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1、2.3 2.3 基金会现场总线组态基础基金会现场总线组态基础2.3.1 2.3.1 基本概念基本概念2.3.2 2.3.2 系统管理和网络管理系统管理和网络管理2.3.3 2.3.3 基金会现场总线的编程语言基金会现场总线的编程语言2.3.4 2.3.4 链路活动调度执行组态链路活动调度执行组态2.3 2.3 基金会现场总线组态基础基金会现场总线组态基础 基金会现场总线基金会现场总线(FF)非常好地满足了设备组态的要求。非常好地满足了设备组态的要求。其协议有标准的参数用于设置设备的运行。正是这一特性，使其协议有标准的参数用于设置设备的运行。正是这一特性，使它同其他协议区别开来，成为用于现场仪表
2、的最通用的协议。它同其他协议区别开来，成为用于现场仪表的最通用的协议。基金会现场总线基金会现场总线(FF)的参数组织在功能块中。可以事先将准备的参数组织在功能块中。可以事先将准备好并经过验证的设备组态形成模板，组态时使用这些模板可以好并经过验证的设备组态形成模板，组态时使用这些模板可以加快组态速度并减少错误。加快组态速度并减少错误。2.3.1 2.3.1 基本概念基本概念 1 1链路活动调度器链路活动调度器LASLAS 在在数数据据链链路路层层上上所所生生成成的的协协议议控控制制信信息息就就是是为为完完成成对对总总线线上上的的各各类类链链路路传传输输活活动动进进行行控控制制而而设设置置的的。总
3、总线线通通信信中中的的链链路路活活动动调调度度，数数据据的的接接收收发发送送，活活动动状状态态的的探探测测、响响应应，总总线线上上各设备间的链路时间同步，都是通过数据链路层实现的。各设备间的链路时间同步，都是通过数据链路层实现的。每每个个总总线线段段上上有有一一个个媒媒体体访访问问控控制制中中心心，称称为为链链路路活活动动调调度度器器(LAS，linkactivescheduler)。LAS具具备备链链路路活活动动调调度度能能力力，便便可可形形成成链链路路活活动动调调度度表表，并并按按照照调调度度表表的的内内容容形形成成各各类类链链路路协协议议数数据据，链链路路活活动动调调度度是是该该设设备备
4、中中数数据据链链路路层层的的重重要要任任务务。对对没没有有链链路路活活动动调调度度能能力力的的设设备备来来说说，其其数数据据链链路路层层要要对对来来自自总总线线的的链链路路数数据据做做出出响响应应，控控制制本本设设备备对对总总线线的的活活动动。此此外在外在DLL层还要对所传输的信息实行帧校验。层还要对所传输的信息实行帧校验。2 2链路活动调度器链路活动调度器LASLAS功能功能链链路路活活动动调调度度器器LAS拥拥有有总总线线上上所所有有设设备备的的清清单单，由由它它来来掌掌管管总总线线段段上上各各设设备备对对总总线线的的操操作作。任任何何时时刻刻每每个个总总线线段段上上都都只只有有一一个个L
5、AS处处于于工工作作状状态态，总总线线段段上上的的设设备备只只有有得得到到链链路路活活动动调调度度器器LAS的的许许可可，才才能能向向总总线线上上传传输输数数据据。因因此此LAS是是总总线的通信活动中心。线的通信活动中心。如图如图2.27所示。所示。基金会现场总线的通信活动被归纳为两类：受调度通信与基金会现场总线的通信活动被归纳为两类：受调度通信与非调度通信。由链路活动调度器按预定调度时间表周期性依次非调度通信。由链路活动调度器按预定调度时间表周期性依次发起的通信活动，称为受调度通信。链路活动调度器内有一个发起的通信活动，称为受调度通信。链路活动调度器内有一个预定调度时间表。一旦到了某个设备要
6、发送的时间，链路活动预定调度时间表。一旦到了某个设备要发送的时间，链路活动调度器就发送一个强制数据调度器就发送一个强制数据(CD，compeldata)给这个设备。基给这个设备。基本设备收到了这个强制数据信息，就可以向总线上发送它的信本设备收到了这个强制数据信息，就可以向总线上发送它的信息。现场总线系统中这种受调度通信一般用于在设备间周期性息。现场总线系统中这种受调度通信一般用于在设备间周期性地传送控制数据。如在现场变送器与执行器之间传送测量或控地传送控制数据。如在现场变送器与执行器之间传送测量或控制器输出信号。制器输出信号。在在预预定定调调度度时时间间表表之之外外的的时时间间，通通过过得得到
