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六 用户层与功能块应用
1 用户层是在ISO/OSI参考模型七层结构上添加的一层，用于完成自动化系统功能。
2 功能块：一种通用结构，把实现控制系统所需的各种功能划分为功能模块，并使功能模块的公共特征标准化，规定其输入、输出、算法、事件、参数与块控制，把按时间反复执行的函数模块化为算法，把输入参数按功能块算法转换为输出参数。功能块可按周期，或按事件的发生重复作用
F 功能块连接：
F 把一个功能块的输入连接到另一个功能块的输出，以实现功能块间的参数传递与功能集成
F 功能块之间的连接存在于功能块AP内部；也存在于功能块AP之间。
4 用户应用块
F 典型用户应用摸块有功能块、资源块、变换块
F 基金会已定义了资源块；10个基本功能块，19个先进功能块，4个多输入/多输出功能块，1个柔性功能块；以及一组变换块。
F 资源块
* 用于描述了现场总线设备的特征，如设备名、制造者、系列号。
* 规定了一组参数表达资源块特性。
* 资源块没有输入或输出参数
* 资源块可使功能块与设备硬件特性隔离
* 通过资源块可在网络上访问与资源块相关的设备的硬件特性。
* 一个设备中只有唯一的一个资源块。
F 变换块
F 按所要求的频率读取传感器硬件中的数据，并将它写入到相应硬件中去。可使数据的读取、写入过程与专有物理I/O特性分离，以提供功能块的设备入口。
F 变换块包含有量程数据、传感器类型、线性化、I/O数据表示等信息。
F 变换块可以加入到读取传感器功能块、硬件输出功能块中。
F 每个输入或输出功能块内都会有一个变换块。
F 功能块
F 功能块提供控制系统功能
F 它是参数、算法和事件的完整组成。由外部事件驱动功能块的执行，通过算法把输入参数转换为输出参数，实现应用系统的控制功能。
F 功能块的执行是按周期性调度、或按事件驱动的。
F 功能块的输入输出参数可以跨越现场总线实现连接。
F 每个功能块的执行受到准确地调度。
F 用户应用中可能有多个功能块。
F 标准功能块表中包含块参数
功能块应用进程
F 完整的功能块应用进程由功能块应用对象、对象字典、设备描述几部分组成。
F 现场总线设备的功能则由它所具有的块，以及块与块之间的相互连接关系所决定。
F 功能块应用图示
设备描述DD与设备描述语言DDL
F 设备描述DD提供每个对象的扩展描述, 为控制系统中的现场设备、主机、人机接口理解虚拟现场设备内的数据意义提供所需要的信息，类似于设备的驱动程序
F DD内包括参数位号、工程单位、要显示的十进制点数、参数关系、量程与诊断菜单等
对象字典
F 由一系列描述对象及其数据类型的条目组成。
F 对象字典开头的第一个静态条目(目录0 ) 指向索引。
F 索引收集了所采用对象的对象描述在对象字典中的起始目录号、该对象描述的连贯条目数都收集在一起，形成应用进程索引。
F 索引中对象描述的起始目录号成为在对象字典中寻找相应对象描述的指针，根据指针寻找到相应的对象描述
F 对象字典查阅示意图
功能块对象字典
七 FF的网络系统集成
1 现场总线网段的基本构成部件
F 基本网段：作为网段节点的现场设备（应有主设备）；总线供电电源；电源耦合（调理）器；连接在网段两端的终端器；电缆或双绞线；连接端子
F 工作主机：可以作为链路主管、通信与控制系统组态器；人机界面MMI；符合FF通信规范要求的通信接口卡（网卡）；
F 多网段：通过网关、网桥、中继器连接各网段
基金会现场总线网段的基本构成
现场总线网段的硬件配置与配线
F 在有本质安全防爆要求的危险场所，还应该配有本质安全防爆栅。
F 齐纳安全栅将向危险区送入的电压限制在一定的范围之内，例如 11V。
F 单独供电式隔离型安全栅。
八 FF现场总线控制系统的设计与组态
