FF现场总线的设计和应用

FF现场总线的设计和应用2现场总线的构成单元工作站变送器人机界面终端电阻供电接线盒H1Bus电缆以太网电缆电源调节器阀门定位器HSE链路设备终端电阻H1Bus3如何设计H1网段？网段负载会受以下各因素的影响：1.工厂的布局–距离(电压降…)–危险区（防爆措施…）–控制关联性2.安全/HAZOP（危险与可操作性）约束3.执行速度要求–宏循环–回路/模块执行要求4初步的P&ID图了解设备的分布和相关性5使用P&ID图纸来帮助确定现场总线的接线控制室PCH1现场总线#1网段H1现场总线#2网段CV-101A/OIP102201921AT107ALT101AT107BTT105AT106Re-BurnedLimeLT108PurchasedLimeLT112GreenLiquorStorageIP104AIP104BHeaterCoolerLT111SC111SC112SC108DT109FT110SC110TT104FT102AT10324252322H1现场总线#3网段6根据仪表位置、关联性初步划分网段走向－配管配线平面图－仪表槽板敷设图7RemoteInstrumentEnclosureMeasurementTrunkLengthSpurLengthRemarksRIE-120+35+70+255+50430m30mRIE-220+75+200+75+30400m30mRIE-315+35+330+85+30495m30mRIE-420+35+70+255+50430m30mRIE-520+75+200+75+30400m30mRIE-615+35+330+85+30495m30mRIE-720+40+190+200+30480m30mRIE-820+130+160+50340m30mRIE-915+90+190+30325m30mRIE-1020+65+420+30535m30mRIE-1120+5+20+170+50265m30mRIE-1215+20+75+75+50235m30mNote:Fromtheabovetakingcontingencyintoaccountletustaketheworstcase(Trunk550MetersandSpur30meters)估计网段长度分支长度主干线长度按上表中最大值选择长度8常规应用现场控制室控制系统24Vdc24Vdc电源调节器OR安全区现场接线器9危险区应用现场控制室24Vdc控制系统危险区基金会现场总线设备现场接线器?保护?10FISCOSolutionParameterEntityFISCOUi24V17.5VIi250mA380mAPi1.2W5.32WCi5nF5nFLi20µH10µH•FieldbusIntrinsicSafetyConcept•用于总线本质安全的一种新的技术–以IEC61158-2现场总线装置物理层标准的概念为基础.–与较早的‘Entity’模型相比,可以向本安型主干提供更的的电流,因此可以连接更多的设备.–不需要电缆参数的计算–减少设备清单中的安全文件–不需要检查安全文件即可增加设备–允许使用更大电容的更长的电缆11FISCOpowersupplyFieldControlroomControlsystemFISCOfielddevicesZone1Division124Vdc24VdcExiTrunkLive-workableExispurLive-workableFISCO可应用于Zone1或Zone0的环境EExiacertifiedFISCOdeviceZone0现场接线器12可连接多少现场设备?MTL5053(Entity),IIC/IIBGasGroupsFISCO,IICGasGroupsFISCO,IIBGasGroups80mAavailable,typically4or5devices120mAavailable,typically8devices265mAavailable,typically17devicesZone1/Division1假设每台设备15mA13FieldControlroomExispurLive-workableControlsystemFISCOorEntityfielddevicesZone2/Zone1ExeTrunk24VdcPowerconditionerZone0/Zone124Vdc24Vdc现场隔离安全栅14电缆类型类型电缆特征规格最大长度A屏蔽,单对双绞#18AWG1900mB多对双绞，总屏蔽#22AWG1200mC多对双绞，不带屏蔽#26AWG400mD多芯不双绞，不带屏蔽#16AWG200m越高的质量越长的距离15国内FFH1总线电缆16执行速度•服务器客户端方式•分配汇报方式•出版方/预定者(强制数据)}空闲时间在宏循环中必须执行17发布者-订阅者模式•仅用于调度通信•不确定地循环重复或定期重复•网络调度由链路活动调度器进行•1毫秒的精确性•功能块之间的输出－输入通信始终使用发布者－订阅者模式18DataTransfer(DT)CompelData(CD)FieldbusHostDeviceLinkActiveScheduler(LAS)PIDAOAI发布者－订阅者模式通信19报告分发模式•用于非调度通信•因为它把数据从一个数据源送往多个接收方(把一份报告分给多方)•这种模式被用于传送报警和趋势信息•通信由一次“事件”开始，而不是一个特定的时间表20TrendDataTransfer(DT)PassToken(PT)FieldbusHostDeviceLinkActiveScheduler(LAS)PIDAOAI报告分发通信SinkSource21客户--服务器模式•用于多种不同种类的非调度通信•允许总线上的不同设备以读、写为基础交换数据•一个设备向另一个设备发出读取要求—第二个设备收到该要求并向第一个设备传回数据•双向确定信号22客户--服务器模式•该模式用于设置点改变、设备调试、模式改变、参数整定、报警确认、设备的上载/下载、诊断和其它功能。