FF现场总线

基金会现场总线工程指南与应用沈阳中科博微自动化技术有限公司内容提纲一．基金会现场总线系统概述二．基础知识三．系统实施过程四．系统配置与组态五．系统调试六．工程实例FF现场总线系统概述H1低速总线31.25kbps高速以太网100Mbps压力仪表马达启动执行器阀门HSE网关温度仪表内容提纲一．基金会现场总线系统概述二．基础知识三．系统实施过程四．系统硬件配置五．系统组态六．系统调试七．工程实例FF现场总线设备类型•HSE–主机设备：运行于控制计算机之上–现场设备：可带一定I/O点的设备–链接设备：带有H1接口的设备•H1–基本设备：符合基本的FF规范–链路主设备：具备LAS功能–网桥设备：连接两个网段FF现场总线设备标识•DeviceID–设备ID，唯一标识设备•NodeAddress–设备节点地址，网段内唯一•PD-TAG–设备物理位号，一个助记符，系统内唯一FF现场总线设备状态•没有位号（NoTAG）设置位号后进入•NoAddress设置地址后进入•可操作状态（Operational）FF现场总线设备通讯状态•离线状态（Offline）接收PN后进入•复制链路参数（LearnLinkVariables）复制完成后进入•等待节点探测（WaitForPN）接收相应节点地址PN并发送PR后进入•等待节点激活（WaitForNodeActivation）接收节点激活报文后进入•在线状态（Online）FF现场总线设备通讯类型•客户机/服务器–1对1–queued/user-triggered/bidirectional(QUB)–用于读写等服务•报告分发–1对多–queued/user-triggered/unidirectional(QUU)–用于报警和趋势服务•发布者/订阅者–1对多–buffered/network-scheduled/unidirectional(BNU)–用于功能块之间通讯FF现场总线系统时间•LS-Time–链路活动时间，链路开始的相对时间–单位为1/32ms–LAS通过TD报文进行同步–宏周期的调度使用这个时间•ApplicationClock–应用时钟，是当前的绝对时间–单位为1/32ms–时钟发布者负责发送Clock_message进行同步–报警和趋势等时间戳使用这个时间现场设备2现场设备1用户层用户层物理层物理层通信栈通信栈“协议栈”处理通信用户通过“功能块”来进行交互现场网络设备连接到网络FF现场总线通讯协议FF现场总线功能块功能块:包含基本的自动控制功能位于现场设备或主机中可以组态连接并实现确定的控制系统FCHMIProcessH1FieldbusFTFCHMIProcessH1FieldbusFTPID-110AO-110AI-110每个设备：资源块变换块功能块FF现场总线功能块参数•功能块的模态（Mode）•功能块的标识（TAG）•功能块的报警（Alarm）•功能块的趋势（Trend）•功能块的输入输出（）•功能块的量程（SCALE）FF现场总线设备描述技术用户只需要用一种版本的用户界面程序就能在主机上操作不同厂家的设备设备描述现场总线主机来自A厂家的设备来自B厂家的设备设备描述（DD,DeviceDescription）：为主机系统提供现场设备的一种清晰、明确的描述FF现场总线设备描述技术值、精度工程单位变量名称内容提纲一．基金会现场总线系统概述二．基础知识三．系统实施过程四．系统硬件配置五．系统组态六．系统调试七．