現(xiàn)場(chǎng)總線與電廠信息系統(tǒng)的集成
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序 言
目前很多電廠都將電廠的數(shù)字化建設(shè)放在一個(gè)很重要的位置，而且都建設(shè)了比較完善的管理信息系統(tǒng)（MIS）甚至是廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS），但數(shù)字化電廠不僅僅要實(shí)現(xiàn)管理過(guò)程的數(shù)字化，也需要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)字化?，F(xiàn)場(chǎng)總線在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)亩际菙?shù)字量，同時(shí)它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也遵守OSI規(guī)定的七層協(xié)議，這就為現(xiàn)場(chǎng)總線與電廠信息系統(tǒng)的集成創(chuàng)造了可能性。下面介紹一下現(xiàn)場(chǎng)總線與電廠信息系統(tǒng)集成方面的情況。
一、現(xiàn)場(chǎng)總線通信系統(tǒng)和ISO／OSI參考模型的關(guān)系
首先介紹一下現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)所遵守的ISO／OSI參考模型。
ISO／OSI參考模型定義了一個(gè)7層的開放系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的要求，對(duì)模型進(jìn)行了優(yōu)化，除去了實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的中間層，并增加了用戶層，這樣構(gòu)成了現(xiàn)場(chǎng)總線通信系統(tǒng)模型。例如，基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）模型與ISO／OSI參考模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1所示。
圖型的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議模型圖1的中間一列所示，它采用ISO／OSI參考模型中的三個(gè)對(duì)應(yīng)層，即物理層、鏈路層和應(yīng)用層。考慮到現(xiàn)場(chǎng)總線通信的特點(diǎn)，將ISO／OSI參考模型中的3～6層簡(jiǎn)化為一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線訪問(wèn)層。它是ISO／OSI參考模型的簡(jiǎn)化形式，既考慮到開放性系統(tǒng)的要求，又兼顧了控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。
基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）模型如圖1的右側(cè)一列所示。它采用了ISO／OSI參考模型中的三層：物理層、鏈路層和應(yīng)用層，隱去了3～6層。其中物理層、鏈路層采用了IEC／ISA標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用層分別為兩個(gè)子層：現(xiàn)場(chǎng)總線訪問(wèn)子層FAS和現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范子層FMS。FMS為系統(tǒng)的用戶層提供通信服務(wù)。FMS提供不同類型的通信信道，稱為虛擬通信關(guān)系VCR，F(xiàn)AS把VCR映射到底層網(wǎng)絡(luò)，從而把用戶的應(yīng)用進(jìn)程同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展隔離開來(lái)。鏈路層、訪問(wèn)子層和報(bào)文規(guī)范子層的全部功能集成在一起稱為通信棧（Communication Stack）。
1.1 物理層
現(xiàn)場(chǎng)總線物理層是由物理介質(zhì)的有關(guān)規(guī)定和傳輸數(shù)據(jù)的信號(hào)協(xié)議所構(gòu)成。物理層使數(shù)據(jù)鏈路層在發(fā)送、接收數(shù)據(jù)時(shí)與物理介質(zhì)的類型無(wú)關(guān)。物理層協(xié)議是有關(guān)于系統(tǒng)安裝的一些規(guī)定。它規(guī)定了以下四個(gè)特性：機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和過(guò)程特性。
機(jī)械特性：主要涉及到連接器的規(guī)格，以及連接器的安裝。
電氣特性：規(guī)定傳輸線上數(shù)字信號(hào)的電壓高低、傳輸距離和傳輸速率等；
功能特性：定義連接器內(nèi)容插腳的功能；
過(guò)程特性：規(guī)定了信號(hào)的時(shí)序關(guān)系，以便正確地發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。
物理介質(zhì)可以是IEC物理層技術(shù)規(guī)范中所規(guī)定的任何一種傳輸介質(zhì)。例如雙絞線、光纜和射頻。物理層又可以分成物理介質(zhì)相關(guān)子層與物理介質(zhì)獨(dú)立子層。
1.2 數(shù)據(jù)鏈路層
現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路層（DLL）位于物理層與總線訪問(wèn)子層之間，它為系統(tǒng)管理內(nèi)核和總線訪問(wèn)子層之間，它為系統(tǒng)管理內(nèi)核和總線訪問(wèn)子層訪問(wèn)物理層提供服務(wù)。為了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線上的各類鏈路傳輸活動(dòng)進(jìn)行控制，需要在數(shù)據(jù)鏈路層上附加協(xié)議控制信息?，F(xiàn)場(chǎng)總線通信中的鏈路活動(dòng)調(diào)度、數(shù)據(jù)接收與發(fā)送、鏈路活動(dòng)控測(cè)與響應(yīng)、鏈路時(shí)間同步都是通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)鏈路活動(dòng)調(diào)度器（LAS）可以對(duì)傳輸介質(zhì)進(jìn)行周期和非周期兩種訪問(wèn)。
在功能上，DLL可以分成兩層，訪問(wèn)總線和控制數(shù)據(jù)鏈路的數(shù)據(jù)傳輸。
1.3 應(yīng)用層