F 1 现场总线控制系统是由现场设备、监控计算机作为网络节点，通过现场总线的网络通信而连接组成的控制系统
F 2 控制方案设计
F 3 根据控制方案选择现场智能仪表。
F 4 根据智能现场设备具备的功能块条件，分配功能块所在位置。功能块位置与网络流量
F 1）汽包液位变送器内，选用AI模拟输入功能块，主调节器PID功能块。
锅炉水位控制系统框图
2）给水流量变送器内选用AI模拟输入功能块，求和算法功能块
3）蒸汽流量变送器内选用AI模拟输入功能块
4）阀门定位器内，选用副调节器PID功能块，AO输出功能块，并实现现场总线信号到调节阀门驱动气压的转换
F 通过组态软件，完成功能块之间的连接
F 为每个功能块确定相应参数。
FF现场总线
配线与安装
主要内容
概述
与传统的 4-20mA相比较
H1网段的构成
网段要求
安装指南
配线与安装
低速通信 (H1) 31.25 Kbit/s
" 介质
- 电线
- 光纤
" 协议采用带开头码和起始、结束定界符的串行通信。
" 采用曼彻斯特双相-L信号编码方式。
配线与安装
它与 4 - 20 mA 物理层有哪些相似之处
" 采用现有的工业标准双绞线
" 采用现有的工业标准接线端子
" 采用类似工业标准配线惯例
" 提供能满足本质安全需求的选项
" 提供冗余电源
配线与安装
现场总线物理层有什么不同？（与 4-20 mA物理层相比）
" 最多能够并联 32台现场设备
" 需要对电源进行阻抗匹配
" 两端需要各接一个"终端器"
配线与安装
现场总线网段的构成
现场总线布线
接线与安装部件
" 导线
" 分线盒, 接线盒
" 连接器
" 电源
" 电源调理（耦合）器
" 终端器
" 本安栅
配线与安装
H1连线介质选项一览表
配线与安装
31.25 KBIT/S 传输
配线与安装
拓扑
配线与安装
传统接线模块
配线与安装
现场总线电缆
配线与安装
支线
配线与安装
现场总线"A"类规格
特征阻抗 (31.25 kHz) 100 +/- 20%
39 kHz下的最大衰减率 2.0 dB/km
对屏蔽线的最大不平衡电容 2 nF/km
最大直流电阻（每段导线） 22 /km
最大传输迟延 1.7 ?s/km
(7.8 kHz - 39 kHz)
导线横截面积 0.8 mm2 (#18 AWG)
配线与安装
中继器
任何两台设备之间"中继器"的总数不能超过4个。
配线与安装
电源
工作电源：9 - 32 v DC
一个标准电源需要配备一个电源调理器
电源
有四种类型的电源:
" 非本安现场总线电源, 不是本质安全的
" 非本安的电源调理器, 与标准的线性或开关电源一起使用
" 现场总线电源,非本安的, 外接本安栅
" 本质安全现场总线电源
注意: 非本安电源的输出电压上限为32VDC, 而对于本安电源, 则取决于本安栅的额定值
配线与安装
终端器
终端器
频率在7.8 kHz到 39 kHz的变化范围内，终端器的电阻值应该保持在 100 。
终端器
" 终端器是阻抗匹配器，它放置在现场总线段的起点与终点， 用来 防止信号的反射
" 每个现场总线段应有、且只能有两个终端器
" 根据经验: 终端器应尽可能远地分开放置
配线与安装
连接器
将设备接入现场总线网段的连接件。
屏蔽应该完全覆盖连接器、接线端子和接头中的电路部分。
配线与安装
测试设备
配线与安装
本质安全
配线与安装
接地
接地原则
" 一个终端器的中点或一个电源调理器直接接地
" 导线的任何部分都不应接地
标准惯例
" 屏蔽层在一点接地
" 终端器的中心螺帽接地(保护平衡)
" 在总线供电的场合，接地点靠近电源
" 在本质安全应用场合，接地点靠近安全栅
配线与安装
安装规划 (H1)
FF/IEC/ISA 规范只提供指导方针，并不是绝对要求
" 每台总线供电设备至少需要 9v DC
" 信号至少需要达到 150mV p.p.
