基金會匯流排電纜

4. 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。

5. 什麼是Profibus DP匯流排電纜

PROFIBUS – DP的DP即Decentralized Periphery。它具有高速低成本，用於設備級控制系統與分散式I/O的通信。它與PROFIBUS－PA（Process Automation ）、PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )共同組成了PROFIBUS標准。

作用：
用於現場層的高速數據傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息並周期地向從站發送輸出信息。匯流排循環時間必須要比主站（PLC）程序循環時間短。除周期性用戶數據傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設備所需的非周期性通信以進行組態．診斷和報警處理。
①傳輸技術：RS－485雙絞線．雙線電纜或光纜。波特率從9.6K bit/s到12M bit/s。
②匯流排存取：各主站間令牌傳遞，主站與從站間為主－從傳送。支持單主或多主系統。匯流排上最多站點（主－從設備）數為126。Profibus的理論地址范圍：0~127（127為廣播地址）。最多可用32個主站，總的站數可達127個（多主）。
③通信：點對點（用戶數據傳送）或廣播（控制指令）。循環主－從用戶數據傳送和非循環主－主數據傳送。
④運行模式：運行．清除．停止。
⑤同步：控制指令允許輸入和輸出同步。同步模式：輸出同步；鎖定模式：輸入同步。
⑥功能：DP主站和DP從站間的循環用戶有數據傳送。各DP從站的動態激活和可激活。DP從站組態的檢查。強大的診斷功能，三級診斷診斷信息。輸入或輸出的同步。通過匯流排給DP從站賦予地址。通過部線對DP主站（DPM1）進行配置，每DP從站的輸入和輸出數據最大為244位元組。
⑦可靠性和保護機制：所有信息的傳輸按海明距離HD=4進行。DP從站帶看門狗定時器（Watchdog Timer）。對DP從站的輸入/輸出進行存取保護。DP主站上帶可變定時器的用戶數據傳送監視。
⑧設備類型：第二類DP主站（DPM2）是可進行編程．組態．診斷的設備。第一類DP主站（DPM1）是中央可編程式控制制器，如PLC．PC等。DP從站是帶二進制值或模擬量輸入輸出的驅動器．閥門等；同時也可以是智能從站，即從站支持可編程，一般智能從站即另外一個PLC主機。

速率診斷
①速率：在一個有著32個站點的分布系統中，PROFIBUS-DP對所有站點傳送512 bit/s 輸入和512bit/s輸出，在12Mbit/s時只需1毫秒。
②診斷功能：經過擴展的PROFIBUS-DP診斷能對故障進行快速定位。診斷信息在匯流排上傳輸並由主站採集。診斷信息分三級：
·本站診斷操作：本站設備的一般操作狀態，如溫度過高．壓力過低。
·模塊診斷操作：一個站點的某具體I/O模塊故障。
·通過診斷操作：一個單獨輸入/輸出位的故障。

構成系統
PROFIBUS-DP允許構成單主站或多主站系統。在同一匯流排上最多可連接126個站點。系統配置的描述包括：站數．站地址．輸入/輸出地址．輸入/輸出數據格式．診斷信息格式及所使用的匯流排參數。每個PROFIBUS-DP系統可包括以下三種不同類型設備：
① 一級DP主站（DPM1）：一級DP主站是中央控制器，它在預定的周期內與分散的站（如DP從站）交換信息。典型的DPM1如PLC或PC。
②二級DP主站（DPM2）：二級DP主站是編程器．組態設備或操作面板，在DP系統組態操作時使用，完成系統操作和監視目的。
③ DP從站：DP從站是進行輸入和輸出信息採集和發送的外圍設備（I/O設備．驅動器．HMI．閥門等）。
④單主站系統：在匯流排系統的運行階段，只有一個活動主站。
⑤ 多主站系統：匯流排上連有多個主站。這些主站與各自從站構成相互獨立的子系統。每個子系統包括一個DPMI．指定的若干從站及可能的DPM2設備。任何一個主站均可讀取DP從站的輸入/輸出映象，但只有一個DP主站允許對DP從站寫入數據。

