1、2.3 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線組態(tài)基礎(chǔ),2.3.1 基本概念 2.3.2 系統(tǒng)管理和網(wǎng)絡(luò)管理 2.3.3 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的編程語(yǔ)言 2.3.4 鏈路活動(dòng)調(diào)度執(zhí)行組態(tài),2.3 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線組態(tài)基礎(chǔ),基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線 (FF)非常好地滿(mǎn)足了設(shè)備組態(tài)的要求。其協(xié)議有標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)用于設(shè)置設(shè)備的運(yùn)行。正是這一特性，使它同其他協(xié)議區(qū)別開(kāi)來(lái)，成為用于現(xiàn)場(chǎng)儀表的最通用的協(xié)議?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF)的參數(shù)組織在功能塊中?？梢允孪葘?zhǔn)備好并經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的設(shè)備組態(tài)形成模板，組態(tài)時(shí)使用這些模板可以加快組態(tài)速度并減少錯(cuò)誤。,2.3.1 基本概念,1鏈路活動(dòng)調(diào)度器LAS 在數(shù)據(jù)鏈路層上所生成的協(xié)議控制信息就是為完成對(duì)總線上的各類(lèi)鏈路傳

2、輸活動(dòng)進(jìn)行控制而設(shè)置的?？偩€通信中的鏈路活動(dòng)調(diào)度，數(shù)據(jù)的接收發(fā)送，活動(dòng)狀態(tài)的探測(cè)、響應(yīng)，總線上各設(shè)備間的鏈路時(shí)間同步，都是通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)的。 每個(gè)總線段上有一個(gè)媒體訪問(wèn)控制中心，稱(chēng)為鏈路活動(dòng)調(diào)度器(LAS，link active scheduler)。LAS具備鏈路活動(dòng)調(diào)度能力，便可形成鏈路活動(dòng)調(diào)度表，并按照調(diào)度表的內(nèi)容形成各類(lèi)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)，鏈路活動(dòng)調(diào)度是該設(shè)備中數(shù)據(jù)鏈路層的重要任務(wù)。對(duì)沒(méi)有鏈路活動(dòng)調(diào)度能力的設(shè)備來(lái)說(shuō)，其數(shù)據(jù)鏈路層要對(duì)來(lái)自總線的鏈路數(shù)據(jù)做出響應(yīng)，控制本設(shè)備對(duì)總線的活動(dòng)。此外在DLL層還要對(duì)所傳輸?shù)男畔?shí)行幀校驗(yàn)。,2鏈路活動(dòng)調(diào)度器LAS功能 鏈路活動(dòng)調(diào)度器LAS擁有總線上所

3、有設(shè)備的清單，由它來(lái)掌管總線段上各設(shè)備對(duì)總線的操作。任何時(shí)刻每個(gè)總線段上都只有一個(gè)LAS處于工作狀態(tài)，總線段上的設(shè)備只有得到鏈路活動(dòng)調(diào)度器LAS的許可，才能向總線上傳輸數(shù)據(jù)。因此LAS是總線的通信活動(dòng)中心。如圖2.27所示。,基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的通信活動(dòng)被歸納為兩類(lèi)：受調(diào)度通信與非調(diào)度通信。由鏈路活動(dòng)調(diào)度器按預(yù)定調(diào)度時(shí)間表周期性依次發(fā)起的通信活動(dòng)，稱(chēng)為受調(diào)度通信。鏈路活動(dòng)調(diào)度器內(nèi)有一個(gè)預(yù)定調(diào)度時(shí)間表。一旦到了某個(gè)設(shè)備要發(fā)送的時(shí)間，鏈路活動(dòng)調(diào)度器就發(fā)送一個(gè)強(qiáng)制數(shù)據(jù)(CD，compel data)給這個(gè)設(shè)備?；驹O(shè)備收到了這個(gè)強(qiáng)制數(shù)據(jù)信息，就可以向總線上發(fā)送它的信息?，F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中這種受調(diào)度通信一般用

4、于在設(shè)備間周期性地傳送控制數(shù)據(jù)。如在現(xiàn)場(chǎng)變送器與執(zhí)行器之間傳送測(cè)量或控制器輸出信號(hào)。,在預(yù)定調(diào)度時(shí)間表之外的時(shí)間，通過(guò)得到令牌的機(jī)會(huì)發(fā)送信息的通信方式稱(chēng)為非調(diào)度通信。非調(diào)度通信在預(yù)定調(diào)度時(shí)間表之外的時(shí)間，由LAS通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)出一個(gè)傳遞令牌(PT，pass token)，得到這個(gè)令牌的設(shè)備就可以發(fā)送信息。 所有總線上的設(shè)備都有機(jī)會(huì)通過(guò)這一方式發(fā)送調(diào)度之外的信息。由此可以看到，F(xiàn)F通信采用的是令牌總線工作方式。 受調(diào)度通信與非調(diào)度通信都是由LAS掌管的。按照基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的規(guī)范要求，鏈路活動(dòng)調(diào)度器應(yīng)具有以下五種基本功能：,(1)向設(shè)備發(fā)送強(qiáng)制數(shù)據(jù)CD。按照鏈路活動(dòng)調(diào)度器內(nèi)保留的調(diào)度表，向網(wǎng)絡(luò)上的

5、設(shè)備發(fā)送CD。調(diào)度表內(nèi)只保存要發(fā)送CD DLPDU的請(qǐng)求，其余功能函數(shù)都分散在各調(diào)度實(shí)體之間。 (2)向設(shè)備發(fā)送傳遞令牌PT，使設(shè)備得到發(fā)送非周期數(shù)據(jù)的權(quán)力，為它們提供發(fā)送非周期數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)。,圖2.27 現(xiàn)場(chǎng)總線儀表與LAS,(3)為新入網(wǎng)的設(shè)備探測(cè)未被采用過(guò)的地址。當(dāng)為新設(shè)備找好地址后，把它們加入到活動(dòng)表中。 (4)定期對(duì)總線段發(fā)布數(shù)據(jù)鏈路時(shí)間和調(diào)度時(shí)間。 (5)監(jiān)視設(shè)備對(duì)傳遞令牌PT的響應(yīng)，當(dāng)設(shè)備既不能隨著PT順序進(jìn)入使用，也不能將令牌返還時(shí)，就從活動(dòng)表中去掉這些設(shè)備。,3強(qiáng)有力功能塊 由標(biāo)準(zhǔn)功能塊組成的基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線編程語(yǔ)言功能極為強(qiáng)大。一般每個(gè)功能塊相當(dāng)于把幾個(gè)專(zhuān)有語(yǔ)言功能塊的功能裝在

6、一個(gè)模塊中。但是，真正使這些功能塊變得強(qiáng)有力的是它的握手(handshake)能力，以及使?fàn)顟B(tài)信息與數(shù)值信息一起從一個(gè)功能塊傳到另一功能塊的能力。 由于功能塊的行為是標(biāo)準(zhǔn)化的，所以這些功能可以跨越幾個(gè)不同制造商的設(shè)備來(lái)完成。功能塊還包含使用這些狀態(tài)信息的標(biāo)準(zhǔn)停車(chē)連鎖和串級(jí)初始化機(jī)制。這就意味著不需要對(duì)使用不同語(yǔ)言的附加邏輯進(jìn)行組態(tài)，便可實(shí)現(xiàn)這些及許多其他的功能。 換句話說(shuō)，工廠不僅僅是從單獨(dú)的功能塊的能力中獲得好處，更重要的是從能把這些模塊鏈接起來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)化互操作性的結(jié)合能力中獲得好處。,2.3.2 系統(tǒng)管理和網(wǎng)絡(luò)管理,1系統(tǒng)管理 （1）系統(tǒng)管理概述 每個(gè)設(shè)備中都有系統(tǒng)管理實(shí)體。該實(shí)體由用戶(hù)應(yīng)用

