基金會現場匯流排技術規程

『壹』 現場匯流排的主流匯流排

定義：
是連接智能現場設備和自動化系統的全數字、雙向、多站的通信系統。主要解決工業現場的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場設備間的數字通信以及這些現

現場控制設備具有通信功能，便於構成工廠底層控制網路。
通信標準的公開、一致，使系統具備開放性，設備間具有互可操作性。
功能塊與結構的規范化使相同功能的設備間具有互換性。
控制功能下放到現場，使控制系統結構具備高度的分散性。
現場匯流排的優點
現場匯流排使自控設備與系統步入了信息網路的行列，為其應用開拓了更為廣闊的領域；
一對雙絞線上可掛接多個控制設備， 便於節省安裝費用；
節省維護開銷；
提高了系統的可靠性；
為用戶提供了更為靈活的系統集成主動權。
現場匯流排技術的發展趨勢
從現場匯流排技術本身來分析，它有兩個明顯的發展趨勢：
一是尋求統一的現場匯流排國際標准
二是Instrial Ethernet走向工業控制網路
統一、開放的TCP/IP Ethernet是20多年來發展最成功的網路技術 ，過去一直認為，Ethernet是為IT領域應用而開發的，它與工業網路在實時性、環境適應性、匯流排饋電等許多方面的要求存在差距，在工業自動化領域只能得到有限應用。事實上，這些問題正在迅速得到解決，國內對EPA技術（Ethernet for Process Automation）也取得了很大的進展。
隨著FF HSE的成功開發以及PROFInet的推廣應用，可以預見Ethernet技術將會十分迅速地進入工業控制系統的各級網路。
工業乙太網的發展
國際上形成的工業乙太網技術的四大陣營：
主要用於離散製造控制系統的是：
Modbus-IDA工業乙太網
Ethernet/IP工業乙太網
PROFInet工業乙太網
主要用於過程式控制制系統的是：
Foundation Fieldbus HSE工業乙太網
隨著科學技術的快速發展，過程式控制制領域在過去的兩個世紀里發生了巨大的變革。150多年前出現的基於5－13psi的氣動信號標准（PCS，Pneumatic Control System氣動控制系統），標志著控制理論初步形成，但此時尚未有控制室的概念；20世紀50年代，隨著基於0－10mA或4－20mA的電流模擬信號的模擬過程式控制制體系被提出並得到廣泛的應用，標志了電氣自動控制時代的到來，三大控制論的確立奠定了現代控制的基礎，設立控制室、控制功能分離的模式也一直沿用至今；20世紀70年代，隨著數字計算機的介入，產生了「集中控制」的中央控制計算機系統，而信號傳輸系統大部分是依然沿用4－20mA的模擬信號，不久人們也發現了伴隨著「集中控制」，該系統存在著易失控、可靠性低的缺點，並很快將其發展為分布式控制系統（DCS，Distributed Control System分布式控制系統）；微處理器的普遍應用和計算機可靠性的提高，使分布式控制系統得到了廣泛的應用，由多台計算機和一些智能儀表以及智能部件實現的分布式控制是其最主要的特徵，而數字傳輸信號也在逐步取代模擬傳輸信號。隨著微處理器的快速發展和廣泛的應用，數字通信網路延伸到工業過程現場成為可能，產生了以微處理器為核心，使用集成電路代替常規電子線路，實施信息採集、顯示、處理、傳輸以及優化控制等功能的智能設備。設備之間彼此通信、控制，在精度、可操作性以及可靠性、可維護性等都有更高的要求。由此，導致了現場匯流排的產生。
現場匯流排的實質和優點
1984年，現場匯流排的概念得到正式提出。IEC（International Electrotechnical Commission,國際電工委員會）對現場匯流排（Fieldbus）的定義為：現場匯流排是一種應用於生產現場，在現場設備之間、現場設備和控制裝置之間實行雙向、串形、多結點的數字通信技術。
不同的機構和不同的人可能對現場匯流排有著不同的定義，不過通常情況下，大家公認現場匯流排的本質體現在以下六個方面：
現場通信網路
用於過程自動化和製造自動化的現場設備或現場儀表互連的現場通信網路。
現場設備互聯
依據實際需要使用不同的傳輸介質把不同的現場設備或者現場儀表相互關聯。
互操作性
用戶可以根據自身的需求選擇不同廠家或不同型號的產品構成所需的控制迴路，從而可以自由地集成FCS。
分散功能塊
FCS 廢棄了DCS 的輸入/輸出單元和控制站, 把DCS 控制站的功能塊分散地分配給現場儀表, 從而構成虛擬控制站，徹底地實現了分散控制。
通信線供電
通信線供電方式允許現場儀表直接從通信線上攝取能量, 這種方式提供用於本質安全環境的低功耗現場儀表, 與其配套的還有安全柵。
開放式互聯網路
現場匯流排為開放式互聯網路，既可以與同層網路互聯，也可與不同層網路互聯，還可以實現網路資料庫的共享。
