FF现场总线工程指南及应用
FF基金会现场总线
第五章基金会现场总线FF 5.1 FF概述5.2 FF技术规范5.3 FF物理层5.4 FF数据链路层5.5 FF应用层5.6 FF用户层5.7 FF通信控制器的接口5.8 FF产品的开发5.1 FF总线概述•FF（Foundation Fieldbus，96年）：主要用于流程工业自动化领域，如化工、电力厂实验系统、废水处理、油田等行业。
•FF遵循OSI标准模型，取其3层：物理层、数据链路层和应用层，并在应用层上增加了用户层。
FF属于IEC61158国际现场总线标准子集，其开发初衷是希望形成统一的现场总线标准•FF分低速总线H1和高速总线HSE两部分–分别属于IEC标准中两个不同的子集–低速总线H1的通信速率为31.25Kbps（1900m）–高速总线HSE的通信速率为10M,100Mbps•开发和使用FF的目的和意义在于实现工业设备的互操作性和互替换性，用户只要根据系统功能上的需要既可从众多的设备供应商中选择性价比最高的产品。
FF总线•CAN总线控制器仅仅定义了物理层和数据链路层的所有功能，即实现了数据通信技术，但构建CAN控制网络还需要应用层协议的定义，如J1939应用协议的支持。
•FF则提供了一套较完整的控制网络技术，不仅具有数据通信技术，也定义了控制应用功能的规范内容（应用层与用户层），能够构建分布式控制网络系统。
•HSE（High Speed Ethernet）高速以太网10/100M b/s，取代了早期的H2总线。
•应用层主要以功能块模式定义应用的，互操作性和互替换性易于实现（开放性）。
FF通信模型说明：•物理层：采用IEC1158-2标准。
•数据链路层和应用层的全部功能统称为通信栈（Communication Stack）。
应用层分为两个子层现场总线信息规范子层FMS和现场总线访问子层FAS。
•现场总线访问子层FAS（Fieldbus Access Sublayer）基本功能：确定数据访问的关系模型和规范。
《现场总线技术及应用》课件5-1ff
第三节 FF物理层
一、物理层（PHY）的功能
1、发送功能 物理层接收来自数据链路层的“DLL协议数据”，首先
加上前导码、帧前定界码和帧后结束码，并对其进行数据 编码（即曼彻斯特编码），再把它转换成标准物理信号， 然后发送到传输介质上，加电缆、光缆或无线。
2、接收功能 物理层接收来自传输介质的标准物理信号，首先去除
基金会现场总线，即Foudation Fieldbus,简称 FF，这是在过程自动化领域得到广泛支持和具
有良好发展前景的技术，是一种全数字、串行、
双向通信协议，用于智能现场设备的互联。是
两大集团（以美国Fisher-Rousemount公司为首， 联合Foxboro、横河、ABB、西门子等80家公司 制订的ISP协议和以Honeywell公司为首，联合欧 洲等地的150家公司制订的WordFIP协议）于1994 年9月合并，成立了现场总线基金会，致力于开 发出国际上统一的现场总线技术。
FF由二部分组成：即HI低速现场总线 及HSE高速现场总线。H1的通信速率为 31．25 kbps，通信距离可达 1900m (可加 中继器延长)，可支持总线供电，HSE速 率为100 Mbps（H2的通信速率为1 Mbps及 2．5 Mb／s，其通信距离为750m和 500m）。H1与HSE通过FF的连接设备连 接，物理传输介质可支持双绞线、光缆 和无线发射。
二、物理层的结构
1、介质相关子层 介质相关子层负责处理导线、光缆、无线介
质等不同传输介质和不同传输速率的信号转换 问题，亦称为介质访问单元。 2、介质无关子层
介质无关子层是上述介质相关子层与数据链 路层之间的接口。该子层功能有两条：一是对 发送信息增加前导码、帧前定界码和帧后结束 码，再进行数据编码；另一条是去除前导码、 帧前定界码和帧后结束码，再进行数据解码。
FF现场总线工程指南及应用
FF现场总线工程指南及应用首先，FF现场总线工程的指南包括以下几个方面：1. 设计：在FF现场总线工程设计中，需要考虑控制系统的架构、通信网络拓扑结构以及设备的布置和连接方式。
设计过程中需要遵循Fieldbus Foundation的规范和标准，确保系统的稳定性和可靠性。
2.网络配置：FF现场总线网络可以采用不同的拓扑结构，如星型、环型或混合结构。
在网络配置过程中，需要考虑设备的数量、距离、通信速率以及设备的功耗等因素，以确保网络的正常运行。
