[關鍵詞]

　　工廠優化要求來自于傳感器，自動化系統和應用軟件的信息的集成。基金會現場總線把設備層網絡和高速骨干網整合到一起自動控制通信網絡（ 通常所說的現場總線） 是現代工廠的基本要素

　　l體系結構

　圖一，信息集成的開放的體系結構通過減少網關，控制網絡和傳感器與數據服務器之間的設備網絡的數量使工廠的層次結構變得平緩。通過除去 I/O 接口，分散控制和將傳感器 / 施動器集成到智能裝置中能提供進一步的優化。傳感器交換場所的集成框架從金字塔的最低級現場總線開始，因為這是必需的傳感器和控制信息所在地。要使金字塔變平，公司必須用開放的現場總線和分布式控制系統來替代不兼容的網絡和系統。傳感器，設備，子系統和數據服務器就能減少對網關和別的接口設備用戶裝置和復雜集成的需要（開放現場總線）為了經濟而高效，開放現場總線結構必須基于被廣泛采用的通信協議，支持標準用戶層（見圖二）


圖 2. 開放的結構必須使用標準的現場總線通信網絡和標準的用戶層以確保現場設備和子系統能夠協作。要達到高效低價的工廠優化，通過 COTS 信息技術和基于個人電腦的數據服務器對用戶層信息進行開放訪問是必須的。這樣的現場總線使控制設備能夠與網絡連接并且從 OSI 參考模型的物理層到應用層都能協作。

　　高容量的現場總線通過去掉部件開銷和使公用幫助平臺支持可行來減少系統開銷當然，減少現場總線的數量來保持維護費用盡可能的低也是很重要的。

　　l標準的用戶層

　　設備在網絡級協作還不夠。網絡只將消息從點 A 移到點 B 。要解決控制問題，設備必須與用戶層協作。開放的體系必須定義標準的用戶層 ，該層定義設備如何執行數據采集和控制功能以及這些功能如何通過現場總線進行協作。

　　最后，開放的現場總線結構必須允許實時數據服務器完全訪問應用層信息。

　　方便的信息訪問是企業管理的關鍵。反過來服務器為客戶提供通用的界面。應用程序包用客戶端訪問建立企業資源規劃和商業系統數據庫所需的現場總線信息。數據服務器通過使用基于 Web 的技術，如 HTML, XML 和瀏覽器來提高信息集成。

　　l分布式控制

　　強大的低價的微處理器使得在現場設備級分散控制功能低價高效。這意味著多設備可以共享控制策略。例如，這樣的功能如流量發送器的模擬輸入或閥門的模擬輸出封裝在功能塊中。 PID 控制功能也能建到功能快中并在現場設備中運行。分散控制減少或去掉 I/O 子系統和控制設備，這減少了設備費用，電源消耗和安裝空間。

　　l互操作性



設備集成。用戶層提供功能塊參數的標準定義并代表功能快參數。這允許生產商開發能夠互連并在同一現場總線上不需要用戶編程就能互操作的產品。（例如，來自于不同廠商生產的即插即用設備）。

　　圖三 基金會現場總線允許這樣的功能如 D/A 和 PID 控制被分散到智能現場設備中。

　　現場總線，用戶層功能塊和設備描述與性能文件使不同廠商的設備能不經用戶編程就能在同一網絡上協作。這里 H1 現場總線用來將設備集成為一個自動控制子系統。互操作性對工廠優化是至關重要的 ，因為它能確保有足夠的設備提供者來提供所需設備。使用標準功能塊極大地減少了系統設計，配置，啟動和運行及正在進行的工程費用。

　　l子系統集成。高速現場總線集成自動控制子系統。

　　圖 4 HSE 使用和 H1 相同的用戶層功能塊和設備描述符及性能文件，但是它使這些功能在高性能的 100 Mbps COTS 以太骨干網上可用。和 H1 一樣，從不同廠商生產的 HSE 設備在骨干網上不經用戶編程也能互操作。靈活的功能塊為批控制、 PLC 應用、與其它網絡接口（如傳感器總線）提供額外的支持。這些網絡擔當骨干控制網絡。有了設備集成，子系統集成不要求用戶軟件編程，而采用現場總線配置工具。

　　連到高速骨干網的數據服務器提供操作站，工程工作站和應用包來訪問工廠信息。服務器接口通常稱為軟件底板，因為應用軟件包能夠插入軟件底板就象硬件卡可以插入 PC 底板。



　設備集成。用戶層提供功能塊參數的標準定義并代表功能快參數。這允許生產商開發能夠互連并在同一現場總線上不需要用戶編程就能互操作的產品。（例如，來自于不同廠商生產的即插即用設備）。