工程实例FF现场总线工程工作流程项目定义工厂工程设计标准设备规格书供应商投标说明书现场总线网段设计工程图接线方式组态项目时间安排调试与开车现场总线项目执行过程:示例(1/3)里程碑由需方提供的由供方提供的开工会1)项目执行计划2)PJT组织3)PJT进度表4)QA/QC计划5)技术与商务报价6)供货材料清单(BOM)1)PJT进度表2)PJT组织3)询价说明4)FF设计要求A基础系统设计-FF段落设计理念硬件设计说明1)DCS系统配置2)DCS硬件设备说明3)设备规格4)电力供应/接5)子系统/辅助设备硬件设计FF系统设计说明-FF段落设计说明设计要求1)控制台&辅助机柜2)子系统3)辅助设备1)仪表索引2)I/O点数3)回路图现场总线执行过程:示例(2/3)里程碑由设计院/工程公司提供由供方提供1)硬件设计规格图纸2)硬件清单3)I/O卡分配4)典型回路图订单与生产FF设计信息1)设备清单和类型2)功能块分配3)设备分组4)希望电缆长度5)电缆规格AB软件设计软件设计规格1)控制功能2)人机介面功能3)警报功能4)界面与安全功能5)流程图与报表6)子系统介面FF部分具体设计1)复杂回路流程2)复杂回路概述和功能块3)顺控和连锁逻辑4)流程图5)子系统通信规格现场总线项目执行过程:示例(3/3)里程碑由设计院/工程公司提供由供方提供1)通信数据清单2)流程图表数据清单3)报表格式4)功能键设定5)组别设定6)趋势图组别设定系统实行1)接线箱与机柜要求2)电线电缆需求3)详细安装B工厂验收1)回路图2)接线箱端子设定内部测试交付工厂验收步骤软件生成工程设计标准修改现有的工程标准文件，使它包含FF现场总线，这是非常重要的。例如：仪表清单和仪表设备规格书总线网段（Segment)设计-技术、负载,备用容量P&IDs及设备回路图线缆颜色和标签的规定PID模块的运行位置（在现场的控制）LAS的后备要求FF现场总线系统实施原则•没有“唯一正确”的实施方法•不存在难点,仅仅存在“不同思路”•学习和掌握并不需要高昂成本•将FF总线方案的利益最大化的关键：–尽早进行技术、产品和应用的了解–理解并掌握与传统方案的差异–建立符合需要的设计标准，文档方式–培训操作和维护技术人员–对日常工作和维护方法的改进FF现场总线典型主机系统•以工控机插卡的形式接入–NIConfigurator•以HSE/H1网关形式接入–ABB–Softing……•以H1模块或者HSE模块形式接入–ABBAC800F–EmersonDeltaV–MicrocyberNCS4000FF现场总线现场设备•符合FF现场总线标准，具备FF“设备认证”标志•具备所需功能块•具备设备诊断功能•具备总线供电，要求10-30mA电流和9-32V电压•具备本质安全特性，通过国家认证测试•极性不敏感-快速、安全的现场连接内容提纲一．基金会现场总线系统概述二．基础知识三．系统实施过程四．系统硬件配置五．系统组态六．系统调试七．工程实例现场总线电源接地，仪表和总线共地Fieldbus电源普通的电源供电会吸收回路中的电信号需要维护恒定电压电源要用总线电源现场总线电源每个现场总线网络/网段都需要电源给总线电缆提供的电压能够高达32V设备电压可以低达9V以保证正常的操作Iq1V1Iq3V3Iq2V2IqnVnVPCVPS电源电压调节TTVPS-VPC32vVn9v现场总线终端R-C电路包括一个与100Ω电阻串联的1μF电容。防止信号在线缆的终端失真或丢失总线终端总线终端100Ohms1uF电源网段分支接地电源调节FF现场总线现场总线接线盒•所有主干和分支都在现场接线盒中连接，可以采用不带接线盒的防风雨的“模块”，工厂定制插拔接头•采用FF现场总线网络专用的“接线端子”为终端•主干线的输入/输出电缆分设2组独立专用的连接•分支端子集成短路保护器基金会现场总线中继器•计算网络现场设备数量时，中继器相当于一个现场设备。•它允许接入一个完全等效的新网段，有效地将网络切分成多个较小的网段。•添加中继器后，可以连接新的网段，新网段的两端都需安装终端器。•中继器还可以增加网络带载设备的数量，最大设备数可达240个。–注：在达到物理上的最大设备数之前，可能已经超出主系统和网络调度的限度。