從以上內容我們可以看到，現場匯流排體現了分布、開放、互聯、高可靠性的特點，而這些正是DCS系統的缺點。DCS通常是一對一單獨傳送信號，其所採用的模擬信號精度低，易受干擾，位於操作室的操作員對模擬儀表往往難以調整參數和預測故障，處於「失控」狀態，很多的儀表廠商自定標准，互換性差，儀表的功能也較單一，難以滿足現代的要求，而且幾乎所有的控制功能都位於控制站中。FCS則採取一對多雙向傳輸信號，採用的數字信號精度高、可靠性強，設備也始終處於操作員的遠程監控和可控狀態，用戶可以自由按需選擇不同品牌種類的設備互聯，智能儀表具有通信、控制和運算等豐富的功能，而且控制功能分散到各個智能儀表中去。由此我們可以看到FCS相對於DCS的巨大進步。
也正是由於FCS的以上特點使得其在設計、安裝、投運到正常生產都具有很大的優越性：首先由於分散在前端的智能設備能執行較為復雜的任務，不再需要單獨的控制器、計算單元等，節省了硬體投資和使用面積；FCS的接線較為簡單，而且一條傳輸線可以掛接多了設備，大大節約了安裝費用；由於現場控制設備往往具有自診斷功能，並能將故障信息發送至控制室，減輕了維護工作；同時，由於用戶擁有高度的系統集成自主權，可以通過比較靈活選擇合適的廠家產品；整體系統的可靠性和准確性也大為提高。這一切都幫助用戶實現了減低安裝、使用、維護的成本，最終達到增加利潤的目的。
現場匯流排的現狀
由於各個國家各個公司的利益之爭，雖然早在1984年國際電工技術委員會/國際標准協會（IEC/ISA）就著手開始制定現場匯流排的標准，至今統一的標准仍未完成。很多公司也推出其各自的現場匯流排技術，但彼此的開放性和互操作性還難以統一。目前現場匯流排市場有著以下的特點：
多種現場匯流排並存
目前世界上存在著大約四十餘種現場匯流排，如法國的FIP，英國的ERA，德國西門子公司Siemens的ProfiBus，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，CarloGarazzi公司的Dupline，丹麥ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），MODBus，SDS，Arcnet，國際標准組織-基金會現場匯流排FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美國的DeviceNet與ControlNet等等。這些現場匯流排大都用於過程自動化、醫葯領域、加工製造、交通運輸、國防、航天、農業和樓宇等領域，大概不到十種的匯流排佔有80％左右的市場。
各種匯流排都有其應用的領域
每種匯流排大都有其應用的領域，比如FF、PROFIBUS-PA適用於石油、化工、醫葯、冶金等行業的過程式控制制領域；LonWrks、PROFIBUS-FMS、DevieceNet適用於樓宇、交通運輸、農業等領域；DeviceNet、PROFIBUS-DP適用於加工製造業，而這些劃分也不是絕對的，每種現場匯流排都力圖將其應用領域擴大，彼此滲透。
每種現場匯流排都有其國際組織和支持背景
大多數的現場匯流排都有一個或幾個大型跨國公司為背景並成立相應的國際組織，力圖擴大自己的影響、得到更多的市場份額。比如PROFIBUS以Siemens公司為主要支持，並成立了PROFIBUS國際用戶組織WorldFIP以Alstom公司為主要後台，成立了WorldFIP國際用戶組織。
多種匯流排成為國家和地區標准
為了加強自己的競爭能力，很多匯流排都爭取成為國家或者地區的標准，比如PROFIBUS已成為德國標准，WorldFIP已成為法國標准等。
設備製造商參與多個匯流排組織
為了擴大自己產品的使用范圍，很多設備製造商往往參與不止一個甚至多個匯流排組織。
各個匯流排彼此協調共存
由於競爭激烈，而且還沒有哪一種或幾種匯流排能一統市場，很多重要企業都力圖開發介面技術，使自己的匯流排能和其他匯流排相連，在國際標准中也出現了協調共存的局面。
工業自動化技術應用於各行各業，要求也千變萬化，使用一種現場匯流排技術也很難滿足所有行業的技術要求；現場匯流排不同於計算機網路，人們將會面對一個多種匯流排技術標准共存的現實世界。技術發展很大程度上受到市場規律、商業利益的制約；技術標准不僅是一個技術規范，也是一個商業利益的妥協產物。而現場匯流排的關鍵技術之一是彼此的互操作性，實現現場匯流排技術的統一是所有用戶的願望。
主流現場匯流排簡介
下面就幾種主流的現場匯流排做一簡單介紹。
1基金會現場匯流排（FoundationFieldbus 簡稱FF）
這是以美國Fisher-Rousemount公司為首的聯合了橫河、ABB、西門子、英維斯等80家公司制定的ISP協議和以Honeywell公司為首的聯合歐洲等地150餘家公司制定的WorldFIP協議於1994年9月合並的。該匯流排在過程自動化領域得到了廣泛的應用，具有良好的發展前景。
