1 导言
现场总线(Fieldbus)是20世纪晚期出现并发展起来的，用于进程主动化、制作主动化、楼宇主动化等范畴的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通讯网络的根底，沟通了出产进程现场及操控设备之间及其与更高操控办理层次之间的联络。现场总线操控体系是一种开放式的、安全性好、成本低、新式的全散布操控体系，是以操控、计算机、数字通讯等技能为主要内容的归纳技能，成为主动化技能发展的热门，并将导致主动化体系结构与设备的深化革新。
现场总线技能的规范化起步较晚，是以现在出现多种现场总线技能并存的局势，其间有较强实力和影响的有：FoundtionFieldbus(FF)，Lonworks，Profibus，HART，CAN等。它们具有各自的特征，在不同使用范畴构成了自己的优势。其间，基金会现场总线以其技能先进、属下会员实力强壮成为十分有竞争力的一种总线技能。
基金会现场总线体系是由数字智能化现场设备和操控、监控设备互联而组成的。他们在一同供给I/O和操控、主动处理等操作。每个现场设备履行整个体系中一部分功用，包括完结一个或多个时刻要害的使用，例如传感器数据的取得和操控算法的履行。每一个现场使用都是由一组设备功用来完结的，称作功用块(FB)。这些使用就称作功用块使用进程(FBAP)。
2 功用块的界说和结构特色
功用块表明了根本的主动化功用。每个功用块处理输入参数，并依据内部的内含参数，履行特定的算法，发生可用的输出参数。因而功用块由输入，输出和内含参数，和使用这些参数的算法组成。功用块用一个位号(FBTag)和目标字典(OD)的索引来标识。功用块位号供给了一个功用块的符号引证，在一个体系中应该是仅有的。目标字典索引是为了快速拜访功用块而用的。目标字典的索引只是在包括这个功用块的资源中才有用。功用块参数界说了用于功用块操作的输入，输出和内含参数。这些参数能够经过网络拜访，输入和输出参数经过功用块之间的衔接来交流数据。内含参数用来界说功用块的私有参数，虽然他们是网络可见的，可是他们不参加功用块衔接。功用块的参数用设备描绘(DD)的MemberId和目标字典索引来标识。DDMemberId和一个Tag相对应，这个Tag在整个体系内有必要是仅有的;目标索引证来经过FMS服务来拜访一个功用块参数。参数的描绘能够经过DD来扩展。功用块界说和相关的DD描绘被组成一个一般依赖于使用范畴、设备功用和厂商界说的参数的调集。
不同类型的设备依据完结功用的不同能够有不同的功用块，典型的功用块包括模仿输入(AI)，模仿输出(AO)和PID操控功用块。每一个功用块都有一些特定的参数和算法以完结特定的功用。
功用块使用结构界说了一个功用块使用的内部组件，并规则了在一个使用内或多个使用之间这些组件的接口，这个结构可规划如下：
·规划和履行功用块使用
·装备和集成功用块使用到现场设备中
·体系运转时功用块之间的互操作。
一个设备中的部分或一切组件能够由出产厂商预先界说。组件的参数能够经过设备组态来修正。别的，设备还要支撑规范的功用块服务(包括对功用块参数的读写服务)。经过这些服务，功用块和改换块等组件能够被拜访或修正。
3 功用块的履行和调度
功用块的履行是由一个事情输入激活的。这个事情或许是：
·调度：调度界说了功用块开端被触发履行的时刻。
·功用块履行的完毕：同一个设备内的功用块履行完结后有或许触发其他功用块的履行。
·厂商界说：功用块的履行可由出产厂商自己界说。
在基金会现场总线中，最常见的是调度履行的功用块。要想保证功用块的调度履行正确性和实时性，就有必要契合以下特性：
·体系中的每个功用块使用有一个相同的时刻即体系时刻。时刻规范的一致才能够保证每个功用块履行时刻的精确性。
·丈量设备定时采样以保证接连操控的输入参数的正确性。
·在功用块履行时输入和操控参数应该保持一致。
·输出参数的发生和使用之间的时刻距离有必要小于操控回路的履行时刻。这个时刻距离包括功用块之间传输数据所用的时刻和数据传输完结后等候功用块开端履行的时刻。
上述这些特性要求功用块的履行在以下三个方面的调整：
首要，要保证整个体系内的时刻同步，以保证功用块履行的同步。
第二，要保证输出参数的发生在其他功用块需求这个参数之前。
第三，要保证功用块的调度与总线上数据传输的同步，以保证输出参数在适宜的时刻进行传输。
这三个方面分别是由时钟同步，功用块调度和网络传输调度来完结的。