FF现场总线电缆采用现场总线专用电缆电缆种类特点最大流通面积电缆总长度A型屏蔽双绞线0.8mm21900mB型总屏多对双绞线0.32mm21200mC型多对双绞线0.13mm2400mD型单对双绞线1.25mm2200m没有安装中继器网段总长度=主干长度+所有分支长度最大允许长度1900米FF现场总线电缆连接仪表数量分支长度（本安型）分支长度（非本安型）19-2430m30m15-1830m60m13-1430m90m1-1230m120m分支电缆的最大长度FF现场总线通用组件压盖封盖接线终端接线盒电缆FF现场总线网络拓扑结构控制总线现场总路线I/O接线盒端到端分支菊花链树型网段设计—拓扑结构•建议采用树形、分支或混合拓扑结构树形拓扑结构适用场合–改造项目–现场设备密度高的特定区域–采用高速以太网分支拓扑结构适用场合–首次安装–现场设备密度低的特定区域•不建议采用菊花链拓扑–不适于维护–运行状态下，如果不中断其他设备的服务，不能从网段上添加或者删除设备现场总线网段设计•替换传统I/O分配任务•基于经济和标准的原则，将设备分组•主要包括：–电缆类型选择–总线拓扑图方式–仪表设备的种类、规格–总线供电类型FF现场总线网段设计•极性–由于某些现场总线设备对极性敏感，导线极性很关键。导线极性颠倒，设备可能不工作。•接地–仪表信号导线不得用于接地。仪表安全接地必须通过信号电缆之外的独立导线。•屏蔽–仪表屏蔽线应在编组柜中、网络的主机末端处结束，并且不得在任何其他位置接地。FF现场总线网段设计•防雷/冲击电压保护–在必须提供浪涌电压保护的场合（如闪电多发生地区，或大感性负载启动和停止的应用），应提供浪涌电压保护。浪涌电压抑制装置由小电容的硅雪崩二极管或放电器组成，可采用常规和公共保护方式接线，并与电气安全接地网相连•防短路功能–采用预先接好线的接线盒实现。FF现场总线本安配置•通常IS现场总线配置的设计必须遵循与非IS装置同样的原则。•两者的主要区别在于维持本质安全时的功率限制/约束。该限制的标称值为80mA。•对IS应用，电缆应满足如下要求：–符合IS电感/阻抗比限制。–遵循IS电路在颜色方面的规定。网段设计—网络负载•网段负载会受以下各因素的影响：工厂的布局–距离(电压降…)–危险区（防爆措施…）–控制关联性风险管理标准约束执行速度要求–宏循环–回路/模块执行要求FF现场总线网段电流计算设备电流消耗量(mA)压力表17.5温度表17or22质量流量计11涡街流量计18.5电磁流量计11.3pH计22阀门控制器26可获得的最大网段电流末端仪表设备的供电电压应不小于9VFF现场总线网段电流计算I(mA)Iq116~20mAI(mA)Iq2Iq3I(mA)总的总线网段电流=Iq1+lq2+lq3+…末端仪表设备的供电电压应不小于9V冗余设计•在要求高可靠性的应用场合，可考虑采用下列冗余组件–提供冗余电源。–带20分钟备用电池的主配电冗余电源。–冗余的系统控制器电源。–冗余的系统控制器。–冗余的基金会现场总线H1插件。内容提纲一．基金会现场总线系统概述二．基础知识三．系统实施过程四．系统硬件配置五．系统组态六．系统调试七．工程实例FF现场总线分布式控制•FF设备支持现场控制•不需要DCS或控制器的完全集中控制PIDINOUTBKCAL_INFIELDVUEAOBKCAL_OUTCAS_INAIOUT主机系统执行器传感器FF现场总线系统组态•设备组态–设备地址组态–设备位号组态•功能块组态–功能块的实例化和删除–功能块参数默认值组态•宏周期组态FF现场总线系统组态•通讯组态–调度组态•调度表组态•功能块执行组态–链接对象组态•本地链接•远程链接–VCR组态–备份LAS组态–时钟发布组态FF现场总线的调度组态非周期报警/事件维护/诊断信息程序调用许可/互锁显示信息趋势信息组态功能块执行周期通信–发布非周期通信AI110PID110AO110周期回路110执行周期FF现场总线数据传输调度宏周期宏周期序列元素子调度FF现场总线功能块执行时间调度30ms60msAIPIDAO45msLAS指令•强制数据周期传送Publi