第四章 FF总线.

1、2022-5-29第六章第六章 FF总线总线天津职业技术师范大学天津职业技术师范大学刘玉亮刘玉亮2022-5-29主要内容主要内容vFfFf总线基本概念总线基本概念vFfFf总线的优势总线的优势vFfFf总线关键技术总线关键技术vFfFf总线应用系统总线应用系统2022-5-29现场总线基金会现场总线基金会(Fieldbus Foundation )(Fieldbus Foundation )1.1. 成立于成立于19941994年年2.2. 北美的北美的WorldFIPWorldFIP和和ISPISP两大集团合并为两大集团合并为FFFF3.3. 非营利为目的组织非营利为目的组织4.4. 约约

2、300300多个著名仪表供应商和最终用户加盟多个著名仪表供应商和最终用户加盟5.5. 开放互联，其技术成果由现场总线基金会拥有开放互联，其技术成果由现场总线基金会拥有和控制和控制6.6. 19961996年发布年发布FFFF通信协议第一版通信协议第一版H1H1（31.25kbps)31.25kbps)7.7. 20002000年年1111月月1 1日公布日公布 HSEHSE（100Mbps100Mbps高速以太网高速以太网）2022-5-29基金会现场总线基金会现场总线现场总线基金会现场总线基金会 (FIELDBUS FOUNDATION) (FIELDBUS FOUNDATION) 组织开组

3、织开发的基金会现场总线标准发的基金会现场总线标准 Ff ( FOUNDATION Ff ( FOUNDATION fieldbus) fieldbus) 成为成为IEC61158IEC61158总线国际标准的类型总线国际标准的类型1 1和类型和类型5 5，是通信技术和，是通信技术和DCSDCS技术的综合。是针技术的综合。是针对对自动化控制自动化控制的现场总线。的现场总线。FOUNDATION fieldbus Ff FOUNDATION fieldbus Ff 基金会现场总线技术基金会现场总线技术FIELDBUS FOUNDATION FF FIELDBUS FOUNDATION FF 现场总

4、线基金会现场总线基金会2022-5-29FfFf总线控制系统示意图总线控制系统示意图工作站工作站变送器变送器人机界面人机界面终端电阻终端电阻供电供电接线盒接线盒H1 Bus 电缆电缆以太网电缆以太网电缆电源调节器电源调节器阀门定位器阀门定位器HSE 链路设备链路设备终端电阻终端电阻H1 Bus2022-5-29 丰富的功能块模型丰富的功能块模型 统一的数据格式统一的数据格式 时间的同步时间的同步 控制的精确性控制的精确性 信息的发布和预定模式信息的发布和预定模式 具有极高的可用性具有极高的可用性 采用国际标准的控制网络采用国际标准的控制网络 可靠的网络管理功能可靠的网络管理功能 现场总线基金会

5、的技术涵盖了现场总线基金会的技术涵盖了ARC定义的协作式过程自动化系统的各定义的协作式过程自动化系统的各个关键方面个关键方面. 现场总线现场总线FfFf带来自动化技术的深刻变革带来自动化技术的深刻变革2022-5-29现场总线现场总线FfFf带来自动化技术的深刻变革带来自动化技术的深刻变革 现场总线基金会的技术采用功能块的结构，现场总线基金会的技术采用功能块的结构，这使得在现场的控制变成可能。在现场的控这使得在现场的控制变成可能。在现场的控制可以提高控制回路的完整性和可靠性。制可以提高控制回路的完整性和可靠性。 现场总线基金会的网络管理功能和链路活动现场总线基金会的网络管理功能和链路活动管理器

6、的技术可以确保网络的连续运行。管理器的技术可以确保网络的连续运行。 现场总线基金会的安全仪表系统现场总线基金会的安全仪表系统 (SIS)的概的概念将给仪表安全系统和特殊控制系统带来革念将给仪表安全系统和特殊控制系统带来革命性的变革。命性的变革。根据根据NIST (美国国家标准和技术学会美国国家标准和技术学会)的统计的统计, 由于由于控制系统的失灵和由于由于控制系统的失灵和操作人员对控制危机状况的解决不力而对美国经济造成的损失，每年高达操作人员对控制危机状况的解决不力而对美国经济造成的损失，每年高达200亿美元。亿美元。过程完整性过程完整性2022-5-29现场总线现场总线FfFf带来自动化技术