3. 设备接入：在FF现场总线工程中，需要选择合适的接口设备和连接线缆，以确保设备的正常通信和供电。
接入设备时需要注意设备的插入方向和连接方式，遵循Fieldbus Foundation的规范和标准。
4. 设备配置：FF现场总线系统中的设备需要进行配置和参数设置，以实现相应的控制功能。
配置设备时需要使用Fieldbus Foundation提供的配置工具，对设备的地址、描述、传输速率等进行设置，并进行相应的调试和测试。
其次，FF现场总线工程的应用广泛1.测量与控制：FF现场总线可以用于传输和控制各种现场设备，如传感器、执行器、阀门等。
通过FF现场总线，可以实现对设备的测量和控制，包括温度、压力、液位、流量等参数的监测和调节。
2.数据采集与分析：FF现场总线可以将现场设备的数据集中采集到控制室的监测系统中，实现对设备状态和工艺过程的实时监测和分析。
通过数据采集和分析，可以实现设备的故障诊断和预测维护，提高设备的运行效率和可靠性。
3.设备管理：FF现场总线可以用于设备的管理和控制，包括设备的启停控制、设备的参数设置和调节，以及对设备的状态和健康状况进行监测和管理。
通过FF现场总线，可以实现对整个工业现场设备的集中管理和控制。
4.系统集成：FF现场总线可以与其他通信协议和系统进行集成，实现不同系统之间的数据交换和共享。
通过系统集成，可以实现数据的一致性和共享，提高工业现场自动化系统的整体性能和效率。
FF 涡街流量计现场总线
Products
Solutions
Services
操作手册 Proline Prowirl F 200 基金会现场总线(FF)
涡街流量计
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7.3 7.4 7.5
8
8.1 8.2 8.3
操作方式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
操作方式概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 操作菜单的结构和功能 . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.1 操作菜单结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2 操作原理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 通过现场显示访问操作菜单 . . . . . . . . . . . . . . 8.3.1 操作显示 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.2 菜单视图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.3 编辑视图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.4 操作单元 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.5 打开文本菜单 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.6 在列表中移动和选择 . . . . . . . . . . . . . 8.3.7 直接查看参数。 . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.8 查询帮助文本 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.9 更改参数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.10 用户角色及其访问权限 . . . . . . . . . . . 8.3.11 输入密码关闭写保护 . . . . . . . . . . . . . 8.3.12 开启和关闭键盘锁定功能 . . . . . . . . . 通过调试工具访问操作菜单 . . . . . . . . . . . . . . 8.4.1 连接调试工具 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.2 Field Xpert SFX350、SFX370 . . . . . . 8.4.3 FieldCare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.4 AMS 设备管理机 . . . . . . . . . . . . . . . 8.4.5 475 手操器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 42 42 43 43 43 44 46 47 48 50 50 51 52 52 53 53 54 54 56 56 57 57
