楼宇自动化技术(FCS2)

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1、第二部分第一章基金会现场总线（FF） 基金会现场总线（FF） Foundation Fieldbus 由现场总线基金会(Fieldbus Foundation)组织开发， IEC61158标准 。 工作在生产现场，适应本质安全防爆的 要求，通过传输数据的总线为现场设备 提供工作电源。 开放性、互操作性。第1章 基金会现场总线（FF） 1.1 基金会现场总线的主要技术 1.2 FF通信模型 1.4 FF通信栈 1.1 基金会现场总线的主要技术 1FF 总线的通信技术 2标准化功能块 (FB，Function Block)与功能块应用进程 (FBAP，Function Block Applicat

2、ion Process) 3设备描述 (DD，Device Description)与设备描述语言 (DDL,Device Description Language) 4现场总线通信控制器与仪表或工业控 制计算机之间的接口技术 5系统集成技术 6系统测试技术1FF 总线的通信技术 通信模型 通信协议 通信控制器芯片 通信网络 系统管理 与网络有关的硬软件，如通信栈软件、被 称之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、中继器 等。2.标准化功能块与功能块应用进程 FB，Function Block和FBAP，Function Block Application Proc

3、ess 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。 输入、输出、算法、事件、参数与块控制图 ，并把它们组成为可在某个现场设备中执行 的应用进程。 开放系统构架的基础，不同制造商产品的混 合组态与调用。3设备描述与设备描述语言 DD，Device Description 现场总线设备的互操作性，支持标准的块功能操作。 设备描述为控制系统理解来自现场设备的数据意义提供必需的信息，控制系统或主机对某个设备的驱动程序。 DDL,Device Description Language 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，把用DDL编写

4、的设 备描述源程序转化为机器可读的输出文 件。4现场总线通信控制器与仪表或工业控 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。己有多家供应商向市场提 供 FF 集成通信控制芯片 通信栈软件 圆卡 OEM(Original Equipment Manufacturer的缩写,按照 字面意思,应翻译称原始设备制造商,指一家厂家根据 另一家厂商的要求,为其生产产品和产品配件,亦称为 定牌生产或授权贴牌生产)5系统集成技术 包括通信系统与控制系统的集成。 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； 系统管理维护。6系统测试技术

5、 通信系统的一致性与可互操作技术； 总线监听分析技术； 系统的功能、性能测试技术。 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。 一致性与可互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 的第三方认证机构作专门测试，验证符合 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。 对由具有FF标志的现场设备所组成的系统 ，还需进一步进行可互操作性测试和功能 性能测试，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判断总线上通信信 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

6、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。1.2 FF通信模型 1.四个层次 物理层 数据链路层 应用层(总线访问层与总线报文规范子层) 用户层 2.功能 物理层：信号如何发送； 数据链路层：如何在设备间共享网络和调 度通信； 应用层：在设备间交换数据、命令、事件 信息以及请求应答中的信息格式； 用户层：组成用户所需要的应用程序，如 规定标准的功能块、设备描述，实现网络 管理、系统管理等。 在相应软硬件开发的过程中，往往把除 去最下端的物理层和最上端的用户层之 后的中间部分作为一个整体，统称为通 信栈。这时，现场总线的通信参考模型 可简单地视为三层。 物理层、通信栈、用户

7、层图1-1 OSI与FF的通信模型1.4 FF通信栈 第二部分 第一章复习题1. 基金会现场总线的主要技术特点是什么？请加以说明。2. 基金会现场总线通信模型只具备ISO/ OSI参考模型中的哪四层？它们各自的作用是什么？3.说明基金会现场总线数据链路层数据活动控制方法与工作过程。第二部分第二章 PROFIBUS 现场总线PROFIBUS概述 PROFlBUS (Process Fieldbus的缩写)是一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产商的现场总线标准。它广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他自动化领域。 PROFIBUS技术的发展经历了如下过程: 1987年由德

8、国SIEMENS公司等13家企业和5家研究机 构联合开发； 1989年成为德国工业标准DIN19245； 1996年成为欧洲标准EN50170V.2(PROFIBUS-FMS- DP); 1998年PROFIBUS-PA被纳入EN50170V.2； 1999年PROFIBUS成为国际标准IEC61158的组成部分 (TYPEIII)； 2001年成为中国的机械行业标准JB/T10308-3-2001 。PROFIBUS由以下三个兼容部分组成 PROFIBUS由以下三个兼容部分组成: 1.PROFIBUS-DP:用于传感器和执行器级的高速数据传输，它以DIN19245的第一部分为基础，根据其所需

9、要达到的目标对通信功能加以扩充，DP的传输速率可达12Mbit/s，一般构成单主站系统，主站、从站间采用循环数据传输方式工作。 2. PA具有本质安全特性，它实现了IEC1158-2规定的通信规程。 PROFIBUS-PA是PROFIBUS的过程自动化解决方案，PA将自动化系统和过程控制系统与现场设备，如压力、温度和液位变送器等连接起来，代替了4-20mA模拟信号传输技术。因此，PA尤其适用于石油、化工、冶金等行业的过程自动化控制系统。 3.PROFIBUS-FMS:解决车间一级通用性通信任务，FMS提供大量的通信服务，用以完成以中等传输速率进行的循环和非循环的通信任务。由于它是完成控制器和智