應(yīng)用層直接為客戶服務(wù)，提供適用于應(yīng)用、應(yīng)用管理和系統(tǒng)管理的分布式信息服務(wù)。開放系統(tǒng)相互連接的管理包括初始化、維護(hù)、終止和記錄某些數(shù)據(jù)所需的功能，這些數(shù)據(jù)與為在應(yīng)用進(jìn)程間傳送數(shù)據(jù)而建立的鏈接有關(guān)?，F(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用層主要組成部分包括：應(yīng)用進(jìn)程、應(yīng)用進(jìn)程對(duì)象、應(yīng)用實(shí)體和應(yīng)用服務(wù)元素等。應(yīng)用層主要提供通信功能、特殊功能以及管理控制功能?，F(xiàn)場(chǎng)總線訪問(wèn)子層（FAS）提供發(fā)布者／接收者、客戶／服務(wù)器和報(bào)告分發(fā)三種服務(wù)，現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文子層（FMS）則提供對(duì)象字典服務(wù)、變量訪問(wèn)服務(wù)和事件服務(wù)。
近幾年來(lái)現(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)得到了越來(lái)越多人的重視，它能夠在工程建設(shè)的基建、安裝、維護(hù)等階段為我們節(jié)約大量的資金。但有一點(diǎn)往往容易被忽視，即現(xiàn)場(chǎng)總線也可以和電廠的信息網(wǎng)絡(luò)很好的集成，這樣工程人員就可以通過(guò)電廠的信息系統(tǒng)查看到有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的信息。本文將著重介紹
序 言
目前很多電廠都將電廠的數(shù)字化建設(shè)放在一個(gè)很重要的位置，而且都建設(shè)了比較完善的管理信息系統(tǒng)（MIS）甚至是廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS），但數(shù)字化電廠不僅僅要實(shí)現(xiàn)管理過(guò)程的數(shù)字化，也需要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)字化?，F(xiàn)場(chǎng)總線在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)亩际菙?shù)字量，同時(shí)它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也遵守OSI規(guī)定的七層協(xié)議，這就為現(xiàn)場(chǎng)總線與電廠信息系統(tǒng)的集成創(chuàng)造了可能性。下面介紹一下現(xiàn)場(chǎng)總線與電廠信息系統(tǒng)集成方面的情況。
一、現(xiàn)場(chǎng)總線通信系統(tǒng)和ISO／OSI參考模型的關(guān)系
首先介紹一下現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)所遵守的ISO／OSI參考模型。
ISO／OSI參考模型定義了一個(gè)7層的開放系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的要求，對(duì)模型進(jìn)行了優(yōu)化，除去了實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的中間層，并增加了用戶層，這樣構(gòu)成了現(xiàn)場(chǎng)總線通信系統(tǒng)模型。例如，基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）模型與ISO／OSI參考模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1所示。
圖型的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議模型圖1的中間一列所示，它采用ISO／OSI參考模型中的三個(gè)對(duì)應(yīng)層，即物理層、鏈路層和應(yīng)用層?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)總線通信的特點(diǎn)，將ISO／OSI參考模型中的3～6層簡(jiǎn)化為一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線訪問(wèn)層。它是ISO／OSI參考模型的簡(jiǎn)化形式，既考慮到開放性系統(tǒng)的要求，又兼顧了控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。
基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）模型如圖1的右側(cè)一列所示。它采用了ISO／OSI參考模型中的三層：物理層、鏈路層和應(yīng)用層，隱去了3～6層。其中物理層、鏈路層采用了IEC／ISA標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用層分別為兩個(gè)子層：現(xiàn)場(chǎng)總線訪問(wèn)子層FAS和現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范子層FMS。FMS為系統(tǒng)的用戶層提供通信服務(wù)。FMS提供不同類型的通信信道，稱為虛擬通信關(guān)系VCR，F(xiàn)AS把VCR映射到底層網(wǎng)絡(luò)，從而把用戶的應(yīng)用進(jìn)程同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展隔離開來(lái)。鏈路層、訪問(wèn)子層和報(bào)文規(guī)范子層的全部功能集成在一起稱為通信棧（Communication Stack）。
1.1 物理層
現(xiàn)場(chǎng)總線物理層是由物理介質(zhì)的有關(guān)規(guī)定和傳輸數(shù)據(jù)的信號(hào)協(xié)議所構(gòu)成。物理層使數(shù)據(jù)鏈路層在發(fā)送、接收數(shù)據(jù)時(shí)與物理介質(zhì)的類型無(wú)關(guān)。物理層協(xié)議是有關(guān)于系統(tǒng)安裝的一些規(guī)定。它規(guī)定了以下四個(gè)特性：機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和過(guò)程特性。
機(jī)械特性：主要涉及到連接器的規(guī)格，以及連接器的安裝。
電氣特性：規(guī)定傳輸線上數(shù)字信號(hào)的電壓高低、傳輸距離和傳輸速率等；
功能特性：定義連接器內(nèi)容插腳的功能；
過(guò)程特性：規(guī)定了信號(hào)的時(shí)序關(guān)系，以便正確地發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。
物理介質(zhì)可以是IEC物理層技術(shù)規(guī)范中所規(guī)定的任何一種傳輸介質(zhì)。例如雙絞線、光纜和射頻。物理層又可以分成物理介質(zhì)相關(guān)子層與物理介質(zhì)獨(dú)立子層。
評(píng)論