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HSE

现场总线基金会于1998 年， 开始起草HSE， 2003 年3 月， 完成了HSE 的第一版标准。HSE 主要利用现有商用的以太网技术和TCP/ IP 协议族， 通过错时调度以太网数据， 达到工业现场监控任务的要求。 

HSE 的协议体系结构如图1所示。

图1　HSE 协议的体系结构

HSE 的物理层、数据链路层采用了100Mbit/ s 标准。网络层和传输层则充分利用现有的IP 协议和TCP、UDP 协议。当对实时要求非常高时， 通常采用UDP 来承载测量数据；对非实时的数据， 则可以采用TCP 协议。在应用层， HSE 也引入了目前现有的DHCP （地址分配协议）、SNTP （系统时钟同步协议） 和SNMP， 但为了和FMS 兼容， 还特意设计现场设备访问（Field Device Access， FDA） 层， 负责如何使用UDP 或TCP 协议传输系统（SM） 和FMS 服务。DHCP 的目的就是在一个HSE 系统里为现场设备动态地分配IP 地址。显然，HSE 系统设备要想协调一起工作， 那么各网络设备保持一个时间基准的同步是十分重要的，这个工作就由SNTP 来完成。SNTP 主要用来监控HSE 现场设备的物理层、数据链路层、网络层、传输层的运行情况。位于FDA 和用户层之间的是FMS， 它主要是定义通信的服务和信息格式。功能块应用进程主要是通过FMS 服务来实现对网络设备的访问。

用户层主要包含系统管理、网络管理、功能块应用进程， 以及与H1 网络的桥接接口。系统管理功能主要通过系统管理内核（SMK） 和它的服务来完成设备， SM 用到的数据组被称为系统管理信息库（SMIB）。网络上可见的SMK 管理的数据被整理到设备NMA VFD 的对象字典中。网络管理也共享这个对象字典。网络管理允许网络管理者（HSE NMgr） 通过使用与他们相关的网络管理代理（HSE NMA） 在HSE 网络上执行管理操作。HSE NMA 负责管理HSE 设备中的通信栈。HSE NMA 充当了FMS VFD 的角色， HSE NMgr 使用FMS 服务访问HSE NMA 内部的对象。

FF 支持以下拓扑结构：

每个物理设备通过提供一个或多个应用进程， 执行整个系统的一部分工作， 应用进程之间的通信通过应用层协议实现。

EPA

由浙江大学牵头， 重庆邮电大学作为第四核心成员制定的新一代现场总线标准———《用于工业测量与控制系统的EPA 通信标准》（简称EPA 标准） 成为我国第一个拥有自主知识产权并被IEC 认可的工业自动化领域guojibiaozhun（IEC/ PAS 62409—2005）。

EPA 系统是一种分布式系统， 它是利用ISO/ IEC 8802 -3、IEEE 802. 11、IEEE 802. 15等协议定义的网络， 将分布在现场的若干设备、小系统以及控制、监视设备连接起来， 使所有设备一起运作， 共同完成工业生产过程和操作过程中的测量和控制。EPA 系统可以用于工业自动化控制环境。

EPA 标准定义了基于ISO/ IEC 8802 - 3、IEEE 802. 11、IEEE 802. 15、RFC 791、RFC768 和RFC 793 等协议的EPA 系统结构、数据链路层协议、应用层服务定义与协议规范， 以及基于XML 的设备描述规范。

EPA 采用逻辑隔离式微网段化技术， 形成了“总体分散、局部集中” 的控制系统结构，如图2所示。

图6　EPA 系统的网络拓扑结构

L1 网段和L2 网段是按照它们在控制系统中所处的网络层次关系的不同而划分的， 它们本质上都遵循同样的EPA 通信协议。现场设备层L1 网段在物理接口和线缆特性上必须满足工业现场应用的要求。

无论是监控层L2 网段， 还是现场设备级L1 网段， 均可分为一个或几个微网段。一个微网段即为一个控制区域， 用于连接几个EPA 现场设备。在一个控制区域内，EPA 设备之间互相通信， 实现特定的测量和控制功能。一个微网段通过一个EPA 网桥与其他微网段相连。

一个微网段可以由以太网、无线局域网或蓝牙3 种网络类型中的一种构成， 也可以由其中的两种或3 种组合而成， 但不同类型的网络之间需要通过相应的网关或无线接入设备连接。

EPA 控制系统中的设备有EPA 主设备、EPA 现场设备、EPA 网桥、EPA 代理和无线接入设备等几类。

EPA 网桥是可以组态的设备， 具有以下功能：

（1） EPA 通信协议模型

EPA 通信系统的分层结构与OSI 基本通信模型相比较， 主要在应用层之上添加了用户层；在应用层除了使用HTTP、FTP 等常用通信协议之外， 还加入了EPA 应用层协议；同时在数据链路层采用了EPA 通信调度管理实体， 见表1。

表1　EPA 对OSI 模型的映射

EPA 通信协议模型如图2 所示。除了ISO/ IEC 8802 -3、IEEE 802.11、IEEE 802.15、TCP/ IP、UDP/ IP、SNMP、SNTP、DHCP、HTTP、FTP 等协议组件外， 还包括以下几个部分：

图2　EPA 通信协议模型

（2） EPA 应用进程

在EPA 系统中， 所有的应用进程分为两类， 即EPA 功能块应用进程和非实时应用进程， 它们可以在一个EPA 系统中并行运行。非实时应用进程是指基于HTTP、FTP 以及其他IT 应用协议的应用进程， 如HTTP 服务应用进程、电子邮件应用进程、FTP 应用进程等。也就是通用的以太网通信应用进程。

EPA 功能块应用进程是指根据IEC 61499 协议定义的“工业过程测量和控制系统用功能模块” 和IEC 61804 协议定义的“过程控制用功能块” 所构成的应用进程。在功能块之间的互操作被模型化为将一个功能模块的输入链接到另一个功能模块的输出。功能模块间的链接存在于功能块应用进程之内和之间。位于同一个设备中的功能模块之间的接口由本地定义。不同设备之间的功能块使用EPA 应用层服务。