系统管理：现场总线应用技术、协议及功能

2023-11-22 理论教育版权反馈

【摘要】：系统管理内核可以看作一种特殊的应用进程AP。从其在通信模型的位置来看，系统管理是集成多层的协议和功能而完成的。系统管理规范指出哪条信息是可写的，哪条信息是只读的。设备名是系统特殊标识符，并被参考为PD-Tag。负责标签和数据链路地址分配的系统管理功能的设备，在下面的描述中被称为组态主设备。系统管理允许查询由位号标识的对象，包含此对象的设备将返回一个响应值。

系统管理内核（SMK）可以看作一种特殊的应用进程AP。从其在通信模型的位置来看，系统管理是集成多层的协议和功能而完成的。系统管理可以完成现场设备的地址分配、寻找应用位号、实现应用时钟的同步、功能块列表、设备识别以及对系统管理信息库访问的功能。各项功能简单的介绍如下：

1.SMIB的访问

SMIB中含有可以通过SMK访问的网络可见SMK信息。这里支持的对SMIB的访问允许设备系统参数的组态，并允许远程应用程序在网络进入操作前或者在网络操作期间从网络获得管理信息。SMIB是在管理VFD OD中定义并由SMK AP目录（管理OD中的第1条）支持。系统管理规范指出哪条信息是可写的，哪条信息是只读的。作为SMK服务的一部分，SMKP也被用来访问部分这种信息。SMK通过本地界面能够将SMIB中可获得的信息送给本地AP。

2.标签和地址分配

在设备可以有效连入网络之前，必须给它分配一个物理设备位号和数据链路地址。设备名是系统特殊标识符，并被参考为PD-Tag。只有暂时设备例外，不给暂时设备分配标签也不给它分配地址；它们只简单连接到网络的4个数据链路参观者地址的某一个上。这些地址是在DLL协议规范中专门预留给它们的。因此，下面的描述不适用于它们。

PD-Tag可以由销售商分配，也可以通过SMK分配，一般情况下是在离线工作的环境中分配。离线工作环境的优点是它保证没有标签的设备在操作网络之外。

对没有标签的设备来说，SMK赋予它一个初始化状态并使用默认设备地址中的一个把它连接到总线上。默认设备地址由DLL规定为非参观者节点地址。链路的LAS以默认地址确认新设备并通过DLL进程把它加入到活动列表中。作为这个操作的一部分，LAS维护活动列表，它是保存了链路上所有设备的列表。

负责标签和数据链路地址分配的系统管理功能的设备，在下面的描述中被称为组态主设备。虽然不一定非要这样做，但是它一般与LAS在一起，以便它可以监视活动列表中新设备的增加。当它在默认地址发现一个设备时，它验证设备的SMK确实没有PD-Tag，然后使用在系统管理规范中规定的SMKP和进程为它分配一个PD-Tag。一旦分配了PD-Tag，SMK将进入初始化状态。在这个状态，它准备被赋予一个操作网络上的数据链路节点地址。地址分配进程保证在现场总线上的设备的SMK收到唯一的DLL节点地址。在分配网络地址之前，只有SMK被允许在总线上传输初始化数据，并且只允许设备的DLL使用默认设备地址。

在初始化状态的设备（等待分配地址）的DLL加入网络所使用的方式与它等待标签分配是一样的。LAS把它加入活动列表之后，组态主设备先确认它是否已被加入网络，并使用SMKP从它的SMK读取PD-Tag，然后检查该PD-Tag是否已经在网络上应用。

如果该PD-Tag没有被应用，组态主设备给该设备的SMK分配一个地址。SMK通过本地界面把地址写入DLL。从概念上讲，把新地址写入DLL包括写入网络管理和DLL管理实体（Data Link Management Entity，DLME）。

这种情况一旦完成，组态主设备将指示SMK进入操作状态，作为这种状态转换的一部分，SMK引起该设备的DLL转移到DLL节点地址，并再一次等待LAS的认可。作为这个过程的一部分，该设备的DLL要认证该地址是否已经在应用之中，如果是，它会通知SMK，并重新转移到默认地址。

3.设备识别(www.chuimin.cn)

SMK的识别服务允许AP从一个远程SMK获得PD-Tag和设备ID。设备ID是一个系统单独标识符，它由厂家提供。在地址分配期间，组态主设备使用这种服务来验证：设备是否具有标签以及正确的地址是否已经分配给设备。

现场总线中物理设备、VFD、功能块和功能块参数都以位号标记。系统管理允许查询由位号标识的对象，包含此对象的设备将返回一个响应值。

4.定位远程设备和对象

SMK定位服务允许设备AP在网络上广播一个请求给所有的SMK，来访问一个远程有名设备的信息。如果请求一个PD-Tag，包含这个PD-Tag的设备以设备ID作为响应。否则，所有的SMK把这个请求传给它们的AP并等待响应。AP将用OD和可访问该对象的VCR索引作为响应。因为网络中的名字是不重复的，所以只有一个AP会响应。

5.时钟同步

在现场总线网络的每个链路中，都包含有一个应用时间发布者，用来在链路上发布应用时钟时间，有且只有一个这样的应用时间发布者作为应用时间源进行操作。它周期性地向链路上所有现场设备发送应用时钟同步报文。

6.功能块调度

在SMIB中，每个SMK维护一个链路调度范围内的端口，即功能块（FB）调度表，它指示何时功能块被执行。从概念上说，FB调度表能够包括所有的AP可执行任务。在调度表中一个项目被调度执行的时间被描述为从该宏周期开始的偏移。宏周期说明一个设备中FB调度表的一次重复。每个SMK监视自己的调度表，决定何时向用户应用发出执行功能块的命令。

为了支持调度表的同步，DLL周期性地分配LS-time。LS-time被用来计算FB宏周期的开始时间。每个FB宏周期在链路调度时间内开始和重新开始，链路调度时间是它的宏周期执行期间的0模式。例如，如果宏周期时间是1000，宏周期开始的时间是0、1000、2000、3000、…。因此，LS-time 0表明在链路上的所有FB宏周期和该链路的LAS调度宏周期共同开始。这使得FB的执行和与它们相关的数据传输可以被及时同步。

控制系统的管理信息组织成为对象形成了系统管理信息库，它包含现场总线系统的主要组态和操作参数，例如设备ID、物理设备位号、虚拟现场设备列表和时间对象等。

设备中的网络管理和系统管理一起组成了管理虚拟现场设备（MVFD），网络管理信息库（NMIB）和系统管理信息库（SMIB）一起组成管理信息库（MIB）。它们都被组织在管理虚拟现场设备的对象字典中。对管理信息库的访问可以通过FMS的服务来进行。

系统管理：现场总线应用技术、协议及功能

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