7、和系統(tǒng)管理內(nèi)核(SMK，system management kernel)組成。系統(tǒng)管理內(nèi)核SMK可看作一種特殊的應(yīng)用進(jìn)程AP。從它在通信模型中的位置可以看出，系統(tǒng)管理是通過(guò)集成多層的協(xié)議與功能而完成的。 系統(tǒng)管理用以協(xié)調(diào)分布式現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線采用管理員代理者模式(SMgrSMK)，每個(gè)設(shè)備的系統(tǒng)管理內(nèi)核(SMK)承擔(dān)代理者角色，對(duì)從系統(tǒng)管理者(SMgr)實(shí)體收到的指示做出響應(yīng)。系統(tǒng)管理可以全部包含在一個(gè)設(shè)備中，也可以分布在多個(gè)設(shè)備之間。,系統(tǒng)管理內(nèi)核使該設(shè)備具備與網(wǎng)絡(luò)上其他設(shè)備進(jìn)行互操作的基礎(chǔ)。圖2.28為系統(tǒng)管理內(nèi)核的框圖。在一個(gè)設(shè)備內(nèi)部，SMK與網(wǎng)絡(luò)管理代理和設(shè)

8、備應(yīng)用進(jìn)程之間的相互作用屬于本地作用。,系統(tǒng)管理內(nèi)核是一個(gè)設(shè)備管理實(shí)體。它負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)和執(zhí)行功能的同步。SMK采用兩個(gè)協(xié)議進(jìn)行通信，即FMS和SMKP。為加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)各項(xiàng)功能的協(xié)調(diào)與同步，使用了系統(tǒng)管理員代理者模式。 在這一模式中，每個(gè)設(shè)備的系統(tǒng)管理內(nèi)核承擔(dān)了代理者的任務(wù)并響應(yīng)來(lái)自系統(tǒng)管理員實(shí)體的指示。系統(tǒng)管理內(nèi)核協(xié)議SMKP(SMK protoco1)就是用以實(shí)現(xiàn)管理員和代理者之間的通信的。系統(tǒng)管理操作的信息被組織為對(duì)象，存放在系統(tǒng)管理信息庫(kù)(SMIB)中，從網(wǎng)絡(luò)的角度來(lái)看，SMIB屬于管理虛擬設(shè)備(MVFD，management virtual field device)，這使得SMIB對(duì)象可

9、以通過(guò)FMS服務(wù)進(jìn)行訪問(wèn)(如讀，寫(xiě))，MVFD與網(wǎng)絡(luò)管理代理共享。,圖2.28 系統(tǒng)管理與其他部分的關(guān)系,系統(tǒng)管理內(nèi)核的作用之一是要把基本系統(tǒng)的組態(tài)信息置入到系統(tǒng)管理信息庫(kù)中。采用專(zhuān)門(mén)的系統(tǒng)組態(tài)設(shè)備，如手持編程器，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線接口，把系統(tǒng)信息置入到系統(tǒng)管理信息庫(kù)。組態(tài)可以離線進(jìn)行，也可以在網(wǎng)絡(luò)上在線進(jìn)行。,SMK采用了兩種通信協(xié)議，即FMS與SMKP(系統(tǒng)管理內(nèi)核協(xié)議)，F(xiàn)MS用于訪問(wèn)SMIB,SMKP用于實(shí)現(xiàn)SMK的其他功能。為執(zhí)行其功能，系統(tǒng)管理內(nèi)核SMK必須與通信系統(tǒng)和設(shè)備中的應(yīng)用相聯(lián)系。 系統(tǒng)管理內(nèi)核除了使用某些數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)之外，還運(yùn)用FMS的功能來(lái)提供對(duì)系統(tǒng)管理信息庫(kù)SMIB

10、的訪問(wèn)。設(shè)備中的SMK采用與網(wǎng)絡(luò)管理代理共享的VFD模式。采用應(yīng)用層服務(wù)可以訪問(wèn)SMIB對(duì)象。 在地址分配過(guò)程中，系統(tǒng)管理必須與數(shù)據(jù)鏈路管理實(shí)體(DLME，data link management entity)相聯(lián)系。系統(tǒng)管理SM和DLME的界面是本地生成的。 系統(tǒng)管理內(nèi)核與數(shù)據(jù)鏈路層有著密切聯(lián)系。它直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)鏈路層，以執(zhí)行其功能。這些功能由專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)(DLSAP，data link layer service access point)來(lái)提供。DLSAP地址保留在數(shù)據(jù)鏈路層。,系統(tǒng)管理內(nèi)核SMK采用系統(tǒng)管理內(nèi)核協(xié)議(SMKP)與遠(yuǎn)程SMK通信。這種通信應(yīng)用有兩種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈路

11、地址。一個(gè)是單地址，該地址唯一地對(duì)應(yīng)予一個(gè)特殊設(shè)備的SMK；另一個(gè)是鏈路的本地組地址，它表明了在一次鏈接中要通信的所有設(shè)備的SMK。SMKP采用無(wú)連接方式的數(shù)據(jù)鏈接服務(wù)和數(shù)據(jù)鏈路單元數(shù)據(jù)(DL-unit data)。而SMK則采用數(shù)據(jù)鏈路時(shí)間(DL-time)服務(wù)來(lái)支持應(yīng)用時(shí)鐘同步和功能塊調(diào)度。 從系統(tǒng)管理內(nèi)核與用戶(hù)應(yīng)用的聯(lián)系來(lái)看，系統(tǒng)管理支持節(jié)點(diǎn)地址分配、應(yīng)用服務(wù)調(diào)度、應(yīng)用時(shí)鐘同步和應(yīng)用進(jìn)程位號(hào)的地址解析。系統(tǒng)管理內(nèi)核通過(guò)上述服務(wù)使用戶(hù)應(yīng)用得到這些功能。圖2.29表明了SMK所具備的用以支持這些聯(lián)系的組成模塊與結(jié)構(gòu)關(guān)系。它可以作為服務(wù)器或響應(yīng)者工作，也可以作為客戶(hù)端工作，為設(shè)備應(yīng)用提供服務(wù)界

12、面。本地SMK和遠(yuǎn)程SMK相互作用時(shí)，本地SMK可以起到服務(wù)器的作用，滿(mǎn)足各種服務(wù)請(qǐng)求。,圖2.29 系統(tǒng)管理功能及其組織,從圖中可以看到，系統(tǒng)管理內(nèi)核SMK為設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)操作提供多種服務(wù)：訪問(wèn)系統(tǒng)管理信息庫(kù)，分配設(shè)備位號(hào)與地址；進(jìn)行設(shè)備辨認(rèn)；定位遠(yuǎn)程設(shè)備與對(duì)象；進(jìn)行時(shí)鐘同步、功能塊調(diào)度等。,（2）系統(tǒng)管理的作用 系統(tǒng)管理可完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的地址分配、尋找應(yīng)用位號(hào)、實(shí)現(xiàn)應(yīng)用時(shí)鐘的同步、功能塊列表、設(shè)備識(shí)別以及對(duì)系統(tǒng)管理信息庫(kù)SMIB的訪問(wèn)等功能。 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備地址分配 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備地址分配應(yīng)保證現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)設(shè)備只對(duì)應(yīng)唯一的一個(gè)節(jié)點(diǎn)地址。首先給未初始化設(shè)備離線地分配一個(gè)物理設(shè)備位號(hào)，然后使設(shè)備進(jìn)入初始

