现场总线控制系统设计与应用

现场总线控制系统的设计与应用

中国天辰工程有限公司上海分公司姚克磊

摘要：阐述了现场总线的发展及基金会现场总线（以下简称FF）的特点和拓扑结构，根据基金

会现场总线在BAYER涂料项目中的应用，详细介绍了FF控制系统、FF现场仪表选型、FF现

场总线网段设计、现场总线配线设计等工程设计过程及其与常规控制系统的不同，并阐述了FF

现场总线在项目中出现的一些问题，以及优缺点。

关键词：基金会现场总线拓扑图网段FF总线

中图分类号：TP273.+5文献标志码：B

Fieldbus Control System Design and Application

YAO Ke-lei

(China Tianchen Engineering Corp.Shanghai Branch)

Abstract:Describes the development,features and topology of the Fieldbus Foundation Fieldbus (FF),according to the application of the Foundation Fieldbus in BAYER paint project,Introduced the FF control system,FF field instrument selection,FF segment design,FF wiring design, Simultaneously introduced the differences between the process of engineering design and the systems with conventional control system and elaborated FF some of the problems,as well as advantages and disadvantages in the project.

Key words:Fieldbus Foundation Fieldbus;Topology;segment;FF

0引言

生产过程控制在经历了自动控制、集中控制与分散控制之后，随着控制技术、计算机技术、通信技术以及网络技术的快速发展，上世纪八十年代出现的基于现场总线的控制系统在近几年

内日趋完善。现场总线技术自推广以来，已经在全世界范围内应用于冶金、汽车制造、石油化

工等许多领域[1]。

1现场总线技术简介

现场总线是一种连接智能仪表和自动化系统间双向和多支路的数字通讯系统。它应用于过

程控制的现场设备的局域网，并通过此网络建立起一种具有控制现场智能设备能力的系统。

现场总线技术在经历了群雄并起，分散割据的初始阶段后，尽管已经有一定范围的磋商合并，但至今尚未形成完整统一的国际标准。目前已开发出的现场总线有：P-Net，Device Net，Swift Net，Interbus，Modbus，Word FIP，Long-Works等；但其中应用最广泛的有：FF，Profibus，HART和CAN[2]。本文主要阐述了BAYER涂料项目中的FF总线的应用情况。

1.1FF现场总线特点

基金会现场总线有两种通讯速率形式，分别为H1和H2，其中H1的传输速率为31.25Kbps，通讯距离能达到1.9km，支持总线供电和本质安全防爆环境，H2的传输速率为1Mbps和2.5Mbps两种，通讯距离为750m和500m。

FF总线网络通过商用交换机或路由器就可以连接到INTERNET上，只要拥有相应的客户端软件和相应的权限，用户在任何地方都可以通过INTERNET对生产过程进行远程系统组态、调试和

故障诊断。

1.2FF的拓扑结构

FF总线采用单点型、总线型、树型和菊花链型等四种结构，其中总线型采用一种主干电缆，再分出多根分支电缆，每根分支电缆上接一台现场设备；树型是主干电缆上，一个端点分出多个分支；菊花链型是只有主干电缆，即现场设备都接在主干电缆上。在实际应用中这四种结构可混合使用。如图1所示。

图1拓扑图

2FF总线在BAYER涂料项目的应用

2.1FF总线控制系统选型

FF总线控制系统选型除了从系统的开放性、有效性、安全性、可靠性、可用性及维护性等

原则来考虑，还需要从实用性等方面，同时更主要的是根据实际项目的工艺特点，在满足工艺

要求的原则下来考虑[3]。本项目结合该项目的工艺特点及要求，采用的是EMERSON的DeltaV 控制系统。

另外，由于FF总线装置目前投入费用比较高，因此本项目主要在模拟量信号中应用现场

总线结构，主要仪表包括两线制、四线制变送器和阀门定位器等，对于开关量信号和用于ESD

的信号则没有采用FF现场总线。

2.2FF现场仪表选型

在FF总线仪表的设计与选型方面，由于现场总线仪表的控制功能是在现场实现，因此现

场总线仪表与常规仪表的选型设计有所区别，其原因是：

1、现场总线仪表的功能由仪表所带功能模块决定。同类型被测变量的变送器如果所带的功

能模块不同，所具有的功能也不同。因此，在现场总线仪表选型设计时，应根据不同的应用场

合选用带有不同功能模块的FF仪表。

2、现场总线仪表的版本不同，其所带的功能模块的类型和数量也不同。这是现场总线仪表

选型时需要注意的问题。通常，在常规仪表选型时，不必考虑仪表的版本。因此，现场总线仪

表选型设计时，应该考虑仪表版本的影响。

3、由于FF总线仪表都是通过FF总线进行通讯的，因此，现场总线仪表的功能模块所处

位置不同，将影响总线上的通信量。合理的选择FF总线仪表，可以减少通信量。该涂料项目

位于防爆区域2区内，所以本项目FF仪表最终主要选型是EMERSON相应的无火花型FF总线

仪表。

2.3FF现场总线网段（Segment）设计