基金會現場匯流排採用國際標准化組織ISO的開放化系統互聯OSI的簡化模型（1，2，7層），即物理層、數據鏈路層、應用層，另外增加了用戶層。FF分低速H1和高速H2兩種通信速率，前者傳輸速率為31.25Kbit/秒，通信距離可達1900m，可支持匯流排供電和本質安全防爆環境。後者傳輸速率為1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距離為750m和500m，支持雙絞線、光纜和無線發射，協議符號IEC1158-2標准。FF的物理媒介的傳輸信號採用曼切斯特編碼。
CAN（ControllerAreaNetwork 控制器區域網）
最早由德國BOSCH公司推出，它廣泛用於離散控制領域，其匯流排規范已被ISO國際標准組織制定為國際標准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN協議分為二層：物理層和數據鏈路層。CAN的信號傳輸採用短幀結構，傳輸時間短，具有自動關閉功能，具有較強的抗干擾能力。CAN支持多主工作方式，並採用了非破壞性匯流排仲裁技術，通過設置優先順序來避免沖突，通訊距離最遠可達10KM/5Kbps/s，通訊速率最高可達40M /1Mbp/s，網路節點數實際可達110個。目前已有多家公司開發了符合CAN協議的通信晶元。
Lonworks
它由美國Echelon公司推出，並由Motorola、Toshiba公司共同倡導。它採用ISO/OSI模型的全部7層通訊協議，採用面向對象的設計方法，通過網路變數把網路通信設計簡化為參數設置。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線等多種通信介質，通訊速率從300bit/s至1.5M/s不等，直接通信距離可達2700m（78Kbit/s），被譽為通用控制網路。Lonworks技術採用的LonTalk協議被封裝到Neuron（神經元）的晶元中，並得以實現。採用Lonworks技術和神經元晶元的產品，被廣泛應用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統、辦公設備、交通運輸、工業過程式控制制等行業。
DeviceNet
DeviceNet是一種低成本的通信連接也是一種簡單的網路解決方案，有著開放的網路標准。DeviceNet具有的直接互聯性不僅改善了設備間的通信而且提供了相當重要的設備級陣地功能。DebiceNet基於CAN技術，傳輸率為125Kbit/s至500Kbit/s,每個網路的最大節點為64個，其通信模式為：生產者/客戶（Procer/Consumer），採用多信道廣播信息發送方式。位於DeviceNet網路上的設備可以自由連接或斷開，不影響網上的其他設備，而且其設備的安裝布線成本也較低。DeviceNet匯流排的組織結構是Open DeviceNet Vendor Association（開放式設備網路供應商協會，簡稱「ODVA」）。
5PROFIBUS
PROFIBUS是德國標准（DIN19245）和歐洲標准（EN50170）的現場匯流排標准。由PROFIBUS--DP、PROFIBUS－FMS、PROFIBUS－PA系列組成。DP用於分散外設間高速數據傳輸，適用於加工自動化領域。FMS適用於紡織、樓宇自動化、可編程式控制制器、低壓開關等。PA用於過程自動化的匯流排類型，服從IEC1158－2標准。PROFIBUS支持主-從系統、純主站系統、多主多從混合系統等幾種傳輸方式。PROFIBUS的傳輸速率為9.6Kbit/s至12Mbit/s，最大傳輸距離在9.6Kbit/s下為1200m，在12Mbit/s小為200m，可採用中繼器延長至10km，傳輸介質為雙絞線或者光纜，最多可掛接127個站點。
6HART
HART是Highway Addressable Remote Transcer的縮寫，最早由Rosemount公司開發。其特點是在現有模擬信號傳輸線上實現數字信號通信，屬於模擬系統向數字系統轉變的過渡產品。其通信模型採用物理層、數據鏈路層和應用層三層，支持點對點主從應答方式和多點廣播方式。由於它採用模擬數字信號混和，難以開發通用的通信介面晶元。HART能利用匯流排供電，可滿足本質安全防爆的要求，並可用於由手持編程器與管理系統主機作為主設備的雙主設備系統。
7CC-Link