7、到令令牌牌的的机机会会发发送送信信息息的的通通信信方方式式称称为为非非调调度度通通信信。非非调调度度通通信信在在预预定定调调度度时时间间表表之之外外的的时时间间，由由LAS通通过过现现场场总总线线发发出出一一个个传传递递令令牌牌(PT，passtoken)，得得到到这这个个令牌的设备就可以发送信息。令牌的设备就可以发送信息。所所有有总总线线上上的的设设备备都都有有机机会会通通过过这这一一方方式式发发送送调调度度之之外外的的信信息息。由由此可以看到，此可以看到，FF通信采用的是令牌总线工作方式。通信采用的是令牌总线工作方式。受受调调度度通通信信与与非非调调度度通通信信都都是是由由LAS掌掌管管的
8、的。按按照照基基金金会会现现场场总总线的规范要求，链路活动调度器应具有以下五种基本功能：线的规范要求，链路活动调度器应具有以下五种基本功能：(1)向向设设备备发发送送强强制制数数据据CD。按按照照链链路路活活动动调调度度器器内内保保留留的的调调度度表表，向向网网络络上上的的设设备备发发送送CD。调调度度表表内内只只保保存存要要发发送送CDDLPDU的请求，其余功能函数都分散在各调度实体之间。的请求，其余功能函数都分散在各调度实体之间。(2)向向设设备备发发送送传传递递令令牌牌PT，使使设设备备得得到到发发送送非非周周期期数数据据的的权权力力，为它们提供发送非周期数据的机会。为它们提供发送非周期
9、数据的机会。图图2.27 2.27 现场总线仪表与现场总线仪表与LAS LAS(3)为新入网的设备探测未被采用过的地址。当为新设备找好为新入网的设备探测未被采用过的地址。当为新设备找好地址后，把它们加入到活动表中。地址后，把它们加入到活动表中。(4)定期对总线段发布数据链路时间和调度时间。定期对总线段发布数据链路时间和调度时间。(5)监视设备对传递令牌监视设备对传递令牌PT的响应，当设备既不能随着的响应，当设备既不能随着PT顺顺序进入使用，也不能将令牌返还时，就从活动表中去掉这些设序进入使用，也不能将令牌返还时，就从活动表中去掉这些设备。备。3 3强有力功能块强有力功能块由由标标准准功功能能块
10、块组组成成的的基基金金会会现现场场总总线线编编程程语语言言功功能能极极为为强强大大。一一般般每每个个功功能能块块相相当当于于把把几几个个专专有有语语言言功功能能块块的的功功能能装装在在一一个个模模块块中中。但但是是，真真正正使使这这些些功功能能块块变变得得强强有有力力的的是是它它的的握握手手(handshake)能能力力，以以及及使使状状态态信信息息与与数数值值信信息息一一起起从从一一个个功能块传到另一功能块的能力。功能块传到另一功能块的能力。由由于于功功能能块块的的行行为为是是标标准准化化的的，所所以以这这些些功功能能可可以以跨跨越越几几个个不不同同制制造造商商的的设设备备来来完完成成。功功
11、能能块块还还包包含含使使用用这这些些状状态态信信息息的的标标准准停停车车连连锁锁和和串串级级初初始始化化机机制制。这这就就意意味味着着不不需需要要对对使使用用不不同同语语言言的的附附加加逻逻辑辑进进行行组组态态，便便可可实实现现这这些些及及许许多多其其他他的的功功能。能。换换句句话话说说，工工厂厂不不仅仅仅仅是是从从单单独独的的功功能能块块的的能能力力中中获获得得好好处处，更更重重要要的的是是从从能能把把这这些些模模块块链链接接起起来来的的标标准准化化互互操操作作性性的的结合能力中获得好处。结合能力中获得好处。2.3.2 2.3.2 系统管理和网络管理系统管理和网络管理 1 1系统管理系统管理
12、（1 1）系统管理概述）系统管理概述 每每个个设设备备中中都都有有系系统统管管理理实实体体。该该实实体体由由用用户户应应用用和和系系统统管管理理内内核核(SMK，systemmanagementkernel)组组成成。系系统统管管理理内内核核SMK可可看看作作一一种种特特殊殊的的应应用用进进程程AP。从从它它在在通通信信模模型型中中的的位位置置可可以以看看出出，系系统统管管理理是是通通过过集集成成多多层层的的协协议议与功能而完成的。与功能而完成的。系系统统管管理理用用以以协协调调分分布布式式现现场场总总线线系系统统中中各各设设备备的的运运行行。基基金金会会现现场场总总线线采采用用管管理理员员代