13、化狀態(tài)。設(shè)備在初始化狀態(tài)下并沒(méi)有被分配節(jié)點(diǎn)地址，但能附屬于網(wǎng)絡(luò)。一旦處于網(wǎng)絡(luò)之上，組態(tài)設(shè)備就會(huì)發(fā)現(xiàn)該新設(shè)備并根據(jù)它的物理設(shè)備位號(hào)給它分配節(jié)點(diǎn)地址。 它包括一系列由定時(shí)器控制的步驟，以使系統(tǒng)管理代理定時(shí)地執(zhí)行它們的動(dòng)作和響應(yīng)管理員請(qǐng)求。在錯(cuò)誤情況下，代理必須有效地返回到操作開(kāi)始時(shí)的狀態(tài)。它也必須拒絕與它當(dāng)時(shí)所處狀態(tài)不相容的請(qǐng)求。, 尋找應(yīng)用位號(hào) 以位號(hào)標(biāo)識(shí)的對(duì)象有物理設(shè)備(PD)、虛擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(VFD)、功能塊(FB)和功能塊參數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)管理允許查詢(xún)由位號(hào)標(biāo)識(shí)的對(duì)象，包含此對(duì)象的設(shè)備將返回一個(gè)響應(yīng)值，其中包括有對(duì)象字典目錄和此對(duì)象的虛擬通信關(guān)系表。此外，必要時(shí)還允許采用位號(hào)與其他特定應(yīng)用對(duì)

14、象發(fā)生聯(lián)系。該功能還允許正在請(qǐng)求的用戶(hù)應(yīng)用決定，是否復(fù)制已存在于現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中的位號(hào)。 應(yīng)用時(shí)鐘同步 SMK提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用時(shí)鐘的同步機(jī)制。由時(shí)間發(fā)布者的SMK負(fù)責(zé)應(yīng)用時(shí)鐘時(shí)間與存在于數(shù)據(jù)鏈路層中的鏈路調(diào)度時(shí)間之間的聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用時(shí)鐘同步?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線支持存在冗余的時(shí)間發(fā)布者。為了解決沖突，它利用協(xié)議規(guī)則來(lái)決定哪個(gè)時(shí)間發(fā)布者起作用。 SMK沒(méi)有采用應(yīng)用時(shí)鐘來(lái)支持它的任何功能。每個(gè)設(shè)備都將應(yīng)用時(shí)鐘作為獨(dú)立于現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路時(shí)鐘而運(yùn)行的單個(gè)時(shí)鐘，或者說(shuō)，應(yīng)用時(shí)鐘時(shí)間可按需要，由數(shù)據(jù)鏈路時(shí)鐘計(jì)算而得到。,功能塊調(diào)度 SMK代理的功能塊調(diào)度功能，運(yùn)用存儲(chǔ)于SMIB中的功能塊調(diào)度，告知用戶(hù)應(yīng)用該執(zhí)行的功

15、能塊，或其他可調(diào)度的應(yīng)用任務(wù)。 這種調(diào)度按被稱(chēng)為宏周期的功能塊重復(fù)執(zhí)行。宏周期起點(diǎn)被指定為鏈路調(diào)度時(shí)間。所規(guī)定的功能塊起始時(shí)間是相對(duì)于宏周期起點(diǎn)的時(shí)間偏移量。通過(guò)這條信息和當(dāng)前的鏈路調(diào)度時(shí)間LS-time,SMK就能決定何時(shí)向用戶(hù)應(yīng)用發(fā)出執(zhí)行功能塊的命令。 功能塊調(diào)度必須與鏈路活動(dòng)調(diào)度器中使用的調(diào)度相協(xié)調(diào)。允許功能塊的執(zhí)行與輸入輸出數(shù)據(jù)的傳送同步。 設(shè)備識(shí)別 現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備識(shí)別通過(guò)物理設(shè)備位號(hào)和設(shè)備ID來(lái)進(jìn)行。系統(tǒng)管理還可以通過(guò)FMS服務(wù)訪問(wèn)SMIB，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的組態(tài)與故障診斷。 （3）系統(tǒng)管理服務(wù)和作用過(guò)程 圖2.30表示了系統(tǒng)管理內(nèi)核及其所提供的服務(wù)的作用過(guò)程。從圖中可以看到，它所提供的

16、主要服務(wù)有：地址分配、設(shè)備識(shí)別、定位服務(wù)、應(yīng)用時(shí)鐘同步、功能塊調(diào)度。下面介紹這幾種服務(wù)。,圖2.30 系統(tǒng)管理內(nèi)核及其服務(wù),功能塊調(diào)度 SMK代理的功能塊調(diào)度功能，運(yùn)用存儲(chǔ)于SMIB中的功能塊調(diào)度，告知用戶(hù)應(yīng)用該執(zhí)行的功能塊，或其他可調(diào)度的應(yīng)用任務(wù)。, 設(shè)備地址分配 每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備都必須有一個(gè)唯一的網(wǎng)絡(luò)地址和物理設(shè)備位號(hào)，以便現(xiàn)場(chǎng)總線有可能對(duì)它們實(shí)行操作。 為了避免在儀表中設(shè)置地址開(kāi)關(guān)，這里通過(guò)系統(tǒng)管理自動(dòng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)地址分配。為一個(gè)新設(shè)備分配網(wǎng)絡(luò)地址的步驟如下： 通過(guò)組態(tài)設(shè)備分配給這個(gè)新設(shè)備一個(gè)物理設(shè)備位號(hào)。這個(gè)工作可以“離線”實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)特殊的缺省網(wǎng)絡(luò)地址“在線”實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)管理采用缺省

17、網(wǎng)絡(luò)地址詢(xún)問(wèn)該設(shè)備的物理設(shè)備位號(hào)，并采用該物理設(shè)備位號(hào)在組態(tài)表內(nèi)尋找新的網(wǎng)絡(luò)地址。然后，系統(tǒng)管理給該設(shè)備發(fā)送一個(gè)特殊的地址設(shè)置信息，迫使這個(gè)設(shè)備移至這個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)地址。 對(duì)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的所有的設(shè)備都按缺省地址重復(fù)上述步驟。 設(shè)備識(shí)別 SMK的識(shí)別服務(wù)容許應(yīng)用進(jìn)程從遠(yuǎn)程SMK得到物理設(shè)備位號(hào)和設(shè)備標(biāo)示ID。,設(shè)備ID是一個(gè)與系統(tǒng)無(wú)關(guān)的識(shí)別標(biāo)志，它由生產(chǎn)者提供。在地址分配中，組態(tài)主管也采用這個(gè)服務(wù)去辨認(rèn)已經(jīng)具有位號(hào)的設(shè)備，并為這個(gè)設(shè)備分配一個(gè)更改后的地址。 應(yīng)用時(shí)鐘分配 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線支持應(yīng)用時(shí)鐘分配功能。系統(tǒng)管理者有一個(gè)時(shí)間發(fā)布器，它向所有的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備周期性地發(fā)布應(yīng)用時(shí)鐘同步信號(hào)。數(shù)據(jù)鏈路調(diào)度時(shí)間與

18、應(yīng)用時(shí)鐘一起被采樣、傳送，使得正在接收的設(shè)備有可能調(diào)整它們的本地時(shí)間。應(yīng)用時(shí)鐘同步允許設(shè)備通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線校準(zhǔn)帶時(shí)間標(biāo)志的數(shù)據(jù)。 尋找位號(hào)(定位)服務(wù) 系統(tǒng)管理通過(guò)尋找位號(hào)服務(wù)搜索設(shè)備或變量，為主機(jī)系統(tǒng)和便攜式維護(hù)設(shè)備提供方便。系統(tǒng)管理對(duì)所有的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備廣播這一位號(hào)查詢(xún)信息，一旦收到這個(gè)信息，每個(gè)設(shè)備都將搜索它的虛擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備VFD，看是否符合該位號(hào)。,如果發(fā)現(xiàn)這個(gè)位號(hào)，就返回完整的路徑信息，包括網(wǎng)絡(luò)地址、虛擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備VFD編號(hào)、虛擬通信關(guān)系VCR目錄、對(duì)象字典目錄。主機(jī)或維護(hù)設(shè)備一旦知道了這個(gè)路徑，就能訪問(wèn)該位號(hào)的數(shù)據(jù)。 功能塊調(diào)度 功能塊調(diào)度指示用戶(hù)應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)是執(zhí)行某個(gè)功能塊或其他可執(zhí)行任