FF现场总线技术在炼化装置中的应用
FF现场总线技术在炼化装置中的应用摘要：FF现场总线技术是现代炼化企业生产过程中应用较为广泛的总线技术类型，本文首先介绍了FF现场总线技术的基本定义，分析了其发展现状，其次探讨了FF现场总线技术应用过程中的主要特征，最后结合实际应用情况，探讨了在炼化装置应用过程中FF现场总线控制系统的设计与验收情况，希望可以有效提升FF现场总线技术的应用水平，促进行业的稳定高速发展。
关键词：FF现场总线技术；炼化装置；应用策略引言FF现场总线技术是实现现代炼化企业稳定高速发展的重要技术类型，借助于该技术能够确保工艺控制的功能特征与技术稳定性，从而促进企业的稳定高速发展。
为了进一步探讨FF 现场总线控制系统的设计相关内容，现就FF现场总线技术的定义与使用特征分析介绍如下。
一、FF现场总线技术的定义与发展现状1.技术定义FF现场总线技术是基于现场总线基金会形成的现场总线协议技术，该技术的基本特征是符合国际通行的IEC-61158-2标准，能够形成国际性、可互操作性的现场总线标准，能够很好的满足过程控制的客观要求。
2.发展现状FF现场总线技术的发展与企业生产模式转变，规模扩大具有密切相关特征。
目前，随着国内能源结构化调整工作陆续开展，目前炼化企业都向着智能化、一体化的方向迈进，这个过程中炼化装置对于生产的安全性、节能型以及稳定性提出了更高的要求，这也使得工艺控制水平与技术标准得到了提升。
FF现场总线技术是一种基于分散控制系统发展而来的全数字化控制系统，该系统当中包括有各种发展模式与技术特征，能够很好的适应企业生产需求。
目前，FF现场总线技术在国内的炼制装置中具有广泛的应用，得到了业内的普遍好评，得到了大规模的推广与使用。
二、FF现场总线技术的主要特征FF现场总线根据类型可以划分为H1，H2，其中，H1主要实现温度、流量以及压力等参数的测量，而其他类型的设备则主要通过现场总线双绞线来实现电源获取，满足线路与传输数字通信信号的工作要求。
现场总线--FF现场总线资料
应用
这种网络控制系统特别适合于过程自动化生产， 它既可以完成全分布式自动化系统的主要功能即 对工业生产过程的各个参数进行测量、信号变送 、控制、显示、计算等，而它所具有的网络通信 能力又使它的各项自动化功能是通过网络节点间 的信息传输、连接、各部分的功能集成而共同完 成的，更有效、方便地实现生产过程地安全、稳 定、经济运行，并进一步实现管控一体化。另外 ，还可以实现总线供电。
总结
基金会总线技术作为过程控制自动化的一个 先进技术，经过了十多年的发展，到目前已 经进入了成熟应用的阶段。通过长兴这个项 目证明，在玻璃行业应用没有问题。 由于FF项目与常规项目使用有所不同，对于 施工方法及维护的理念存在差异，所以对工 程及维护人员的培训非常重要。
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系统测试技术包括通信系统的一致性于互操 作性测试技术，总线监听分析技术，系统的 功能、性能测试技术等。一致性与互可操作 性测试是为保证系统的开放性而采取的重要 措施，一般要经授权的第三方认证机构做专 门测试，验证其符合统一的技术规范后，将 测试结果交基金会登记注册，授予FF标志。
FF现场总线技术
DeltaV 9.3 系统规模1400DST 大规模采用总线系统设备 FF DP Modbus AMS 智能设备管理软件
现场仪表概况Fra bibliotekRosemount® 罗斯蒙特 变送器 848T多点温度变送器 Fisher® 费希尔阀门和总 线型数字阀门定位器 (DVC) MicroMotion ® 高准质量 流量计
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在现场总线的产品开发中，常采用OEM集 成方法构成新产品，即吧FF集成通信控制芯 片、通信栈软件、圆卡等部件集中起来，组 成现场智能设备。
