基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)系統中功能塊的調度

1 引言

　　現場(chǎng)總線(xiàn) （Fieldbus）是20世紀末期出現并發(fā)展起來(lái)的，用于過(guò)程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現場(chǎng)智能設備互連通訊網(wǎng)絡(luò )。它作為工廠(chǎng)數字通信網(wǎng)絡(luò )的基礎，溝通了生產(chǎn)過(guò)程現場(chǎng)及控制設備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統是一種開(kāi)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(shù)為主要內容的綜合技術(shù)，成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，并將導致自動(dòng)化系統結構與設備的深刻變革。

　　現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的標準化起步較晚，是以目前呈現多種現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)并存的局面，其中有較強實(shí)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(lǐng)域形成了自己的優(yōu)勢。其中，基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)以其技術(shù)先進(jìn)、屬下會(huì )員實(shí)力強大成為非常有競爭力的一種總線(xiàn)技術(shù)。

　　基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)系統是由數字智能化現場(chǎng)設備和控制、監控設備互聯(lián)而組成的。他們在一起提供I/O和控制、自動(dòng)處理等操作。每個(gè)現場(chǎng)設備執行整個(gè)系統中一部分功能，包括實(shí)現一個(gè)或多個(gè)時(shí)間關(guān)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(gè)現場(chǎng)應用都是由一組設備功能來(lái)實(shí)現的，稱(chēng)作功能塊（FB）。這些應用就稱(chēng)作功能塊應用進(jìn)程（FBAP）。

2 功能塊的定義和結構特點(diǎn)

　　功能塊表示了基本的自動(dòng)化功能。每個(gè)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(chǎn)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(gè)位號（FB Tag）和對象字典（OD）的索引來(lái)標識。功能塊位號提供了一個(gè)功能塊的符號引用，在一個(gè)系統中應該是唯一的。對象字典索引是為了快速訪(fǎng)問(wèn)功能塊而用的。對象字典的索引只是在包含這個(gè)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(guò)網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)，輸入和輸出參數通過(guò)功能塊之間的連接來(lái)交換數據。內含參數用來(lái)定義功能塊的私有參數，盡管他們是網(wǎng)絡(luò )可見(jiàn)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(lái)標識。DD Member Id和一個(gè)Tag相對應，這個(gè)Tag在整個(gè)系統內必須是唯一的;對象索引用來(lái)通過(guò)FMS服務(wù)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)功能塊參數。參數的描述可以通過(guò)DD來(lái)擴展。功能塊定義和相關(guān)的DD描述被組成一個(gè)一般依賴(lài)于應用領(lǐng)域、設備功能和廠(chǎng)商定義的參數的集合。

　　不同類(lèi)型的設備根據實(shí)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(gè)功能塊都有一些特定的參數和算法以實(shí)現特定的功能。

　　功能塊應用結構定義了一個(gè)功能塊應用的內部組件，并規定了在一個(gè)應用內或多個(gè)應用之間這些組件的接口，這個(gè)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(chǎng)設備中

　　· 系統運行時(shí)功能塊之間的互操作。

　　一個(gè)設備中的部分或所有組件可以由生產(chǎn)廠(chǎng)商預先定義。組件的參數可以通過(guò)設備組態(tài)來(lái)修改。另外，設備還要支持標準的功能塊服務(wù)（包括對功能塊參數的讀寫(xiě)服務(wù)）。通過(guò)這些服務(wù)，功能塊和變換塊等組件可以被訪(fǎng)問(wèn)或修改。

3 功能塊的執行和調度

　　功能塊的執行是由一個(gè)事件輸入激活的。這個(gè)事件可能是：

　　· 調度：調度定義了功能塊開(kāi)始被觸發(fā)執行的時(shí)間。

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

　　· 廠(chǎng)商定義：功能塊的執行可由生產(chǎn)廠(chǎng)商自己定義。

　　在基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)中，最常見(jiàn)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(shí)時(shí)性，就必須符合以下特性：

　　· 系統中的每個(gè)功能塊應用有一個(gè)相同的時(shí)間即系統時(shí)間。時(shí)間標準的統一才能夠保證每個(gè)功能塊執行時(shí)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(shí)輸入和控制參數應該保持一致。

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