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霹雳旋风

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[交流] 现场总线设备体系结构简介

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一、现场总线设备组成
现场总线设备体系结构描述了现场设备的内部结构,这些设备的物理连接通过网络媒体来
实现,现场中的设备在这里统称物理设备。
每个物理设备由系统管理内核、一个或多个应用进程(AP)和通信实体(CE)组成(如下图所
示)。在物理设备中,这些组成部分的接口是局部的,并且没有特定的技术规范。
1.应用进程
每个物理设备所要完成的功能通过应用进程实现,每个应用进程完成一个相互独立的功能
。对于功能块应用进程,这些功能由不同类型的功能块、报警对象和趋势对象的集合来表
示。在现场总线基金会制定的功能块应用进程规范中,对这些包含在应用进程类型中的对
象有具体规定。
现场总线应用进程可以使用现场总线消息传递规范(Fieldbus Messaging Specificat i
on,FMS)和现场总线访问子层(Fieldbus Access Sublayer,FAS)协议提供的服务。功能
块应用进程只使用FMS,并不直接访问FAS。
在对设备进行组态或运行网络时,一个应用进程是否被下装到设备中,取决于该设备的物
理功能和所需完成的应用进程。一些物理设备(如工业PC或PLC),在软件下装后都可实现
它们的应用进程;而比较简单的设备(如变送器或执行器),可将它们的应用进程直接固化
在 ASIC中。
一台工业设备中包含多少应用进程,由该设备所需完成的功能决定,现场总线有关协议对
此并无严格限制。
2.系统管理内核
在物理设备中还包括一个特殊的应用进程,称为系统管理内核(System Management Kern
el ,SMK)。它提供网络中设备间的互操作能力,提供以下五种操作类型:
·从一个外部系统管理应用中,接收该设备的设备标识和网络地址。
·保存由外部系统管理应用提供的应用时钟时间(系统时间)。
·为定位和识别远程设备以及定位远程应用对象提供服务。
·为系统管理信息数据库(SMIB)中的设备保存系统管理信息。
·按照包含在SMIB中的调度表执行功能块应用进程。
如左图所示,SMK使用两个应用层协议。一个是FMS协议,它包含在通信实体中,提供对 SM
IB的访问。通过对SMIB的访问,可以对一台设备的系统管理参数进行组态。在网络运行前
或运行中,允许远程应用进程从该设备中获取管理信息。另一个是SMK协议(SMKP),它是一
个有特殊目的地址的应用层协议,通过它可以完成其它类型的操作。SMKP被作为SMK整体
的一部分进行定义,也就是说,它不可能是该设备中通信实体的一部分。
当一个现场总线设备不包含SMK时,它的设备标识、网络地址和SMIB的信息必须通过一些
本地手段来装入或预先配置好,并且这样的设备不能接收系统同步时间。
3.通信实体
一台设备的通信实体由可选择的该层协议和网络管理工具组成,可选择的协议只有FMS。
当支持SMIB访问、或网络管理工具存在、或使用任意一台设备应用进程时,通信实体是存
在的。
该协议的基本目的是提供虚拟通信关系(Virtual Communication Relationship,VCR) ,
它是应用层之间的通信通道。FMS提供VCR应用的交换信息服务,如读、写一个变量。FA
S为 FMS和应用进程提供VCR消息传递服务,并将这些服务同数据链路层提供的功能连接起
来。换言之,它将FMS和应用进程同具体的数据链路层隔离开,并为使用数据链路层提供始
终一致的通道。
SMK协议和FAS协议通过数据链路层访问现场总线通信媒体,实现应用进程间的消息传递。
一个被称为链路活动调度器(Link Active Schedular,LAS)的特殊数据链路层实体为应用
进程的消息传递提供周期性或非周期性的服务。建立LAS的目的是,根据一个事先排好的
调度表和分配给设备的优先级令牌来访问设备中的数据。网络中的每个链路段包含一个
唯一的 LAS。通过使用令牌,物理设备可以非周期性地对网络进行访问。
通过各种类型的物理媒体,物理层协议为数据链路层协议提供数据发送和接收的服务。物
理媒体可以是双绞线,也可以是光纤,其类型可参考IEC制定的物理层协议规范中的有关定
义。
所有现场总线物理设备至少包含一个物理层实体,如网桥中的一个端口。对于一些支持媒
体冗余的设备,每个物理媒体都有一个与之相对应的物理层实体。
4.虚拟通信关系
应用进程在VCR末端获得对VCR的访问。现场总线定义了三种类型的VCR末端,它们支持三
种类型应用进程间的相互操作(见下表)。下表还列出了VCR末端使用的数据链路操作模式
和数据链路编址类型。
表注:
①BNU:数据可通过缓存或网络调度,进行不定向的广播。
②QUB:数据可通过队列,无需调度地进行双向对等传送。
③QUU:数据可通过队列,无需调度地进行不定向的传送。
④通过SMKP访问SMK时不使用VCR,SMKP直接访问数据链路层。
⑤订阅者从与之相对应的出版者的DLCEP地址中接收消息,而不是从一组地址中接收消息
。
⑥DLSAP:数据链路层服务访问点。
除DLSAP组地址外,现场总线使用的所有数据链路地址都包含三个组成部分:链路标识符、
站点地址和选择器。组地址只包含一个链路标识符和一个组标识符。有关数据链路地址
的完整格式请参见现场总线数据链路层协议。
二、现场总线设备类型
现场总线物理设备的类型可以是现场总线基金会制定的四种类型中的任意一种,每种类型
的物理设备都具有通信能力。
1.临时设备
这是一种工作在现场总线网络上的设备,并占用四种节点地址中的一个地址。虽然现场总
线体系结构对临时设备没有单独定义,但临时设备在对网络进行组态和排除设备故障时十
分有用。
2.静态块现场设备
这是一种包含功能块应用进程的设备,当现场设备被连接到网络上时,它们被指定一个永
久地址。静态块现场设备并不具备对功能块进行动态安装或删除的能力,所有功能块都是
在静态状态下被确立的。
3.动态块现场设备
它拥有与静态块现场设备同样的特性,但具有对功能块进行动态安装和删除的能力。动态
功能块可以永久地驻留在设备中,但在被安装之前或被下装到设备中并被组态之前,它并
不活动。
4.接口设备
它执行现场设备之间的接口功能(如数据显示),但不一定包含功能块应用进程。当接口设
备被连接到网络上时,它们被分配一个永久性地址。
5.监视设备
它仅用来聆听网络上的数据传送,不能向网络上发送数据。监视设备被连接到网络上后,
并不被分配地址,因此网络上的其它设备不能对监视设备进行识别和探测。

[ Last edited by 幻影无痕 on 2006-11-17 at 08:22 ]

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