现场总线FF主要技术

2023-11-22 理论教育版权反馈

【摘要】：基金会现场总线系统又是通信网络。正因为基金会现场总线是工厂底层网络和全分布自动化系统，围绕这两个方面形成了它的技术特色。

基金会现场总线的最大特征就在于它不仅仅是一种总线，而且是一个系统，是网络系统，也是自动化系统。它作为新型自动化系统，区别于传统自动化系统的特征在于它所具有的数字通信能力，它使自动化系统的结构具备了网络化特征。而它作为一种通信网络，有别于其他网络系统的特征则在于它位于工业生产现场，其网络通信是围绕完成各种自动化任务进行的。

基金会现场总线系统作为全分布式自动化系统，要完成的主要功能是对工业生产过程的各个参数进行测量、信号变送、控制、显示和计算等，实现对生产过程的自动检测、监视、自动调节、顺序控制和自动保护，保障工业生产处于安全、稳定和经济的运行状态。这里的全分布式是相对其他类别的自动化系统而言的。目前在工业生产中广为采用的DCS系统就被称为集散式或分布式系统，它打破了计算机控制系统发展初期由单台计算机统管整个车间甚至工厂的集中控制模式，把整个生产过程分解为多个子系统，由多台计算机共同协作完成自控系统功能的结构模式，每台计算机或微处理器独立承担其中某一部分功能。这种系统克服了集中控制模式中危险集中的弊端，但在其系统的物理结构上，仍然为数字控制器与模拟变送器组成的模拟-数字混合系统。模拟变送器位于工艺设备的生产现场，而控制器一般位于集中控制室。从构成控制系统的信号流的角度来看，在现场把被控参数转换为测量信号后，将其送往位于集中控制室的控制器，经控制运算后，再把所得到的操作信号由控制室送往位于生产现场的调节阀或控制电动机。这样，即使是一个简单回路控制系统，其信号的必经路径也会较长，因而会引发许多弊端和隐患。比如当控制室与现场之间的连线出现断线或短路故障时，控制室的计算机或控制器将对生产现场失去控制，而单凭现场仪表又不能实现控制功能，这样将会给生产造成影响。全分布式自动化系统则把控制功能完全下放到现场。仅由现场仪表即可构成完整的控制功能。由于新型的基金会现场总线的现场变送、执行仪表（以下也把它们称为现场设备）内部都具有微处理器，现场设备内部可以装入控制计算模块，只需通过处于现场的变送器、执行器之间连接，便可组成控制系统。因而全分布式无疑将增强系统的可靠性和系统组织的灵活性。当然，这种控制系统还可以与其他系统或控制室的计算机进行信息交换，以构成各种高性能的控制系统。

基金会现场总线系统又是通信网络。它把具备通信能力，同时具有控制、测量等功能的现场自控设备作为网络的节点，由现场总线把它们互联为网络。通过网络上各节点间的操作参数与数据调用，实现信息共享与系统的各项自动化功能，因而作为网络节点的现场设备内具备通信接收、发送与通信控制能力。它们的各项自动化功能是通过网络节点间的信息传输、连接、各部分的功能集成而共同完成的。从这个意义上讲，可以把它们称为网络集成自动化系统。网络集成自动化系统的目的是实现人与人、机器与机器、人与机器、生产现场的运行控制信息与办公室的管理决策信息的沟通和一体化。借助网络的信息传输与数据共享，组成多种复杂的测量、控制和计算功能，更有效、方便地实现生产过程的安全、稳定和经济运行，并进一步实现管控一体化。

基金会现场总线作为工厂的底层网络，相对一般广域网、局域网而言，它是低速网段，其传输速率的典型值为31.25 kbit/s。它可以由单一总线段或多总线段构成。还可以通过网关或网卡与工厂管理层的以太网段挂接，打破了多年来未曾解决的自动化信息孤岛的格局，形成了完整的工厂信息网络，为实现管控一体化提供了条件。

正因为基金会现场总线是工厂底层网络和全分布自动化系统，围绕这两个方面形成了它的技术特色。FF的主要技术内容如下。

1.基金会现场总线的通信技术

基金会现场总线的通信技术包括基金会现场总线通信模型、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相关的软硬件，例如通信栈软件、被称为圆卡的仪表用通信接口卡、FF与计算机的接口卡、各种网关、网桥和中继器等。它是现场总线的核心基础技术之一。

2.标准化功能块FB与功能块应用进程FBAP

FF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，使其公共特征标准化，规定它们各自的输入、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态与调用。功能块的通用结构是实现开放系统构架的基础，也是实现各种网络功能与自动化功能的基础。

3.设备描述DD与设备描述语言DDL(www.chuimin.cn)

为实现现场总线设备的互操作性，支持标准的功能操作，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。

设备描述语言是一种用以进行设备描述的标准编程语言。采用设备描述编译器，把DDL编写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DD和经基金会注册过的制造商附加DD写成CD-ROM，提供给用户。

4.现场总线通信控制器与智能仪表或工业控制计算机之间的接口技术

在现场总线的产品开发中，常采用OEM集成方法构成新产品，即把FF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件集中起来，组成现场智能设备。

5.系统集成技术

系统集成技术包括通信系统与控制系统的集成。例如网络通信系统组态、网络拓扑、配线、网络系统管理、控制系统组态、人机接口和系统管理维护等。这是一项集控制、通信、计算机和网络等多方面的知识和软硬件于一体的综合性技术。

6.系统测试技术

系统测试技术包括通信系统的一致性与互操作性测试技术，总线监听分析技术，系统的功能、性能测试技术等。一致性与互可操作性测试是为保证系统的开放性而采取的重要措施，一般要经授权过的第三方认证机构做专门测试，验证其符合统一的技术规范后，将测试结果交基金会登记注册，授予FF标志。只有具备了FF标志的现场总线产品，其通信的一致性与系统的开放性才有相应的保障。对于具有FF标志的现场设备所组成的系统还需做互操作性测试和功能性测试，以保证系统的正常运转，并达到所要求的性能指标。总线监听分析用于测试总线上通信信号的流通状态，用于通信系统的调试、诊断与评价。对由现场总线设备构成的自动化系统，功能、性能测试技术还包括对其实现的各种控制系统功能的能力、指标参数的测试，并在测试基础上进一步开展对通信系统、自动化系统的综合指标评价。

现场总线FF主要技术

相关推荐