13、代理理者者模模式式(SMgrSMK)，每每个个设设备备的的系系统统管管理理内内核核(SMK)承承担担代代理理者者角角色色，对对从从系系统统管管理理者者(SMgr)实实体体收收到到的的指指示示做做出出响响应应。系系统统管管理理可可以以全全部包含在一个设备中，也可以分布在多个设备之间。部包含在一个设备中，也可以分布在多个设备之间。系系统统管管理理内内核核使使该该设设备备具具备备与与网网络络上上其其他他设设备备进进行行互互操操作作的的基基础础。图图2.28为为系系统统管管理理内内核核的的框框图图。在在一一个个设设备备内内部部，SMK与与网网络络管管理理代代理理和和设设备备应应用用进进程程之之间间的的
14、相相互互作作用用属属于于本本地地作用。作用。系系统统管管理理内内核核是是一一个个设设备备管管理理实实体体。它它负负责责网网络络协协调调和和执执行行功功能能的的同同步步。SMK采采用用两两个个协协议议进进行行通通信信，即即FMS和和SMKP。为为加加强强网网络络各各项项功功能能的的协协调调与与同同步步，使使用用了了系系统统管管理理员员代代理理者模式。者模式。在在这这一一模模式式中中，每每个个设设备备的的系系统统管管理理内内核核承承担担了了代代理理者者的的任任务务并并响响应应来来自自系系统统管管理理员员实实体体的的指指示示。系系统统管管理理内内核核协协议议SMKP(SMKprotoco1)就就是是
15、用用以以实实现现管管理理员员和和代代理理者者之之间间的的通通信信的的。系系统统管管理理操操作作的的信信息息被被组组织织为为对对象象，存存放放在在系系统统管管理理信信息息库库(SMIB)中中，从从网网络络的的角角度度来来看看，SMIB属属于于管管理理虚虚拟拟设设备备(MVFD，managementvirtualfielddevice)，这这使使得得SMIB对对象象可可以以通通过过FMS服服务务进进行行访访问问(如如读读，写写)，MVFD与与网网络络管管理理代代理共享。理共享。图图2.28 2.28 系统管理与其他部分的关系系统管理与其他部分的关系系统管理内核的作用之一是要把基本系统的组态信息置入
16、系统管理内核的作用之一是要把基本系统的组态信息置入到系统管理信息库中。采用专门的系统组态设备，如手持编程到系统管理信息库中。采用专门的系统组态设备，如手持编程器，通过标准的现场总线接口，把系统信息置入到系统管理信器，通过标准的现场总线接口，把系统信息置入到系统管理信息库。组态可以离线进行，也可以在网络上在线进行。息库。组态可以离线进行，也可以在网络上在线进行。SMK采采用用了了两两种种通通信信协协议议，即即FMS与与SMKP(系系统统管管理理内内核核协协议议)，FMS用用于于访访问问SMIB,SMKP用用于于实实现现SMK的的其其他他功功能能。为为执执行行其其功功能能，系系统统管管理理内内核核
17、SMK必必须须与与通通信信系系统统和和设设备备中中的的应用相联系。应用相联系。系系统统管管理理内内核核除除了了使使用用某某些些数数据据链链路路层层服服务务之之外外，还还运运用用FMS的的功功能能来来提提供供对对系系统统管管理理信信息息库库SMIB的的访访问问。设设备备中中的的SMK采采用用与与网网络络管管理理代代理理共共享享的的VFD模模式式。采采用用应应用用层层服服务务可可以访问以访问SMIB对象。对象。在在地地址址分分配配过过程程中中，系系统统管管理理必必须须与与数数据据链链路路管管理理实实体体(DLME，datalinkmanagemententity)相相联联系系。系系统统管管理理SM
18、和和DLME的界面是本地生成的。的界面是本地生成的。系系统统管管理理内内核核与与数数据据链链路路层层有有着着密密切切联联系系。它它直直接接访访问问数数据据链链路路层层，以以执执行行其其功功能能。这这些些功功能能由由专专门门的的数数据据链链路路服服务务访访问问点点(DLSAP，data link layer service access point)来来提提供供。DLSAP地址保留在数据链路层。地址保留在数据链路层。系系统统管管理理内内核核SMK采采用用系系统统管管理理内内核核协协议议(SMKP)与与远远程程SMK通通信信。这这种种通通信信应应用用有有两两种种标标准准数数据据链链路路地地址址。一
19、一个个是是单单地地址址，该该地地址址唯唯一一地地对对应应予予一一个个特特殊殊设设备备的的SMK；另另一一个个是是链链路路的的本本地地组组地地址址，它它表表明明了了在在一一次次链链接接中中要要通通信信的的所所有有设设备备的的SMK。SMKP采采用用无无连连接接方方式式的的数数据据链链接接服服务务和和数数据据链链路路单单元元数数据据(DL-unitdata)。而而SMK则则采采用用数数据据链链路路时时间间(DL-time)服服务来支持应用时钟同步和功能块调度。务来支持应用时钟同步和功能块调度。从从系系统统管管理理内内核核与与用用户户应应用用的的联联系系来来看看，系系统统管管理理支支持持节节点点地地