7、的深刻变革带来自动化技术的深刻变革 支持商业应用支持商业应用 生产管理生产管理 资产管理资产管理 企业上层应用企业上层应用 丰富的诊断信息丰富的诊断信息 现场总线基金会技术还提供增强的现场总线基金会技术还提供增强的跟踪、追溯、验证以及合规的能力跟踪、追溯、验证以及合规的能力基金会基金会现场总线技术采用现场总线技术采用“客户机客户机/服务器的技术，实现企业的各个层面服务器的技术，实现企业的各个层面商业智能的高度集成。商业智能的高度集成。商业智能化商业智能化2022-5-29现场总线现场总线FfFf带来自动化技术的深刻变革带来自动化技术的深刻变革 不论是不论是HSE还是还是H1总线，基金会总线，基

8、金会现场总线技术的功能块都是一样现场总线技术的功能块都是一样的的 基金会现场总线的系统不需要停基金会现场总线的系统不需要停车，就可进行扩展。车，就可进行扩展。 设备可以在线增加，或进行设备可以在线增加，或进行“热热”切换；切换； 现场总线基金会技术支持在线软现场总线基金会技术支持在线软件下载和升级。件下载和升级。基金会技术没有规模的限制，从最小的到最大的过程自动化系统都能适用。基金会技术没有规模的限制，从最小的到最大的过程自动化系统都能适用。基金会技术的开放性，以及它不依赖于特定的操作系统或供应商平台的特点，基金会技术的开放性，以及它不依赖于特定的操作系统或供应商平台的特点， 使它能够很容易地

9、采用新建立的标准。使它能够很容易地采用新建立的标准。开放的、规模可变开放的、规模可变的集成的集成2022-5-29已经认证的总线设备已经认证的总线设备2022-5-29应用于各行各业应用于各行各业 68% 68% 的项目选择的项目选择基金会现场总线技术基金会现场总线技术超过超过 10,500 10,500 套总线系统套总线系统 2022-5-29FfFf技术特色技术特色vFfFf不仅是一种总线，而且是一个系统，是网络不仅是一种总线，而且是一个系统，是网络系统，也是自动化系统。系统，也是自动化系统。可以理解为是可以理解为是DCS+DCS+网网络。，它使系统即具有自动控制能力，又具有络。，它使系统

10、即具有自动控制能力，又具有网络化数字通信能力。其网络通信围绕自动化网络化数字通信能力。其网络通信围绕自动化任务进行。任务进行。vFfFf系统是全分布式自动化系统。系统是全分布式自动化系统。vFfFf系统是通信网络，而各种自动化设备作为其系统是通信网络，而各种自动化设备作为其网络节点，实现信息共享和自动化功能。节点网络节点，实现信息共享和自动化功能。节点具有通信能力、控制功能。具有通信能力、控制功能。vFfFf总线能够通过网关与管理信息系统对接，为总线能够通过网关与管理信息系统对接，为管控一体化提供条件。管控一体化提供条件。2022-5-29FfFf主要技术内容主要技术内容1.1. 通信技术通信

11、技术2.2. 标准化功能块（标准化功能块（FBFB）与功能块应用进程（）与功能块应用进程（FBAPFBAP）3.3. 设备描述（设备描述（DDDD）与设备描述语言（）与设备描述语言（DDLDDL）4.4. 通信控制器与智能仪表或工控机之间的接口技通信控制器与智能仪表或工控机之间的接口技术术5.5. 系统集成技术系统集成技术6.6. 系统测试技术系统测试技术2022-5-29通信技术通信技术v基金会现场总线的通信技术包括基金会现场总基金会现场总线的通信技术包括基金会现场总线的通信模型、通信协议、通信控制器芯片、线的通信模型、通信协议、通信控制器芯片、网络与系统管理等内容。它涉及一系列与网络网络与

12、系统管理等内容。它涉及一系列与网络相关的硬软件，例如通信准软件、被称之为圆相关的硬软件，例如通信准软件、被称之为圆卡的仪表用通信接口卡、卡的仪表用通信接口卡、FFFF与计算机的接口卡、与计算机的接口卡、各种网关、网桥叫继器等。它是现场总线的核各种网关、网桥叫继器等。它是现场总线的核心基础技术之一。心基础技术之一。2022-5-29标准化功能块（标准化功能块（FBFB）与功能块应用进程（）与功能块应用进程（FBAPFBAP）vFFFF提供一个通用结构，把实现控制系统所需的提供一个通用结构，把实现控制系统所需的各种功能划分为功能模块，使其公共特征标准各种功能划分为功能模块，使其公共特征标准化，规定

13、它们各自的输人、输出、算法、事件、化，规定它们各自的输人、输出、算法、事件、参数和块控制图，并把它们组成为可在某个现参数和块控制图，并把它们组成为可在某个现场设备中执行的应用进程。便于实现不同制造场设备中执行的应用进程。便于实现不同制造商产品的混合组某与调用。功能块的通用结构商产品的混合组某与调用。功能块的通用结构是实现开放系统构架的基础，也是实现各种网是实现开放系统构架的基础，也是实现各种网络功能上自动化功能的基础。络功能上自动化功能的基础。2022-5-29设备描述设备描述(DD)(DD)与设备描述语言与设备描述语言(DDL) (DDL) v 为实现现场总线设备的互操作性，支持标准的功能块