FF现场总线系统工程设计
FF现场总线系统工程设计应用黄步余副总工程师中国石化工程建设公司概述现场总线是一种实用技术，智能、开放、数字、多节点通信技术。
现场设备信息采集，PID控制与双向全数字化通信，监视和管理现场设备，降低生命周期成本。
现场总线技术是计算机、通信、控制技术向现场扩展。
在流程工业、制造业及市政工程等已成功地应用，并取得一定经验。
现场总线技术还需要不断完善本身的功能，提高工程设计和应用水平，特别是系统软件、应用软件、通信策略等。
FF基金会现场总线、Profibus现场总线适用于流程工业，已有相当规模应用业绩。
现场总线技术目前处于多种总线技术共存，各自拓展其应用领域、强化竞争力。
以太网远程I/O及无线仪表将成新的热点。
FFEPC承包商②•装置平面图•PFD/P&ID•安全仪表系统说明•工艺控制说明•维护程序•H1网段设计表•仪表数据表/数据库D③A审核FF 现场总线系统设计规定FF 仪表规格书DCS 制造厂审核FF 仪表选型返回FF 参数输入数据库H1网段设计FAT 前数据库FAT 后数据库调整及项目文件A D ⑥⑧（11）EPC•计划进度要求•DCS规格书•系统组成•FF设计要求•人员•供应范围确认•工作分工确认•人员进度•工程条件•FF设计原则•制造厂文件•仪表数据表•I/O点清单EPC•FF设计信息•FF仪表清单和型号•FF功能块分配•FF电缆长度及规格•操作台、辅助操作台、机柜设计要求•复杂回路图•复杂回路说明和功能块•顺序联锁逻辑•流程画面草图•子系统通信规格EPC•FF接线箱表•端子表•通信点表•画面显示数据•报表格式•组显示•趋势显示•流程图画面显示•报警画面显示FF现场总线实施原则现场安装的变送器和阀门定位器采用FF H1通信协议。
FF现场总线的变送器和阀门定位器，应由控制DCS制造厂提供。
FF现场总线的阀门定位器应由控制阀厂装配成套并提供全部测试数据。
安全仪表系统（SIS）选用4-20mA带HART的模拟信号。
FF现场总线的设计和应用
FF现场总线的设计和应用FF现场总线采用了基于半双工串行通讯的设计原理。
它使用了双绞线作为传输介质以及标准电压电流进行数据传输。
FF现场总线采用了分时多路复用的技术，将不同设备之间的通讯分为不同时间片进行交替传输。
这种设计原理可以有效减少通讯冲突和干扰，并提高总线的通讯速度和可靠性。
1.工业自动化：FF现场总线在工业自动化系统中广泛应用。
它可以实现从传感器到执行器的设备之间的数据交换，如温度传感器、压力传感器、电机控制等。
通过FF现场总线，可以实现设备之间的实时数据传输和控制指令的下发，提高生产过程的可操作性和效率。
2.油田领域：FF现场总线在油田领域的应用较为广泛。
从油井的数据采集到管道的监控和控制，FF现场总线承担着重要的角色。
它可以实时采集油井的数据，如压力、温度、液位等，并将数据传输给中央控制系统进行分析和处理。
同时，FF现场总线还可以控制油井的开启和关闭，提高油田生产的自动化程度。
3.电力系统：FF现场总线在电力系统中也有较多的应用。
它可以用于电力设备的监控和控制，如变压器、开关柜、电站等。
通过FF现场总线，可以实现对电力设备的实时监测，及时发现设备故障并进行处理。
同时，FF现场总线还可以实现设备之间的数据交换和控制指令的下发，提高电力系统的可靠性和安全性。
4.化工工艺：在化工工艺生产中，FF现场总线也发挥着重要的作用。
它可以实现对化工生产过程中的设备监控和控制，如压力容器、反应釜、泵阀等。
通过FF现场总线，可以及时监测化工设备的工艺参数，如温度、压力、流量等，并根据需要进行控制调整，提高化工生产的安全性和效率。
总结FF现场总线作为一种高效可靠的通讯协议，广泛应用于工业自动化、油田、电力系统和化工工艺等领域。
它的设计原理基于半双工串行通讯，采用了分时多路复用的技术，具有通讯速度快、传输可靠等优点。
通过FF现场总线，可以实现设备之间的实时数据交换和控制指令的下发，提高生产过程的可操作性和效率。
FF现场总线应用总结
FF技术的优势（二） 技术的优势（ 由于采用FF总线技术，使可能在一根二芯屛 蔽线中，双向传输多个数据。例如：连接FF 总线变送器时，不仅可以接受总线变送器的 过程参数信息，而且可以发送总线变送器的 组态信息。因此，仪表维护人员可以在控制 室中修改总线变送器中的量程，可以调零， 甚至可以改变总线变送器的正、负压的方向， 从而大大减少了仪表维护工作量。