20、址址分分配配、应应用用服服务务调调度度、应应用用时时钟钟同同步步和和应应用用进进程程位位号号的的地地址址解解析析。系系统统管管理理内内核核通通过过上上述述服服务务使使用用户户应应用用得得到到这这些些功功能能。图图2.29表表明明了了SMK所所具具备备的的用用以以支支持持这这些些联联系系的的组组成成模模块块与与结结构构关关系系。它它可可以以作作为为服服务务器器或或响响应应者者工工作作，也也可可以以作作为为客客户户端端工工作作，为为设设备备应应用用提提供供服服务务界界面面。本本地地SMK和和远远程程SMK相相互互作作用用时时，本本地地SMK可可以以起起到到服服务务器器的的作作用用，满满足足各各种种
21、服服务务请求。请求。图图2.29 2.29 系统管理功能及其组织系统管理功能及其组织从图中可以看到，系统管理内核从图中可以看到，系统管理内核SMK为设备的网络操作提为设备的网络操作提供多种服务：访问系统管理信息库，分配设备位号与地址；进行供多种服务：访问系统管理信息库，分配设备位号与地址；进行设备辨认；定位远程设备与对象；进行时钟同步、功能块调度等。设备辨认；定位远程设备与对象；进行时钟同步、功能块调度等。（2 2）系统管理的作用）系统管理的作用系系统统管管理理可可完完成成现现场场设设备备的的地地址址分分配配、寻寻找找应应用用位位号号、实实现现应应用用时时钟钟的的同同步步、功功能能块块列列表表
22、、设设备备识识别别以以及及对对系系统统管管理理信信息库息库SMIB的访问等功能。的访问等功能。现场设备地址分配现场设备地址分配现现场场设设备备地地址址分分配配应应保保证证现现场场总总线线网网络络上上的的每每个个设设备备只只对对应应唯唯一一的的一一个个节节点点地地址址。首首先先给给未未初初始始化化设设备备离离线线地地分分配配一一个个物物理理设设备备位位号号，然然后后使使设设备备进进入入初初始始化化状状态态。设设备备在在初初始始化化状状态态下下并并没没有有被被分分配配节节点点地地址址，但但能能附附属属于于网网络络。一一旦旦处处于于网网络络之之上上，组组态态设设备备就就会会发发现现该该新新设设备备并
23、并根根据据它它的的物物理理设设备备位位号号给给它分配节点地址。它分配节点地址。它它包包括括一一系系列列由由定定时时器器控控制制的的步步骤骤，以以使使系系统统管管理理代代理理定定时时地地执执行行它它们们的的动动作作和和响响应应管管理理员员请请求求。在在错错误误情情况况下下，代代理理必必须须有有效效地地返返回回到到操操作作开开始始时时的的状状态态。它它也也必必须须拒拒绝绝与与它它当当时时所处状态不相容的请求。所处状态不相容的请求。寻找应用位号寻找应用位号以以位位号号标标识识的的对对象象有有物物理理设设备备(PD)、虚虚拟拟现现场场设设备备(VFD)、功功能能块块(FB)和和功功能能块块参参数数。现
24、现场场总总线线系系统统管管理理允允许许查查询询由由位位号号标标识识的的对对象象，包包含含此此对对象象的的设设备备将将返返回回一一个个响响应应值值，其其中中包包括括有有对对象象字字典典目目录录和和此此对对象象的的虚虚拟拟通通信信关关系系表表。此此外外，必必要要时时还还允允许许采采用用位位号号与与其其他他特特定定应应用用对对象象发发生生联联系系。该该功功能能还还允允许许正正在在请请求求的的用户应用决定，是否复制已存在于现场总线系统中的位号。用户应用决定，是否复制已存在于现场总线系统中的位号。应用时钟同步应用时钟同步SMK提提供供网网络络应应用用时时钟钟的的同同步步机机制制。由由时时间间发发布布者者
25、的的SMK负负责责应应用用时时钟钟时时间间与与存存在在于于数数据据链链路路层层中中的的链链路路调调度度时时间间之之间间的的联联系系，以以实实现现应应用用时时钟钟同同步步。基基金金会会现现场场总总线线支支持持存存在在冗冗余余的的时时间间发发布布者者。为为了了解解决决冲冲突突，它它利利用用协协议议规规则则来来决决定定哪哪个个时时间间发发布布者起作用。者起作用。SMK没没有有采采用用应应用用时时钟钟来来支支持持它它的的任任何何功功能能。每每个个设设备备都都将将应应用用时时钟钟作作为为独独立立于于现现场场总总线线数数据据链链路路时时钟钟而而运运行行的的单单个个时时钟钟，或者说，应用时钟时间可按需要，由