系統行為
系統行為主要取決於DPM1的操作狀態，這此狀態由本地或匯流排的配置設備所控制。主要有以下三種狀態：
·停止：在這種狀態下，DPM1和DP從站之間沒有數據傳輸。
·清除：在這種狀態下，DPM1讀取DP從站的輸入信息並使輸出信息保持在故障安全狀態。
·運行：在這種狀態下，DPM1處於數據傳輸階段，循環數據通信時，DPM1從DP站讀取輸入信息並向從站寫入輸出信息。
①DPM1設備在一個預先設定的時間間隔內，以有選擇的廣播方式將其本地狀態周期性地發送到每一個有關的DP從站。
② 如果在DPM1的數據傳輸階段中發生錯誤，DPM1將所有有關的DP從站的輸出數據立即轉入清除狀態，而DP從站將不在發送用戶數據。在次之後,DPM1轉入清除狀態。

循環數據
DPM1和相關DP從站之間的用戶數據傳輸是由DPM1按照確定的遞歸順序自動進行。在對匯流排系統進行組態時，用戶對DP從站與DPM1的關系作出規定，確定哪些DP從站被納入信息交換的循環周期，哪些被排斥在外。
DMP1和DP從站之間的數據傳送分三個階段：參數設定．組態．數據交換。在參數設定階段，每個從站將自己的實際組態數據與從DPM1接受到的組態數據進行比較。只有當實際數據與所需的組態數據相匹配時，DP從站才進入用戶數據傳輸階段。因此，設備類型．數據格式．長度以及輸入輸出數量必須與實際組態一致。

組態設備
除主－從功能外，PROFIBUS－DP允許主－主之間的數據通信，這些功能使組態和診斷設備通過匯流排對系統進行組態。

鎖定模式
除DPM1設備自動執行的用戶數據循環傳輸外，DP主站設備也可向單獨的DP從站．一組從站或全體從站同時發送控制命令。這些命令通過有選擇的廣播命令發送的。使用這一功能將打開DP從站的同步及鎖定模式，用於DP從站的事件控制同步。
主站發送同步命令後，所選的從站進入同步模式。在這種模式中，所編址的從站輸出數據鎖定在當前狀態下。在這之後的用戶數據傳輸周期中，從站存儲接收到輸出的數據，但它的輸出狀態保持不變；當接收到下一同步命令時，所存儲的輸出數據才發送到外圍設備上。用戶可通過非同步命令退出同步模式。
鎖定控制命令使得編址的從站進入鎖定模式。鎖定模式將從站的輸入數據鎖定在當前狀態下，直到主站發送下一個鎖定命令時才可以更新。用戶可以通過非鎖定命令退出鎖定模式。

保護機制
對DP主站DPM1使用數據控制定時器對從站的數據傳輸進行監視。每個從站都採用獨立的控制定時器。在規定的監視間隔時間中，如數據傳輸發生差錯，定時器就會超時。一旦發生超時，用戶就會得到這個信息。如果錯誤自動反應功能「使能」，DPM1將脫離操作狀態，並將所有關聯從站的輸出置於故障安全狀態，並進入清除狀態。

6. 請問CC-LINK的匯流排電纜可否用一般四芯屏蔽電纜代替

CC-Link的匯流排電纜是特性阻抗為110±10Ω的3芯絞合屏蔽電纜，國產型號規格：STP-110Ω（for CANopen & CC-Link）3C×20AWG ，使用時，屏蔽層應只在一端接地！

7. 電纜與匯流排的區別

匯流排是網路結構的概念，相對於硬體，匯流排在軟體的意義上更大（所有的信號在同一條通道傳輸，注意是通道，不是具體到某一根電纜，因為一條通道可以由好幾根電纜組成）。
電纜就是物理意義，現實意義上的物品。

8. PA匯流排電纜和DP通訊電纜有區別嗎

當然有區別!並且不能通用。
PA電纜的特性阻抗是100Ω，導體是內18AWG;
而DP電纜的特性阻抗是150Ω，導體是22AWG.
早在容1995年，上面兩種電纜我國已率先實現國產化並且有鎧裝型、阻燃型、耐高溫型、耐寒型、低煙無鹵型等多個系列。

9. 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 有電內子掃描版容下載 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

10. 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。內其前身是以美國Fisher－Rosemount公司為容首，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。