现场总线标准详解

当微处理器进入过程控制系统的检测、变送及执行机构等现场设备时，提出了现场总线标准的问题。1994年，由ISASP50与WorldFIP北美分部合并成立了非盈利的现场总线基金会，1995年，WorldFIP欧洲分部也加入基金会组织。1995年12月，进行现场总线的工厂试验，1996年3月，完整的基金会现场总线的低速总线（H1）标准公布。同年10月，高速总线标准公布。

现场总线标准的结构分层采用了OSI模型的第一、二和七层。与EPA MAP结构相似，但在应用层分为现场总线访问子层FAS和现场总线信息规范FMS两个子层。在现场总线标准中，把第二层和第七层合并，称为通信栈。

按传输速率，现场总线可分为低速（传输速率31.25kbit/s）和高速（传输速率1Mbit/s和2.5Mbit/s）两类；按是否可使用于本安场所，现场总线可分为本安型和非本安型两类；按供电来源，现场总线可分为独立电源总线和自带电源总线两类；也可按电源类型分为交流和直流，按电平类型分为电压和电流等。

基金会现场总线的物理层符合ISA50.02物理层和IEC1158-2物理层的标准。物理层从通信栈接受信息，并将它转换成物理信号后送到现场总线媒体。物理层也完成上述过程的逆过程，把接收到的物理信号解装，然后，把该信息送到通信栈。数字数据采用数字传输时，采用曼彻斯特编码方式，在现场总线标准中，对开始定界码和结束定界码采用了不带同步跳变的特殊编码N。其中，N+表示在该周期内全部是高电平，N-表示在该周期内全部是低电平。

通信栈内的数据链路层（DLL）通过层内的链接活动调度器（LAS）对现场总线的访问进行控制。现场总线访问子层（FAS）根据数据链路层对访问的通信特性，为现场总线信息规范子层（FMS）提供服务，服务的类型由虚拟通信关系（VCR）来描述。现场总线信息规范子层描述了建立用户程序信息所需的通信服务、信息规范和协议行为。用户程序采用模块来描述，有多种模块，分别表示不同的功能。

图3-7是现场总线的拓扑结构图。图中，H1和H2分别是低速和高速现场总线。变送器和控制阀泛指现场总线设备。可以看到，现场总线可采用点到点型、带节点总线型、菊花链形和树形等拓扑结构。

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图3-7 现场总线的拓扑结构图

现场总线电缆的标准已制订。表3-4是所规定的四种电缆及最大长度。在计算电缆最大长度时，要根据所用电缆类型、主线和支线长度等计算出实际的折算长度比值，然后，其总和应小于1。对已安装的电缆，优先选择B、C、D型电缆。

表3-4 电缆类型及允许的最大长度

在使用现场总线时，在每段现场总线的两个终端必须连接终端器，它是由电容和电阻串联组成的。