26、数据链路时钟计算而得到。或者说，应用时钟时间可按需要，由数据链路时钟计算而得到。功能块调度功能块调度SMK代理的功能块调度功能，运用存储于代理的功能块调度功能，运用存储于SMIB中的功能块中的功能块调度，告知用户应用该执行的功能块，或其他可调度的应用任务。调度，告知用户应用该执行的功能块，或其他可调度的应用任务。这这种种调调度度按按被被称称为为宏宏周周期期的的功功能能块块重重复复执执行行。宏宏周周期期起起点点被被指指定定为为链链路路调调度度时时间间。所所规规定定的的功功能能块块起起始始时时间间是是相相对对于于宏宏周周期期起起点点的的时时间间偏偏移移量量。通通过过这这条条信信息息和和当当前前的的
27、链链路路调调度度时时间间LS-time,SMK就能决定何时向用户应用发出执行功能块的命令。就能决定何时向用户应用发出执行功能块的命令。功功能能块块调调度度必必须须与与链链路路活活动动调调度度器器中中使使用用的的调调度度相相协协调调。允允许许功能块的执行与输入输出数据的传送同步。功能块的执行与输入输出数据的传送同步。设备识别设备识别现现场场总总线线网网络络的的设设备备识识别别通通过过物物理理设设备备位位号号和和设设备备ID来来进进行行。系系统统管管理理还还可可以以通通过过FMS服服务务访访问问SMIB，实实现现设设备备的的组组态态与与故故障障诊断。诊断。（3 3）系统管理服务和作用过程）系统管理
28、服务和作用过程图图2.30表表示示了了系系统统管管理理内内核核及及其其所所提提供供的的服服务务的的作作用用过过程程。从从图图中中可可以以看看到到，它它所所提提供供的的主主要要服服务务有有：地地址址分分配配、设设备备识识别别、定定位服务、应用时钟同步、功能块调度。下面介绍这几种服务。位服务、应用时钟同步、功能块调度。下面介绍这几种服务。图图2.30 2.30 系统管理内核及其服务系统管理内核及其服务功能块调度功能块调度SMK代理的功能块调度功能，运用存储于代理的功能块调度功能，运用存储于SMIB中的功能块中的功能块调度，告知用户应用该执行的功能块，或其他可调度的应用任调度，告知用户应用该执行的功
29、能块，或其他可调度的应用任务。务。设备地址分配设备地址分配每每个个现现场场总总线线设设备备都都必必须须有有一一个个唯唯一一的的网网络络地地址址和和物物理理设备位号，以便现场总线有可能对它们实行操作。设备位号，以便现场总线有可能对它们实行操作。为为了了避避免免在在仪仪表表中中设设置置地地址址开开关关，这这里里通通过过系系统统管管理理自自动实现网络地址分配。动实现网络地址分配。为一个新设备分配网络地址的步骤如下：为一个新设备分配网络地址的步骤如下：通通过过组组态态设设备备分分配配给给这这个个新新设设备备一一个个物物理理设设备备位位号号。这这个个工工作作可可以以“离离线线”实实现现，也也可可以以通通
30、过过特特殊殊的的缺缺省省网网络络地地址址“在在线线”实现。实现。系系统统管管理理采采用用缺缺省省网网络络地地址址询询问问该该设设备备的的物物理理设设备备位位号号，并并采采用用该该物物理理设设备备位位号号在在组组态态表表内内寻寻找找新新的的网网络络地地址址。然然后后，系系统统管管理理给给该该设设备备发发送送一一个个特特殊殊的的地地址址设设置置信信息息，迫迫使使这这个个设设备移至这个新的网络地址。备移至这个新的网络地址。对进入网络的所有的设备都按缺省地址重复上述步骤。对进入网络的所有的设备都按缺省地址重复上述步骤。设备识别设备识别SMK的的识识别别服服务务容容许许应应用用进进程程从从远远程程SMK
31、得得到到物物理理设设备位号和设备标示备位号和设备标示ID。设设备备ID是是一一个个与与系系统统无无关关的的识识别别标标志志，它它由由生生产产者者提提供供。在在地地址址分分配配中中，组组态态主主管管也也采采用用这这个个服服务务去去辨辨认认已已经经具具有有位位号的设备，并为这个设备分配一个更改后的地址。号的设备，并为这个设备分配一个更改后的地址。应用时钟分配应用时钟分配基金会现场总线支持应用时钟分配功能。系统管理者有基金会现场总线支持应用时钟分配功能。系统管理者有一个时间发布器，它向所有的现场总线设备周期性地发布应一个时间发布器，它向所有的现场总线设备周期性地发布应用时钟同步信号。数据链路调度时间