CC-Link是Control&Communication Link（控制與通信鏈路系統）的縮寫，在1996年11月，由三菱電機為主導的多家公司推出，其增長勢頭迅猛，在亞洲佔有較大份額。在其系統中，可以將控制和信息數據同是以10Mbit/s高速傳送至現場網路，具有性能卓越、使用簡單、應用廣泛、節省成本等優點。其不僅解決了工業現場配線復雜的問題，同時具有優異的抗噪性能和兼容性。CC-Link是一個以設備層為主的網路，同時也可覆蓋較高層次的控制層和較低層次的感測層。2005年7月CC-Link被中國國家標准委員會批准為中國國家標准指導性技術文件。
8WorldFIP
WorkdFIP的北美部分與ISP合並為FF以後，WorldFIP的歐洲部分仍保持獨立，總部設在法國。其在歐洲市場佔有重要地位，特別是在法國佔有率大約為60%。WorldFIP的特點是具有單一的匯流排結構來適用不同的應用領域的需求，而且沒有任何網關或網橋，用軟體的辦法來解決高速和低速的銜接。WorldFIP與FFHSE可以實現「透明聯接」，並對FF的H1進行了技術拓展，如速率等。在與IEC61158第一類型的連接方面，WorldFIP做得最好，走在世界前列。
INTERBUS
INTERBUS是德國Phoenix公司推出的較早的現場匯流排，2000年2月成為國際標准IEC61158。INTERBUS採用國際標准化組織ISO的開放化系統互聯OSI的簡化模型（1，2，7層），即物理層、數據鏈路層、應用層，具有強大的可靠性、可診斷性和易維護性。其採用集總幀型的數據環通信，具有低速度、高效率的特點，並嚴格保證了數據傳輸的同步性和周期性；該匯流排的實時性、抗干擾性和可維護性也非常出色。INTERBUS廣泛地應用到汽車、煙草、倉儲、造紙、包裝、食品等工業，成為國際現場匯流排的領先者。
此外較有影響的現場匯流排還有丹麥公司Process-Data A/S 提出的P-Net，該匯流排主要應用於農業、林業、水利、食品等行業；SwiftNet現場匯流排主要使用在航空航天等領域，還有一些其他的現場匯流排這里就不再贅述了。
現場匯流排的發展和乙太網
現場匯流排技術是控制、計算機、通訊技術的交叉與集成，幾乎涵蓋了所有連續、離散工業領域，如過程自動化、製造加工自動化、樓半自動化、家庭自動化等等。它的出現和快速發展體現了控制領域對降低成本、提高可靠性、增強可維護性和提高數據採集的智能化的要求。現場匯流排技術的發展體現為兩個方面：一個是低速現場匯流排領域的不斷發展和完善；另一個是高速現場匯流排技術的發展。而目前現場匯流排產品主要是低速匯流排產品，應用於運行速率較低的領域，對網路的性能要求不是很高。從實際應用狀況看，大多數現場匯流排，都能較好地實現速率要求較低的過程式控制制。因此，在速率要求較低的控制領域，誰都很難統一整個市場。就目前而言，由於FF基金會幾乎集中了世界上主要自動化儀表製造商，其全球影響力日益增加，但其在中國市場營銷力度似乎不足，市場份額不是很高，LonWorks形成了全面的分工合作體系，在國內有一些實質性的進展，在樓宇自動化、家庭自動化、智能通信產品等方面，LonWorks則具有獨特的優勢。在離散製造加工領域，由於行業應用的特點和歷史原因，Profibus和CAN經在這一領域形成了自己的優勢，具有較強的競爭力。國內廠商的規模相對較小，研發能力較差，更多的是依賴技術供應商的支持，比較容易受現場匯流排技術供應商 (晶元製造商等)對國內的支持和市場推廣力度的影響。而且，還有一個不可忽視的一點就是在構建自動化管理系統時，選擇的上位機，比如組態軟體對匯流排設備的支持程度，有些監控組態軟體，比如紫金橋監控組態軟體或者InTouch等對一些主流的匯流排設備比如Lonworks、PROFIBUS、CAN等有著良好的支持，通過DDE、OPC或者直接連接等方式進行通訊，採集數據。這樣可以方便用戶的選擇，而一些組態軟體則支持的種類較少，是用戶選擇的范圍也隨之減少。
由於目前自動化技術從單機控制發展到工廠自動化FA，發展到系統自動化。工廠自動化信息網路可分為以下三層結構：工廠管理級、車間監控級、現場設備級，而現場匯流排是工廠底層設備之間的通信網路。這里先介紹一下乙太網，本文特指工業乙太網，工業乙太網是作為辦公室自動化領域衍生的工業網路協議，按習慣主要指IEEE 802.3協議，如果進一步採用TCP/IP協議族，則採用「乙太網+TCP/IP」來表示，其技術特點主要適合信息管理、信息處理系統，並在IT業得到了巨大的成功。在工廠管理級、車間監控級信息集成領域中，工業乙太網已有不少成功的案例，在設備層對實時性沒有嚴格要求場合也有許多應用。由於現場匯流排目前種類繁多，標准不一，很多人都希望乙太網技術能介入設備低層，廣泛取代現有現場匯流排技術，施耐德公司就是該想法的積極倡導者和實踐者，目前已有一批工業級產品問世和實際應用。可是就目前而言，乙太網還不能夠真正解決實時性和確定性問題，大部分現場層仍然會首選現場匯流排技術。由於技術的局限和各個廠家的利益之爭，這樣一個多種工業匯流排技術並存，乙太網技術不斷滲透的現狀還會維持一段時間。用戶可以根據技術要求和實際情況來選擇所需的解決方案。