19、務(wù)的時(shí)間了。SMK使用SMIB中的調(diào)度對(duì)象和由數(shù)據(jù)鏈路層保留的鏈路調(diào)度時(shí)間來(lái)決定何時(shí)向它的用戶(hù)應(yīng)用發(fā)布命令。 功能塊執(zhí)行是可重復(fù)的，每次重復(fù)稱(chēng)為一個(gè)宏周期(macrocycle)，宏周期通過(guò)使用值為零的鏈路調(diào)度時(shí)間作為它們起始時(shí)間的基準(zhǔn)而實(shí)現(xiàn)鏈路時(shí)間同步。也就是說(shuō)，如果一個(gè)特定的宏周期生命周期是1 000，那么它將以0，1 000，2 000等時(shí)間點(diǎn)作為起始點(diǎn)。,每個(gè)設(shè)備都將在它自己的宏周期期間執(zhí)行其功能塊調(diào)度。如數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和功能塊執(zhí)行時(shí)間通過(guò)它們相對(duì)各自宏周期起點(diǎn)的時(shí)間偏置來(lái)進(jìn)行同步。設(shè)備中的功能塊執(zhí)行則在SMIB FB Start Entry Objects中定義。該SMIB內(nèi)容就是功能塊調(diào)

20、度。 當(dāng)控制一個(gè)過(guò)程時(shí)，發(fā)生在固定時(shí)間間隔上的監(jiān)控和輸出改變是十分重要的。與該固定時(shí)間間隔的偏差稱(chēng)為抖動(dòng)，其值必須很小。根據(jù)為每個(gè)設(shè)備組態(tài)的SMIB FB Start Entry Objects,功能塊精確地在固定時(shí)間間隔上執(zhí)行。合適的功能塊調(diào)度和它的宏周期周期必須下載到執(zhí)行功能塊的設(shè)備的SMIB中。設(shè)備利用這些對(duì)象和當(dāng)前LS時(shí)間來(lái)決定何時(shí)執(zhí)行它的功能塊。 采用調(diào)度組建工具來(lái)生成功能塊和鏈路活動(dòng)調(diào)度器。假定調(diào)度組建工具已經(jīng)為某個(gè)控制回路組建了表2.11所示的調(diào)度表。該調(diào)度表包含有開(kāi)始時(shí)間，這個(gè)開(kāi)始時(shí)間是指它偏離絕對(duì)鏈路調(diào)度開(kāi)始時(shí)間起點(diǎn)的數(shù)值。絕對(duì)鏈路調(diào)度開(kāi)始時(shí)間是總線上所有設(shè)備都知道的。,表2

21、.11 某控制回路調(diào)度表,圖2-31描述了絕對(duì)鏈路調(diào)度開(kāi)始時(shí)間、鏈路活動(dòng)調(diào)度循環(huán)周期、功能塊調(diào)度與絕對(duì)開(kāi)始時(shí)間偏離值之間的關(guān)系。 在偏離值為0的時(shí)刻，變送器中的系統(tǒng)管理將引發(fā)AI功能塊的執(zhí)行。在偏離值為20的時(shí)刻，鏈路活魂調(diào)度器將向變送器內(nèi)的AI功能塊的緩沖器發(fā)出一個(gè)強(qiáng)制數(shù)據(jù)CD，緩沖器中的數(shù)據(jù)將發(fā)布到總線上。 在偏離值為30的時(shí)刻，調(diào)節(jié)閥中的系統(tǒng)管理將引發(fā)PID功能塊的執(zhí)行，隨之在偏離值為50的時(shí)刻，執(zhí)行AO功能塊?？刂苹芈穼?zhǔn)確地重復(fù)這種模式。,注意，在功能塊執(zhí)行的間隙，鏈路活動(dòng)調(diào)度器LAS還向所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)送令牌消息，以便它們可以發(fā)送它們的非受調(diào)度消息，如報(bào)警通知、改變給定值等。在這個(gè)例

22、子中，只有偏離值從2030，即當(dāng)AI功能塊數(shù)據(jù)正在總線上發(fā)布的時(shí)間段不能傳送非受調(diào)度信息。 2基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)管理(NM) 現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)采用網(wǎng)絡(luò)管理代理(NMA，network management agent)，網(wǎng)絡(luò)管理者(NMgr，network manager)工作模式。FF的每臺(tái)設(shè)備都有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理代理，負(fù)責(zé)管理其通信棧，并監(jiān)督其運(yùn)行。每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)至少有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理者，網(wǎng)絡(luò)管理者實(shí)體在相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)管理代理的協(xié)同下，完成網(wǎng)絡(luò)的通信管理。執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)的通信管理。網(wǎng)絡(luò)管理者(NMgr)指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)管理代理(NMA)運(yùn)行。 網(wǎng)絡(luò)管理(Network Management，NM)的主要功能為對(duì)通

23、信棧組態(tài)、下載鏈路活動(dòng)調(diào)度表、下載虛擬通信關(guān)系表(VCRL)或表中某個(gè)條目、通信性能的監(jiān)視及通信異常的監(jiān)視。,圖2.31 功能塊調(diào)度與宏周期 (1)網(wǎng)絡(luò)管理的組成 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF)的網(wǎng)絡(luò)管理(NM)主要由網(wǎng)絡(luò)管理者(NMgr)、網(wǎng)絡(luò)管理代理(NMA)和網(wǎng)絡(luò)管理信息庫(kù)(Network Management Information Base，NMIB)三部分組成。,網(wǎng)絡(luò)管理者 每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)至少有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理者(NMgr)，它按系統(tǒng)管理者的規(guī)定負(fù)責(zé)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需要或系統(tǒng)管理者指示，來(lái)執(zhí)行某個(gè)動(dòng)作。 網(wǎng)絡(luò)管理者監(jiān)視每臺(tái)設(shè)備中通信棧的狀態(tài)。它通過(guò)處理由NMA生成的報(bào)告，來(lái)完成某

24、個(gè)任務(wù)。它指揮NMA，再通過(guò)FMS，來(lái)執(zhí)行它所要求的任務(wù)。一臺(tái)設(shè)備內(nèi)網(wǎng)絡(luò)管理與系統(tǒng)管理的相互作用屬于本地行為，但網(wǎng)絡(luò)管理者與系統(tǒng)管理者之間的關(guān)系涉及到系統(tǒng)構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)管理者(NMgr)實(shí)體指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)管理代理(NMA)運(yùn)行，由NMgr向NMA發(fā)出指示，再由NMA對(duì)它作出響應(yīng)。NMA也可在一些重要的事件或狀態(tài)發(fā)生時(shí)通知NMgr。 網(wǎng)絡(luò)管理代理 每臺(tái)設(shè)備都有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理代理(NMA)，負(fù)責(zé)管理通信模型中的第二層至第七層(即通信棧)，并監(jiān)督其運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)管理代理支持組態(tài)管理、運(yùn)行管理、監(jiān)視通信性能、判斷通信差錯(cuò)。,網(wǎng)絡(luò)管理代理利用組態(tài)管理設(shè)置通信棧內(nèi)的參數(shù)，選擇工作方式與內(nèi)容。在工作期間，網(wǎng)絡(luò)管理代理可以觀

