[關(guān)鍵詞]
工廠優(yōu)化要求來自于傳感器，自動化系統(tǒng)和應用軟件的信息的集成。基金會現(xiàn)場總線把設備層網(wǎng)絡和高速骨干網(wǎng)整合到一起自動控制通信網(wǎng)絡（ 通常所說的現(xiàn)場總線） 是現(xiàn)代工廠的基本要素
l體系結(jié)構(gòu)
圖一，信息集成的開放的體系結(jié)構(gòu)通過減少網(wǎng)關(guān)，控制網(wǎng)絡和傳感器與數(shù)據(jù)服務器之間的設備網(wǎng)絡的數(shù)量使工廠的層次結(jié)構(gòu)變得平緩。通過除去 I/O 接口，分散控制和將傳感器 / 施動器集成到智能裝置中能提供進一步的優(yōu)化。傳感器交換場所的集成框架從金字塔的最低級現(xiàn)場總線開始，因為這是必需的傳感器和控制信息所在地。要使金字塔變平，公司必須用開放的現(xiàn)場總線和分布式控制系統(tǒng)來替代不兼容的網(wǎng)絡和系統(tǒng)。傳感器，設備，子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)服務器就能減少對網(wǎng)關(guān)和別的接口設備用戶裝置和復雜集成的需要（開放現(xiàn)場總線）為了經(jīng)濟而高效，開放現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)必須基于被廣泛采用的通信協(xié)議，支持標準用戶層（見圖二）
圖 2. 開放的結(jié)構(gòu)必須使用標準的現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡和標準的用戶層以確保現(xiàn)場設備和子系統(tǒng)能夠協(xié)作。要達到高效低價的工廠優(yōu)化，通過 COTS 信息技術(shù)和基于個人電腦的數(shù)據(jù)服務器對用戶層信息進行開放訪問是必須的。這樣的現(xiàn)場總線使控制設備能夠與網(wǎng)絡連接并且從 OSI 參考模型的物理層到應用層都能協(xié)作。
高容量的現(xiàn)場總線通過去掉部件開銷和使公用幫助平臺支持可行來減少系統(tǒng)開銷當然，減少現(xiàn)場總線的數(shù)量來保持維護費用盡可能的低也是很重要的。
l標準的用戶層
設備在網(wǎng)絡級協(xié)作還不夠。網(wǎng)絡只將消息從點 A 移到點 B 。要解決控制問題，設備必須與用戶層協(xié)作。開放的體系必須定義標準的用戶層 ，該層定義設備如何執(zhí)行數(shù)據(jù)采集和控制功能以及這些功能如何通過現(xiàn)場總線進行協(xié)作。
最后，開放的現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)必須允許實時數(shù)據(jù)服務器完全訪問應用層信息。
方便的信息訪問是企業(yè)管理的關(guān)鍵。反過來服務器為客戶提供通用的界面。應用程序包用客戶端訪問建立企業(yè)資源規(guī)劃和商業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫所需的現(xiàn)場總線信息。數(shù)據(jù)服務器通過使用基于 Web 的技術(shù)，如 HTML, XML 和瀏覽器來提高信息集成。
l分布式控制
強大的低價的微處理器使得在現(xiàn)場設備級分散控制功能低價高效。這意味著多設備可以共享控制策略。例如，這樣的功能如流量發(fā)送器的模擬輸入或閥門的模擬輸出封裝在功能塊中。 PID 控制功能也能建到功能快中并在現(xiàn)場設備中運行。分散控制減少或去掉 I/O 子系統(tǒng)和控制設備，這減少了設備費用，電源消耗和安裝空間。
l互操作性
設備集成。用戶層提供功能塊參數(shù)的標準定義并代表功能快參數(shù)。這允許生產(chǎn)商開發(fā)能夠互連并在同一現(xiàn)場總線上不需要用戶編程就能互操作的產(chǎn)品。（例如，來自于不同廠商生產(chǎn)的即插即用設備）。