『貳』 現場匯流排技術的圖書目錄

前言
第一章現場匯流排技術概述1
第一節自動控制系統的發展
及其體系結構1
第二節DCS的結構及其分類3
第三節現場匯流排控制系統5
第四節FCS與DCS的比較7
第五節現場匯流排技術的現狀及其
發展前景9
思考題與習題10
第二章網路與數據通信基礎11
第一節匯流排的基本概念與操作11
第二節通信系統簡介14
第三節網路結構及傳輸介質19
第四節通信系統的協議模型23
第五節差錯控制28
思考題與習題34
第三章PROFIBUS匯流排35
第一節PROFIBUS的通信模型和
協議類型35
第二節PROFIBUS的數據傳輸和
拓撲結構36
第三節PROFIBUS的匯流排存取
控制機制44
第四節PROFIBUS—DP技術簡介45
第五節PROFIBUS—PA技術簡介50
第六節PROFIBUS—FMS技術簡介51
第七節PROFIBUS的應用52
思考題與習題54
第四章SIMATIC S7系統及其
組態軟體55
第一節SIMATIC S7系統基礎55
第二節SIMATIC S7系統設備56
第三節STEP7的功能和使用方法59
第四節用STEP7開發應用軟體72
第五節SIMATIC S7的系統功能調用79
第六節連續數據量的I/O存取命令85
第七節PROFIBUS—DP的診斷功能89
第八節程序下載及調試98
思考題與習題101
第五章監控組態軟體的功能
和使用102
第一節監控組態軟體概述102
第二節WinCC的功能和使用方法107
第三節其他幾種監控組態軟體介紹150
思考題與習題156
第六章基於PC的自動化系統
及其軟體157
第一節基於PC的自動化系統157
第二節WinAC軟體的使用方法161
第三節其他幾種基於PC的控制
軟體介紹181
思考題與習題184
第七章SIMATIC S7?300/400PLC
的設計應用實例185
第一節PROFIBUS現場匯流排控制網路185
第二節基於PROFIBUS的三容水箱液
位控制系統設計186
第三節基於PROFIBUS的模擬鍋爐
液位控制系統設計213
第四節基於PC的PLC控制電加熱
爐系統設計與實現229
第八章基金會現場匯流排（FF）241
第一節FF的主要技術241
第二節FF通信模型243
第三節FF物理層246
第四節FF通信棧250
第五節FF現場儀表的功能模塊260
第六節FF網路管理與系統管理266
第七節FF設備描述270
第八節FF組態與運行273
思考題與習題277
第九章LON和LonWorks技術278
第一節總體概述278
第二節LonTalk協議279
第三節神經元晶元287
第四節Neuron C編程299
思考題與習題307
第十章CAN匯流排308
第一節CAN匯流排的性能特點308
第二節CAN的技術規范308
第三節CAN匯流排的節點組成314
思考題與習題340
第十一章Interbus匯流排341
第一節Interbus現場匯流排概述341
第二節串列數據傳輸協議341
第三節Interbus現場匯流排傳輸方法的
構成和原理346
第四節Interbus復合式數據協議結構357
第五節Interbus的自動化控制系統362
思考題與習題364
參考文獻365

『叄』 現場匯流排與通訊協議的關系

現場匯流排是連接智能現場設備和自動化系統的全數字、雙向、多站的通信系統。主要解決工業現場的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場設備間的數字通信以及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題 。可以理解為多個設備之間數據的「高速公路」。但隨應用環境不同，又有很多的不同類型的匯流排。其中應用最為廣泛的如PowerBUS匯流排、485匯流排、CAN匯流排。
而通訊協議又稱通信規程，是指通信雙方對數據傳送控制的一種約定。約定中包括對數據格式，同步方式，傳送速度，傳送步驟，檢糾錯方式以及控制字元定義等問題做 出統一規定，通信雙方必須共同遵守，它也叫做鏈路控制規程。可以理解為「高速公路」中的「交通規則」。當然這種規則也是多種多樣的，其中應用最為廣泛如modbus協議。