32、与应用时钟一起被采样、用时钟同步信号。数据链路调度时间与应用时钟一起被采样、传送，使得正在接收的设备有可能调整它们的本地时间。应传送，使得正在接收的设备有可能调整它们的本地时间。应用时钟同步允许设备通过现场总线校准带时间标志的数据。用时钟同步允许设备通过现场总线校准带时间标志的数据。寻找位号寻找位号(定位定位)服务服务系统管理通过寻找位号服务搜索设备或变量，为主机系系统管理通过寻找位号服务搜索设备或变量，为主机系统和便携式维护设备提供方便。系统管理对所有的现场总线统和便携式维护设备提供方便。系统管理对所有的现场总线设备广播这一位号查询信息，一旦收到这个信息，每个设备设备广播这一位号查询信息，一
33、旦收到这个信息，每个设备都将搜索它的虚拟现场设备都将搜索它的虚拟现场设备VFD，看是否符合该位号。，看是否符合该位号。如如果果发发现现这这个个位位号号，就就返返回回完完整整的的路路径径信信息息，包包括括网网络络地地址址、虚虚拟拟现现场场设设备备VFD编编号号、虚虚拟拟通通信信关关系系VCR目目录录、对对象象字字典典目目录录。主主机机或或维维护护设设备备一一旦旦知知道道了了这这个个路路径径，就就能能访访问问该位号的数据。该位号的数据。功能块调度功能块调度功功能能块块调调度度指指示示用用户户应应用用，现现在在已已经经是是执执行行某某个个功功能能块块或或其其他他可可执执行行任任务务的的时时间间了了。
34、SMK使使用用SMIB中中的的调调度度对对象象和和由由数数据据链链路路层层保保留留的的链链路路调调度度时时间间来来决决定定何何时时向向它它的的用用户户应应用用发发布命令。布命令。功功能能块块执执行行是是可可重重复复的的，每每次次重重复复称称为为一一个个宏宏周周期期(macrocycle)，宏宏周周期期通通过过使使用用值值为为零零的的链链路路调调度度时时间间作作为为它它们们起起始始时时间间的的基基准准而而实实现现链链路路时时间间同同步步。也也就就是是说说，如如果果一一个个特特定定的的宏宏周周期期生生命命周周期期是是1000，那那么么它它将将以以0，1000，2000等时间点作为起始点。等时间点作
35、为起始点。每每个个设设备备都都将将在在它它自自己己的的宏宏周周期期期期间间执执行行其其功功能能块块调调度度。如如数数据据转转换换和和功功能能块块执执行行时时间间通通过过它它们们相相对对各各自自宏宏周周期期起起点点的的时时间间偏偏置置来来进进行行同同步步。设设备备中中的的功功能能块块执执行行则则在在SMIBFBStartEntryObjects中定义。该中定义。该SMIB内容就是功能块调度。内容就是功能块调度。当当控控制制一一个个过过程程时时，发发生生在在固固定定时时间间间间隔隔上上的的监监控控和和输输出出改改变变是是十十分分重重要要的的。与与该该固固定定时时间间间间隔隔的的偏偏差差称称为为抖抖
36、动动，其其值值必必须须很很小小。根根据据为为每每个个设设备备组组态态的的SMIB FB Start EntryObjects,功功能能块块精精确确地地在在固固定定时时间间间间隔隔上上执执行行。合合适适的的功功能能块块调调度度和和它它的的宏宏周周期期周周期期必必须须下下载载到到执执行行功功能能块块的的设设备备的的SMIB中中。设设备备利利用用这这些些对对象象和和当当前前LS时时间间来来决决定定何何时时执执行行它它的的功功能能块。块。采采用用调调度度组组建建工工具具来来生生成成功功能能块块和和链链路路活活动动调调度度器器。假假定定调调度度组组建建工工具具已已经经为为某某个个控控制制回回路路组组建建
37、了了表表2.11所所示示的的调调度度表表。该该调调度度表表包包含含有有开开始始时时间间，这这个个开开始始时时间间是是指指它它偏偏离离绝绝对对链链路路调调度度开开始始时时间间起起点点的的数数值值。绝绝对对链链路路调调度度开开始始时时间间是是总总线线上上所所有设备都知道的。有设备都知道的。表表2.11 2.11 某控制回路调度表某控制回路调度表 图图2-31描描述述了了绝绝对对链链路路调调度度开开始始时时间间、链链路路活活动动调调度度循循环环周期、功能块调度与绝对开始时间偏离值之间的关系。周期、功能块调度与绝对开始时间偏离值之间的关系。在偏离值为在偏离值为0的时刻，变送器中的系统管理将引发的时刻，
