现场总线--FF现场总线
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
FF DP Modbus AMS 智能设备管理软件
现场仪表概况
Rosemount® 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
长兴面临的挑战
玻璃窑炉附近温度可达到90摄氏度，平时 仪表维护人员很难接近现场的仪表对设备进 行检查与维护。
我们期望能有智能的并且稳定的技术能够帮 助我们减少设备维护的成本。
选择FF技术的原因
1. FF技术可以稳定工作在恶劣的工作环境中 2. 大大减少现场维护，维修 3. DCS画面可以显示设备故障状态，减少现场解
决故障的时间。 4. 节省电缆数量，降低工程施工的复杂程度和
材料费用，单台仪表的多点测量，减少了仪 表台件数。
FF技术的优势（二）
使用FF总线后，大大减少了控制部件和控制 机柜的数量，在长兴项目中，只使用了两个 个标准机柜，从而减少了机房的面积。由于 一条总线网段，可以连接10台FF现场变送 器和FF阀门定位器。所以现场与中控室的连 接电缆也大大减少，在长兴项目中，进中控 室的主槽板，仅使用500X200槽板。不仅减 少了材料成本，而且减少了安装工作量，节 省了安装时间。
FF技术的优势（四）
FF技术的现场控制使现场仪表全部具有控制 功能。
在长兴项目中，我们将所有的PID控制功能 模块全部下装到阀门定位器中，现场测量仪 表与控制阀直接通讯，构成控制回路。这样 大大降低了控制器的负荷，由于每个回路都 有各自的运算能力，因此我们将所有的回路 的刷新速度都设置到200毫秒左右，大大缩 短了控制周期，从而提高了控制精度。而控 制器的负荷没有任何增加。
简介FF
它是由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。这个组织目前有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）。
FF技术的优势（三）
使用FF智能仪表，在控制室就可用的DCS画 面上完成可以完成绝大部分的调试。
在项目开车阶段，我们采用AMS智能仪表管 理软件对现场仪表进行调试和诊断。随时可 以发现现场仪表的安装过程中存在的问题。 例如热电阻和热电偶接线错误等。这样我们 可以实现零故障开车的。
日常维护也需要充分利用总线的自诊断功能， 强化电子巡检。
主要技术 FF协议结构 物理层 数据链路层 现场总线访问子层 现场总线报文规范层
主要技术
1.基金会现场总线的通信技术 2.标准化功能块FB和功能应用进程FBAP 3.设备描述DD和设备描述语言DDL 4.现场总线通信控制器和智能仪表或工业控制
计算机之间的接口技术 5.系统集成技术 6.系统测试技术
它分为H1和H2两级总线。H1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。
它以ISO/ISO开放系统互连模式为基础，取其物理层、数 据链路层、应用层为FF通信模式的相应层次，并在应用层 上增加 用户层。
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。
FF提供一个通用结构，把实现控制系统所 需的各种功能划分为功能模块，使其公共特 征标准化，规定它们各自的输入、输出、算 法、事件、参数和块控制图，并把它们组成 可在某个现场设备中执行的应用进程。便于 实现不同制造商产品的混合组态与调用。功 能块的通用结构是实现开放系统构架的基础 ，也是实现各种网络功能与自动化功能的基 础。
变送器投资：到目前为止，总线仪表比常规的 HART仪表单件价格要高，但如果考虑到多变量传 输等方式，实际总价格要比传统的HART仪表成本 低。
每个网段的实际仪表台件数对整个项目的成本有 较大的影响。因此最好充分利用网段的通讯能力。 选择平均8~10个仪表为合适。
系统投用后，运营成本大大减小。
总结
返回
物理层
功能：用于实现现场物理设备与总线之间的连接。
物理层从通讯栈接收消息，并将其转换成物理信号，然后 发到现场总线的传送介质之上；物理层也负责这一过程的 逆过程。 转换工作包括添加和去除前导码、开始定界符与结束定界 符。 现场总线信号的编码使用曼切斯特双相-L技术。该信号称 为“同步序列”，因为始终信息已加于串行数据流之上。 数据和时钟信号结合在一起即产生现场总线信号。 现场总线信号接收端将时钟周期一半时的上跳沿解释为逻 辑“O”，而将下跳沿解释为逻辑“1”。
