基金會高速現(xiàn)場總線FF－HSE分析與應(yīng)用研究
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1 前言
基金會現(xiàn)場總線（FF）是專為過程自動化而設(shè)計的通訊協(xié)議。FF現(xiàn)場總線最初包括低速總線H1（速率為31.25kbps）和高速總線H2（速率為1Mbps和2.5Mbps）兩部分。但隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)自動化水平的提高，控制網(wǎng)絡(luò)的實時信息傳輸量越來越大，H2的設(shè)計能力已不能滿足實時信息傳輸?shù)膸捯?。鑒于此，現(xiàn)場總線基金會放棄了原有H2總線計劃，取而代之的是將現(xiàn)場總線技術(shù)與成熟的高速商用以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的新型高速現(xiàn)場總線-基金會HSE（High Speed Ethernet）現(xiàn)場總線，并于2000年3月發(fā)布了HSE的最終規(guī)范。
2 通信結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)拓撲
HSE是一種基于Ethernet+TCP/IP協(xié)議、運行在100Base-T以太網(wǎng)上的高速現(xiàn)場總線。它能支持低速總線H1的所有功能，是對H1的補充和增強。
2.1 通信結(jié)構(gòu)
HSE模型采用了OSI參考模型中物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層，并在應(yīng)用層上增加了用戶層，形成6層的通信模型。HSE的通信結(jié)構(gòu)和模型分層的對應(yīng)關(guān)系如圖2—1所示。
HSE的結(jié)構(gòu)是一個增強型的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)模式。底層采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)IEEE802.3μ的最新技術(shù)和CS-MA/CD鏈路控制協(xié)議來進行介質(zhì)的訪問控制。TCP/IP協(xié)議是標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的重要協(xié)議，它位于網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層，實現(xiàn)面向連接和無連接的數(shù)據(jù)傳送，并為分布式主機控制協(xié)議（DHCP）、簡單網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（SNTP）、簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）和現(xiàn)場設(shè)備訪問代理（FDAAgent）提供傳輸服務(wù)。HSE系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)管理代理、功能塊、HSE管理代理和現(xiàn)場設(shè)備訪問代理都位于用戶層和應(yīng)用層中，提供設(shè)備的描述和訪問、功能塊應(yīng)需添加任何專用設(shè)備即可直接連入高速網(wǎng)絡(luò)，同時也從另一方面增強了HSE設(shè)備的互操作性。
2.2 網(wǎng)絡(luò)拓撲
HSE設(shè)備分為4類：主機設(shè)備、鏈接設(shè)備、網(wǎng)關(guān)設(shè)備和以太網(wǎng)現(xiàn)場設(shè)備，其功能分別為對系統(tǒng)進行組態(tài)、監(jiān)控和管理，將H1總線段鏈入FF-HSE網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)與其它標(biāo)準(zhǔn)總線通信，連接高速I/O設(shè)備或PLC。HSE可直接使用以太網(wǎng)的交換設(shè)備、路由器等，通過雙絞線或光纖等將HSE設(shè)備連接起來，建立HSE總線控制網(wǎng)絡(luò)。如圖2—2所示。
3 HSE功能特色
HSE除了具有高帶寬和更好的開放性之外，靈活的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備冗余形式以及靈活功能塊技術(shù)是HSE的兩個特色技術(shù)。
3.1 冗余形式
HSE的特色之一是它的冗余設(shè)計。HSE規(guī)范支持包括標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)應(yīng)用的冗余。HSE冗余提供通信路徑冗余（冗余網(wǎng)絡(luò)）和設(shè)備冗余兩類，允許所有端口通過選擇連接，如圖3—1所示。
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