FF技术的优势（一） 技术的优势（ 由于FF总线采取数字通信，所以系统可以将 控制功能分散到现场设备中。例如：在单回 路控制回路中，可以将PID调节功能放在控 制回路中的过程参数变送器中，只要段保护 器中的接线正常，即使段保护器与控制器的 通信中断，也不会中断在该段保护器中的控 制回路。在段保护器中的带LAS功能的FF设 备，将自动承担该段总线中的链路调度任务。
总结
枣庄新气体公司的控制系统，其控制回路和 检测回路，全部采用FF总线。其开关量的输 入和输出，除少量需要就地控制的采用FF总 线外，其余均采用Device Net 总线协议。 该系统自2007年10月投产以来，一直稳定、 可靠运行。这也标志着FF现场总线控制技术 在枣庄新气体公司的煤化工装置上的应用获 得了成功。实践证明，FF总线系统完全可以 用于大、中型的煤化工装置上。
应用经验（三） 应用经验（
在FF总线系统中，FF总线型仪表是系统中 的重要一环，其FF总线型仪表的质量，对系 统长期、稳定工作，具有重要影响。所以， 对FF总线型仪表的选型，一定要选择具备 FF总线运行经验的厂家产品。例如FF总线 型阀门定位器，某些厂家的产品使用效果就 很好，不仅调试非常方便，而且能保证长期、 稳定的在线状态。而某些厂家的产品就故障 不断。
应用经验（二） 应用经验（
在FF总线的线路设计中，必须认真考虑主干 保护器。在线路设计完成后，最好使用专用 软件进行核算。其总线的铺设，应尽量远离 高压设备及高压电缆，其总线电缆应尽量使 用A型总线电缆。在施工时，必须小心铺设， 绝对不可破坏电缆外壁。在数字通信中，必 须十分注意干扰问题。
FF现场总线的设计和应用
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。
阀门 到 控制器
26
出版方/预定者
在阀门定位器中执行PID 器 到 阀门
28
下放到现场的控制功能
• • • • • • • • PID Input Selector（输入选择） Control Selector（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
29
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。
FF现场总线
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
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
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
里程碑
B
由供方提供
FF现场总线功能块
HMI
H1 Fieldbus
FT AI-110
PID-110 FC AO-110
Process
每个设备： 资源块 变换块 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
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现场总线设备标识
• DeviceID
– 设备ID，唯一标识设备
• Node Address
5-FF现场总线工程指南及应用
沈阳中科博微自动化技术有限公司 MicroCyber Inc.
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 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
H1
客户机/服务器
1对1 queued/user-triggered/bidirectional(QUB) 用于读写等服务 1对多 queued/user-triggered/unidirectional(QUU) 用于报警和趋势服务
报告分发
发布者/订阅者
1对多 buffered/network-scheduled/unidirectional(BNU) 用于功能块之间通讯
博大精深、细致入微
沈阳中科博微自动化技术有限公司 MicroCyber Inc.
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
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。
博大精深、细致入微
沈阳中科博微自动化技术有限公司 MicroCyber Inc.