14、操为实现现场总线设备的互操作性，支持标准的功能块操作，基金会现场总线采用了设备描述技术。设备描述是作，基金会现场总线采用了设备描述技术。设备描述是控制系统为理解来自现场设备的数据意义提供必需的信控制系统为理解来自现场设备的数据意义提供必需的信息，因而也可以将其看作控制系统或主机对某个设备的息，因而也可以将其看作控制系统或主机对某个设备的驱动程序，即设备描述是设备驱动的基础。驱动程序，即设备描述是设备驱动的基础。v 设备描述语言是一种用以进行设备描述的标准编程语言。设备描述语言是一种用以进行设备描述的标准编程语言。采用设备描述编程器，把采用设备描述编程器，把DDLDDL编写的设备描述的源程序编写

15、的设备描述的源程序转化为机器可读的输出文件。控制系统正是凭借这些机转化为机器可读的输出文件。控制系统正是凭借这些机器可读的输出文件来理解来自各制造商的设备的数据意器可读的输出文件来理解来自各制造商的设备的数据意义。现场总线基金会把基金会的标准义。现场总线基金会把基金会的标准DDDD和经基金会注册和经基金会注册过的制造商附加过的制造商附加DDDD写成写成CD-ROMCD-ROM，提供绍用户。，提供绍用户。 2022-5-29通信控制器与智能仪表或工控机之间的接口技术通信控制器与智能仪表或工控机之间的接口技术v在现场总线的产品开发中，常采用在现场总线的产品开发中，常采用OEMOEM集成方法集成方法

16、构成新产品，即把构成新产品，即把FFFF集成通信控制芯片、通信集成通信控制芯片、通信栈软件、圆卡等部件与完成测量控制功能的部栈软件、圆卡等部件与完成测量控制功能的部件集成起来，组成现场智能设备。件集成起来，组成现场智能设备。 2022-5-29系统测试技术系统测试技术v系统测试技术包括通信系统的一致性与互可操系统测试技术包括通信系统的一致性与互可操作性测试技术，总线监听分析技术，系统的功作性测试技术，总线监听分析技术，系统的功能、性能测试技术等。能、性能测试技术等。v一致性和互可操作性是保证系统开放性而采取一致性和互可操作性是保证系统开放性而采取的重要措施。的重要措施。2022-5-29FfF

17、f总线分类及拓扑结构总线分类及拓扑结构v FFFF现场总线两种类型，即现场总线两种类型，即H1H1和和HSEHSEv HSE-HSE-高速现场总线，通信速率为高速现场总线，通信速率为100Mbps100Mbps， 采用冗余技术，采用冗余技术，只有总线型拓扑结构只有总线型拓扑结构. .v H1-H1-用于过程自动化的低速总线用于过程自动化的低速总线, ,通信速率为通信速率为31.2531.25kbps,kbps,可可以以总线供电总线供电, ,并提供本质安全并提供本质安全.H1.H1的拓扑结构可采用总线型的拓扑结构可采用总线型, ,树树型和菊花链型拓扑结构型和菊花链型拓扑结构, ,在同一网段可以是

18、混合型拓扑结构在同一网段可以是混合型拓扑结构. .v HSEHSE和和H1H1之间通过链路设备之间通过链路设备LDLD连接连接. .2022-5-29基金会现场总线技术基金会现场总线技术-FF(H1)-FF(H1)通信模型通信模型vFF(H1)FF(H1)通信模型符合国际标准化组织通信模型符合国际标准化组织ISOISO定义的开定义的开放系统互连放系统互连OSIOSI参考模型，采用参考模型，采用7 7层参考模型中的层参考模型中的3 3层，并增加了用户层，按层次分为四层，即：层，并增加了用户层，按层次分为四层，即： Physical LayerPhysical Layer 物理层物理层 Data

19、Link Layer Data Link Layer 数据链路层数据链路层 Application Layer Application Layer 应用层应用层 UserUser Layer Layer 用户层用户层2022-5-29基金会现场总线（基金会现场总线（FFFF）通信模型）通信模型应用层应用层 7 7表示层表示层 6 6会话层会话层 5 5传输层传输层 4 4网络层网络层 3 3数据链路层数据链路层 2 2物理层物理层 1 1OSI参考模型参考模型FF通信模型通信模型用户层用户层用户层用户层现场总线报文规范子层（现场总线报文规范子层（FMSFMS）现场总线访问子层（现场总线访问子层