38、变送器中的系统管理将引发AI功能块功能块的执行。在偏离值为的执行。在偏离值为20的时刻，链路活魂调度器将向变送器内的时刻，链路活魂调度器将向变送器内的的AI功能块的缓冲器发出一个强制数据功能块的缓冲器发出一个强制数据CD，缓冲器中的数据将，缓冲器中的数据将发布到总线上。发布到总线上。在偏离值为在偏离值为30的时刻，调节阀中的系统管理将引发的时刻，调节阀中的系统管理将引发PID功能功能块的执行，随之在偏离值为块的执行，随之在偏离值为50的时刻，执行的时刻，执行AO功能块。控制回功能块。控制回路将准确地重复这种模式。路将准确地重复这种模式。注注意意，在在功功能能块块执执行行的的间间隙隙，链链路路活
39、活动动调调度度器器LAS还还向向所所有有现现场场设设备备发发送送令令牌牌消消息息，以以便便它它们们可可以以发发送送它它们们的的非非受受调调度度消消息息，如如报报警警通通知知、改改变变给给定定值值等等。在在这这个个例例子子中中，只只有有偏偏离离值值从从2030，即即当当AI功功能能块块数数据据正正在在总总线线上上发发布布的的时时间间段段不不能能传送非受调度信息。传送非受调度信息。2 2基金会现场总线的网络管理基金会现场总线的网络管理(NM)(NM)现场总线基金会采用网络管理代理现场总线基金会采用网络管理代理(NMA，networkmanagementagent)，网络管理者，网络管理者(NMgr
40、，networkmanager)工工作模式。作模式。FF的每台设备都有一个网络管理代理，负责管理其通的每台设备都有一个网络管理代理，负责管理其通信栈，并监督其运行。每个现场总线网络至少有一个网络管理信栈，并监督其运行。每个现场总线网络至少有一个网络管理者，网络管理者实体在相应的网络管理代理的协同下，完成网者，网络管理者实体在相应的网络管理代理的协同下，完成网络的通信管理。执行网络的通信管理。网络管理者络的通信管理。执行网络的通信管理。网络管理者(NMgr)指导指导网络管理代理网络管理代理(NMA)运行。运行。网网络络管管理理(NetworkManagement，NM)的的主主要要功功能能为为对
41、对通通信信栈栈组组态态、下下载载链链路路活活动动调调度度表表、下下载载虚虚拟拟通通信信关关系系表表(VCRL)或表中某个条目、通信性能的监视及通信异常的监视。或表中某个条目、通信性能的监视及通信异常的监视。图图2.31 2.31 功能块调度与宏周期功能块调度与宏周期(1)(1)网络管理的组成网络管理的组成基金会现场总线基金会现场总线(FF)的网络管理的网络管理(NM)主要由网络管理者主要由网络管理者(NMgr)、网络管理代理、网络管理代理(NMA)和网络管理信息库和网络管理信息库(NetworkManagementInformationBase，NMIB)三部分组成。三部分组成。网络管理者网络
42、管理者每个现场总线网络至少有一个网络管理者每个现场总线网络至少有一个网络管理者(NMgr)，它按系，它按系统管理者的规定负责维护网络运行，并根据系统运行需要或系统管理者的规定负责维护网络运行，并根据系统运行需要或系统管理者指示，来执行某个动作。统管理者指示，来执行某个动作。网网络络管管理理者者监监视视每每台台设设备备中中通通信信栈栈的的状状态态。它它通通过过处处理理由由NMA生生成成的的报报告告，来来完完成成某某个个任任务务。它它指指挥挥NMA，再再通通过过FMS，来来执执行行它它所所要要求求的的任任务务。一一台台设设备备内内网网络络管管理理与与系系统统管管理理的的相相互互作作用用属属于于本本
43、地地行行为为，但但网网络络管管理理者者与与系系统统管管理理者者之之间间的的关关系系涉涉及及到到系系统统构构成成。网网络络管管理理者者(NMgr)实实体体指指导导网网络络管管理理代代理理(NMA)运运行行，由由NMgr向向NMA发发出出指指示示，再再由由NMA对对它它作作出出响响应。应。NMA也可在一些重要的事件或状态发生时通知也可在一些重要的事件或状态发生时通知NMgr。网络管理代理网络管理代理每台设备都有一个网络管理代理每台设备都有一个网络管理代理(NMA)，负责管理通信模，负责管理通信模型中的第二层至第七层型中的第二层至第七层(即通信栈即通信栈)，并监督其运行。网络管理代，并监督其运行。网
44、络管理代理支持组态管理、运行管理、监视通信性能、判断通信差错。理支持组态管理、运行管理、监视通信性能、判断通信差错。网网络络管管理理代代理理利利用用组组态态管管理理设设置置通通信信栈栈内内的的参参数数，选选择择工工作作方方式式与与内内容容。在在工工作作期期间间，网网络络管管理理代代理理可可以以观观察察、分分析析设设备备的的通通信信状状况况，如如果果判判断断出出有有问问题题，并并需需要要改改进进或或者者改改变变设设备备间间的的通通信信，那那就就可可以以在在设设备备工工作作的的同同时时实实现现重重新新组组态态。是是否否重重新新组组态态则则取取决决于于它它与与其其他他设设备备间间的的通通信信是是否否