FF现场总线电缆
采用现场总线专用电缆
ff现场总线的特点和在工程中的应用
ff现场总线的特点和在工程中的应用一、FF现场总线的概述FF现场总线是一种数字通信协议，它是Foundation Fieldbus（FF）组织制定的。
FF现场总线在工业自动化领域得到了广泛应用，它可以实现设备之间的数据交换和控制指令传输。
与传统的模拟信号传输方式相比，FF现场总线具有更高的可靠性和稳定性。
二、FF现场总线的特点1. 可靠性高：FF现场总线采用数字通信方式，数据传输稳定可靠，不受干扰。
2. 灵活性强：FF现场总线可以实现多种类型的设备之间的数据交换和控制指令传输。
3. 扩展性好：FF现场总线可以根据需要进行扩展或升级，支持多种不同类型的设备连接。
4. 易于维护：由于采用数字通信方式，故障排查和维护更加方便快捷。
三、FF现场总线在工程中的应用1. 控制系统：在控制系统中，使用FF现场总线可以实现各个设备之间的数据交换和控制指令传输。
例如，在化工厂中，使用FF现场总线可以将各个过程变量（如温度、压力、流量等）传输到控制室的控制系统中，实现对生产过程的监控和控制。
2. 仪表系统：在仪表系统中，使用FF现场总线可以实现各个仪表之间的数据交换和控制指令传输。
例如，在炼油厂中，使用FF现场总线可以将各个流量计、压力计、温度计等仪表的测量值传输到控制室的监视系统中，实现对生产过程的监视和调节。
3. 电力系统：在电力系统中，使用FF现场总线可以实现各个设备之间的数据交换和控制指令传输。
例如，在发电厂中，使用FF现场总线可以将各个变压器、开关柜等设备的状态信息传输到运行监视系统中，实现对电力系统运行状态的监视和调节。
四、FF现场总线在应用中需要注意的问题1. 设备兼容性问题：由于不同厂家生产的设备可能存在兼容性问题，因此在选择设备时需要注意其是否支持FF现场总线协议。
2. 网络拓扑结构问题：在设计网络拓扑结构时需要考虑网络带宽、延迟等因素，并根据具体应用需求进行合理规划。
3. 安全问题：由于FF现场总线采用数字通信方式，数据的安全性需要得到保障。
FF现场总线及应用实例
FF现场总线及应用实例l.FF 现场总线特点基金会现场总线(Foundation Fieldbus)通常称为FF 现场总线，它分为HI 和四两级总线。
HI 采用符合IEC 61158-2 标准的现场总线物理层;H2 则采用高速以太网为其物理层。
HI 现场总线物理层的主要电气特性如下:采用位同步数字化传输方式;传输波特率为31. 25kb/s;驱动电压9~32VDC;信号电流土如lA.;电缆型式屏蔽双绞线;接线拓扑结构可采用线型、树型、星型或者符合型;电缆长度小于等于1900m(无中继器时);分支电缆的长度30~12Om;挂界设备数量小于等于32 台(无中继器时);可用中继器小于等于4 台;适用防爆方法有本质安全防爆方法等。
HI 现场总线在一根屏蔽双绞线电缆上完成对多台现场仪表的供电和双向数字通信。
控制系统所配备的HI 网卡通常只负责与现场仪表的双向通信。
而总线的供电则需由专门的FF 配电器完成。
HI 总线以段为单位，每块HI 网卡有两个端口，每个端口连接一个段，而每一段需配一台FF 配电器。
总线的两端还需各配一个终端电阻，以消除高频信号的回声。
2.基于FF 现场总线的球团竖炉控制系统根据FF 总线系统体系结构，结合竖炉造球生产的工艺特点，将竖炉造球控制系统结构设计如下，如图10-2 所示。
整个系统由配料烘干电气控制系统、造球筛分电气控制系统、竖炉本体电气控制系统、成品运输电气控制系统和过程检测(仪表)控制系统等子系统组成。
过程检测(仪表〉控制系统包括若干HI 子系统，采用总线拓扑结构，通过HSEJHl 网关与网络集线器连接;系统中的各电气控制系统由NCS-300OFF 分布式智能I/O 组成，将传统的离散数据和过程控制中标准的4~2 伽lA 模拟仪表信号引人系统，完成安全连锁等功能;各电气控制系统、仪表控制系统和上位机，如操作站(人机接口)、工程师站(组态与诊断)、生产调度(企业资源计划)工作站和管理工作站等，通过工业以太网与网络集线器连接，采取星型拓扑结构。
基金会现场总线技术（FF）在旅大油田的应用
基金会现场总线技术（ FF）在旅大油田的应用摘要：现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。
它的出现，标志着工业控制技术领域又一个新时代的开始，并将对该领域的发展产生重要影响。
自20世纪90年代中期以来，中国海洋石油总公司（以下简称中海油）相关技术人员持续跟踪关注现场总线这一标志自控领域一场革命的技术，并于2002年首次提出将现场总线技术应用于旅大油田开发项目，获得了上级批准并进行实施，这项新技术的实施标志着海洋石油自动化新时代的开始。
关键词：现场总线海洋石油自动化一、现场总线技术的优越性以FF为例，现场总线技术主要有以下优越性：(1)FF现场总线系统安装材料与调试工作量减少现场总线的I/O系统卡件和布线简单，减少相应的设计、安装的工作量及控制室占用面积。
旅大10-1平台于2005年1月28日正式投产，项目能够提前62天投产，现场总线技术的应用功不可没。
在项目的设计、安装、调试阶段，对于现场总线技术的优越性，人们已有了初步体会。
由于采用了现场总线技术，使得设计、绘图的工作量简化，布线及调试时间大大缩短，安装成本得以降低。
(2)FF现场设备的全数字化、智能化与功能自治化现场总线设备将微处理器置入现场测量控制仪表中，具有数字计算和数字通信能力。
数字信号使设备的信息量大大增加，传输抗干扰能力强，精确度高，减少了传送误差，提高系统的可靠性。
传感测量、补偿计算、工程量处理与基本控制等功能在现场总线设备中完成，而且为现场设备更高级的智能化提供了平台空间。