　　圖三 基金會現場總線允許這樣的功能如 D/A 和 PID 控制被分散到智能現場設備中。

　　現場總線，用戶層功能塊和設備描述與性能文件使不同廠商的設備能不經用戶編程就能在同一網絡上協作。這里 H1 現場總線用來將設備集成為一個自動控制子系統。互操作性對工廠優化是至關重要的 ，因為它能確保有足夠的設備提供者來提供所需設備。使用標準功能塊極大地減少了系統設計，配置，啟動和運行及正在進行的工程費用。

　　l子系統集成。高速現場總線集成自動控制子系統。

　　圖 4 HSE 使用和 H1 相同的用戶層功能塊和設備描述符及性能文件，但是它使這些功能在高性能的 100 Mbps COTS 以太骨干網上可用。和 H1 一樣，從不同廠商生產的 HSE 設備在骨干網上不經用戶編程也能互操作。靈活的功能塊為批控制、 PLC 應用、與其它網絡接口（如傳感器總線）提供額外的支持。這些網絡擔當骨干控制網絡。有了設備集成，子系統集成不要求用戶軟件編程，而采用現場總線配置工具。

　　連到高速骨干網的數據服務器提供操作站，工程工作站和應用包來訪問工廠信息。服務器接口通常稱為軟件底板，因為應用軟件包能夠插入軟件底板就象硬件卡可以插入 PC 底板。



　l冗余

　　HSE 支持冗余的通信路徑。如果某條路徑壞了，數據流動將立即移到一條可選路徑上。要實現這一點，所有 HSE 設備周期傳輸網絡診斷信息到所有以太端口。每一設備都用這些消息來生成本地網絡狀態表，以使 HSE 設備獨立選擇端口來通信，避開以太網絡上有缺陷的通信路徑。冗余以太交換機是容錯網絡的一個例子。如果防護物理電纜不被破壞是唯一的關注，實現冗余媒體就象在同一交換機上用兩個不同的端口一樣簡單。別的類型的容錯網絡也被支持，例如光線環形配置。一些關鍵的監視和控制應用也需要設備冗余。冗余的鏈路設備配置能確保從 HSE 子系統到 H1 子系統的無中斷訪問。如果一個連接設備失敗了，和 H1 子系統的通信將通過另一連接設備繼續。任何 HSE 設備都能成為冗余，不僅是連接設備。



　l統一的系統體系

　　基金會現場總線是從上至下設計的，開始是終端應用要求。

　　圖六 H1 和 HSE 用同樣的用戶層，用戶選擇所需的 H1 和 HSE 設備來解決應用問題。

　　為了確保設備互操作協作， H1 和 HSE 設備被現場總線基金會測試和注冊。

　　統一的系統結構基于 OSI 互聯模型。現場總線協議調用 2–7 通信協議棧。 OSI 第一層定義了物理連接。第一層以下是物理媒體。 H1 用 IEC 61158 Type 1 定義的 1,2,7 層 HSE 用以太網和 IEEE 標準定義的一到四和第七層。第七層有 IEC61158 類型 5 定義。用戶層由現場總線基金會定義。

　　注意到在統一的系統結構中 HSE 補充而不是替代 H1 。 H1 在現場級優化，因為支持多點分支和樹形拓撲，布線距離長達 1900 （無中繼器），電源和信號在同一對線上，支持本安。

　　物理層

　　物理層的目的是確保在媒體上正確發送和接受比特。

　　H1 物理層支持雙絞線，并可以用多達每段四個中繼器來延伸電纜范圍。傳輸是半雙工的，這允許同一媒質被幾個設備共享。支持的設備數量依賴每一設備的電源消耗，電纜類型和是否用中繼器。 H1 設備能從現場總線雙絞線供電，它們可以運行在以前用于 4–20 mA 設備的線路上。在傳輸的時候，設備將發送 ±10 mA 電流，來產生 1 V 峰蜂電壓，調制在 31.25 Kbps 供電在 9 到 32v 之間變化，在信號頻率上成高阻。

　　H1 支持總線供電的安全應用。要實現這一點，用戶可以在供電安全區和危險區之間放置安全柵。本安的供電電壓依賴安全柵的值。 H1 支持現場總線本安概念和實體模型。

　　雙絞線的替代者是光纖（也運行在 31.25Kbps ）。用這個方法，設備通過星適配器連到現場總線，從設備到星型適配器的距離在 1.2 千米 到 1.66 千米之間變化，依賴于光纖大小，波長和供電。 HSE 用標準的 IEEE 802.3 信號和媒質。這種網絡在 100 Mbps 測試，但可實現 1 Gbps 速率需要時可更高。標準雙絞線能在交換機和設備間運行達 100 米，全雙工光纖可達 2000 米。交換機通常用光纖互連，為了利用其傳輸更遠的優點。

　　l通信棧

　　棧控制對物理媒質的訪問，將用戶層信息根據所期望的通信類型編解碼以構成包，控制包傳輸設備必須用同一棧協議，否則它們不能在網絡上互操作。鏈路主設備類（ LM ）控制對 H1 媒質的訪問。活動的 LM 執行活動的鏈路活動調度 H1 允許 LM 冗余。如果一個 LM 失敗了，別的 LMs 可以運行 LAS 。 LM/LAS 協議由 H1 數據鏈路層定義 (H1 DLL) 。

　　HSE 沒有鏈路主設備。然而，它用標準的 Ethernet/IEEE 802.3 多路訪問鏈路協議。

　　H1 和 HSE 提供對網絡確定的