20、（FASFAS）FMS/FDAFMS/FDA省略省略3-63-6层层 TCP/UDPTCP/UDPIPIPH1H1数据链路层数据链路层数据链路层数据链路层 H1H1物理层物理层 物理层物理层H1HSE2022-5-292022-5-292022-5-29FFFF总线协议数据的构成层次总线协议数据的构成层次2022-5-29物理层物理层 数据链路层数据链路层现场总线访问子层现场总线访问子层（FASFAS） 现场总线报文规范现场总线报文规范 子层（子层（FMSFMS） 通信栈通信栈 用户层用户层 现场总线现场总线现场设备和连线现场设备和连线通信管理通信管理: - 调度调度 - 数据传送类型及目的设

21、备数据传送类型及目的设备 - 通信支持和管理通信支持和管理 功能块功能块 - 资源块资源块 - 转换块转换块 - 功能块功能块基金会现场总线基金会现场总线H1H1通信模型通信模型H1 H1 总线物理信号波形与网络配置总线物理信号波形与网络配置VoltageTimeDC bias9 to 32 Volts0.75 to 1.0 V p-p现场总线信号现场总线信号Device Current+0ReceivingTransmitting现场设备现场设备15 to 20 mA p-p100 OhmPowerSupply100 Ohm现场总线网络现场总线网络CC信号波形信号波形31.25 Kbit/s

22、H1H1网段拓扑构成网段拓扑构成主设备主设备总线设备可以连接设备可以连接在支线上在支线上现场设备现场设备终端器终端器终端器终端器总线现场总线现场总线供电电源供电电源最长最长1900M电源调理器电源调理器2022-5-29H1H1网络拓扑结构网络拓扑结构v 干线（干线（ T Trunk): H1runk): H1网段中通信主干线，作为其网段中通信主干线，作为其他线路（支线）主要传输源，是网络中任何两个他线路（支线）主要传输源，是网络中任何两个设备间最长的电缆路径。设备间最长的电缆路径。v 支线（支线（Spur): H1Spur): H1网络干线上的分支，每条支线上网络干线上的分支，每条支线上可接

23、可接1-41-4台现场设备。台现场设备。v 网络：由介质，联结器及其关联的通信部件联接网络：由介质，联结器及其关联的通信部件联接所组成的所组成的 ，它能把通信设备联接在一起。，它能把通信设备联接在一起。v 段：被它的特性阻抗（通过终端器）所终结的现段：被它的特性阻抗（通过终端器）所终结的现场总线的一个部分（终端器连接到总线的场总线的一个部分（终端器连接到总线的H1H1卡）。卡）。 Control Room EquipmentJunction BoxSpursTrunkSplices H1H1网络拓扑结构网络拓扑结构2022-5-29Junction BoxJunction Box2022-5-

24、29H1H1网络设备网络设备v 电源：为总线或现场设备供电。电源：为总线或现场设备供电。v 本质安全栅：本质安全栅：H1H1的安全场所与危险场所的隔离器。的安全场所与危险场所的隔离器。v 终端器：用在传输电缆的两端的阻抗匹配器，每条总线段终端器：用在传输电缆的两端的阻抗匹配器，每条总线段需要需要2 2个终端器。个终端器。v 网桥：用于连接不同传输速率或不同传输介质的网络设备。网桥：用于连接不同传输速率或不同传输介质的网络设备。v 中继器：用于扩展现场总线网络，中继器：用于扩展现场总线网络，H1H1网络上的任意网络上的任意2 2台设台设备之间最多可以使用备之间最多可以使用4 4台中继器。（台中继

25、器。（A A型电缆，最大距离型电缆，最大距离95009500m)m)2022-5-29v Virtual Communication Relationships (VCRs) Virtual Communication Relationships (VCRs) v FFFF网络通信中网络通信中, ,现场设备的信息传送，是通过应用进程之间的现场设备的信息传送，是通过应用进程之间的逻辑上的连接进行的，这种通信连接称为虚拟通信关系逻辑上的连接进行的，这种通信连接称为虚拟通信关系VCRVCR。FFFF的通信关系的通信关系VCRVCR2022-5-29数据传输的三种方式数据传输的三种方式v 发布发布/

26、/预定预定 定制定制 周期周期 实时实时 点对点点对点 由由LASLAS管理管理v 客户客户/ /服务器服务器 非定制非定制 用户发起用户发起 非实时非实时v 报告分发报告分发 非定制非定制 报警和事件报警和事件 非实时非实时 时间戳时间戳LAS2022-5-29数据通信数据通信 (VCR)(VCR)FCFT发布发布-预订预订客户客户-服务器服务器报告分发报告分发Device must open communication channels to talk to remote devices.2022-5-292022-5-29FFFF通信设备类型通信设备类型按照设备的通信能力，按照设备的通信

