源地址和目的地址)DATA:通讯数据CMD:

13、 Comma nd命令号CHK: Checksum校验和图 2.6 HART 通讯的帧结构HART 通讯中的帧又可分为长帧和短帧格式。较早的 HART 仪表(HART 第四版)使 用短帧格式。在该格式里输出420mA 电流信号的非多点运行的从设备的地址为0,多点运行的设备的地址为 115。HART 第五版介绍了长帧格式。在该格式里，从设备的地址 是由制造厂家代码、设备型号代码和设备标志组成的世界通用的38 位二进制数字。长帧格式可以减少外界干扰或串音干扰造成的对其它设备的误接收。长帧格式也扩展了HART 协议的地址容量，使通讯可以在大型网络上进行，例如通过公共无线电网与远程现场设备通 讯。新现

14、场设备使用长帧格式，而老现场设备使用短帧格式。主设备应当两种格式都能 处理。HART协议是半双工的。在完成一次信息的传输以后，必须关闭FSK 信号，使其它的设备能够通讯。帧中的每一项将在以下各段详细介绍。序文(Preamble)由两个或两个以上的“ FF”组成。它主要用于MODEM 接收时的频率同步。起始字符(Delimiter) 一个字节，在 HART 通讯中用来表示帧的类型，以及是长帧还是 短帧，如表2.3 所示。接收起始字符必须在接收到两个或两个以上的“FF”以后才开始。短帧长帧发送帧0282应答帧0686突发帧0181表 2.3 起始字符的定义地址(Address)包括源地址和目的地址

15、，短帧为一个字节，长帧为五个字节，如图2.7所示。两种格式的地址的开头两位都是一样的。第一位为主设备地址，第一主设备（控制系统的主机等）的地址为“1 ”，第二主设备（手操器等）的地址为“0”。第二位为突发模式位，当从机处于突发模式时，该位为“1”。在短帧格式中，从设备的轮询地址为 015,二进制表示为四位。从设备在点对点模式中地址为0,而在多点模式中地址为 115。在长帧格式中，共 38 位（五个字节的后 38 位）表示从机的地 址。突发模式位（4位，轮询地址）主设备【地址a）短帧格式的地址MABMSA_突发模式位从设备地址（38 位） 主设备地址b）长帧格式的地址图 2.7 帧中的地址命令号

16、（Comma nd number ）一个字节，范围为00FFH （或十进制的 0255），代表HART 的命令序号。字节数（Bycount）个字节，表示该字节和校验和字节之间的字节个数。范围为：0255。通讯状态（Status）两个字节，通讯状态仅在从设备向主设备发送的应答帧中才有，用 来表示从设备所接收的数据的状况。第一个字节表示通讯是否出错，第二个字节表示 从设备当前的工作状态。通讯数据（Data）为命令帧或应答帧中的用户数据，一般不超过24 个字节。数据有以下几种形式：整数一一 8，16 或 24 位无符号整数。浮点数一一 IEEE754 格式的浮点数。ASCII 字符串一一 3 字节压

17、缩的 ASCII 码。标准表的数据 由 HART 提供的标准表可查，8 位整数代码。校验和（Checksum ）一个字节，存放从起始字节到所有通讯数据的顺序异或的结果，用来 校验接收的数据（即长校验）。2.2.4 HART 通讯的发送和接收状态机HART 通讯中的接收和发送状态机如图2.8，图 2.9 所示。HART 链路层就是按照该接收和发送状态机来控制HART 通讯中的接收和发送。接收和发送状态机通常是由中断实现的。接收状态机如图2.8 所示。首先，状态机处于“等待开始接收”状态，判断是否接收到有效的 preambles 和 delimiter。如果字符接收间隔超时，奇校验出错，或收到既不

18、是 preambles 也不是 delimiter的字符， 则接收状态机设置相应的错误状态位。 如果收到了有效 的 preambles和 delimiter，则接收状态机设置收到信息帧的类型(发送帧，应答帧或突发 帧)；然后接收信息帧的其余部分，直到按信息帧的字节数(byte-cou nt )收完为止。当信息帧接收完以后，如果接收允许被禁止，则接收状态机进入终止状态。MABM004SA-W保留位从设备地匚二t图 2.8 接收状态机图图中：B表示：当接收到的preambles中FF的个数大于1,且接收到有效的delimiter时，贝U设置收到信息帧的类型，并进入“接收数据”状态。C表示：在“接收

19、数据”状态接收数据，如果有错，则置相应错误状态位，并 继续接收完。D表示：按信息帧的字节数(byte-count)接收完毕后，进入“等待结束接收” 状态。E表示：在“等待开始接收”状态收到FF，则把preambles的个数加1， 然后继续接收。F表示：当字符间隔GAP超时，奇校验出错，或收到既不是preambles也不是delimiter的字符时，则置错误状态，并进入“等待结束接收”状态。G表示：当接收允许被禁止时，进入“结束接收”的终止状态。发送状态机如图 2.9 所示。在“初始化发送”状态，启动握手信号，与链路上的另一 端接收状态机建立通信联系。 一旦物理层允许发送， 则进入“发送数据”状