25、察、分析設(shè)備的通信狀況，如果判斷出有問(wèn)題，并需要改進(jìn)或者改變?cè)O(shè)備間的通信，那就可以在設(shè)備工作的同時(shí)實(shí)現(xiàn)重新組態(tài)。是否重新組態(tài)則取決于它與其他設(shè)備間的通信是否已經(jīng)中斷。組態(tài)信息、運(yùn)行信息、出錯(cuò)信息盡管大部分實(shí)際上駐留在通信棧內(nèi)，但都包含在網(wǎng)絡(luò)管理信息庫(kù)(NMIB)中。 網(wǎng)絡(luò)管理者(NMgr)與它的網(wǎng)絡(luò)管理代理(NMA)之間的虛擬通信關(guān)系是VCR表中的第一個(gè)虛擬通信關(guān)系。它提供了排隊(duì)式、用戶(hù)觸發(fā)、雙向的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)。它以含有NMA的所有設(shè)備都熟知的數(shù)據(jù)鏈路連接端點(diǎn)地址的形式，存在于含有NMA的所有設(shè)備中，并要求所有的NMA都支持這個(gè)VCR。通過(guò)其他VCR，也可以訪問(wèn)NMA，但只允許監(jiān)視。,網(wǎng)絡(luò)管理信息

26、庫(kù) 網(wǎng)絡(luò)管理信息庫(kù)(NMIB)是被管理變量的集合，包含了設(shè)備通信系統(tǒng)中組態(tài)、運(yùn)行、差錯(cuò)管理的相關(guān)信息。 網(wǎng)絡(luò)管理信息庫(kù)(NMIB)和系統(tǒng)管理信息庫(kù)(SMIB)結(jié)合在一起，成為設(shè)備內(nèi)部訪問(wèn)管理信息的中心。NMIB的內(nèi)容是借助虛擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理和對(duì)象字典來(lái)描述的。 (2)網(wǎng)絡(luò)管理代理的虛擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 網(wǎng)絡(luò)管理代理的虛擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(NMA VFD)是網(wǎng)絡(luò)上可以看到的網(wǎng)絡(luò)管理代理，或者說(shuō)是由FMS看到的網(wǎng)絡(luò)管理代理。NMA VFD運(yùn)用FMS服務(wù)，使得NMA可以穿越網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訪問(wèn)。 NMA VFD的屬性有：廠商名、型號(hào)、版本號(hào)、行規(guī)號(hào)、邏輯狀態(tài)、物理狀態(tài)及VFD專(zhuān)有對(duì)象表。其中前三項(xiàng)由制造商規(guī)定并輸入；行規(guī)號(hào)為

27、0X4D47，即網(wǎng)絡(luò)管理英文字母M、G的ASCII代碼4DH、47H；邏輯狀態(tài)和物理狀態(tài)屬于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)；VFD專(zhuān)有對(duì)象是指NMA索引對(duì)象。NMA索引對(duì)象是NMIB中對(duì)象的邏輯映射，它作為一個(gè)FMS數(shù)組對(duì)象定義。,NMA VFD也象其他虛擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備那樣，具有它所包含的所有對(duì)象的對(duì)象描述，并形成對(duì)象字典(OD)；也象其他對(duì)象字典那樣，它把對(duì)象字典本身作為一個(gè)對(duì)象進(jìn)行描述。NMA VFD對(duì)象字典的對(duì)象描述是NMA VFD對(duì)象字典中的條目0，其內(nèi)容有：標(biāo)識(shí)號(hào)、存儲(chǔ)屬性(ROM/RAM)、名稱(chēng)長(zhǎng)度、訪問(wèn)保護(hù)、OD版本、本地地址、OD靜態(tài)條目長(zhǎng)度、第一個(gè)索引對(duì)象目錄號(hào)。 NMA索引對(duì)象是包含在NM

28、IB中的一組邏輯對(duì)象。每個(gè)索引對(duì)象包含了要訪問(wèn)的由NMA管理的對(duì)象所必需的信息。通信行規(guī)、設(shè)備行規(guī)、制造商都可以規(guī)定NMA_VFD中所含有的網(wǎng)絡(luò)可訪問(wèn)對(duì)象。這些附加對(duì)象收容在OD里，并為它們?cè)黾铀饕?，通過(guò)索引指向這些對(duì)象。要確保所增加的對(duì)象定義不會(huì)受底層管理的影響，即所規(guī)定的對(duì)象屬性、數(shù)據(jù)類(lèi)型不會(huì)被改變、替換或刪除。 NMA索引對(duì)象被規(guī)定為FMS數(shù)組對(duì)象。NMA標(biāo)準(zhǔn)索引總是由第二個(gè)SOD(靜態(tài)對(duì)象字典)條目描述。,當(dāng)存在N個(gè)索引對(duì)象時(shí)，它們分別由對(duì)象字典中前N個(gè)連續(xù)的S_OD條目引導(dǎo)。數(shù)字N被收作索引對(duì)象數(shù)組中的一個(gè)值。 數(shù)組內(nèi)包括的內(nèi)容有：數(shù)字標(biāo)識(shí)符、數(shù)據(jù)類(lèi)型目錄號(hào)、元素長(zhǎng)度、元素?cái)?shù)量、訪問(wèn)

29、組、訪問(wèn)權(quán)、密碼、本地地址等。 索引對(duì)象數(shù)組在邏輯上被分為標(biāo)題(頭)和一組指針，指針指向三類(lèi)對(duì)象：FMS單對(duì)象、復(fù)合對(duì)象、復(fù)合列表對(duì)象。復(fù)合對(duì)象是兩個(gè)或多個(gè)具有連續(xù)對(duì)象指針的FMS單對(duì)象組成的復(fù)合組，組內(nèi)對(duì)象具有不同的FMS對(duì)象類(lèi)型。索引提供的指針指向組內(nèi)第一個(gè)對(duì)象，即指向具有最低對(duì)象目錄號(hào)的對(duì)象。復(fù)合列表對(duì)象是一組相關(guān)的、連續(xù)的索引條目，每個(gè)都指向同類(lèi)型的復(fù)合對(duì)象。 (3)網(wǎng)絡(luò)管理的服務(wù) 不同的網(wǎng)絡(luò)管理對(duì)象使用各自相應(yīng)的FMS服務(wù)。例如，NMA _VFD的屬性由FMS Identify服務(wù)讀?。籒MA_VFD OD由Get OD、Put OD訪問(wèn)；索引對(duì)象及其他具體管理對(duì)象支持FMS Rea

30、d和FMS Write兩種服務(wù)訪問(wèn)。NMA可以表示為多個(gè)復(fù)合對(duì)象，復(fù)合對(duì)象是用類(lèi)(Class)模型定義的。下面列舉幾個(gè)類(lèi)模型，如表2.12所示。,表2.12 類(lèi)模型舉例,網(wǎng)絡(luò)管理者與網(wǎng)絡(luò)管理代理 網(wǎng)絡(luò)管理者按系統(tǒng)管理者的規(guī)定，負(fù)責(zé)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)管理者監(jiān)視每個(gè)設(shè)備中通信棧的狀態(tài)。在系統(tǒng)運(yùn)行需要或系統(tǒng)管理者指示時(shí)，執(zhí)行某個(gè)動(dòng)作。網(wǎng)絡(luò)管理者通過(guò)處理由網(wǎng)絡(luò)管理代理生成的報(bào)告，來(lái)完成其任務(wù)。它指揮網(wǎng)絡(luò)管理代理，通過(guò)FMS，執(zhí)行它所要求的任務(wù)。一個(gè)設(shè)備內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)管理與系統(tǒng)管理的相互作用屬本地行為，但網(wǎng)絡(luò)管理者與系統(tǒng)管理者之間的關(guān)系，涉及到系統(tǒng)構(gòu)成,網(wǎng)絡(luò)管理者NMgr實(shí)體指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)管理代理NMA運(yùn)行，由NM