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。
FF现场总线技术
简介现场总线
现场总线 （Fieldbus）是连接智能现场设备 和自动化系统的数字式、双向传输、多分支 结构的通信网络。是基于现场对象的通信网 络与控制系统的集成。它是九十年代刚刚兴 起的新一代全分布式控制系统的核心技术。 伴随着数字化时代的来临，现场总线控制系 统(Fieldbus Control System, FCS)必将取代 传统的DCS控制系统，而成为工业自动化的 主流。
FF技术的优势（一）
总线网段的多挂接与仪表多变量传输是这次项目 中的一个亮点。在长兴每个网段平均挂接10台仪 表。减少了电缆用量的总数
我们在温度测量过程中充分利用了总线仪表的多 变量的特性，窑炉的236个温度监控使用了35台艾 默生的848T多点温度变送器。最多的一个网段接 了7台848T仪表。该网段有56个温度测量点，一 个网段就可以节省将近50多根电缆和40测温仪表。 经济效益显著。
返回
设备描述是为了实现现场总线的互操作行 ，支持标准的功能操作，是控制系统为理解 来自现场设备的数据意思提供必需的信息， 可以将其看做控制系统或主机对某个设备的 驱动程序。
设备描述语言是一种用以进行设备描述的 标准化编程语言。采用设备描述编译器，吧 DDL编写的设备描述的源程序转化为机器可 读的输出文件。
具体如下图所示
返回
返回
基金会现场总线通信技术包括基金会现场 总线通信模型、通信协议、通信控制器芯片 、网络与系统管理等内容。它涉及一系列与 网络相关的软硬件，例如通信笺软件、被称 之为原卡的仪表用通信接口卡、FF与计算机 的接口卡、各种网关、网桥、中继器等。它 是现场总线的核心基础技发中，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。
返回
系统集成技术包括通信系统与控制系统的 集成。例如网络通信系统组态、网络拓扑、 配线、网络系统管理、控制系统组态、人机 接口、系统管理维护等。这是一项集控制、 通信、计算机、网络等多方面的知识和软硬 件于一体的综合性技术。
返回
FF协议结构
FF总线系统功能体系结构 及火电厂FF总线系统设想框架
通过这几年的发展，新的FF总线系统的功能体系结 构已经基本形成。结构图如图一所示，体系共分为 五个层次。 最底层是H1层。它的特点是可以总线供电，可以通 过中继器延长电缆距离。网段的调度设备（LAS） 可以冗余。可以在仪表中运行功能块，使控制功能 分散到现场仪表。可以用于本质安全防爆环境。 第二层是HSE层。它是高性能的控制干线，通讯速 率达到100Mbit/s。采用标准以太网设备和网络。通 过联接设备可以集成H1子系统。HSE可以选择冗余 。通过HSE不但能够运行标准的功能块，而且可以 运行灵活功能块，以满足批量控制和混合控制的需 要。 第三层是OPC数据交换层(OPC DX)。在这一层，服 务器与服务器之间可以交换数据。从而使数据可以 用于支持各种应用软件包。例如，应用于ERP系统 ，资产管理系统（Asset Management），历史数据 处理，最优化算法，数据仓库等。通过OPC Dx还可 以与非FF系统进行数据交换。 第四层是上述的各种应用软件包在这一层运行。 第五层是MIS系统。将过程数据用于全厂管理。
返回
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 在浙江玻璃股份有限公司 长兴工厂的应用
使用经验（二）
在FF总线系统中，FF总线型仪表选型是系 统中的重要一环。
不仅仅需要有总线基金会的互操作认证，而且 需要DCS厂商测试过的列表。
总线仪表的各种控制运算功能的确认，不是每 个厂商的仪表都有相同的运算功能，一定要确 认仪表的所有支持的控制功能。
投资分析
系统投资：由于FF总线产品模块的数量减少，故 其系统投资与常规DCS系统的系统投资略有增加。
浙波长兴工厂项目简介
浙江长兴玻璃有限公司是浙江玻璃股份有限 公司的子公司，其一条800T/D于今年3月28 日建成投产。该项目总体投资为4亿元人民 币，其电气仪表设备的投入为4000万元。 该生产线主要生产4－19mm的汽车玻璃和 幕墙玻璃。
FF自控系统配置
DeltaV 9.3 系统规模1400DST 大规模采用总线系统设备
使用经验（一）
现场的接线施工的质量对于总线通讯质量要 求非常重要。
总线电缆与动力电缆不能放在同一个桥架槽板 内，这样会干扰仪表通讯，出现通讯故障。
一定要做到总线电缆的屏蔽线单端接地。工程 中保证不错误接地，通讯电缆的外皮也要防止 被磨破。