20、态发送数据。每传送一个字节的数据，物理层上就收到一个确认。当数据发送完毕时，或发送有错时， 进入结束发送的终止状态。图中：A表示：请求发送，并进入“初始化发送”状态B表示：允许发送，并进入“发送数据”状态。C表示：数据正常发送完毕，进入“结束发送”状态D表示：数据发送有错，进入“结束发送”状态。图 1.9 发送状态机图2.3 HART 协议的命令层HART 命令层规定了 HART 通讯命令的内容，共分为三类。通用命令，普通应用命 令和特殊命令，分别介绍如下。2 3 1 通用命令第一类命令为通用命令，对所有符合HART 协议的现场设备都适用。它们包括：读出制造厂及产品型号；读出主变量及单位；读出

21、电流的输出及百分比输出；读出最多 4 个预先定义的动态变量名；读出或写入 8 个字符的标牌号，16 个字符的描述内容 以及日期等；读出或写入 32 个字符信息；读出变送器的量程、单位以及阻尼时间常数；读出传感器串联数目及其限制；读出或写入最后组装数目；写入轮询地址；2 3 2 普通应用命令第二类命令为普通应用命令，适用于大部分符合HART 协议的产品，但不同公司的HART 产品可能会有少量区别，如写主变量单位，微调DA 的零点和增益等。主要包括：读出最多 4 个动态变量的选择；写入阻尼时间常数； 写入变送器量程； 标定（设置零点和量程）； 完成自检； 完成主机复位； 微调主变量零点； 写入主变

22、量单位； 微调 DAC 的零点和增益； 写入变送功能（开方 /线性）； 写入传感器串联数目； 读出或写入动态变量赋值；以上两类命令的规定使符合 HART 协议的产品具有一定的互换性。通常说的 协议产品的兼容就是在这两类命令上的兼容。2.3.3 特殊命令第三类命令为变送器特殊命令，仅适用于某种具体的现场设备。这是各家公司的产品 自己所特有的命令，不互相兼容，如特征化，微调传感头校正等。主要命令包括： 读出或写入开方小流量截断值；启动、停止或清除累积器； 选择主变量（质量流量或密度）；读出或写入组态信息资料； 微调传感器的标定； 在本课题中，有以下几个特殊命令：CMD#128 读传感器的材料、所充

23、液体等的信息以及读线性微调全调时的高、低微调 数值。CMD#129 写传感器的材料、所充液体等的信息CMD#130写传感器线性微调的全调的上限值CMD#131写传感器线性微调的全调的下限值CMD#132写传感器的类型和测量范围号CMD#133传感器特征化命令HART第二章 现场总线协议简介2.1 概论自从现场总线的思想诞生以来，各家公司和各组织开发了许多种用于工业现场仪表和控制室之间的数字通信协议。严格的来说，只有在最近通过的 协议才可以称为“ Fieldbus ”现场总线。据有关组织统计，现在有一定市场的总线约有四十 几种。这些总线标准根据各自的市场定位，在协议的复杂程度，报文长度，通信速率

24、，容 错性，总线的访问仲裁等方面有比较大的差距。有些协议基本上是瞄准同一应用市场的，如 Profibus-PA，FF，WorldFIP。其中有些总线协议是某公司的专利，如Lon works ;而有些是开放性的协议，如 FF, P-NET 等，大多数通信协议都是公开的。2.2 基金会现场总线(FF)协议现场总线基金会于1996 年推出了 FF 协议 1.0 版。FF 协议的特点是面向过程控制工业本质安全和二线制传输的要求，注重不同厂商设备具有完全的互操作性，即不损失任何功能的互操作性。在协议上，它在七层协议上增加了用户层(User Layer)，从而奠定了将控制进一步分散到现场，组成分布式应用的

25、基础。下面就比较深入的介绍这一协议。2.2.1 概论FF 基于 ISO 开放式系统互联网络(OSI，Open system interconnection)作为参考模型制订，由于现场总线是一种局域网，因而可以省略网络化传输层。为了使通信模型简单，提高通信效率，FF 采用了其中的第 1、2、7 层，在七层外另外增加了用户层。下图是 ISO OSI 7层模型与 FF 通信协议关系61:应用层报文子层现场总线访问子层表示层i11F会话层传输层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层图 2.2 : ISO OSI 7 层模型与 FF 通信协议关系FF 为了增强现场总线的功能，也为了不同厂商的系统、仪表具