31、gr向NMA發(fā)出指示，而NMA對(duì)它做出響應(yīng)，NMA也可在一些重要的事件或狀態(tài)發(fā)生時(shí)通知NMgr。每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線至少有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理者。 每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理代理NMA，負(fù)責(zé)管理其通信棧。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理代理支持組態(tài)管理、運(yùn)行管理、監(jiān)視判斷通信差錯(cuò)。網(wǎng)絡(luò)管理代理利用組態(tài)管理設(shè)置通信棧內(nèi)的參數(shù)，選擇工作方式與內(nèi)容，監(jiān)視判斷有無(wú)通信差錯(cuò)。在工作期間，它可以觀察、分析設(shè)備通信的狀況，如果判斷出有問(wèn)題，需要改進(jìn)或者改變?cè)O(shè)備間的通信，就可以在設(shè)備一直工作的同時(shí)實(shí)現(xiàn)重新組態(tài)。是否重新組態(tài)則取決于它與其他設(shè)備間的通信是否已經(jīng)中斷。組態(tài)信息、運(yùn)行信息、出錯(cuò)信息盡管大部分實(shí)際上駐留在通信棧內(nèi)，但都包含在網(wǎng)絡(luò)管理信息庫(kù)

32、NMIB中。 網(wǎng)絡(luò)管理負(fù)責(zé)以下工作： 下載虛擬通信關(guān)系表VCRL或表中某個(gè)單一條目； 對(duì)通信棧組態(tài)；,下載鏈路活動(dòng)調(diào)度表LAS； 運(yùn)行性能監(jiān)視； 差錯(cuò)判斷監(jiān)視。 NMA是一個(gè)設(shè)備應(yīng)用進(jìn)程，它由一個(gè)FMS VFD模型表示。在NMA VFD中的對(duì)象是關(guān)于通信棧整體或各層管理實(shí)體(LME)的信息。這些網(wǎng)絡(luò)管理對(duì)象集合在網(wǎng)絡(luò)管理信息庫(kù)(NMIB)中，可由NMgr使用一些FMS服務(wù)，通過(guò)與NMA建立VCR進(jìn)行訪問(wèn)。NMgr，NMA及被管理對(duì)象間的相互作用如圖2.32所示。,圖2.32 網(wǎng)絡(luò)管理者、被管理對(duì)象、網(wǎng)絡(luò)管理代理 之間的相互作用關(guān)系,在網(wǎng)絡(luò)管理者與它的網(wǎng)絡(luò)管理代理之間的通信規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)虛擬通信關(guān)系

33、。網(wǎng)絡(luò)管理者與它的網(wǎng)絡(luò)管理代理之間的虛擬通信關(guān)系總是VCR表中的第一個(gè)虛擬通信關(guān)系。它提供了可用時(shí)間、排隊(duì)式、用戶(hù)觸發(fā)、雙向的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)。 網(wǎng)絡(luò)管理代理VCR，以含有NMA的所有設(shè)備都熟知的數(shù)據(jù)鏈路連接端點(diǎn)地址的形式，存在于含有NMA的所有設(shè)備中，要求所有的NMA都支持這個(gè)VCR。通過(guò)其他VCR，也可以訪問(wèn)NMA，但只允許通過(guò)那些VCR進(jìn)行監(jiān)視。 網(wǎng)絡(luò)管理信息庫(kù)NMIB(network management information base)是網(wǎng)絡(luò)管理的重要組成部分之一，它是被管理變量的集合。包含了設(shè)備通信系統(tǒng)中組態(tài)、運(yùn)行、差錯(cuò)管理的相關(guān)信息。網(wǎng)絡(luò)管理信息庫(kù)NMIB與系統(tǒng)管理信息庫(kù)SMIB結(jié)合在

34、一起，成為設(shè)備內(nèi)部訪問(wèn)管理信息的中心。網(wǎng)絡(luò)管理信息庫(kù)的內(nèi)容是借助虛擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理和對(duì)象字典來(lái)描述的。,（4）通信實(shí)體 圖2.33為現(xiàn)場(chǎng)總線通信實(shí)體示意圖。從圖中可以看到，通信實(shí)體包含自物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、現(xiàn)場(chǎng)總線訪問(wèn)子層和現(xiàn)場(chǎng)總線信息規(guī)范層直至用戶(hù)層、占據(jù)了信模型的大部分地區(qū)，是通信模型的重要組成部分。 設(shè)備的通信實(shí)體由各層的協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)管理代理共同組成，通信棧是其中的核心。 圖中的層管理實(shí)體LMEs提供對(duì)一層協(xié)議的管理能力。FMS，F(xiàn)AS，DLL，物理層都有自己的層管理實(shí)體。層管理實(shí)體向網(wǎng)絡(luò)管理代理提供對(duì)協(xié)議被管理對(duì)象的本地接口。網(wǎng)絡(luò)對(duì)層管理實(shí)體及其對(duì)象的全部訪問(wèn)，都是通過(guò)NMA進(jìn)行的。 圖2

35、.33中的PH-SAP為物理層服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)；DL-SAP為數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)；DL-CEP為數(shù)據(jù)鏈路連接端點(diǎn)。它們是構(gòu)成層間虛擬通信關(guān)系的接口端點(diǎn)。 層協(xié)議的基本目標(biāo)是提供虛擬通信關(guān)系。FMS提供VCR應(yīng)用報(bào)文服務(wù)，如變量讀、寫(xiě)。不過(guò)，有些設(shè)備可以不用FMS，而直接訪問(wèn)FAS。,圖2.33 現(xiàn)場(chǎng)總線通信實(shí)體示意圖,系統(tǒng)管理內(nèi)核除采用FMS服務(wù)外，還可在經(jīng)過(guò)系統(tǒng)管理內(nèi)核協(xié)議直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)鏈路層。 FAS對(duì)FMS和應(yīng)用進(jìn)程提供VCR報(bào)文傳送服務(wù)，把這些服務(wù)映射到數(shù)據(jù)鏈路層。FAS提供VCR端點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層的訪問(wèn)，為運(yùn)用數(shù)據(jù)鏈路層提供了一種輔助方式。在FAS中還規(guī)定了VCR端點(diǎn)的數(shù)據(jù)聯(lián)絡(luò)能力。 數(shù)據(jù)鏈路

36、層為系統(tǒng)管理內(nèi)核協(xié)議和總線訪問(wèn)子層訪問(wèn)總線媒體提供服務(wù)。訪問(wèn)通過(guò)鏈路活動(dòng)調(diào)度器進(jìn)行，訪問(wèn)可以是周期性的，也可是非周期的。數(shù)據(jù)鏈路層的操作被分成兩層，一層提供對(duì)總線的訪問(wèn)，一層用于控制數(shù)據(jù)鏈路用戶(hù)之間的數(shù)據(jù)傳輸。物理層是傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的物理媒體與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的接口。它為數(shù)據(jù)鏈路層提供了獨(dú)立于物理媒體種類(lèi)的接收與發(fā)送能力。它由媒體連接單元、媒體相關(guān)子層、媒體無(wú)關(guān)子層組成。各層協(xié)議、各層管理實(shí)體和網(wǎng)絡(luò)管理代理所組成的通信實(shí)體協(xié)同工作，共同承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)通信任務(wù)。,2.3.3 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的編程語(yǔ)言,模塊有功能快、轉(zhuǎn)換快、資源塊三種，功能塊編程語(yǔ)言是基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF)的一個(gè)有機(jī)部分，是針對(duì)調(diào)節(jié)控制和過(guò)程

37、監(jiān)測(cè)建立策略的理想工具。FF建立的幾十種標(biāo)準(zhǔn)功能模塊可以執(zhí)行控制系統(tǒng)所需的不同功能，并且還推出了針對(duì)離散邏輯功能的模塊。通過(guò)選擇、鏈接這些模塊并設(shè)置參數(shù)，用戶(hù)可以建立控制策略。轉(zhuǎn)換塊、資源塊以及功能塊在H1和HSE設(shè)備中都按相同的方式工作。 1相關(guān)術(shù)語(yǔ)和基礎(chǔ)知識(shí) （1）資源塊 資源塊表達(dá)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的本地硬件對(duì)象及其相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，描述了設(shè)備的特性，如設(shè)備類(lèi)型、設(shè)備版本、制造商等。為了能使資源塊表達(dá)這些特性，規(guī)定了一組參數(shù)，見(jiàn)表2.13。這些參數(shù)全是內(nèi)含參數(shù)，且資源塊無(wú)輸入輸出參數(shù)，所以它沒(méi)有連接。,表2.13 資源塊部分參數(shù)表,（2）變換塊 變換塊描述了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的I/O特性，如傳感器和執(zhí)行器的特