『肆』 ff現場匯流排智能儀表

簡介
基金會現場匯流排FF（Fieldbuse Foundation）以ISO/OSI開放系統互聯模式為基礎，取其物理層、數據鏈路層、應用層為FF 通信模型的相應層次，並在應用層上增加了用戶層。用戶層主要針對自動化測控應用的需要，定義了信息存取的統一規則，採用設備描述語言規定了通用的功能塊集。基金會現場匯流排的主要技術內容包括FF通信協議、用於完成開放互聯模式中第2-7層通信協議的通信棧、用於描述設備特性、參數、屬性及操作介面的DDL設備描述語言、設備描述字典、用於實現測量、控制、工程量轉換等功能的功能塊、實現系統組態、調度、管理等功能的系統軟體技術以及構築集成自動化系統、網路系統的系統集成技術。
編輯本段背景
基金會匯流排（FF，Foundation Fieldbus）是在過程自動化領域得到廣泛支持和具有專有良好發展前景的技術。其前身是以美國Fisher－Rosemount公司為首，聯合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80家公司制訂的ISP協議和以Honeywell公司為首，聯合歐洲等地的150家公司制訂的World FIP協議。屈於用戶的壓力，這兩大集團於1994年 9月合並，成立了現場匯流排基金會，致力於開發出國際上統一的現場匯流排協議。它以ISO/OSI開放系統層上增加了用戶層。用戶層主要針對自動化測控應用的需要，定義了信息存取的統一規則，採用設備描述語言規定了通用的功能塊集。由於這些公司是該領域現場自控設備發展方向的能力，因而由它們組成的基金會所頒布的現場匯流排規范具有一定的權威性。
編輯本段兩種通信速率
基金會現場匯流排分低速H1和高速H2兩種通信速率。H1的傳輸速率為31．25kbps，通信距離可達1900m（可加中繼器延長），可支持匯流排供電防爆環境。H2的傳輸可為1Mbps和2．5Mbps兩種，其通信距離分別為750m和500m。物理傳輸介質可支持雙絞線、光纜和無線發射，協議符合IEC1158－2標准。其物理媒介的傳輸信號採用曼徹斯特編碼。
編輯本段主要技術內容
基金會現場匯流排的主要技術內容，包括FF通信協議、用於完成開放互連模型中第2～7層通信協議的通信棧（Communication Stack）?犛糜諉枋鏨璞柑卣鰲⒉問?、屬性及操作功能塊；實現系統組態、調度、管理等功能的系統軟體以及構築集成自動化系統、網路系統的系統集成技術。1996年在芝加哥舉行的ISA96展覽會上，由現場匯流排基金組織實施，首次向世界展示了來自40多家廠商的70多種符合FF協議的產品並將這些分布在不同樓層展覽大廳不同展台上的FF展品，用醒目的橙紅色電纜，展現了基金會現場匯流排的基本概貌。

『伍』 基金會現場匯流排的應用場合有哪些

過程式控制制現場匯流排--工程、運行與維護 外國人寫的，現場匯流排儀表工程應用類 非常實用 有電子掃描版下載 實體書得淘寶上買 PROFIBUS協議分析與系統應用/侯維岩/清華大學出版 DP的協議級學習必備 別的具體工程應用類 買本西門子的就夠了