27、能力，FfFf将通信设备分为三种类型：将通信设备分为三种类型：v 链路主设备（链路主设备（Link Master DeviceLink Master Device）：有能力成为链路活）：有能力成为链路活动调度器动调度器LASLAS（Link Active SchedulerLink Active Scheduler）的设备，包括主）的设备，包括主机接口或某些基本设备。机接口或某些基本设备。v 基本设备基本设备Basic DeviceBasic Device：具备基本通信能力，即只能接受：具备基本通信能力，即只能接受总线命令作出响应的总线设备，不具备总线命令作出响应的总线设备，不具备LASLAS

28、能力。能力。v 网桥网桥BridgeBridge：用于连接不同传输速率或不同传输介质的设：用于连接不同传输速率或不同传输介质的设备，比如将下游各个备，比如将下游各个H1H1网段连接在一起的设备，同时也是网段连接在一起的设备，同时也是H1H1和和HSEHSE接口设备，它必须成为链路主设备。接口设备，它必须成为链路主设备。2022-5-29FFFF的链路活动调度器的链路活动调度器LASLAS（Link Active SchedulerLink Active Scheduler）v LAS LAS 是总线段上的调度中心是总线段上的调度中心, ,具有总线上所有设备的清单和链路活动具有总线上所有设备的清

29、单和链路活动调度表，控制通信介质上数据传输活动调度表，控制通信介质上数据传输活动, ,任何时刻每个总线段上都只任何时刻每个总线段上都只有一个有一个LASLAS处于工作状态。处于工作状态。v LASLAS功能：功能： 向设备发送强制数据向设备发送强制数据CD;CD; 向设备发送传递令牌向设备发送传递令牌PT;PT; 为新入网设备探测未用地址；为新入网设备探测未用地址； 定期对总线短发布数据链路时间和调度时间；定期对总线短发布数据链路时间和调度时间； 监视设备对传递令牌监视设备对传递令牌PTPT的响应。的响应。FFFF的链路活动调度器的链路活动调度器FieldbusLASBASIC DEVICEL

30、AS = Link Active SchedulerLINK MASTERDEVICELINK MASTERDEVICEBASIC DEVICEBASIC DEVICEBASIC DEVICELASXFFFF的链路活动调度器的链路活动调度器H1 H1 设备标识设备标识v 现场设备标识：现场设备标识： 设备标识设备标识Device IDDevice ID由设备制造商提供的序列号由设备制造商提供的序列号 serial numberserial number例如：例如： 003453ACME39483847003453ACME39483847 设备位号设备位号Device Name (TAG)Dev

31、ice Name (TAG)由用户为操作设置由用户为操作设置例如例如: TT-101: TT-101 设备网络地址设备网络地址Device AddressDevice Address在网段上的唯一地址在网段上的唯一地址例如例如: 33: 332022-5-29v HSEHSE特点特点 100 Mbit (100 Mbit (允许允许 10Mbit, 1Gbit)10Mbit, 1Gbit) Wire and Fiber Optic Wire and Fiber Optic 双绞线和光缆双绞线和光缆 Standard Ethernet Interfaces Standard Ethernet I

32、nterfaces 标准以太网接标准以太网接口口 Standard Ethernet SwitchesStandard Ethernet Switches标准以太网集线器标准以太网集线器 Standard Ethernet wiring practicesStandard Ethernet wiring practices标准以标准以太网接线规则太网接线规则 Linking Devices Linking Devices 链接设备链接设备( (网关和网桥）网关和网桥） Redundancy Redundancy 冗余冗余高速以太网高速以太网HSEHSE2022-5-29FFFF现场总线主要技术

33、现场总线主要技术vFFFF通信技术通信技术v功能块技术功能块技术v设备描述技术设备描述技术v系统测试技术系统测试技术2022-5-29功能块应用进程功能块应用进程v 功能块应用进程，提供通用结构，将控制系统所需功能功能块应用进程，提供通用结构，将控制系统所需功能划分为功能模块，使其公共特征标准化。划分为功能模块，使其公共特征标准化。v 功能块的应用进程构成自动控制回路，完成自动化系统功能块的应用进程构成自动控制回路，完成自动化系统任务，达到基金会现场总线的目的，这是任务，达到基金会现场总线的目的，这是FFFF与一般通信与一般通信总线的区别。总线的区别。2022-5-29BLOCK 模块模块Fu

