1995年，国际上的两大组织ISASP50和WorldFIP合并组建了现场总线基金会以后，现场总线标准化工作有了新的起点。1995年底，进行了工厂级低速总线的实验认证。1996年，相继公布了低速（H1）和高速（H2）现场总线的规范，使现场总线的工作有了可喜的进展。到目前为止，对现场总线的研究和标准的完善工作尚在进行中。
按ISO参考模型，现场总线采用开放系统互连参考模型的第一、二和第七层，并把第二层和第七层合并称为通信栈。图3-8是数据在各层的封装格式及对应的字节数。
图3-8 现场总线各层数据的封装格式
H1现场总线采用的传输速率是31.25kbit/s。其前导码在不采用中继器时是一个字节，即10101010。帧开始定界码和结束定界码是由加有特定的无同步跳变编码的N+和N-编码组成的。
现场总线采用曼彻斯特编码。当高电平跳变到低电平时表示数字1，从低电平跳变到高电平表示数字0。特殊码没有用于同步的跳变，在时钟周期内高电平表示N+，低电平表示N-。H1现场总线允许存在支线，主线的长度在使用屏蔽双绞线时不得超过1900m。它的支线长度与所连接的现场总线设备的数量有关。表3-5是设备数与支线长度的关系。每根H1现场总线可最多连接32个现场总线设备。目前，现场总线的物理层有6种实施方案可选。表3-6是现场总线的6种物理层的实施方案。
表3-5 设备数与支线长度的关系
表3-6 现场总线的6种物理层的实施方案
在表3-6中，传输速率1.0Mbit/s是尚未推出的H2现场总线物理层的特性。由于传输速率高，因此，为防止信号失真，在H2现场总线中不允许存在支线，网络也只能是总线拓扑。H2现场总线的传输速率有1.0Mbit/s和2.5Mbit/s两种。对本安型H2现场总线，采用了交流电流的方式，即把现场总线的信号调制在16kHz的交流信号上。
现场总线数据链路层中的链接活动调度程序（Link Active Scheduler，LAS）控制在现场总线上数据的传输。现场总线上数据的通信分为调度通信和非调度通信两类。在数据链路层中，LAS周期地传送所有挂在该总线上设备的数据，数据存放在设备的缓存区。在LAS中有一份传送时间表，当某一设备的发送缓存数据时刻到达时，LAS程序即向该设备发出强制数据信息（CD），该设备立即向现场总线上所有设备用广播方式发送在该设备缓存中的数据。如果把发送数据的设备比作是出版商，那么接收数据的设备可视为认购者。这种周期性的通信称为强制数据调度，这种通信是调度通信。在数据链路层中，还有一份活动表，它记录了在现场总线上所有能对LAS探询节点（PN）信息有应答的设备。LAS发出传递令牌（PT）到活动表中登录的设备，当某一设备收到传递令牌PT，它就可以发送数据，数据可向单个地址或多个目的地址发送。当达到令牌最大保留时间或数据已送完，则通信结束。这种通信称为非调度通信。调度通信的数据通常是输入和输出数据，非调度通信的数据包括报警信息、操作员对设定值的更改或手动输出等数据。为了使现场总线上的调度通信与用户程序中功能模块的执行时间同步，在数据链路层还定时发送时间分布（TD）的信息，使各现场总线设备能够同步工作。现场总线可以有多个链接活动调度程序，如果当前的LAS失效，冗余的LAS会接替，使现场总线能继续工作。因此，数据链路层的主要功能包括强制数据的通信、对活动表的维护、数据链路的时间同步、令牌的传递、LAS的冗余和网桥的管理等。(www.xing528.com)
现场总线访问子层FAS的服务有3类，它们用虚拟通信关系描述。虚拟通信关系VCR与电话系统的快速拨号相似。用一个快捷拨号来完成拨国际码、国家码、城市码和某一电话号是电话快速拨号的方法。现场总线通信时，总线上的设备也有它的VCR号。电话服务有私人、公用等。同样，VCR的服务也有3种类型，它们是客户机/服务器、报告分布和出版商/认购者VCR服务。客户机/服务器VCR服务用于操作员发出请求的数据通信，它是非调度的通信。报告分布VCR服务用于向控制室发送远程报警、向数据库传送趋势报告等，它也是非调度通信。出版商/认购者VCR服务用于用户程序功能模块输入输出的定时发送，例如，采集现场过程变量的数据，把控制功能模块的输出送到执行器等，采用调度通信方式。在设备缓存中的数据是系统中的最新数据，新数据将覆盖以前存储的数据。