26、有更高层次的可互操行 性，FF 协议在七层外另外增加了用户层。OSI 七层模型并非十全十美，在网络管理和流量控制等方面并不是很完善。FF 因而增加了网络管理部分。下面是FF 协议的结构图。IEC61158 标准中包含的总线图 2.3 : FF 系统结构图FF 不仅仅是一项通信技术，还是一项系统技术。它的技术内容包括以下几部分：1)FF 通信技术。 包括 FF 的通信模型、服务的定义、通信协议、网络管理和系统管理技 术。2)标 准 化 的 功 能 块 (Function Block) 和 功 能 块 应 用 进 程 (Function Block ApplicationProcess 技术。功能

27、块应用过程提供了一个框架，它将控制系统中常用的功能定义为功 能块，通过功能块之间的连接组成控制算法回路。每个功能块具有类似的数据结构、 处理流程，和一致的参数访问方法、输入输出接口。功能块技术便于不同制造商的产 品组合在同一个控制系统中使用。功能块应用过程的通用结构是实现开放系统构架的基础。3)设备描述(Device Description)技术。为了实现现场总线设备的互操作性，FF 采用了设备描述技术。设备描述语言(Device Description Language)是现场设备向控制系统描述它的资源和调用资源方法的标准语言。4)系统测试技术。 包括通信系统的一致性与可互操作性测试技术。一

28、致性和可互操作性 测试是为保证系统的开放性而采取的重要措施。以下将分别介绍协议的主要内容。2.2.2 FF 物理层FF 的物理层遵循 IEC61158-2 标准。物理层规定了传输媒体和传输速率、传输距离、 信号编码方式、供电方式、网络拓扑结构等63。FF 物理层定义了两种规范： H1 和 H2。 H1 标准支持总线供电和独立供电方式两种方 式，即现场设备可以直接从现场总线获取电源。 H1 现场总线支持本质安全系统标准，可以 在安全区的电源与危险区内的本安设备之间设置本安安全栅，限制流入危险场所的最大电 流、电压。 H1 的传输速度为31.25Kbit/s ，传输距离根据应用的导线媒体的差异有所

29、不同， 最大传输距离为 1900M。每段现场总线最多连接32 台设备，最多采用四个中继器。H1 现场总线规定了 3 种传输介质：双绞线、光纤和射频。网络拓扑结构为总线型或树型。H1 用于过程控制等应用场合。 H1 总线的直流供电电压范围为 9-32VDC ，但是在本安应用中， 电压范围应视绝缘层额定值而定。H2 总线标准主要面向制造业，高速工厂自动化，高级过程控制。原先的H2 标准已废除，目前采用以高速以太网为基础的 HSE 协议标准，最终标准即将发布。 H1 与 H2 之间采 用网桥相连。FF物理层编码方式物理层编码采用曼彻斯特双相-L 同步技术。曼彻斯特编码是一种自同步编码，接收方可以从接

30、收波形中解码数据和时钟。负跳变为编码1 ，正跳变为编码0 。下面给出它的示意图。图 2.4 :曼彻斯特编码波支形FF 采用同步通信的方式。物理层在数据链路层产生的数据报文上增加物理层帧头、帧尾。包括：前导码 -通信信号最前端的8 位二进制数(10101010);帧前定界码-标明帧信息的起点(1 N+N- 1 0 N- N+0);帧结束码-标明帧信息的结束：(1 N+N- N+N-1 0 1 )。现场设备类别根据设备是否为总线供电，是否可用于易燃易爆危险场合，和通信信号的区别，符合 H1 规范的设备分类情况如表2.1 所示：表格 2.1 : H1 规范的设备分类标准信号低功耗信号总线供电单独供电

31、总线供电单独供电本质安全型111112121122非本质安全型113114123124F 表为总线供电的本安型设备111 型的推荐参数:表格 2.2 :本安型设备 111 型的推荐参数参数设备允许电压设备允许电 流 设备输入电 源 设备残余容 抗 设备残余 感抗推荐值最小 24V最小 250mA1.2W5nF20 卩 H网络拓扑网络拓扑结构为总线型或树型。从有无网桥的角度来分，可以分为单网段拓扑和桥接网络拓扑。单网段拓扑结构网络没有网桥，桥接网络拓扑有一个以上的网桥。FF 协议规定任意两个现场仪表之间只能有一条通路，因而采用网桥的网络拓扑结构只能为树状网络，而不能为“图”等结构。如图所示：网段