34、nction功能块功能块Resource资源块资源块Transducer转换块转换块典型用户应用块典型用户应用块FFFF规定了基于模块的用户应用，规定了基于模块的用户应用，总线设备包含三种类型的总线设备包含三种类型的用户应用块，即资源块，转换块和功能块。用户应用块，即资源块，转换块和功能块。2022-5-29FIELDVUETransducer(Servo)BlockFunctionBlock(s)ResourceBlockfieldbus资源块资源块设备特性设备特性: - 设备名称设备名称 - 制造厂商制造厂商 - 设备序列号设备序列号- 允许特性允许特性功能块功能块定义控制算法特性定义控制

35、算法特性: - AI, AO, DI, DO, PID, etc.- 多于多于30个以上类型个以上类型 - 主机完成控制策略组态主机完成控制策略组态 转换块转换块传感器接口传感器接口 - 校验信息校验信息- 组态信息组态信息典型用户应用块典型用户应用块2022-5-29描述设备的一般信息，包括：描述设备的一般信息，包括：Manufacturer NameManufacturer Name 制造厂商制造厂商Model NumberModel Number 模件系列号模件系列号Materials of ConstructionMaterials of Construction 设备材质设备材质De

36、vice OptionsDevice Options 设备可选项，取决于所选设设备可选项，取决于所选设备备单一设备的资源块是唯一的单一设备的资源块是唯一的Resource Block Resource Block 资源块资源块2022-5-29Transducer Block Transducer Block 转换块转换块v 用于变送器和传感器的接口，读取传感器数据，包括设用于变送器和传感器的接口，读取传感器数据，包括设备调校和其他数据。备调校和其他数据。 Device calibration information Device calibration information 设备标定信设备

37、标定信息（量程、线性化）息（量程、线性化） Sensor data Sensor data 传感器数据（类型，组态）传感器数据（类型，组态） 线性化处理、线性化处理、I/OI/O数据表示数据表示v 转换块不含运用数据的功能块转换块不含运用数据的功能块v 通常输入输出功能块内会有一个转换块通常输入输出功能块内会有一个转换块v 单一设备的转换块可以有多个。单一设备的转换块可以有多个。v 转换块的模式可以组态，在对设备进行标定时，模快必转换块的模式可以组态，在对设备进行标定时，模快必须设置为须设置为OOSOOS状态。状态。传感器通过转换块相连传感器通过转换块相连SensorTransducerAna

38、logInputBlockActuatorTransducerAnalogOutputBlock执行器通过转换块相连执行器通过转换块相连转换块转换块A/D RE-RANGE CALIB 转换块转换块Function Block Channel 序号 和现场变送器和现场变送器/执行器相关的其他功能执行器相关的其他功能2 3 1 Channel 2 ProcessedSignals orTargetPosition功能块通过功能块通过“Channels”从转换快获得数据从转换快获得数据2022-5-29Function Blocks Function Blocks 功能块功能块v 功能块是参数、算

39、法和事件的完整组合，由外部事件驱功能块是参数、算法和事件的完整组合，由外部事件驱动功能块的执行，通过算法将输入参数转换为输出参数，动功能块的执行，通过算法将输入参数转换为输出参数，不同的功能块组合成用户所需的控制策略，实现应用系不同的功能块组合成用户所需的控制策略，实现应用系统的控制功能，功能块的输入输出参数可以跨网段实现统的控制功能，功能块的输入输出参数可以跨网段实现连接。单一设备可以有多个功能块。连接。单一设备可以有多个功能块。v 设备中的功能块取决于所选设备的类型，以设备中的功能块取决于所选设备的类型，以30513051为例，为例，包含包含2 2个个AIAI功能块，功能块，1 1个个PI

40、DPID块。块。2022-5-292022-5-29功能块应用进程中模块及其与对象的连接功能块应用进程中模块及其与对象的连接2022-5-29说明说明(1)(1)连接对象连接对象v 连接对象规定了功能块之间的连接关系，它包括一个设连接对象规定了功能块之间的连接关系，它包括一个设备内部各块之间的连接关系，也包括跨越现场总线的不备内部各块之间的连接关系，也包括跨越现场总线的不同设备间的输人与输出之间的连接关系。为了组成系统，同设备间的输人与输出之间的连接关系。为了组成系统，在在APAP之间和之间和APAP内部用连接对象把不同功能块连接在一起，内部用连接对象把不同功能块连接在一起，用来记录这类信息的

