基金會現場總線系統中功能塊的調度

1 引言

　　現場總線 （Fieldbus）是20世紀末期出現并發展起來的，用于過程自動化、制造自動化、樓宇自動化等領域的現場智能設備互連通訊網絡。它作為工廠數字通信網絡的基礎，溝通了生產過程現場及控制設備之間及其與更高控制管理層次之間的聯系。現場總線控制系統是一種開放式的、安全性好、成本低、新型的全分布控制系統，是以控制、計算機、數字通訊等技術為主要內容的綜合技術，成為自動化技術發展的熱點，并將導致自動化系統結構與設備的深刻變革。

　　現場總線技術的標準化起步較晚，是以目前呈現多種現場總線技術并存的局面，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，在不同應用領域形成了自己的優勢。其中，基金會現場總線以其技術先進、屬下會員實力強大成為非常有競爭力的一種總線技術。

　　基金會現場總線系統是由數字智能化現場設備和控制、監控設備互聯而組成的。他們在一起提供I/O和控制、自動處理等操作。每個現場設備執行整個系統中一部分功能，包括實現一個或多個時間關鍵的應用，例如傳感器數據的獲得和控制算法的執行。每一個現場應用都是由一組設備功能來實現的，稱作功能塊（FB）。這些應用就稱作功能塊應用進程（FBAP）。

2 功能塊的定義和結構特點

　　功能塊表示了基本的自動化功能。每個功能塊處理輸入參數，并根據內部的內含參數，執行特定的算法，產生可用的輸出參數。因此功能塊由輸入，輸出和內含參數，和應用這些參數的算法組成。功能塊用一個位號（FB Tag）和對象字典（OD）的索引來標識。功能塊位號提供了一個功能塊的符號引用，在一個系統中應該是唯一的。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。功能塊參數定義了用于功能塊操作的輸入，輸出和內含參數。這些參數可以通過網絡訪問，輸入和輸出參數通過功能塊之間的連接來交換數據。內含參數用來定義功能塊的私有參數，盡管他們是網絡可見的，但是他們不參與功能塊連接。功能塊的參數用設備描述（DD）的Member Id和對象字典索引來標識。DD Member Id和一個Tag相對應，這個Tag在整個系統內必須是唯一的;對象索引用來通過FMS服務來訪問一個功能塊參數。參數的描述可以通過DD來擴展。功能塊定義和相關的DD描述被組成一個一般依賴于應用領域、設備功能和廠商定義的參數的集合。

　　不同類型的設備根據實現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和算法以實現特定的功能。

　　功能塊應用結構定義了一個功能塊應用的內部組件，并規定了在一個應用內或多個應用之間這些組件的接口，這個結構可設計如下：

　　· 設計和執行功能塊應用

　　· 配置和集成功能塊應用到現場設備中

　　· 系統運行時功能塊之間的互操作。

　　一個設備中的部分或所有組件可以由生產廠商預先定義。組件的參數可以通過設備組態來修改。另外，設備還要支持標準的功能塊服務（包括對功能塊參數的讀寫服務）。通過這些服務，功能塊和變換塊等組件可以被訪問或修改。

3 功能塊的執行和調度

　　功能塊的執行是由一個事件輸入激活的。這個事件可能是：

　　· 調度：調度定義了功能塊開始被觸發執行的時間。

　　· 功能塊執行的結束： 同一個設備內的功能塊執行完成后有可能觸發其他功能塊的執行。

　　· 廠商定義：功能塊的執行可由生產廠商自己定義。

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

　　· 系統中的每個功能塊應用有一個相同的時間即系統時間。時間標準的統一才能夠保證每個功能塊執行時間的準確性。

　　· 測量設備定期采樣以保證連續控制的輸入參數的正確性。

　　· 在功能塊執行時輸入和控制參數應該保持一致。

　　· 輸出參數的產生和應用之間的時間間隔必須小于控制回路的執行時間。這個時間間隔包括功能塊之間傳輸數據所用的時間和數據傳輸完成后等待功能塊開始執行的時間。