目前，存在着工程安装人员的平均知识层次不 高，需要厂商强化在安装及维护方面的培训知 识。
现场仪表概况
Rosemount® 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
长兴面临的挑战
玻璃窑炉附近温度可达到90摄氏度，平时 仪表维护人员很难接近现场的仪表对设备进 行检查与维护。
我们期望能有智能的并且稳定的技术能够帮 助我们减少设备维护的成本。
选择FF技术的原因
1. FF技术可以稳定工作在恶劣的工作环境中 2. 大大减少现场维护，维修 3. DCS画面可以显示设备故障状态，减少现场解
决故障的时间。 4. 节省电缆数量，降低工程施工的复杂程度和
材料费用，单台仪表的多点测量，减少了仪 表台件数。
FF技术的优势（二）
使用FF总线后，大大减少了控制部件和控制 机柜的数量，在长兴项目中，只使用了两个 个标准机柜，从而减少了机房的面积。由于 一条总线网段，可以连接10台FF现场变送 器和FF阀门定位器。所以现场与中控室的连 接电缆也大大减少，在长兴项目中，进中控 室的主槽板，仅使用500X200槽板。不仅减 少了材料成本，而且减少了安装工作量，节 省了安装时间。
FF技术的优势（四）
FF技术的现场控制使现场仪表全部具有控制 功能。
在长兴项目中，我们将所有的PID控制功能 模块全部下装到阀门定位器中，现场测量仪 表与控制阀直接通讯，构成控制回路。这样 大大降低了控制器的负荷，由于每个回路都 有各自的运算能力，因此我们将所有的回路 的刷新速度都设置到200毫秒左右，大大缩 短了控制周期，从而提高了控制精度。而控 制器的负荷没有任何增加。
简介FF
它是由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。这个组织目前有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）。
FF技术的优势（三）
使用FF智能仪表，在控制室就可用的DCS画 面上完成可以完成绝大部分的调试。
在项目开车阶段，我们采用AMS智能仪表管 理软件对现场仪表进行调试和诊断。随时可 以发现现场仪表的安装过程中存在的问题。 例如热电阻和热电偶接线错误等。这样我们 可以实现零故障开车的。
日常维护也需要充分利用总线的自诊断功能， 强化电子巡检。
主要技术 FF协议结构 物理层 数据链路层 现场总线访问子层 现场总线报文规范层
主要技术
1.基金会现场总线的通信技术 2.标准化功能块FB和功能应用进程FBAP 3.设备描述DD和设备描述语言DDL 4.现场总线通信控制器和智能仪表或工业控制
计算机之间的接口技术 5.系统集成技术 6.系统测试技术
它分为H1和H2两级总线。H1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。
它以ISO/ISO开放系统互连模式为基础，取其物理层、数 据链路层、应用层为FF通信模式的相应层次，并在应用层 上增加 用户层。
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。
FF提供一个通用结构，把实现控制系统所 需的各种功能划分为功能模块，使其公共特 征标准化，规定它们各自的输入、输出、算 法、事件、参数和块控制图，并把它们组成 可在某个现场设备中执行的应用进程。便于 实现不同制造商产品的混合组态与调用。功 能块的通用结构是实现开放系统构架的基础 ，也是实现各种网络功能与自动化功能的基 础。
变送器投资：到目前为止，总线仪表比常规的 HART仪表单件价格要高，但如果考虑到多变量传 输等方式，实际总价格要比传统的HART仪表成本 低。
每个网段的实际仪表台件数对整个项目的成本有 较大的影响。因此最好充分利用网段的通讯能力。 选择平均8~10个仪表为合适。
系统投用后，运营成本大大减小。
总结
返回
物理层
功能：用于实现现场物理设备与总线之间的连接。
物理层从通讯栈接收消息，并将其转换成物理信号，然后 发到现场总线的传送介质之上；物理层也负责这一过程的 逆过程。 转换工作包括添加和去除前导码、开始定界符与结束定界 符。 现场总线信号的编码使用曼切斯特双相-L技术。该信号称 为“同步序列”，因为始终信息已加于串行数据流之上。 数据和时钟信号结合在一起即产生现场总线信号。 现场总线信号接收端将时钟周期一半时的上跳沿解释为逻 辑“O”，而将下跳沿解释为逻辑“1”。
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。