41、对象称为连接对象。运用连接对象用来记录这类信息的对象称为连接对象。运用连接对象来定义输人输出参数之间的连接关系，定义从外部访问来定义输人输出参数之间的连接关系，定义从外部访问观测对象、趋势对象和报警对象时的连接关系。连接对观测对象、趋势对象和报警对象时的连接关系。连接对象要识别被连接的参数或对象，识别用于传输数据的象要识别被连接的参数或对象，识别用于传输数据的FMSFMS服务，识别用于传输数据的虚拟通信关系服务，识别用于传输数据的虚拟通信关系VCRVCR。对跨。对跨越现场总线的不同设备间的输人输出参数连接，还要远越现场总线的不同设备间的输人输出参数连接，还要远程识别其参数或对象。程识别其参数或

42、对象。2022-5-29说明说明(2)(2)趋势对象趋势对象 趋势对象允许将功能块参数局部趋势化，它可以被主机趋势对象允许将功能块参数局部趋势化，它可以被主机或其他设备访问。趋势对象收集短期历史数据并存储在或其他设备访问。趋势对象收集短期历史数据并存储在一个设备中，它提供了回顾其特征的历史信息。一个设备中，它提供了回顾其特征的历史信息。(3)(3)报警对象报警对象 报警对象用于通知报警状态和控制网络中发生的事件。报警对象用于通知报警状态和控制网络中发生的事件。当判断出有报警或事件发生时，报警对象生成通知报文。当判断出有报警或事件发生时，报警对象生成通知报文。报警对象监测块状态。它在报警和事件发

43、生时，发出事报警对象监测块状态。它在报警和事件发生时，发出事件通知，并在一个特定的响应时间内等待响应。如果在件通知，并在一个特定的响应时间内等待响应。如果在预定时间内没有收到响应，将重发事件通知，以确保报预定时间内没有收到响应，将重发事件通知，以确保报警信息不会丢失。为功能块、事件报告规定了两类报警。警信息不会丢失。为功能块、事件报告规定了两类报警。当功能块偏离了一个特定的状态时，例如当一个参数越当功能块偏离了一个特定的状态时，例如当一个参数越过了规定的门限时，采用事件报道状态变化。不仅是在过了规定的门限时，采用事件报道状态变化。不仅是在功能块变为特殊状态时，对其特殊状态采用报警，而且功能块变

44、为特殊状态时，对其特殊状态采用报警，而且当它返回到正常状态时也使用报警，以表明状态发生了当它返回到正常状态时也使用报警，以表明状态发生了变化。变化。2022-5-29说明说明(4)(4)观测对象观测对象 观测对象支持功能块的管理和控制，提供对状态与操作观测对象支持功能块的管理和控制，提供对状态与操作的可视性，观测对象将操作数据转换成组并做相应处理，的可视性，观测对象将操作数据转换成组并做相应处理，使参数可被一个通信请求成组地访问。通过预先定义观使参数可被一个通信请求成组地访问。通过预先定义观测对象，把人机接口采用的块参数组分成儿类。功能块测对象，把人机接口采用的块参数组分成儿类。功能块规范中为

45、每种功能块规定了规范中为每种功能块规定了4 4个观测对象。表个观测对象。表6 62020表示表示了如何把一般功能块参数按观测对象分组的情况。它只了如何把一般功能块参数按观测对象分组的情况。它只给出功能块参数的部分列表。给出功能块参数的部分列表。1 1# #观测对象观测对象 过程运行的过程运行的动态信息，工厂操作人员监控生产过程所需要的信息。动态信息，工厂操作人员监控生产过程所需要的信息。2 2 # #观测对象观测对象 过程运行的静态信息，可能需要读取一次，过程运行的静态信息，可能需要读取一次，然后与动态数据一起显示的信息。然后与动态数据一起显示的信息。3 3 # #观测对象一一正观测对象一一正

46、在变化的动态信息，在细目显示中可能需要参照这些动在变化的动态信息，在细目显示中可能需要参照这些动态信息。态信息。4 4 # #观测对象一一其他静态信息，如组态与维观测对象一一其他静态信息，如组态与维护信息。护信息。v 关键概念：关键概念： 功能块驻留在实际设备中功能块驻留在实际设备中 制造商可以制造商可以增强增强功能块功能块 制造商可以创建制造商可以创建用户化用户化功能块功能块 1010个标准功能块个标准功能块(Part 2)(Part 2) 1111个先进功能块个先进功能块 (Part 3)(Part 3) 8 8个高级功能块个高级功能块 (Part 3)(Part 3) 4 4个多输入个多

47、输入/ /多输出功能块多输出功能块 (Part 4)(Part 4) 柔性功能块柔性功能块 (Part 5)(Part 5)功能块功能块2022-5-29基本模块基本模块2022-5-292022-5-29高级模块（先进高级模块（先进+ +高级）高级）2022-5-29利用功能块可以实现多种复杂应用利用功能块可以实现多种复杂应用2022-5-292022-5-29现场控制实例现场控制实例2022-5-29利用功能块的监控系统利用功能块的监控系统2022-5-292022-5-292022-5-29AIAI模块内部结构图模块内部结构图2022-5-292022-5-292022-5-292022