32、 0IIIIii网段 1Pgrt Port网段 2图 2.5桥接网络拓扑网桥有一个以上的媒体访问端口，在图中用根，称为“根网桥”。由于 FF 没有包含路由选择的功能，因而网桥端口的数据流向只有两种：一种是流向“树”的根，另一种是从根流出。相应端口也有两类，Root port 和Down stream port。端口内保存有组态好的重发表和转发表，这两者是用来决定何时将本网 段上的数据转发到其它网段上去，以及以何种方式转发。2.2.3 FF 数据链路层数据链路层的主要功能是规定总线上传输数据的存取、控制方式和错误鉴别6465。FF现场总线设备可分为两种：基本设备(Basic Device)和链路

33、主设备(Link Master Device)。基本设备不能主动发起通信，链路主设备可以在得到令牌时发起一次通信。每个网络段上存 在唯一的特殊主设备一链路活动调度器(LAS: Link Active Scheduler)。总线上所有设备发送数据必须得到 LAS 许可。FF 通信协议采用了链路活动调度器(LAS)调度令牌传递的方式。LAS 可以有多个热备份。数据传输的方式分为调度传输(Schedule transfer)和非调度传输(Unscheduled transfer)两 种。受调度的通信是 LAS 在通信周期的特定时刻，按照调度表，发出强制数据帧( Compel Date)，设备接收到这

34、个帧以后，将欲发送的数据传送到总线上。非调度的通信是LAS 在调度表所规定的时间之外循环的向各个主设备发送传递令牌(PT )帧，设备在得到 PT后，就获得发起一次通信的机会。数据链路层提供三种数据传输类型：无连接数据传输、发行数据传输、请求/响应数据传输，分别与现场总线访问子层的发布/索取、报告分发、客户/服务器服务相对应。数据链路层协议数据单元 (DLDPU)提供数据链路的协议控制信息。协议控制信息有三 部分组成。第一部分是帧控制信息，包括8 位字节，指明了该DLDPU 的种类、地址长度、优先权等；第二部分是数据链路地址，包括目的地址与源地址，并非所有种类的 DLDPU 都具有目的地址与源地

35、址。如果第一部分控制信息字节的第五位为1,这说明数据链路地址为四个 8 位字节的长地址，反之，若第五位为0，说明数据链路地址为短地址，只有低位的两个 8 位字节为真正的地址信息，高位的字节为00,第三部分则指明了该类DLPDU 的参数。其协议控制信息的结构如表2.3 所示。表格 2.3 : DLDPL 的结构协议信息帧控制字节数据链路地址参数用户数据目的地址源地址第二源地址字节数14442nortortPort网段 3DownstreamportsPort网段 4桥接网络拓扑Port ”来表示。有一个网桥为“树”的2.2.4 FF 应用层FF 应用层分为 2 个子层，上层是应用层服务(Appl

36、ication Layer Services),由现场总线报文规范(FMS - Fieldbus Messaging Specification)定义，并为用户层提供服务；下层是现场总 线访问子层(FAS - Fieldbus Access Sublayer)，提供与数据链路层的接口。现场总线访问子层(FAS)向总线报文规范层提供服务， 对 FMS 和 AP 提供虚拟通信关 系 VCR 的报文传送服务。 FAS 共定义了三种服务方式：发布 /索取方式，客户机 /服务器方 式，报告分发方式。在现场总线网络中，设备之间可以通过预先组态好的通信信道，被称为虚拟通信关系VCR (Virtual Com

37、munication Relationship) 来传输报文。 FF 协议定义了以下三种 VCR：Publisher/Subscriber (发布 / 预订模式)，用于实现缓冲型的一对多通信。 Report Distribution (报告分发模式)，排队式、非周期的一对多通信。 Client/Server (客户机 / 服务器模式)，一对一的、排队式的、非周期通信。Client/Server (客户 / 服务器模式) 一个设备对另一个设备发送请求，请求者称为客户，响应这一请求称为服务器。在这 种通信模式中，数据通信按优先权排队。它是利用周期性通信的时间片间隔，存在通信中 断的可能。如果通信中

38、断，调用再发程序重新发送。Publisher/Subscriber (报告分发模式) 在 P/S (发布/预订模式)通信关系中，发布者向总线上广播它的信息，希望收到这一 发行消息的设备称为预订者。该 VCR 采用缓冲工作方式。缓冲工作方式是指只有最近发行 的数据保留在网络缓冲器中，新的数据会完全覆盖先前的数据。Report Distribution (客户机 /服务器模式)在 RD (报告分发模式)通信关系中，设备把它的报文分发给预设置的一组地址，数据 传输按照不同的报文类型进行排队。这种VCR 主要用于报警和趋势数据的传送。报文子层 (FMS) 定义了向 FF 用户层的应用进程对象提供的服务和报文格式，提供了用 户层各个功能块进行通信的标准方法。典型服务有如下：1)对象字典( Object Dictionary )：对总线上可见对象的访问方式进行描述。2)变量访问服务。3)事件服务：定义了接受事件通信、修改事件和确认事件的服务。2.2.5 FF 用户层FF