10、能现场设备之间的通信以及控制器之间的信息交换，因此它考虑的主要是系统的功能而不是系统响应时间，应用过程通常要求的是随机的信息交换 (如改变设定参数等)。可用于大范围和复杂的通信系统。2.1 PROFIBUS的协议类型 PROFIBUS通信模型参照了ISO/OSI参考模型的第1层（物理层）和第2层（数据链路层），其中FMS还采用了第7层（应用层）,另外增加了用户层。 PROFIBUSDP和PROFIBUSFMS的第1层和第2层相同， PROFIBUS-FMS有第7层，PROFIBUSDP无第7层。PROFIBUSPA有第1层和第2层，但与DP/FMS有区别，无第7层。PROFIBUS通信模型 2

11、.2 PROFIBUS的通信模型 2.2.1 物理层 2.2.2 现场总线数据链路层 2.2.3 应用层2.2.1 物理层 1.DP/FMS(RS-485)的物理层 2.DP/FMS(光纤电缆)的物理层 3.PA的物理层2.2.1 物理层 1.DP/FMS(RS-485)的物理层 屏蔽双绞电缆符合EIA RS-485标准(也称H2) 总线段的两端各有一个终端器 传输速率从9.6kbit/s到12Mbit/s可选RS-485总线段的结构 RS485总线段的结构BA最多32个站VP(6)390220390DGND(5)VP(6)390220390DGND(5)RS485段 （1）传输程序 半双工、

12、异步、无间隙同步 NRZ（不归零）编码 “1”RXD/TXD-P（Receive/Transmit- Data-P）线上的正电位，而在RXD/TXD-N线 上则正相反。 各报文的空闲（idle）状态对应于二进制 “1”信号 A线对应于RXD/TXD-N信号，而B线对应于 RXD/TXD-P信号。 （2）总线连接 国际性的PROFIBUS标准EN50170推荐使用9针D型连接器用于总线站与总线的相互连接（9针头）。 D型连接器的插座与总线站相连接，而D型连接器的插头与总线电缆相连接。 (3)总线终端器 根据EIA RS-485标准，在数据线A和B两端均加接总线终端器。 空闲状态：确定的空闲电位。

13、 可以由跳接器或开关来启动。 传输速率大于1.5Mbit/s时，由于所连接站的电容性负载而引起导线反射，因此必须使用附加有轴向电感的总线连接插头。 （4）传输技术 网络拓扑：线性总线，两端有有源的总线终 端电阻； 传输速率： 9.6kbit/s12Mbit/s； 介质：屏蔽双绞电缆，也可取消屏蔽，取决 于环境条件（EMC）； 站点数：每段32站（无中继），127站（有 中继）； 插头连接：9针D型插头 （5）拓扑结构 2.DP/FMS(光纤电缆)的物理层 PROFIBUS第1层的另一种类型是通过光纤导体中光的传输来传送数据。 站之间的距离最大到15km。 用玻璃或塑料纤维制成的光纤电缆可用作传

14、输介质。 玻璃光纤能处理的连接距离达到15km，而塑料光纤只能达到80m。 连接技术 (1)OLM技术 (Optical Link Module) (2)OLP技术 (Optical Link Plug) （3）集成的光纤电缆连接 使用集成在设备中的光纤接口将PROFIBUS节点与光纤电缆直接连接。 （4）OBT（Optical Fiber Bus Terminal，光纤总线终端） 一个不带集成纤维光缆接头的PROFIBUS站或一个RS-485段可以通过OBT连接到一个光纤电路。 3.PA的物理层 （1）数据传输 非直流传输的位同步、曼彻斯特编码 (也称H1编码)。 数据的发送采用对总线系统的

15、基本电流IB调节9mA的方法实现 。 PROFIBUS-PA的数据传输（2）总线连接 （PA 总线段的结构） （3）拓扑结构 树型结构是典型的现场安装技术，现场分配 器负责连接现场设备与主干总线，所有连接 在现场总线上的设备通过现场分配器进行并 行切换。PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA图3-11 树型结构PROFIBUS-DP终端电阻终端电阻DP/ PA耦合器 （Exi）控制器供电设备 （Exi）多路分配器现场设备现场设备现场设备现场设备控制室现场 总线型结构：提供了与供电电路安装类似的 沿现场总线电缆的连接点，现场总线电缆可 通过现场设备连接成回路，其分支线也可连 接一个或多个现场设备。终端电阻图3-12 总线型结构终端电阻PROFIBUS-DPPROFIBUS-PADP/ PA耦合器 （Exi）控制器供电设备 （Exi）控制室现场现场设备现场设备现场设备现场设备现场设备 树型与线型的组合结构：基于IEC61158-2传 输技术总线段与基于RS485传输技术总线段 可以通过DP/PA耦合器或链接器相连，耦合 器使RS485信号和IEC61158-2信号相适配。供电设备 （Exi）图3-13 树型与线型的组合结构II PROFIBUS-PA/ IEC61158-2PROFIBUS-DP终端电阻终端电阻DP/ PA耦合