现场总线控制系统是全分散性的体系结构，双向通信的提供，使得功能块可以下载到现场仪表设备当中，原来在DCS控制器中完成的控制计算功能可以分散到现场仪表设备中完成，从而分散了由于系统故障而造成的风险，实现了真正意义上的分散控制。
(3)FF现场总线具有开放性、互操作性与互用性如果说FF-H1总线现场设备的可互操作性使现场总线达到了DCS系统的4～20mA的信号互连的水平，而高速以太网现场总线HSE的可互操作性则达到了DCS系统控制总线的开放的水平。
第7章 基金会现场总线FF
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7.1.2 基金会现场总线网络拓扑
1. 单网段拓扑 2.桥接网络拓扑
PID（链路 主设备）
模拟量输入 （基本设备）
模拟量输出 （基本设备）
单网段拓扑图
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FF总线拓扑结构
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现场总线的分散控制模块
操作站
LAN
现场总线
服务器 差压变送器 调节阀
PID 控 制 功 能 块
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开关量输入功能块DI
图7-14 OUT_D
开关量输出功能块DO
图7-15
CAS_IN_D
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PID算法功能块
图7-16 CAS_IN，IN，PV_SCALE FF_VAL，FF_SCALE OUT，OUT_SCALE
PID参数
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FF协议物理层H1标准
低速总线H1 —31.25Kbps已完成标准制定 (IEC1158-2) 用于过程自动化 直流电压供电范围为9-32VDC，信号电压0.751V，H1的物理信号波形如图7-4所示 不考虑本安时一条总线上可以连接32台仪表 两线制传输，最远传输距离1900米 最多可以加四个中继器 拓扑结构：总线型或树型
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（2）转换块 描述了现场设备的I/O特性，如传感器和执行 器的特性。提供功能块的设备入口。 7类标准的转换块：带标定的标准压力变换块、 带标定的标准温度变换块、带标定的标准液位变 换块、带标定的标准流量变换块、标准的基本阀 门定位块、标准的先进阀门定位块、标准的离散 阀门定位块。
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现场总线FF在分布式控制系统中的运用
现场总线FF在分布式控制系统中的运用合肥工业大学计算机与信息学院计算机系级方向综合设计报告方向:分布式控制与嵌入式系统课题题目:现场总线FF在分布式控制系统中的应用姓名:专业班级:学号:指导教师:一、设计目的和内容:设计目的:了解分布式控制系统和FF总线,并掌握其通信规程;设计内容:掌握和了解分布式控制系统的结构以及组成,现场总线FF在分布式控制系统中的作用,尝试编写一个符合规约的通信软件。
二、背景知识:FF(Fieldbus Foundation)现场总线简介FF总线系统体系结构FF现场总线基金会是由WORLDFIP NA(北美部分,不包括欧洲)和ISP Foundation于1994年6月联合成立的,它是一个国际性的组织,其目标是建立单一的、开放的、可互操作的现场总线国际标准。
这个组织给予了IEC现场总线标准起草工作组以强大的支持。
这个组织当前有l00多成员单位,包括了全世界主要的过程控制产品及系统的生产公司。
1997年4月这个组织在中国成立了中国仪协现场总线专业委员会(CFC)。
致力于这项技术在中国的推广应用。
FF成立的时间比较晚,在推出自己的产品和把这项技术完整地应用到工程上相对于Profibus和WORLDFIP要晚。
可是正由于FF是1992年9月成立的,是以Fisher Rosemount公司为核心的ISP(可互操作系统协议)与WORLDFIP NA两大组织合并而成的,因此这个组织具有相当实力:当前FF在IEC现场总线标准的制订过程中起着举足轻重的作用。
FF(HSE) 现场总线即为IEC定义的H2总线,它由Fieldbus F oundation(FF)组织负责开发,并于1998年决定全面采用已广泛应用于IT产业的高速以太网(highspeed ethernet HSE)标准。
该总线使用框架式以太网(Shelf Ethernet)技术,传输速率从100Mbps 到1Gbps或更高。
HSE完全支持IEC 61158现场总线的各项功能,诸如功能块和装置描述语言等,并允许基于以太网的装置经过一种连接装置与H1装置相连接。
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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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 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80 mA。 • 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。
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）
