1、FF现场总线现场总线的的设计设计和和应应用用2现场总线的构成单现场总线的构成单元元工作站变送器人机界面终端电阻供电接线盒H1 Bus 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H1 Bus3如何设计如何设计H1网段？网段？网段负载网段负载 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初步的初步的 P&ID图图了解设备的分布和相关性5使用使用P&ID 图纸来图纸来帮助确定帮助确定现场总线的接线现场总线的接线控制室控制室PCH1 现场总线现场总线#1网段网段H1 现
2、场总线现场总线#2网段网段 CV-101 A/O IP102201921 AT107A LT101 AT107B TT105 AT106Re-BurnedLime LT108 PurchasedLime LT112 Green Liquor Storage IP104A IP104BHeaterCooler LT111 SC111 SC112 SC108 DT109 FT110 SC110 TT104 FT102 AT10324252322H1 现场总线现场总线#3 网段网段6根据仪表位置、关联性初步划分网段走向根据仪表位置、关联性初步划分网段走向配管配线平面图配管配线平面图仪表槽板敷设图仪表
3、槽板敷设图7估计网段长度估计网段长度分支长度分支长度主干线长度主干线长度按上表中最大值选择长度按上表中最大值选择长度8常规应用常规应用现场控制室控制系统控制系统24Vdc24Vdc电源调节器电源调节器OR安全区现场接线器现场接线器9危险区应用危险区应用现场控制室24Vdc控制系统控制系统危险区基金会现场总线设备基金会现场总线设备现场接线器?保护?10FISCO SolutionParameterEntityFISCOUi24V17.5VIi250mA380mAPi1.2W5.32WCi5nF5nFLi20H10HFieldbus Intrinsic Safety Concept用于总线本质安全
4、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11FISCO power supplyFieldControl roomControl systemFISCO field devicesZone 1Division 124Vdc24Vdc Ex i TrunkLive-workable Ex i spurLive-workableEEx ia certified FISC
5、O deviceZone 0现场接线器12可连接多少现场设备?MTL5053(Entity),IIC/IIB Gas GroupsFISCO,IIC Gas GroupsFISCO,IIB Gas Groups80mA available,typically 4 or 5 devices120mA available,typically 8 devices265mA available,typically 17 devicesZone 1/Division 1假设每台设备假设每台设备15mA13FieldControl roomEx i spurLive-workableControl sys
6、temFISCO or Entity field devicesZone 2/Zone 1Ex e Trunk24VdcPower conditionerZone 0/Zone 124Vdc24Vdc14电缆类型电缆类型类型类型 电缆特征电缆特征 规格规格 最大长度最大长度 A 屏蔽,单对双绞#18 AWG 1900mB多对双绞，总屏蔽#22 AWG 1200mC多对双绞，不带屏蔽#26 AWG 400mD多芯不双绞，不带屏蔽#16 AWG200m越高的质量 越长的距离 15国内国内FF H1总线电缆总线电缆16执行速度执行速度 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
7、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18Data Transfer(DT)Compel Data(CD)Fieldbus Host DeviceLink Active Scheduler(LAS)PIDAOAI19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20Trend Data Transfer(DT)Pass Token
8、(PT)Fieldbus Host DeviceLink Active Scheduler(LAS)PIDAOAISinkSource21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23Data Transfer Confirmed Read Request(DT)Fieldbus Host Dev
9、iceLink Active Scheduler(LAS)PIDAOAIClientServer24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2526出版方出版方/预定者预定者在控制器中执行PID3 CD VCRs1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27出版方出版方/预定者预定者在变送器中执行PID2 CD VCRs1变送器到阀门PID 在变送器中2阀门到变送器28出版方出版方/预定者预定者在阀门定位器中执行PID0 CD VCR1变送器到阀门PID 在阀门中29下放到现场的控制功能下放到现场的控制功能P
10、IDInput 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30过程安全级别要求过程安全级别要求1 1 级阀门级阀门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
11、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 2 级阀门级阀门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
12、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 3 级阀门级阀门此类阀门失效时
13、,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）过程安全级别要求（续）32仪表规格表中应该包括以下内容仪表规格表中应该包括以下内容 工作电压(9-32 volts)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
14、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 投运的检测工具投运的检测工具37示波器示波器AC200mV/Division10ms/Divisio
15、nFluke 19938系统内置的网段和设备通讯诊断系统内置的网段和设备通讯诊断Host System Requirements(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(The LAS,Macro
16、cycles,VCRs)8.软件配置指导方针软件配置指导方针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43Device ID003453ACDE39483847Device Name(TAG Name)FIT-625Device Address33(8.2)44H1网段配置显示(8.4)45H1网段配置显示(8.4)4647功能块连接功能块连接(控制回路配置控制回路配置)(8.6)OUT.VAL42.67DEVICEST10148DOMDIDiscreteMDOAIPIDAOPIDAOPIDAIAIPIDCascadeDI
17、ManualMLAO49AIFunctionBlockAIFunctionBlockPIDFunctionBlockPIDFunctionBlockAOModuleBlockLT-103_AIFT-103_AIOUTOUTOUTOUTINININBKCAL_INLT-103_PIDFV-101_PIDFV-101_AOBKCAL_OUTBKCAL_INCAS_INBKCAL_OUTLevelInputWater FlowInput50Link Master DeviceBasic DeviceBridge Device51Fieldbus H1 Card w/LAS1.允许调度通信2.允许非调
18、度通信3.数据联接与应用时间同步4.识别新的总线设备5.维护活动清单52实例的组态步骤1.设定网络设定网络2.给设备加标签给设备加标签/地址地址3.设定资源块设定资源块4.设定转换器块设定转换器块5.设定功能块设定功能块6.连接功能块连接功能块7.为设备下载配置为设备下载配置53组态的 Wizard能提供帮助54NoImage55OPC Client ConsolesCONTROL ROOMFIELDOPCServerLinking DeviceHost-Level NetworkOPCServerControllerNetworkRemote-I/ONetworkCentralControllerI/O56FieldbusNetworkShutDownModbusNetworkExistingLegacyEngineeringMaintenanceAutoTuningBusinessOperationAdvancedOPC“Software Backplane”57NoImage问题？问题？