45、已已经经中中断断。组组态态信信息息、运运行行信信息息、出出错错信信息息尽尽管管大大部部分分实实际际上上驻驻留留在在通通信信栈栈内内，但都包含在网络管理信息库但都包含在网络管理信息库(NMIB)中。中。网网络络管管理理者者(NMgr)与与它它的的网网络络管管理理代代理理(NMA)之之间间的的虚虚拟拟通通信信关关系系是是VCR表表中中的的第第一一个个虚虚拟拟通通信信关关系系。它它提提供供了了排排队队式式、用用户户触触发发、双双向向的的网网络络访访问问。它它以以含含有有NMA的的所所有有设设备备都都熟熟知知的的数数据据链链路路连连接接端端点点地地址址的的形形式式，存存在在于于含含有有NMA的的所所有
46、有设设备备中中，并并要要求求所所有有的的NMA都都支支持持这这个个VCR。通通过过其其他他VCR，也也可可以访问以访问NMA，但只允许监视。，但只允许监视。网络管理信息库网络管理信息库网络管理信息库网络管理信息库(NMIB)是被管理变量的集合，包含了设是被管理变量的集合，包含了设备通信系统中组态、运行、差错管理的相关信息。备通信系统中组态、运行、差错管理的相关信息。网网络络管管理理信信息息库库(NMIB)和和系系统统管管理理信信息息库库(SMIB)结结合合在在一一起起，成成为为设设备备内内部部访访问问管管理理信信息息的的中中心心。NMIB的的内内容容是是借借助助虚虚拟现场设备管理和对象字典来描
47、述的。拟现场设备管理和对象字典来描述的。(2)网络管理代理的虚拟现场设备网络管理代理的虚拟现场设备网网络络管管理理代代理理的的虚虚拟拟现现场场设设备备(NMAVFD)是是网网络络上上可可以以看看到到的的网网络络管管理理代代理理，或或者者说说是是由由FMS看看到到的的网网络络管管理理代代理理。NMAVFD运用运用FMS服务，使得服务，使得NMA可以穿越网络进行访问。可以穿越网络进行访问。NMAVFD的属性有：厂商名、型号、版本号、行规号、的属性有：厂商名、型号、版本号、行规号、逻辑状态、物理状态及逻辑状态、物理状态及VFD专有对象表。其中前三项由制造商专有对象表。其中前三项由制造商规定并输入；行
48、规号为规定并输入；行规号为0X4D47，即网络管理英文字母，即网络管理英文字母M、G的的ASCII代码代码4DH、47H；逻辑状态和物理状态属于网络运行的动；逻辑状态和物理状态属于网络运行的动态数据；态数据；VFD专有对象是指专有对象是指NMA索引对象。索引对象。NMA索引对象是索引对象是NMIB中对象的逻辑映射，它作为一个中对象的逻辑映射，它作为一个FMS数组对象定义。数组对象定义。NMAVFD也也象象其其他他虚虚拟拟现现场场设设备备那那样样，具具有有它它所所包包含含的的所所有有对对象象的的对对象象描描述述，并并形形成成对对象象字字典典(OD)；也也象象其其他他对对象象字字典典那那样样，它它
49、把把对对象象字字典典本本身身作作为为一一个个对对象象进进行行描描述述。NMAVFD对对象象字字典典的的对对象象描描述述是是NMAVFD对对象象字字典典中中的的条条目目0，其其内内容容有有：标标识识号号、存存储储属属性性(ROM/RAM)、名名称称长长度度、访访问问保保护护、OD版版本本、本本地地地地址址、OD静静态态条条目目长长度度、第第一一个个索索引引对对象象目目录录号。号。NMA索索引引对对象象是是包包含含在在NMIB中中的的一一组组逻逻辑辑对对象象。每每个个索索引引对对象象包包含含了了要要访访问问的的由由NMA管管理理的的对对象象所所必必需需的的信信息息。通通信信行行规规、设设备备行行规
50、规、制制造造商商都都可可以以规规定定NMA_VFD中中所所含含有有的的网网络络可可访访问问对对象象。这这些些附附加加对对象象收收容容在在OD里里，并并为为它它们们增增加加索索引引，通通过过索索引引指指向向这这些些对对象象。要要确确保保所所增增加加的的对对象象定定义义不不会会受受底底层层管管理理的的影影响响，即即所所规规定定的的对对象象属属性性、数数据据类类型型不不会会被被改改变变、替替换或删除。换或删除。NMA索索引引对对象象被被规规定定为为FMS数数组组对对象象。NMA标标准准索索引引总总是由第二个是由第二个SOD(静态对象字典静态对象字典)条目描述。条目描述。当当存存在在N个个索索引引对对