•客户服务器通信必须等到网络有空余时间是才能进行23DataTransferConfirmedReadRequest(DT)FieldbusHostDeviceLinkActiveScheduler(LAS)PIDAOAI客户--服务器通信ClientServer24通信种类•受调度通信–PID发布–LAN上的确定信息•非调度通信–报警和警示–趋势–操作员改变–工程改变25Macrocycles26出版方/预定者在控制器中执行PID3CDVCR’s1变送器到控制器2控制器到阀门PID在控制器中3阀门到控制器28出版方/预定者在阀门定位器中执行PID0CDVCR1变送器到阀门PID在阀门中29下放到现场的控制功能•PID•InputSelector（输入选择）•ControlSelector（控制选择）•RA（比值）•Characterizer（特征曲线）•Integrator(累计功能)•Timer（记时）•MAI（多路模拟输入）等30多种功能块30过程安全级别要求1级阀门1级阀门失效将导致整个系统故障,引起整个装置停车,或其他超过1千万美元的不可避免的损失。该类故障可采用常规阀门故障模式。设计要求:1级阀门及其相关的测量设备(变送器)挂接在只用于1级控制的同一H1网络上。若服务是独立的,网段上可以有一个1级阀门以及与之相关的变送器；若服务是关联的,可以有两个1级阀门以及与之相关的变送器。关联意味着两个阀门中的任一个都可以关闭相同的设备(如火焰加热器的流量)。为确保互操作性,需要考虑如下事项:回路中所有1级现场设备由一个供应商提供。主机接口插件和所有1级回路的现场设备都应进行单独的互操作性测试。网络的整个寿命周期内,设备和接口插件的版本都应能够兼容。如有必要,升级应在工厂检修期间进行。2级阀门2级阀门故障将导致整个系统故障,引起整个装置停车,或其他超过$100K的不可避免损失。但2级阀门的过程动态时间允许由故障状态快速恢复,可以是快速修复故障或采取手动控制。相关容器的材料和能量容量、地理位置,以及此类阀门的操作性能也是必须予以考虑。1级和2级阀门的取决于针对单个故障所反应出的可操作性。设计要求:2级阀门及其相关的测量设备(变送器)应挂接在只用于控制的同一H1网络上。若服务是独立的,网段上可以有一个2级阀门和相关的变送器；若服务是关联的,可以有两个1级阀门,或一个2级和一个3级阀门以及与之相关的变送器。关联意味着两个阀门中的任一个都可以关闭相同的设备(如火焰加热器的流量)。为确保互操作性,需要考虑如下事项:回路中所有2级现场设备由一个供应商提供。主机接口插件和所有2级回路的现场设备都应进行单独的互操作性测试。网络的整个寿命周期内,设备和接口插件的版本都应能够兼容。如有必要,升级应在工厂检修期间进行。313级阀门此类阀门失效时,短期内不会造成任何整个装置停车或重大损失。3级阀门可以切入其故障位置,无需操作员采取立即措施。设计要求:3级阀门最多可以与其他三个3级阀门驻留在插件或网络/网段上,或是和一个2级阀门位于同一个网段上(有关网段上阀门数量的其他限制可参见6.7.2节)。包含3级控制的网络可以采用多家(经认可)销售商的产品,包括只测量设备。网段/网段图纸上应标出关键程度等级,并且显著标明该网络/网段上不得添加任何附加设备。过程安全级别要求（续）32仪表规格表中应该包括以下内容工作电压(9-32volts)从总线上消耗的最大工作电流功能块的要求功能块的执行速度标准/先进的诊断功能要求互操作性测试认证(ITK5.0–FF基本标准)仪表对总线电缆极性要求LAS能力设备软硬件版本可组态的通道数现场多参数指示功能3334现场总线系统调试步骤•电缆、接线盒、连通性、接地及隔离测试•现场设备连接和信号分析•设备下装/软件检查•总线监测，波形捕获•过程连接压力测试和检查•现场设备（物理安装）•阀门校准•回路整定35屏蔽接地屏蔽接地十分重要，现场90%以上通讯问题来自于不正确的屏蔽接地。最常用的就是单端接地！36FF投运的检测工具37示波器AC200mV/Division10ms/DivisionFluke19938系统内置的网段和设备通讯诊断HostSystemRequirements(7.0)1.采用标准产品2.备用容量和扩展3.互操作性4.HIST,主机互操作性测试5.对基金会现场总线功能的支持6.组态工具7.冗余&稳定性8.故障排除,维护和诊断9.先进诊断&CBM10.评估标准40设备的软件和固件(7.1)(7.5.1)(10.5.1)控制室现场主机或其它计算机现场总线设备固件，DD、CFF文件因特网设备配置文件(DD,CFF)8.软件配置指导方针1.控制系统图形2.节点地址分配和命名3.控制功能的位置4.组态选项和缺省值5.报警和警示6.网络通信和调度(TheLAS,Macrocycles,VCRs)8.软件配置指导方针7.数据导入和导出8.操作员显示9.软件版本10.系统管理11.故障处理12.系统组态工具13.面板和通信状态显示43设备(节点)选址DeviceID003453ACDE39483847DeviceName(TAGName)FIT-625DeviceAddress33(8.2)44H1网段配置显示(8.4)45H1网段配置显示(8.4)46控制战略/参数显示47功能块连接(控制回路配置)(8.6)OUT.VAL42.67DEVICEST10148一些控制结构DOMDIDiscreteMDOAIPIDAOPIDAOPIDAIAIPIDCascadeDIManualMLAO49配置串联控制AIFunctionBlockAIFunctionBlockPIDFunctionBlockPIDFunctionBlockAOModuleBlockLT-103_AIFT-103_AIOUTOUTOUTO