基金會現(xiàn)場總線系統(tǒng)中功能塊的調(diào)度

1 引言

　　現(xiàn)場總線 （Fieldbus）是20世紀(jì)末期出現(xiàn)并發(fā)展起來的，用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領(lǐng)域的現(xiàn)場智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是一種開放式的、安全性好、成本低、新型的全分布控制系統(tǒng)，是以控制、計算機、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，成為自動化技術(shù)發(fā)展的熱點，并將導(dǎo)致自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革。

　　現(xiàn)場總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化起步較晚，是以目前呈現(xiàn)多種現(xiàn)場總線技術(shù)并存的局面，其中有較強實力和影響的有：Foundtion Fieldbus（FF），LonWorks，Profibus，Hart，CAN等。它們具有各自的特色，在不同應(yīng)用領(lǐng)域形成了自己的優(yōu)勢。其中，基金會現(xiàn)場總線以其技術(shù)先進、屬下會員實力強大成為非常有競爭力的一種總線技術(shù)。

　　基金會現(xiàn)場總線系統(tǒng)是由數(shù)字智能化現(xiàn)場設(shè)備和控制、監(jiān)控設(shè)備互聯(lián)而組成的。他們在一起提供I/O和控制、自動處理等操作。每個現(xiàn)場設(shè)備執(zhí)行整個系統(tǒng)中一部分功能，包括實現(xiàn)一個或多個時間關(guān)鍵的應(yīng)用，例如傳感器數(shù)據(jù)的獲得和控制算法的執(zhí)行。每一個現(xiàn)場應(yīng)用都是由一組設(shè)備功能來實現(xiàn)的，稱作功能塊（FB）。這些應(yīng)用就稱作功能塊應(yīng)用進程（FBAP）。

2 功能塊的定義和結(jié)構(gòu)特點

　　功能塊表示了基本的自動化功能。每個功能塊處理輸入?yún)?shù)，并根據(jù)內(nèi)部的內(nèi)含參數(shù)，執(zhí)行特定的算法，產(chǎn)生可用的輸出參數(shù)。因此功能塊由輸入，輸出和內(nèi)含參數(shù)，和應(yīng)用這些參數(shù)的算法組成。功能塊用一個位號（FB Tag）和對象字典（OD）的索引來標(biāo)識。功能塊位號提供了一個功能塊的符號引用，在一個系統(tǒng)中應(yīng)該是唯一的。對象字典索引是為了快速訪問功能塊而用的。對象字典的索引只是在包含這個功能塊的資源中才有用。功能塊參數(shù)定義了用于功能塊操作的輸入，輸出和內(nèi)含參數(shù)。這些參數(shù)可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問，輸入和輸出參數(shù)通過功能塊之間的連接來交換數(shù)據(jù)。內(nèi)含參數(shù)用來定義功能塊的私有參數(shù)，盡管他們是網(wǎng)絡(luò)可見的，但是他們不參與功能塊連接。功能塊的參數(shù)用設(shè)備描述（DD）的Member Id和對象字典索引來標(biāo)識。DD Member Id和一個Tag相對應(yīng)，這個Tag在整個系統(tǒng)內(nèi)必須是唯一的;對象索引用來通過FMS服務(wù)來訪問一個功能塊參數(shù)。參數(shù)的描述可以通過DD來擴展。功能塊定義和相關(guān)的DD描述被組成一個一般依賴于應(yīng)用領(lǐng)域、設(shè)備功能和廠商定義的參數(shù)的集合。

　　不同類型的設(shè)備根據(jù)實現(xiàn)功能的不同可以有不同的功能塊，典型的功能塊包括模擬輸入（AI），模擬輸出（AO）和PID控制功能塊。每一個功能塊都有一些特定的參數(shù)和算法以實現(xiàn)特定的功能。

　　功能塊應(yīng)用結(jié)構(gòu)定義了一個功能塊應(yīng)用的內(nèi)部組件，并規(guī)定了在一個應(yīng)用內(nèi)或多個應(yīng)用之間這些組件的接口，這個結(jié)構(gòu)可設(shè)計如下：

　　· 設(shè)計和執(zhí)行功能塊應(yīng)用

　　· 配置和集成功能塊應(yīng)用到現(xiàn)場設(shè)備中

　　· 系統(tǒng)運行時功能塊之間的互操作。

　　一個設(shè)備中的部分或所有組件可以由生產(chǎn)廠商預(yù)先定義。組件的參數(shù)可以通過設(shè)備組態(tài)來修改。另外，設(shè)備還要支持標(biāo)準(zhǔn)的功能塊服務(wù)（包括對功能塊參數(shù)的讀寫服務(wù)）。通過這些服務(wù)，功能塊和變換塊等組件可以被訪問或修改。

3 功能塊的執(zhí)行和調(diào)度

　　功能塊的執(zhí)行是由一個事件輸入激活的。這個事件可能是：

　　· 調(diào)度：調(diào)度定義了功能塊開始被觸發(fā)執(zhí)行的時間。

　　· 功能塊執(zhí)行的結(jié)束： 同一個設(shè)備內(nèi)的功能塊執(zhí)行完成后有可能觸發(fā)其他功能塊的執(zhí)行。

　　· 廠商定義：功能塊的執(zhí)行可由生產(chǎn)廠商自己定義。

　　在基金會現(xiàn)場總線中，最常見的是調(diào)度執(zhí)行的功能塊。要想保證功能塊的調(diào)度執(zhí)行正確性和實時性，就必須符合以下特性：

　　· 系統(tǒng)中的每個功能塊應(yīng)用有一個相同的時間即系統(tǒng)時間。時間標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一才能夠保證每個功能塊執(zhí)行時間的準(zhǔn)確性。

　　· 測量設(shè)備定期采樣以保證連續(xù)控制的輸入?yún)?shù)的正確性。

　　· 在功能塊執(zhí)行時輸入和控制參數(shù)應(yīng)該保持一致。

　　· 輸出參數(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用之間的時間間隔必須小于控制回路的執(zhí)行時間。這個時間間隔包括功能塊之間傳輸數(shù)據(jù)所用的時間和數(shù)據(jù)傳輸完成后等待功能塊開始執(zhí)行的時間。