FF现场总线技术
简介现场总线
现场总线 （Fieldbus）是连接智能现场设备 和自动化系统的数字式、双向传输、多分支 结构的通信网络。是基于现场对象的通信网 络与控制系统的集成。它是九十年代刚刚兴 起的新一代全分布式控制系统的核心技术。 伴随着数字化时代的来临，现场总线控制系 统(Fieldbus Control System, FCS)必将取代 传统的DCS控制系统，而成为工业自动化的 主流。
FF技术的优势（一）
总线网段的多挂接与仪表多变量传输是这次项目 中的一个亮点。在长兴每个网段平均挂接10台仪 表。减少了电缆用量的总数
我们在温度测量过程中充分利用了总线仪表的多 变量的特性，窑炉的236个温度监控使用了35台艾 默生的848T多点温度变送器。最多的一个网段接 了7台848T仪表。该网段有56个温度测量点，一 个网段就可以节省将近50多根电缆和40测温仪表。 经济效益显著。
返回
设备描述是为了实现现场总线的互操作行 ，支持标准的功能操作，是控制系统为理解 来自现场设备的数据意思提供必需的信息， 可以将其看做控制系统或主机对某个设备的 驱动程序。
设备描述语言是一种用以进行设备描述的 标准化编程语言。采用设备描述编译器，吧 DDL编写的设备描述的源程序转化为机器可 读的输出文件。
具体如下图所示
返回
返回
基金会现场总线通信技术包括基金会现场 总线通信模型、通信协议、通信控制器芯片 、网络与系统管理等内容。它涉及一系列与 网络相关的软硬件，例如通信笺软件、被称 之为原卡的仪表用通信接口卡、FF与计算机 的接口卡、各种网关、网桥、中继器等。它 是现场总线的核心基础技发中，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。
返回
系统集成技术包括通信系统与控制系统的 集成。例如网络通信系统组态、网络拓扑、 配线、网络系统管理、控制系统组态、人机 接口、系统管理维护等。这是一项集控制、 通信、计算机、网络等多方面的知识和软硬 件于一体的综合性技术。
返回
FF协议结构
FF总线系统功能体系结构 及火电厂FF总线系统设想框架
通过这几年的发展，新的FF总线系统的功能体系结 构已经基本形成。结构图如图一所示，体系共分为 五个层次。 最底层是H1层。它的特点是可以总线供电，可以通 过中继器延长电缆距离。网段的调度设备（LAS） 可以冗余。可以在仪表中运行功能块，使控制功能 分散到现场仪表。可以用于本质安全防爆环境。 第二层是HSE层。它是高性能的控制干线，通讯速 率达到100Mbit/s。采用标准以太网设备和网络。通 过联接设备可以集成H1子系统。HSE可以选择冗余 。通过HSE不但能够运行标准的功能块，而且可以 运行灵活功能块，以满足批量控制和混合控制的需 要。 第三层是OPC数据交换层(OPC DX)。在这一层，服 务器与服务器之间可以交换数据。从而使数据可以 用于支持各种应用软件包。例如，应用于ERP系统 ，资产管理系统（Asset Management），历史数据 处理，最优化算法，数据仓库等。通过OPC Dx还可 以与非FF系统进行数据交换。 第四层是上述的各种应用软件包在这一层运行。 第五层是MIS系统。将过程数据用于全厂管理。
返回
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 在浙江玻璃股份有限公司 长兴工厂的应用
使用经验（二）
在FF总线系统中，FF总线型仪表选型是系 统中的重要一环。
不仅仅需要有总线基金会的互操作认证，而且 需要DCS厂商测试过的列表。
总线仪表的各种控制运算功能的确认，不是每 个厂商的仪表都有相同的运算功能，一定要确 认仪表的所有支持的控制功能。
投资分析
系统投资：由于FF总线产品模块的数量减少，故 其系统投资与常规DCS系统的系统投资略有增加。
浙波长兴工厂项目简介
浙江长兴玻璃有限公司是浙江玻璃股份有限 公司的子公司，其一条800T/D于今年3月28 日建成投产。该项目总体投资为4亿元人民 币，其电气仪表设备的投入为4000万元。 该生产线主要生产4－19mm的汽车玻璃和 幕墙玻璃。
FF自控系统配置
DeltaV 9.3 系统规模1400DST 大规模采用总线系统设备
使用经验（一）
现场的接线施工的质量对于总线通讯质量要 求非常重要。
总线电缆与动力电缆不能放在同一个桥架槽板 内，这样会干扰仪表通讯，出现通讯故障。
一定要做到总线电缆的屏蔽线单端接地。工程 中保证不错误接地，通讯电缆的外皮也要防止 被磨破。
目前，存在着工程安装人员的平均知识层次不 高，需要厂商强化在安装及维护方面的培训知 识。