工廠優化是所有組織機構的戰略目標之一。全球化競爭迫使工廠不斷提高產品質量，降低成品成本、縮短工廠停產時間、提高工廠安全性、縮短產品上市周期，并且增強工廠的靈活性。工廠優化不但能夠減少工廠結構（如圖1所示）中各類網絡、網關和系統的數量，而且可以增強自動化系統和管理信息系統（MIS）之間的信息集成。高性價比的系統建立在標準、大容量、低成本的網絡技術基礎上。
采用單個開放和集成化的現場總線取代專用的自動化系統和網絡，支持傳感器、設備和高速子系統的直接集成，系統結構轉變為圖1右邊的結構。開放的技術標準支持眾多供應商的各類可互操作產品。
 基金會現場總線－－開放、集成化的現場總線結構
基金會現場總線采用廣為人知的開放式系統互聯（OSI）參考模型，如圖2所示，OSI模型按層對網絡進行描述。
物理層
基金會現場總線提供兩類物理層，用戶可根據應用需要選擇H1或HSE。H1的傳輸速率達31.25 kbit/s，它針對過程控制和混合應用場合進行優化設計。H1支持總線電源的本質安全應用場合，可采用實體式和現場總線本質安全概念（FISCO）模型。H1雙絞線的傳輸距離可達1900米，采用光纖電纜時，傳輸距離為1600米。
HSE（高速以太網）的傳輸速率可達100 Mbit/s，應用對象為高性能、完全冗余的控制主干網，如H1子系統和高密度數據源（如PLC和分析儀等）的集成。在以太網交換機和設備之間，HSE標準雙絞線以太網電纜的最大傳輸距離為100米，全雙工光纖電纜的最大傳輸距離為2000米。 通信棧
“通信棧”（第2層到第7層）將信息由A點傳送到B點，這與飛機將乘客由一個國家運送到另一個國家很相似。H1物理層和棧都是IEC 61508國際標準的一部分。物理層和低層面棧中，HSE采用IEEE 802.3和互聯網工程任務組（IETF）標準。現場設備訪問代理（FDA）應用層的標準請參見IEC 61508。 用戶層－分布式控制
要實現真正意義上的互操作性，基金會現場總線采用“用戶層”定義現場設備中控制功能的框架。設備描述（DD）對參數信息的內容進行描述，無論是哪一家供應商的產品，主機都可以理解并顯示過程數據。設備描述由IEC 61804-2國際標準定義。
用戶層允許控制功能分散到現場設備中（參見圖3）。這樣可以省去大多數的I/O轉換子系統，控制器的硬件和接線成本顯著降低，整個系統的電源指標降低，控制柜空間縮小。由于消除了單一集中的故障點，從而降低了整個系統發生故障的風險；如果某一設備發生故障，強大的診斷功能可迅速找出故障點，從而縮短維修時間并提高系統的正常運行時間和工廠安全性能。
 要實現分布式控制，諸如流量變送器中的模擬量輸入（AI）或閥門中的模擬量輸出（AO）應采用功能塊實現。比例、積分和微分（PID）控制功能也可以嵌入到功能塊中，并在現場設備中運行。如圖3所示，PID和AO塊在閥門中實現。對基本控制塊而言，輸入和輸出的數量和類型由基金會現場總線技術規范預定義。更復雜的功能，如批量控制、同步驅動控制、I/O網關和PLC時序，可采用特定的靈活功能塊（FFB）。FFB的輸入和輸出，以及FFB控制算法則由最終用戶組態。 設備測試和注冊
現場總線采用嚴格的測試以確認設備是否符合相應的技術規范，所有控制設備、設備描述文件、功能塊、通信棧和物理層都需加以確認，通過測試的設備將加上產品注冊的“校驗標記”。
最終用戶應選用通過現場總線測試程序的設備。通過設備注冊和主機HIST測試的設備清單列在現場總線網站上 www.fieldbus.org。 基金會現場總線的應用
圖4給出基金會現場總線的應用范圍。針對基本和先進過程控制應用場合，基金會現場總線列出21種標準功能塊，更多的功能塊仍在研發中。前面提到的靈活功能塊（FFB）是一種針對特定應用場合而設計的功能塊，以實現各類控制策略，如監視數據采集、批量控制、PLC時序、鍋爐管理、同步驅動和先進I/O接口。FFB采用諸如IEC 61131-3標準的編程工具創建。FFB還可以將其他網絡的信息（如傳感器總線）傳送到基金會現場總線的開放結構中。
集成化和互操作性
互操作性對于工廠優化至關重要，因為它保證用戶能夠從多家供應商那里獲得所需的各類設備。現場總線采用開放、集成化的現場總線結構體系，從而確保工廠結構中，設備層、子系統層和數據服務器層實現集成和互操作。 現場設備集成
如圖5所示，H1可對不同供應商的現場設備進行優化集成。由于采用功能塊、設備描述和通用通信棧技術，無需客戶進行軟件編程，注冊設備可在H1現場總線上實現“即插即用”。
子系統集成
HSE與自動化子系統的集成如圖6所示。與現場設備集成后，子系統集成時無需客戶進行軟件編程。HSE是一種高性能主干網，它采用低成本的工業標準以太網設備。鏈接設備將H1子系統集成到HSE主干網中。
采用各類廣域網設備和服務，或光纖電纜，遠程工廠也可以集成到企業主干網中。標準的防火墻技術可用于實現工廠網絡的安全。 總結
基金會現場總線提供工廠所需的開放式、集成化的現場總線結構。H1支持現場設備集成的優化方案。HSE將H1和其他控制子系統與高性能的100 Mbit/s控制主干網相集成。基金會現場總線的功能塊確保結構中所有層面的數據采用相同的表示方式。功能塊、設備描述技術和標準網絡的結合，不同生產商的設備在H1和HSE實現互操作。嚴格的測試程序可確保注冊的H1和HSE設備實現互操作。
|