" 信号一定不能超过失真限度
" 容许采用现有线缆
" 简单的电路分析可以作为安装指导
" 可以用现场总线信号测试器检查安装状况
" 规划时应考虑未来的扩展
FF协议简介
H1数据链路层
地址
o FF使用的设备地址范围是0至255
- 0至15被保留为一组特殊地址
- 现场总线设备的可用地址是16至247
- 地址248至255是特殊缺省地址
- 地址248~251 永久缺省地址（非地址）
- 地址252~255 临时设备地址
H1数据链路层
增加新设备
o 加入到活动表
- 可以在任意时间连接新设备
- LAS向组态后的未用地址发送节点探测PN
- 设备以PR对探测作出响应
- LAS发送节点激活PDU；该设备就加到入活动表
- LAS发送活动表更新SPDU，以刷新该总线段上的其它链路主设备
- 节点地址现在就会接收到令牌PT
H1数据链路层
探测接点地址范围
o 地址00至0F 为一组特殊保留地址
o 10至V（FUN）-1 链路主设备和网桥地址
o V（FUN）至V（FUN）+ V（NUM）-1 掠过的节点地址
o V（FUN）+ V（NUM）至F7 基本设备
o F8至FF 保留作特殊缺省地址
H1数据链路层
去除设备
o 从活动表中去除
- 如果一个设备对连续3个令牌PT没有作出响应，该设备就被从活动表中去除
- LAS发送活动表更新SPDU，以便该总线段上的其它链路主设备刷新活动表
- 该节点地址现在就可以接收到节点探测帧PN
H1数据链路层
非预定通信
H1数据链路层
令牌参数的计算
o 用户可定义的参数
- 确定授权时间
o 最大令牌持有时间数组 V（MTHA）
o 缺省的令牌持有时间 V（DTHT）
o 缺省的最小令牌授权时间 V（DMDT）
- 确定优先权
o 目标令牌循环时间 V（TTRT）
*在网络管理信息库中配置
H1数据链路层
令牌参数的计算
10 令牌循环
LAS
11 F2 F3 F4 F5
o LAS计量实际令牌循环时间V（ATRT）, 并与目标令牌循环时间V（TTRT）进行比较
o 第一个循环以优先权NORMAL开始运行
o 如果V（ATRT）> V(TTRT） 增加紧急性的优先程度
o 如果V（ATRT）< V(TTRT） 降低紧急性的优先程度
o 优先权次序：时间可用度（256）；一般（128）；紧急（64）* V（ATRT）： 实际令牌循环时间
H1数据链路层
令牌参数的计算
10 令牌循环
LAS
11 F2 F3 F4 F5
o LAS会给定令牌持有时间V（DTHT）的缺省值，它在以后调度活动需要时可改变，所给出的令牌持有时间最小为V（MTHA）
o 设备可以要求更多的时间，但只能接受在该令牌每个循环的最大时间数组V（MTHA）中最大值
o LAS能在循环结束时发布维护时间
H1数据链路层
非调度通信
o 通过返还令牌时发送时间间隔长度指令RI，设备可以要求有更多的时间
o 设备拥有的时间不能超过组态时规定的在一个令牌循环中的最大时间
H1数据链路层
发布-预定接收模型
强制数据
H1数据链路层
链路时间同步
o LAS是本地链路的时间主管
- 当时间同步计时器计满时，以广播方式发送时间发布帧TD
- 在总线传输的非预定通信时间段，LAS寻找要发送TD的第一个机会
- 发送TD后，LAS重新启动时间同步计时器
H1数据链路层
LAS特殊协议数据单元SPDU
- 节点活动SPDU
o 当节点对探测帧PN作出响应，发出PR后产生该SPDU，并将设备带入在线状态。
- 活动表数据库SPDU
o LAS发布完整的活动表
- 活动表改变SPDU
o LAS 对活动表作改变
- 活动表请求SPDU
o 设备请求完整的活动表
- 请求放弃LAS角色SPDU
o 向现任LAS请求LAS功能
H1数据链路层
链路管理PDU
- CL-LAS宣称
o 用于初始化或先前LAS失效后恢复链接
- PN-节点探测
- PR-节点响应
- TD-时间发布
o 周期性的发布链路时间
- SR-状态响应
o 指示拒绝LAS转移
- CT-强制时间
o 请求现在的链路时间
- TL-LAS转移
o 将调度令牌和LAS角色转交给另一个链路主设备
H1数据链路层
通信PDU
- EC-创建连接
- DC-断开连接
- PT-令牌
- RT-返回令牌
o 将令牌交还LAS，无需附加时间
- RI- 时间长度请求
o 将令牌交还LAS，指出下一次授权时所要求的最小有用时间
H1数据链路层
通信PDU
- IDLE-总线上无活动的空闲态
- CD-强制数据
- DT-数据传输
o 从一个用户向一个或多个用户传输数据
H1数据链路层
H1网桥
o 网桥功能
- 跨越扩展网段的时间同步
o 既不转发也不重新发布时间TD
o 对所有活动端口刷新内部时间
o 为时间同步起见，网桥的非根部端口必须是LAS
- 转发DLPDU
o 网桥缓存、转发以下DLPDU：
- EC（1，2）；DC（1，2）；DT（1，2，3）；CD
- 重新发布DLSDU
o 网桥缓存并重发布DLSDU
o 发布者对网桥端口发布数据
网桥根据各链路的LAS 调度重新发布数据
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