『陸』 現場匯流排控制系統的基金會現場匯流排

按照基金會匯流排組織的定義，FF匯流排是一種全數字、串列、雙向傳輸的通信系統，是一種能連接現場各種現場儀表的信號傳輸系統，其最根本的特點是專門針對工業過程自動化而開發的，在滿足要求苛刻的使用環境、本質安全、匯流排供電等方面都有完善的措施。為此，有人稱FF匯流排為專門為過程式控制制設計的現場匯流排。
在FF協議標准中，FF分為低速H1匯流排和高速H2匯流排。H1主要針對過程自動化，傳輸速率31.25Kbps，傳輸距離可達1900m（可採用中繼器延長），支持匯流排供電和本質安全防爆。高速匯流排協議H2主要用於製造自動化，傳輸速率分為1Mbps和2.5Mbps兩種。但原來規劃的H2高速匯流排標准現在已經被現場匯流排基金會所放棄，取而代之的是基於乙太網的高速匯流排HSE。 為了實現通信系統的開放性，FF通信模型參考了OSI模型，如圖4.2。
H1匯流排的通信模型包括物理層、數據鏈路層、應用層，並在其上增加了用戶層。物理層採用了IEC61158-2的協議規范；數據鏈路層DLL規定如何在設備間共享網路和調度通信，通過鏈路活動調度器LAS來管理現場匯流排的訪問；應用層則規定了在設備間交換數據、命令、事件信息以及請求應答中的信息格式。H1的應用層分為兩個子層――匯流排訪問子層FAS和匯流排報文規范子層FMS，功能塊應用進程只使用FMS，FAS負責把FMS映射到DLL。用戶層則用於組成用戶所需要的應用程序，如規定標準的功能快、設備描述等。不過，數據鏈路層和應用層往往被看作為一個整體，統稱為通信棧。
HSE採用了基於Ethernet和TCP/IP的六層協議結構的通信模型。其中，一～四層為標準的Internet協議；第五層是現場設備訪問會話，為現場設備訪問代理提供會話組織和同步服務；第七層是應用層，也劃分為FMS和現場設備訪問FDA二個子層，其中FDA的作用與H1的FAS相類似，也是基於虛擬通信關系為FMS提供通信服務。 H1匯流排的物理層根據IEC和ISA標準定義，符合ISA S50.02物理層標准、IEC1158-2物理層標准以及FF-816 31.25Kbps物理層行規規范。當物理層從通信棧接收報文時，對數據幀加上前導碼和定界碼，並對其實行數據編碼，再經過發送驅動器把所產生的物理信號傳送到總統的傳輸媒體上。相反，在接收信號時，需要進行反向解碼。
現場總統採用曼徹斯特編碼技術將數據編碼載入到直流電壓或電流上形成「同步串列信號」。前導碼是一個8位的數字信號10101010，接收器採用這一信號同步其內部時鍾。起始界定碼和結束界定碼標明了現場匯流排信息的起點和終點，長度均為8個時鍾周期，二者都是由「0」、「1」、「N+」、「N－」按規定的順序組成。
圖4.5(a)表示了H1匯流排的配置思想，匯流排兩端分別連接一個終端器，形成對31.25KHz信號的通帶電路。發送設備產生的信號是31.25KHz、峰峰值為15～20mA的電流信號，如圖(b)；傳送給相當於50Ω的等效負載，產生一個調制在直流電源電壓上的0.75～1V的峰峰電壓，如圖(c)。H1支持匯流排供電和非匯流排供電二種方式。
通信棧包括數據鏈路層DLL、現場匯流排訪問子層FAS和現場匯流排報文規范FMS三部分。
DLL最主要的功能是對匯流排訪問的調度，通過鏈路活動調度器LAS來管理匯流排的訪問，每個匯流排段上有一個LAS。H1匯流排的通信分為受調度/周期性通信和非調度/非周期性通信二類。前者一般用於在設備間周期性地傳送測量和控制數據，其優先順序最高，其它操作只在受調度傳輸之間進行。
FAS子層處於FMS和DLL之間，它使用DLL的調度和非調度特點，為FMS和應用進程提供報文傳遞服務。FAS的協議機制可以劃為三層：FAS服務協議機制、應用關系協議機制、DLL映射協議機制，它們之間及其與相鄰層的關系如圖4-6所示。FAS服務協議機制負責把發送信息轉換為FAS的內部協議格式，並為該服務選擇一個合適的應用關系協議機制。應用關系協議機制包括客戶/伺服器、報告分發和發布/接收三種由虛擬通信關系VCR來描述的服務類型，它們的區別主要在於FAS如何應用數據鏈路層進行報文傳輸。DLL映射協議機制是對下層即數據鏈路層的介面。它將來自應用關系協議機制的FAS內部協議格式轉換成數據鍵路層DLL可接受的服務格式，並送給DLL，反之亦然。
FMS描述了用戶應用所需要的通信服務、信息格式和建立報文所必需的協議行為。針對不同的對象類型，FMS定義了相應的FMS通信服務，用戶應用可採用標準的報文格式集在現場匯流排上相互發送報文。
用戶層定義了標準的基於模塊的用戶應用，使得設備與系統的集成與互操作更加易於實現。用戶層由功能塊和設備描述語言兩個重要的部分組成。 PROFIBUS共包括PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP和PROFIBUS-PA三個兼容系列，各系列的協議結構如圖4.9所示。FMS定義了物理層、數據鏈路層和應用層和用戶介面，物理層提供了光纖和RS485兩種傳輸技術。DP定義了物理層、數據鏈路層和用戶介面，其中的物理層和數據鏈路層與FMS中的定義完全相同，二者採用了相同的傳輸技術和統一的匯流排控制協議(報文格式)。PA主要應用於過程式控制制領域，相當於FF的H1匯流排，它可支持匯流排供電和本質安全，當使用分段耦合器，PA裝置能很方便的連接到DP網路上。