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
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
电源
Fieldbus
接地，仪表和 总线共地
现场总线电源
每个现场总线网络/网段都需要电源
基础系统设计
- FF 段落设计理念
1) 仪表索引 2) I/O点数 3) 回路图 设计要求 1) 控制台&辅助机柜 2) 子系统 3) 辅助设备
硬件设计
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
A
现场总线执行过程 : 示例 (2/3)
端到端
树型 菊花链
分支
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
里程碑
A
由供方提供
FF 部分具体设计
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
软件设计
B
现场总线项目执行过程 : 示例(3/3)
由设计院/工程公司提供
1) 接 线 箱 与 机 柜 要 求 2) 电 线 电 缆 需 求 3) 详 细 安 装 1) 回 路 图
– 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
FF现场总线通讯协议
现场设备 1
用户通过“功能块”来进行交互
现场设备 2
用户层
“协议栈” 处理 通信
用户层
通信栈
通信栈
物理层
设备连接到网络
物理层
现场网络
最大允许长度1900米
FF现场总线电缆
分支电缆的最大长度
连接仪表数量 19-24 15-18 13-14 分支长度 （本安型） 30m 30m 30m 分支长度 （非本安型） 30m 60m 90m
1-12
30m
120m
FF现场总线通用组件
电缆
接线终端
封盖
接线盒
压盖
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
现场总线项目执行过程:示例 (1/3)
由需方提供的
1) PJT 进度表 2) PJT 组织 3) 询价说明 4) FF设计要求
里程碑 开工会
由供方提供的
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) FF 系统设计说明 - FF 段落设计说明
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9V
FF现场总线网段电流计算
总的总线网段电流 = Iq1 + lq2 + lq3 +…
• 以H1模块或者HSE模块形式接入
– ABB AC800F
– Emerson DeltaV
– Microcyber NCS4000
FF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
网段
总线终端 电源调节 电源
100 Ohms 1uF
总线终端
分支 接地
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
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：
里程碑
B
由供方提供
1) 2) 3) 4) 5) 6)
通信数据清单 流程图表数据清单 报表格式 功能键设定 组别设定 趋势图组别设定
2) 接 线 箱 端 子 设 定
软件生成 系统实行 内部测试
工厂验收步骤
工厂验收 交付
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：
FF现场总线设备标识
• DeviceID
– 设备ID，唯一标识设备
• Node Address
– 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（No TAG）
设置位号后进入
• No Address
设置地址后进入
• 可操作状态（Operational）
来自B厂家的设备
现场总线
主机
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
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
由设计院/工程公司提供
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
1) 复 杂 回 路 流 程 2) 3) 4) 5) 复杂回路概述和功能块 顺控和连锁逻辑 流程图 子系统通信规格 订单与生产 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
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
高速以太网 100Mbps
网关
HSE
H1
低速总线 31.25kbps
阀门
执行器
压力仪表
马达启动
温度仪表
FF现场总线功能块
HMI H1 Fieldbus FT AI-110 PID-110
FC
AO-110
每个设备： 资源块 变换块 功能块
Process
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
FF现场总线功能块参数
• 功能块的模态（Mode）
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
– 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