48、-5-29单回路单回路PIDPID控制配置控制配置2022-5-292022-5-29控制回路配置控制回路配置2022-5-29柔性功能块柔性功能块任何应用可在现场总线（黑匣子）中实现AIAIDIDIDIDODOAOINININ_D应用算法用下列书写：应用算法用下列书写：阶梯逻辑，阶梯逻辑，C+Basic，FB，其他，其他IN_DIN_DOUT_DOUT_DOUT包含的参数包含的参数2022-5-29功能块应用进程应用功能块应用进程应用AO ML Manual ControlAOFeedback ControlAIAIPIDPDAIDIAODOInputOutputAOOverride Con

49、trolAIAIPIDPIDSSAORatio ControlAIRAAIPIDAOCascade ControlAIPIDAIPIDSplit Range ControlAOAOAIBGBGPIDAOTrack, FeedforwardCapability in ControlAIPIDAOAIDI2022-5-292022-5-29出版方出版方/ /预定者预定者在控制器中执行在控制器中执行PID3 CD VCRs1变送器变送器到到控制器控制器2控制器控制器到到阀门阀门PID 在控制器中在控制器中3阀门阀门到到控制器控制器2022-5-29出版方出版方/ /预定者预定者在变送器中执行在变送器

50、中执行PID2 CD VCRs1变送器变送器到到阀门阀门PID 在变送器中在变送器中2阀门阀门到到变送器变送器2022-5-29出版方出版方/ /预定者预定者在阀门定位器中执行在阀门定位器中执行PID1 CD VCR1变送器变送器到到阀门阀门PID 在阀门中在阀门中功能块调度功能块调度AIOUTAOPIDBKCAL_OUTCAS_INBKCAL_INOUTINTransmitterPositionerFieldbusBus CommunicationInternal Communication功能块调度功能块调度时间时间预定的周期性通信预定的周期性通信 非周期通信非周期通信AIPIDAO执行预

51、定的周期性通信执行预定的周期性通信宏周期宏周期宏周期宏周期2022-5-29现场总线基金会支持主要技术现场总线基金会支持主要技术vFFFF通信技术通信技术v功能块技术功能块技术v设备描述技术设备描述技术v系统测试技术系统测试技术2022-5-29设备描述设备描述DDDD 设备描述设备描述(DD(DD，Device Descriptions)Device Descriptions)：设：设备描述是基金会现场总线为实现可互操作性而备描述是基金会现场总线为实现可互操作性而提供的一个重要工具。提供的一个重要工具。 DDDD内包括参数标签、工程单位、要显示的内包括参数标签、工程单位、要显示的十进制数、参

52、数关系、量程与诊断菜单。十进制数、参数关系、量程与诊断菜单。2022-5-29DDs DDs 和互操作性和互操作性EDDL2022-5-29设备描述设备描述DDDD 设备描述设备描述DDDD由称为设备描述语言由称为设备描述语言(DDL)(DDL)的标准编的标准编程语言编写实现。程语言编写实现。DDDD由两个部分组成：由两个部分组成： 由基金会提供的为所有标准的功能块和转换块的由基金会提供的为所有标准的功能块和转换块的设备描述，它包括由设备描述，它包括由DDLDDL描述的一组标准块及参描述的一组标准块及参数定义。数定义。 由设备制造商提供的包括由由设备制造商提供的包括由DDLDDL描述的设备功能

53、描述的设备功能的特殊部分，如设备的量程、诊断程序等。的特殊部分，如设备的量程、诊断程序等。以上两部分结合在一起，完整地描述了设备的特以上两部分结合在一起，完整地描述了设备的特性。性。2022-5-29设备描述分层图示设备描述分层图示2022-5-29有关名词有关名词vDevice Description (DD until 2003) Device Description (DD until 2003) = Electronic Device Description = Electronic Device Description (EDD)(EDD) “E E” in in “EDDEDD” = = “ElectronicElectronic”vEnhanced EDD = Improved visualization in Enhanced EDD = Improved visualization in EDDEDD什么是什么是EDDL?EDDL?vEDDLEDDL是电子设备描述语言是电子设备描述语言vEDDLEDDL是基于文本的语言是基于文本的语言v两部分组成两部分组成 一个描述设备信息的文件（一个描述设备信息的文件（CDCD，因特网），因特网） 一个主机应用服务，通过此服务主机从现场设备一个主机应用服务，通过此服务主机从现场设备中取信息中取信息2022-5-29现场总