在FF体系中，使用时钟的同步是经过体系办理的时钟发布来完结的。体系办理中的时刻发布者周期性的向现场设备发布使用时钟同步音讯,使用时钟音讯包括使用时钟时刻(APtime)和链路时刻(LStime)。体系办理内核(SMK)采样链路时刻和使用时钟时刻组成使用时钟音讯一同发送，接纳设备利用接纳到的使用时钟音讯调整其本地使用时刻，以到达使用时钟同步的意图。
对功用块的履行的调度也是由体系办理内核来办理的，经过对体系办理信息库中的FBStart参数进行组态来完结对功用块运转的调度。
FBStart的界说如下所示：
struct
{
unsignedlongstart_time_oFFset;
unsignedshortfb_object_index;
unsignedlongvfd_ref;
｝FB_START_ENTRY;
其间，start_time_oFFset表明功用块开端履行的时刻，这个参数是一个相对与宏周期的时刻误差。它的单位是1/32毫秒。宏周期是指整个网络上功用块使用的履行时刻，功用块的调度和数据传输的调度都是以宏周期为时刻基准来进行周期性调度的。它的单位也是1/32毫秒。
fb_object_index表明与这个FBStart项相关联的功用块的数据字典索引，即要履行的功用块的开端索引。这个参数用于标识要履行的功用块。
vfd_ref表明这个FBStart相关的VFD号，即要履行的功用块在哪个VFD里。
而数据传输的调度是由链路活动调度器(LAS)来完结的。组态完结今后，在链路活动调度器(LAS)设备中就生成了一个调度表，这个调度表有必定的格局，LAS经过对这个调度表的读取来进行数据传输的调度，即在特定的时刻给特定的设备发送强制令牌(CD)报文来强制现场设备把要发送的实时数据发送出去。这个时刻是严厉精确的，能够保证正确的数据在需求的时刻传输。现场设备在收到CD后马上将缓冲区内的数据发布到总线上，缓冲区内的数据是由功用块履行今后写入的。
下面一个以典型的PID操控回路为例来阐明FF体系中功用块的调度。
图1一个典型的PID操控回路
如图1所示为一个典型的PID操控回路，图中AI功用块和PID功用块在一个设备中，AO功用块在另一个设备中。操控进程如下：AI功用块的输出(OUT)参数送到PID的输入(IN)参数，PID的输出(OUT)参数送到AO的级联输入(CAS_IN)参数，而AO的回算输出(BKCAL_OUT)参数送到PID的回算输入(BKCAL_IN)参数。然后完结一个PID闭环操控。
由此构成的调度如下图所示：
图2 PID操控回路的调度
图2中，LoopTime(即宏周期)是1秒，蓝色彩的框是功用块的履行时刻，红色彩的框是功用块履行后在总线上发布数据的时刻。因为AI功用块和PID功用块在一个设备中，这部分的参数传递是经过本地接口完结的，在总线上是不行见的，故在图中没有这部分数据传输的显现。
组态完结后，在包括有AI功用块和PID功用块的设备(设备A)中应该有两个FBStart项，一个对应AI功用块的履行，start_time_oFFset应该是0，fb_object_index是AI功用块的开端索引;另一个对应PID功用块的履行，start_time_oFFset应该是640(20ms)。即在一个宏周期的开端处(偏移量为零)，设备A的SMK调度AI功用块开端履行，得出输出值并送到本地的PID功用块。而在宏周期开端后的20毫秒处，设备A的SMK调度PID功用块开端履行，使用AI给的输入值，算出输出值，并放入缓冲区中，等候数据传输的调度令牌(CD)。而LAS依据调度表在宏周期开端后的40毫秒处，宣布一个强制发送数据的令牌(CD)来把设备A缓冲区中的数据发布到网络上。设备B中只要一个AO功用块要履行，所以组态时只发生一个FBStart项用来对应AO功用块的履行，它的start_time_oFFset应该是1280(120毫秒)。设备B的AO功用块接纳到从设备A的PID功用块发布的数据后，在宏周期开端后的120毫秒处，由设备B的SMK调度开端履行，并发生输出数据对履行器进行操作，一起发生一个回算输出(BKCAL_OUT)值放到本地的缓冲区内，等候数据传输的调度令牌(CD)。而LAS依据调度表在宏周期开端后的140毫秒处，宣布一个强制发送数据的令牌(CD)来把设备B缓冲区中的数据发布到网络上。设备A中的PID功用块使用这个回算值和AI的输出值，调整履行后的输出值。然后完结一个PID的闭环操控。
4 完毕语
基金会现场总线的功用块和功用块的调度是基金会现场总线使用的根底，也是基金会现场总线体系的特色和立异之一。经过对功用块调度的了解，能够深化的了解基金会现场总线的开放性和互操作性的概念。