38、性。變換塊的參數(shù)都是內(nèi)含的，以標(biāo)準(zhǔn)壓力變換塊為例，參數(shù)列于表2.14?；饡?huì)定義了7類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的變換塊：帶標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力變換塊、帶標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)溫度變換塊、帶標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)液位變換塊、帶標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)流量變換塊、標(biāo)準(zhǔn)的基本閥門(mén)定位塊、標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)閥門(mén)定位塊、標(biāo)準(zhǔn)的離散閥門(mén)定位塊。 （3）功能塊 功能塊是參數(shù)、算法和事件的完整組合。通過(guò)對(duì)功能塊的連接和組態(tài)，構(gòu)成控制回路，實(shí)現(xiàn)控制策略，完成自動(dòng)化系統(tǒng)的任務(wù)。 現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)規(guī)定了一組標(biāo)準(zhǔn)基本功能塊共10個(gè)，分別是輸入塊：模擬量輸入（AI）、離散輸入（DI）；輸出塊：模擬量輸出（AO）、離散輸出（DO）；控制塊：手動(dòng)裝載(ML)、控制選擇（CS）、偏置（BG）、比例

39、積分（PD）、比例積分微分（PID）、比率系數(shù)（RA）。,此外還規(guī)定了19個(gè)標(biāo)準(zhǔn)附加功能塊，分別是7個(gè)先進(jìn)功能塊、7個(gè)計(jì)算塊、5個(gè)輔助功能塊。 功能塊可以按照對(duì)設(shè)備的功能需要設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備內(nèi)。如溫度變送器和壓力變送器中可能包含AI功能塊，調(diào)節(jié)閥中可能包含PID和AO功能塊等。資源塊、轉(zhuǎn)換塊以及功能塊都包含內(nèi)含參數(shù)，用于模塊設(shè)置和操作以及診斷。功能塊還包含輸入?yún)?shù)，經(jīng)模塊算法運(yùn)算后產(chǎn)生輸出參數(shù)。一個(gè)功能塊中總共有三類(lèi)參數(shù)：內(nèi)含參數(shù)(Contained parameter)、輸入?yún)?shù)(Input parameter)、輸出參數(shù)(Output parameter)。例如，AI功能塊它所包含的參數(shù)見(jiàn)表

40、2.15。 2.功能塊鏈接 從輸出參數(shù)到輸入?yún)?shù)，功能塊彼此鏈接。鏈路中既包括參數(shù)數(shù)值，又包括參數(shù)狀態(tài)。一個(gè)輸出參數(shù)可以鏈接到任何數(shù)目的輸入。不同設(shè)備間功能塊的鏈接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)。,同一設(shè)備上功能塊的鏈接不需通過(guò)總線進(jìn)行通信，因而會(huì)立刻完成并且不占用網(wǎng)絡(luò)帶寬(見(jiàn)圖2.34)。因此，如果希望減少設(shè)備間通信量，可以盡可能地將功能塊安排在一個(gè)設(shè)備中，使鏈路存在于設(shè)備內(nèi)部，從而提高回路響應(yīng)時(shí)間。資源塊和轉(zhuǎn)換塊不是控制策略的一部分，它們所有的參數(shù)都是內(nèi)含參數(shù)，不可以進(jìn)行鏈接。 輸入?yún)?shù)也可以鏈接到另一個(gè)輸入?yún)?shù)，但僅局限于同一個(gè)設(shè)備內(nèi)。組態(tài)工具的習(xí)慣做法是在一個(gè)設(shè)備內(nèi)將多個(gè)輸入鏈接起來(lái)，而不是從一個(gè)設(shè)

41、備的一個(gè)輸出分別鏈接到另一個(gè)設(shè)備的兩個(gè)或多個(gè)輸入。這樣可以減少外部鏈路數(shù)量。組態(tài)工具通常會(huì)檢查控制策略中不必要的外部鏈，并把它轉(zhuǎn)換成內(nèi)部鏈。所有帶外部鏈的輸出參數(shù)會(huì)在網(wǎng)絡(luò)上“發(fā)布”(publish)，意味著該輸出對(duì)所有需要使用它的輸入有效。帶外部鏈的輸入分別“接收”(subscribe)輸出。,表2.15 AI控制功能塊部分參數(shù)表 E：列舉參數(shù)； na：無(wú)單位位串； RO：只讀； D：動(dòng)態(tài)； S：靜態(tài)； N：非易失,如果更新輸入?yún)?shù)的通信發(fā)生故障，會(huì)反應(yīng)在狀態(tài)上，使模塊采取行動(dòng)并把它提示給操作員。離散輸出只能鏈接到離散輸入。同樣，模擬輸出只能鏈接到模擬輸入。到模擬輸入。用戶(hù)可以對(duì)沒(méi)有鏈接的輸入

42、參數(shù)進(jìn)行寫(xiě)入，但不可以對(duì)鏈接了的輸入?yún)?shù)進(jìn)行寫(xiě)入。三種鏈接如下：,圖2.34功能塊鏈接,非串級(jí)(向前)(Noncascade(forward) 串級(jí)向前(Cascade forward) 串級(jí)向后(Cascade backward) 現(xiàn)場(chǎng)總線術(shù)語(yǔ)中，作為向前鏈路源頭的模塊被稱(chēng)為“高端”(higher)或“上游”(upstream)模塊。相應(yīng)地，接收向前鏈路的模塊被稱(chēng)為“低端”(lower)或“下游”(downstream)模塊。傳統(tǒng)的控制策略中，術(shù)語(yǔ)串級(jí)(cascade)的意思是：主PID控制器的輸出作為次級(jí)PID控制器的設(shè)定點(diǎn)?；饡?huì)中串級(jí)(cascade)有著更廣泛的意義：從其他功能塊接收

43、設(shè)定點(diǎn)的任何類(lèi)型的功能塊 例如，PID模塊的輸出(OUT)鏈接到一個(gè)模擬輸出(AO)的串級(jí)輸入(CAS_IN)并成為其設(shè)定點(diǎn)，繼而用于控制閥門(mén)開(kāi)度的伺服裝置。雖然初次聽(tīng)起來(lái)，這種更廣泛含義的串級(jí)似乎很奇怪，但很快就會(huì)順理成章了。與傳遞上游模塊輸出到下游模塊串級(jí)設(shè)定點(diǎn)的向前串級(jí)鏈路相關(guān)的，是從下游模塊返回到設(shè)定點(diǎn)源頭的向后反饋鏈路。,反饋鏈路起自回算輸出(BK_CAL_OUT)，中止于回算輸入(BKCAL_IN)，用來(lái)提供若干實(shí)用的聯(lián)鎖和無(wú)擾切換。向前和向后串級(jí)鏈路通稱(chēng)串級(jí)結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖2.35)。 例子：一個(gè)基本PID回路由三個(gè)模塊組成：模擬輸入(AI)、PID控制(PID)以及模擬輸出(AO)。