现场总线信息规范FMS采用对象描述（Object Description，OD）来表示在现场总线上传输的数据。用对象表描述各个对象的位置，即用相应的指针表示OD在对象表中的位置。零指针是对象表的首部，用户程序OD从指针号256开始，指针1～255用于对象表身描述、标准数据类型的定义和OD的数据结构等。FMS通信服务包括环境管理服务、对象表服务、变量访问服务、事件服务、上载和下载服务、程序调用服务等。除了变量访问中信息报告的发送可使用出版商/认购者或报告分布VCR服务外，其他的所有FMS服务都使用客户机/服务器VCR服务。
一个现场设备一般至少包含两个虚拟现场设备（VFD）：一个VFD用于用户程序，另一个VFD用于网络与系统管理。VFD用于远程访问本地设备数据。现场总线中的用户程序是采用模块（Block）来实现的，模块分为资源模块、功能模块和转换器模块3类。资源模块用于描述现场总线设备的特性，例如设备名称、制造商与系列号等，每台现场设备只有一个资源模块。功能模块用于提供控制系统的行为，为达到一定的功能，功能模块可内置于现场设备中。例如，在温度变送器中可包含一个AI功能模块，在控制阀中可包含一个AO功能模块和一个PID功能模块。转换器模块包含了一些信息，例如设备的标定日期、传感器类型等，它使功能模块读取传感器和向输出硬件设备发送指令的本地输入输出功能要求降低，每个输入或输出模块中一般需有一个转换器模块。
基金会现场总线定义了10种基本的功能模块，它们是模拟输入（AI）、模拟输出（AO）、偏差增益（BG）、控制选择（CS）、数字输入（DI）、数字输出（DO）、手动加载（ML）、比例微分控制（PD）、比例积分微分控制（PID）和比率（RA）。此外，还定义了用于高级控制的功能模块，它们包括脉冲输入、复杂输出、复杂数字输出、分离、超前滞后、纯滞后（死区）、算术运算、PID控制的步进输出、装置控制、设定值程序发生、运算、累积、模拟报警、数字报警、输入选择、信号特征、定时、模拟接口和数字接口等。为了使现场设备的制造商能有更宽广的开发环境，标准只对模块的输入输出和控制参数作了定义。图3-9是基金会现场总线对现场设备描述的体系。它的第一层是通用参数，包括标志、版本、模式等，所有模块都有通用参数。第二层功能模块参数，包括资源模块和功能模块的参数。第三层转换器模块参数包括模块定义参数，也能向资源模块添加参数。这三层用设备描述（Device Description，DD）定义。第四层制造商参数，包括设备类型、版本和制造商标识符等。这种设备描述被称为加长的设备描述。其中，加长部分为制造商提供了扩展的余地。
图3-9 现场总线的设备描述体系
设备描述采用设备描述语言（DDL）编制。它向控制系统或主机提供必需的信息，使它们能理解虚拟现场设备VFD所提供数据的意义，包括标定、诊断功能的人机界面。因此，设备描述可理解为像打印机一类的设备驱动程序。某一设备的设备描述DD就是该设备的驱动程序，因此，主机和控制系统就能根据DD来对该设备进行操作。
对主机或控制系统来说，设备描述的服务（DDS）是读取设备的描述，而不是读取该设备的操作值。它的操作值是由FMS通信服务通过现场总线从现场的实际设备读取的。当设备支持上载服务并包含DD的虚拟现场设备VFD时，用户可以通过现场总线直接从设备中读取加长的设备描述。在现场总线上添加新的现场设备时，除了简单地把设备连接到现场总线外，还要向主机或控制系统提供该设备加长的设备描述。
现场总线中现场设备的组态与原在分散过程控制装置中的控制组态极为相似。图3-10是一个简单的单回路控制的组态连接图。图中，控制阀是带PID控制功能模块和模拟输出AO功能模块的现场设备，变送器是带模拟输入AI功能模块的现场设备。
图3-10 功能模块连接成单回路控制的组态连接图
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