圖三 基金會現(xiàn)場總線允許這樣的功能如 D/A 和 PID 控制被分散到智能現(xiàn)場設備中。
現(xiàn)場總線，用戶層功能塊和設備描述與性能文件使不同廠商的設備能不經(jīng)用戶編程就能在同一網(wǎng)絡上協(xié)作。這里 H1 現(xiàn)場總線用來將設備集成為一個自動控制子系統(tǒng)。互操作性對工廠優(yōu)化是至關(guān)重要的 ，因為它能確保有足夠的設備提供者來提供所需設備。使用標準功能塊極大地減少了系統(tǒng)設計，配置，啟動和運行及正在進行的工程費用。
l子系統(tǒng)集成。高速現(xiàn)場總線集成自動控制子系統(tǒng)。
圖 4 HSE 使用和 H1 相同的用戶層功能塊和設備描述符及性能文件，但是它使這些功能在高性能的 100 Mbps COTS 以太骨干網(wǎng)上可用。和 H1 一樣，從不同廠商生產(chǎn)的 HSE 設備在骨干網(wǎng)上不經(jīng)用戶編程也能互操作。靈活的功能塊為批控制、 PLC 應用、與其它網(wǎng)絡接口（如傳感器總線）提供額外的支持。這些網(wǎng)絡擔當骨干控制網(wǎng)絡。有了設備集成，子系統(tǒng)集成不要求用戶軟件編程，而采用現(xiàn)場總線配置工具。
連到高速骨干網(wǎng)的數(shù)據(jù)服務器提供操作站，工程工作站和應用包來訪問工廠信息。服務器接口通常稱為軟件底板，因為應用軟件包能夠插入軟件底板就象硬件卡可以插入 PC 底板。
設備集成。用戶層提供功能塊參數(shù)的標準定義并代表功能快參數(shù)。這允許生產(chǎn)商開發(fā)能夠互連并在同一現(xiàn)場總線上不需要用戶編程就能互操作的產(chǎn)品。（例如，來自于不同廠商生產(chǎn)的即插即用設備）。
圖三 基金會現(xiàn)場總線允許這樣的功能如 D/A 和 PID 控制被分散到智能現(xiàn)場設備中。
現(xiàn)場總線，用戶層功能塊和設備描述與性能文件使不同廠商的設備能不經(jīng)用戶編程就能在同一網(wǎng)絡上協(xié)作。這里 H1 現(xiàn)場總線用來將設備集成為一個自動控制子系統(tǒng)。互操作性對工廠優(yōu)化是至關(guān)重要的 ，因為它能確保有足夠的設備提供者來提供所需設備。使用標準功能塊極大地減少了系統(tǒng)設計，配置，啟動和運行及正在進行的工程費用。
l子系統(tǒng)集成。高速現(xiàn)場總線集成自動控制子系統(tǒng)。
圖 4 HSE 使用和 H1 相同的用戶層功能塊和設備描述符及性能文件，但是它使這些功能在高性能的 100 Mbps COTS 以太骨干網(wǎng)上可用。和 H1 一樣，從不同廠商生產(chǎn)的 HSE 設備在骨干網(wǎng)上不經(jīng)用戶編程也能互操作。靈活的功能塊為批控制、 PLC 應用、與其它網(wǎng)絡接口（如傳感器總線）提供額外的支持。這些網(wǎng)絡擔當骨干控制網(wǎng)絡。有了設備集成，子系統(tǒng)集成不要求用戶軟件編程，而采用現(xiàn)場總線配置工具。
連到高速骨干網(wǎng)的數(shù)據(jù)服務器提供操作站，工程工作站和應用包來訪問工廠信息。服務器接口通常稱為軟件底板，因為應用軟件包能夠插入軟件底板就象硬件卡可以插入 PC 底板。
l冗余
HSE 支持冗余的通信路徑。如果某條路徑壞了，數(shù)據(jù)流動將立即移到一條可選路徑上。要實現(xiàn)這一點，所有 HSE 設備周期傳輸網(wǎng)絡診斷信息到所有以太端口。每一設備都用這些消息來生成本地網(wǎng)絡狀態(tài)表，以使 HSE 設備獨立選擇端口來通信，避開以太網(wǎng)絡上有缺陷的通信路徑。冗余以太交換機是容錯網(wǎng)絡的一個例子。如果防護物理電纜不被破壞是唯一的關(guān)注，實現(xiàn)冗余媒體就象在同一交換機上用兩個不同的端口一樣簡單。別的類型的容錯網(wǎng)絡也被支持，例如光線環(huán)形配置。一些關(guān)鍵的監(jiān)視和控制應用也需要設備冗余。冗余的鏈路設備配置能確保從 HSE 子系統(tǒng)到 H1 子系統(tǒng)的無中斷訪問。如果一個連接設備失敗了，和 H1 子系統(tǒng)的通信將通過另一連接設備繼續(xù)。任何 HSE 設備都能成為冗余，不僅是連接設備。