PROFIBUS現場匯流排是世界上應用最廣泛的現場匯流排技術之一，既適合於自動化系統與現場I/O單元的通信，也可用於直接連接帶有介面的各種現場儀表及設備。DP和PA的完美結合使得PROFIBUS現場匯流排在結構和性能上優越於其它現場匯流排。 PROFIBUS提供了RS485傳輸、IEC1158－2傳輸和光纖傳輸三種類型。
RS-485傳輸用於PROFIBUS－DP/－FMS，其最大傳輸速率可達12Mbps，在不加中繼的情況下，傳輸速率與匯流排長度的對應關系如下表所示：
數據IEC1158－2的傳輸技術用於PROFIBUS－PA，是一種位同步協議，通過±9mA對基本電流（約10mA）的調制，以31.25kbps的速率傳輸。
PROFIBUS系統要橋接更長的距離或在電磁干擾很大的環境下應用時，可使用光纖導體（塑料和玻璃）傳輸，光鏈路插頭可以實現RS485信號和光纖導體信號的相互轉換。 PROFIBUS匯流排包括的三個兼容系列均使用一致的匯流排存取協議，這是一種包括主站之間的令牌方式和主站與從站之間的主從方式的混合協議，如圖4.10所示。
令牌環是所有主站的組織鏈，按照它們的地址構成邏輯環。在令牌環中，令牌在邏輯環中循環一周的最長時間是事先規定的，令牌需要在規定的時間內按照地址的升序在各主站中依次傳遞。
主從方式允許主站在得到匯流排存取令牌時與從站進行通信，每個主站均可向從站發送或索取信息。當某主站得到令牌報文後，該主站可在一定時間內執行主站工作。在這段時間內，它可依照主從關系表與所有從站通信，也可依照主主關系表與所有主站通信。 基於IEC1158-2傳輸技術匯流排段與基於RS485傳輸技術匯流排段可以通過耦合裝置相連，耦合器使二者信號相適配。每段通常配一個電源裝置，電源裝置經耦合器和PA匯流排為現場設備提供電源，這種供電方式可以限制PA匯流排段上的電流和電壓。如果需要外接電源設備，必須用適當的隔離裝置，將匯流排供電設備與外接電源設備連接在本質安全匯流排上，此時匯流排上的最大供電電壓和最大供電電流均具有明確的規定。按防爆等級和匯流排供電裝置，匯流排上的站點數量也將受到限制。
PROFIBUS的網路拓撲可以是匯流排型、樹型和兩種拓撲的混合。線型結構沿著匯流排電纜連接各個站點，樹型結構允許現場設備並聯地接在現場配電箱上。混合拓撲結構適合多數實際系統的要求，它可以使匯流排的結構和長度趨於最優。 我們知道，當前的工業網路已逐漸向高層IT系統的融合甚至通過Internet實現全球化聯網的趨勢發展，PROFINet正是體現了現場匯流排技術縱向集成的一種透明性理念。
為了保持與自動化系統較高層的一致性，PROFINet選用乙太網作為通信媒介，一方面它可以把基於通用的PROFIBUS技術的系統無縫地集成到整個系統中，另一方面它也可以通過代理伺服器實現PROFIBUS－DP及其它現場匯流排系統與PROFINet系統的簡單集成。
在整個協議架構中，獨立於製造商的工程設計系統對象ES-Object模型和開放的、面向對象的PROFINet運行期（runtime）模型是PROFINet定義的兩個關鍵模型。
工程設計系統對象模型用於對多製造商工程設計方案做出規定，提供用戶友好的PROFINet系統組態。運行期模型則以具有乙太網標准機制的通信功能為基礎，提供了一種優化的DCOM機制，作為用於硬實時通信應用領域的一種選擇。
PROFINet部件以對象的形式出現，自動化解決方案包含在運行期進行通信的自動化對象中，即運行期自動化對象RT-AUTO。在工程設計領域，一旦無需對通信編程而只需進行很方便地組態，創建自動化解決方案就變得相當簡單。
PROFINet為這些應用提供了兩種集成方案，如圖4.12。
如果現場匯流排的主站具備PROFINet的能力，這可通過將乙太網介面和PROFINet運行期軟體的埠直接集成到現場匯流排主站的CPU中。否則，PROFIBUS也可以通過代理伺服器實現與PROFInet的集成。原則上其它的現場匯流排如：FF、Interbus等通常都可以這種方式集成到PROFINet領域。

『柒』 基金會現場匯流排的背景

基金會匯流排（FF，Foundation Fieldbus）是在過程自動化領域得到廣泛支持和具有專有良好發展前景的技術。其前身是以美國Fisher－Rosemount公司為首，聯合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80家公司制訂的ISP協議和以Honeywell公司為首，聯合歐洲等地的150家公司制訂的World FIP協議。屈於用戶的壓力，這兩大集團於1994年9月合並，成立了現場匯流排基金會，致力於開發出國際上統一的現場匯流排協議。它以ISO/OSI開放系統層上增加了用戶層。用戶層主要針對自動化測控應用的需要，定義了信息存取的統一規則，採用設備描述語言規定了通用的功能塊集。由於這些公司是該領域現場自控設備發展方向的能力，因而由它們組成的基金會所頒布的現場匯流排規范具有一定的權威性。