44、三個(gè)功能塊需要鏈接起來(lái)(見(jiàn)圖2.36)。 第一個(gè)鏈路從AI模塊輸出(OUT)到PID模塊主要輸入(IN)，用于過(guò)程變量。第二個(gè)從PID模塊輸出(OUT)到AO模塊串級(jí)設(shè)定點(diǎn)輸入(CAS_IN)。最后，鏈路從AO模塊回算輸出(BKCAL_OUT)返回到PID模塊回算輸入(BKCAL_IN)。這樣，PID和AO間的串級(jí)結(jié)構(gòu)和兩個(gè)PID間的一樣(見(jiàn)圖2.37)。 回算輸出，且只有回算輸出，可以鏈接到回算輸入。一個(gè)回算輸出應(yīng)該鏈接到一個(gè)，且只能是一個(gè)回算輸入。離散輸出應(yīng)該只能接到離散輸入，而模擬輸出只能接到模擬輸入。,圖2.35 鏈接種類(lèi)和串級(jí)結(jié)構(gòu),圖2.36 基本PID回路中的模塊和鏈接,圖2.37

45、 一個(gè)串級(jí)回路有兩個(gè)串級(jí)結(jié)構(gòu)一個(gè) 位于兩個(gè)PID間，另一個(gè)位于PID和AO間,3.功能塊聯(lián)鎖 一個(gè)已經(jīng)鏈接的輸出參數(shù)數(shù)值和狀態(tài)一起被傳遞到接收模塊的輸入?yún)?shù)，并告知該數(shù)值是否適合用于控制。它也可以作為反饋告知輸出是否沒(méi)有移動(dòng)最終控制單元等。狀態(tài)用于幾個(gè)內(nèi)置的聯(lián)鎖功能。例如，如果傳感器失效，AI模塊會(huì)通知PID模塊停止控制。如果調(diào)節(jié)閥處于手動(dòng)操作，AO模塊反饋鏈路狀態(tài)會(huì)通知PID模塊初始化它的輸出，來(lái)防止積分飽和以及以后無(wú)擾地切換到自動(dòng)。因而，最好在整個(gè)控制策略中都使用基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF)功能塊，而不要有其他中間語(yǔ)言。用戶(hù)可以完全從這一內(nèi)置功能中獲益，而不必實(shí)施并驗(yàn)證離散邏輯。 4.功能塊運(yùn)行

46、 功能塊接收輸入并執(zhí)行其算法以產(chǎn)生輸出，并將輸出傳遞給下一個(gè)模塊。以下是三種并列的功能塊執(zhí)行方式：,受調(diào)度的(Scheduled) 鏈?zhǔn)?Chained) 制造商特定的(Manufacturer specific) 功能塊通常按照組態(tài)工具準(zhǔn)備好的調(diào)度運(yùn)行。調(diào)度表明何時(shí)各個(gè)功能塊應(yīng)該被執(zhí)行以及何時(shí)各個(gè)鏈路應(yīng)該進(jìn)行通信。例如，一個(gè)簡(jiǎn)單PID回路從變送器中AI模塊的執(zhí)行開(kāi)始，接著執(zhí)行從AI模塊輸出到閥門(mén)定位器中PID模塊輸入的外部鏈路通信，然后PID模塊執(zhí)行緊接著是同一設(shè)備中AO模塊的執(zhí)行。功能塊周而復(fù)始地執(zhí)行，通常每秒幾次。 由于功能塊分布在幾個(gè)設(shè)備里，并行回路以真正的多任務(wù)方式同時(shí)進(jìn)行。功能塊在

47、網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行的周期稱(chēng)為“宏周期”。資源塊和轉(zhuǎn)換塊不是控制策略的一部分，因而它們的執(zhí)行不受調(diào)度控制。更確切地說(shuō)，它們的執(zhí)行是設(shè)備所獨(dú)有的。對(duì)鏈?zhǔn)?Chained)模式而言，設(shè)備中前一個(gè)功能塊執(zhí)行結(jié)束后，另一個(gè)緊接著開(kāi)始執(zhí)行。,2.3.4 鏈路活動(dòng)調(diào)度執(zhí)行組態(tài) 在基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(FF) H1中，任何設(shè)備都可以發(fā)起通信，只要它擁有這樣做的權(quán)力。在基金會(huì)H1網(wǎng)絡(luò)上，通信的傳輸由鏈路活動(dòng)調(diào)度器(LAS)控制。數(shù)據(jù)鏈路層在報(bào)文的前面增加515個(gè)字節(jié)的控制信息，在報(bào)文的最后增加2個(gè)字節(jié)的差錯(cuò)校驗(yàn)。接收的時(shí)候又將它們移去。 1H1設(shè)備類(lèi)型 基金會(huì)H1數(shù)據(jù)鏈路層識(shí)別三種設(shè)備類(lèi)型： 基本設(shè)備(Basic) 鏈路主設(shè)

48、備(1ank Master) 網(wǎng)橋(Bridge) 鏈路主設(shè)備能夠成為L(zhǎng)AS，而基本設(shè)備則不能?，F(xiàn)場(chǎng)儀表例如變送器和閥門(mén)定位器一般都是基本設(shè)備，而主站接口一般是鏈路主設(shè)備或網(wǎng)橋。不過(guò)很多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以被組態(tài)成鏈路主設(shè)備，擔(dān)當(dāng)LAS的角色。,2H1尋址 基金會(huì)H1數(shù)據(jù)鏈路層使用1個(gè)字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)地址。地址015被保留給內(nèi)部功能；16247可以由儀表使用；248251被用于未初始化設(shè)備的默認(rèn)地址；252255被用于臨時(shí)連接的設(shè)備，例如手持設(shè)備。在一個(gè)設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，LAS自動(dòng)分配地址。自動(dòng)地址分配可以避免地址重復(fù)的危險(xiǎn)。 3H1仲裁 對(duì)于基金會(huì)數(shù)據(jù)鏈路層，有兩種類(lèi)型的通信： 受調(diào)度通信(前臺(tái)通信，f

49、oreground traffic) 非調(diào)度通信(后臺(tái)通信，background traffic) 不需要頻繁進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)被非周期性地(acyclically)以非調(diào)度通信傳送。非調(diào)度通信的例子包括主站讀取和改寫(xiě)現(xiàn)場(chǎng)儀表中的參數(shù)。LAS在設(shè)備之間通過(guò)傳遞令牌(Pass Token，PT)報(bào)文傳遞一個(gè)令牌。,一旦一個(gè)設(shè)備持有該令牌，它就可以發(fā)送報(bào)文，直到用盡最大令牌持有時(shí)間或者報(bào)文發(fā)送完畢，兩者中哪一個(gè)時(shí)間短則以哪一個(gè)為準(zhǔn)。 必須以精確周期循環(huán)通信的數(shù)據(jù)才能使用受調(diào)度通信傳送。受調(diào)度通信例子包括設(shè)備之間的功能塊鏈接。LAS內(nèi)有一個(gè)調(diào)度日程(schedule)，它決定網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備中的周期性數(shù)據(jù)何時(shí)發(fā)送。到達(dá)計(jì)劃發(fā)送某個(gè)值的時(shí)刻，LAS發(fā)送一個(gè)強(qiáng)制數(shù)據(jù)(CD)報(bào)文給該設(shè)備，使該設(shè)備通過(guò)廣播的形式“發(fā)布”該數(shù)據(jù)，所有“接收”這個(gè)被“發(fā)布”的數(shù)據(jù)的設(shè)備能夠同時(shí)接收到它。 受調(diào)度通信在網(wǎng)絡(luò)上具有最高的優(yōu)先級(jí)。當(dāng)所有的被調(diào)度的數(shù)據(jù)被“發(fā)布”之后，在下一個(gè)宏周期之前的剩余時(shí)間可以被用于傳送非調(diào)度通信和某些其他功能。LAS維護(hù)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上已知設(shè)備的在線設(shè)備列表(1ive list)。,LAS周期地向未被使用的地址發(fā)送一個(gè)探測(cè)節(jié)點(diǎn)(PN)報(bào)文來(lái)檢測(cè)是否有新的設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)一個(gè)設(shè)備收到這樣的報(bào)文后，它將發(fā)送一個(gè)探測(cè)響應(yīng)(PR)報(bào)文，讓LAS知道它的存在，然后這個(gè)設(shè)備被加入到在線設(shè)備列表中，L