l統(tǒng)一的系統(tǒng)體系
基金會現(xiàn)場總線是從上至下設計的，開始是終端應用要求。
圖六 H1 和 HSE 用同樣的用戶層，用戶選擇所需的 H1 和 HSE 設備來解決應用問題。
為了確保設備互操作協(xié)作， H1 和 HSE 設備被現(xiàn)場總線基金會測試和注冊。
統(tǒng)一的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于 OSI 互聯(lián)模型。現(xiàn)場總線協(xié)議調(diào)用 2–7 通信協(xié)議棧。 OSI 第一層定義了物理連接。第一層以下是物理媒體。 H1 用 IEC 61158 Type 1 定義的 1,2,7 層 HSE 用以太網(wǎng)和 IEEE 標準定義的一到四和第七層。第七層有 IEC61158 類型 5 定義。用戶層由現(xiàn)場總線基金會定義。
注意到在統(tǒng)一的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中 HSE 補充而不是替代 H1 。 H1 在現(xiàn)場級優(yōu)化，因為支持多點分支和樹形拓撲，布線距離長達 1900 （無中繼器），電源和信號在同一對線上，支持本安。
物理層
物理層的目的是確保在媒體上正確發(fā)送和接受比特。
H1 物理層支持雙絞線，并可以用多達每段四個中繼器來延伸電纜范圍。傳輸是半雙工的，這允許同一媒質(zhì)被幾個設備共享。支持的設備數(shù)量依賴每一設備的電源消耗，電纜類型和是否用中繼器。 H1 設備能從現(xiàn)場總線雙絞線供電，它們可以運行在以前用于 4–20 mA 設備的線路上。在傳輸?shù)臅r候，設備將發(fā)送 ±10 mA 電流，來產(chǎn)生 1 V 峰蜂電壓，調(diào)制在 31.25 Kbps 供電在 9 到 32v 之間變化，在信號頻率上成高阻。
H1 支持總線供電的安全應用。要實現(xiàn)這一點，用戶可以在供電安全區(qū)和危險區(qū)之間放置安全柵。本安的供電電壓依賴安全柵的值。 H1 支持現(xiàn)場總線本安概念和實體模型。
雙絞線的替代者是光纖（也運行在 31.25Kbps ）。用這個方法，設備通過星適配器連到現(xiàn)場總線，從設備到星型適配器的距離在 1.2 千米 到 1.66 千米之間變化，依賴于光纖大小，波長和供電。 HSE 用標準的 IEEE 802.3 信號和媒質(zhì)。這種網(wǎng)絡在 100 Mbps 測試，但可實現(xiàn) 1 Gbps 速率需要時可更高。標準雙絞線能在交換機和設備間運行達 100 米，全雙工光纖可達 2000 米。交換機通常用光纖互連，為了利用其傳輸更遠的優(yōu)點。
l通信棧
棧控制對物理媒質(zhì)的訪問，將用戶層信息根據(jù)所期望的通信類型編解碼以構(gòu)成包，控制包傳輸設備必須用同一棧協(xié)議，否則它們不能在網(wǎng)絡上互操作。鏈路主設備類（ LM ）控制對 H1 媒質(zhì)的訪問。活動的 LM 執(zhí)行活動的鏈路活動調(diào)度 H1 允許 LM 冗余。如果一個 LM 失敗了，別的 LMs 可以運行 LAS 。 LM/LAS 協(xié)議由 H1 數(shù)據(jù)鏈路層定義 (H1 DLL) 。
HSE 沒有鏈路主設備。然而，它用標準的 Ethernet/IEEE 802.3 多路訪問鏈路協(xié)議。
H1 和 HSE 提供對網(wǎng)絡確定的
