现场总线FF现场总线

FF现场总线技术1现场总线FF现场总线5/9/2024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(FieldbusControlSystem,FCS)必将取代传统的DCS控制系统，而成为工业自动化的主流。2现场总线FF现场总线5/9/2024简介FF它是由WORLDFIPNA（北美部分，不包括欧洲）和ISPFoundation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）。它分为H1和H2两级总线。H1采用符合IEC61158－2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。3现场总线FF现场总线5/9/2024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。4现场总线FF现场总线5/9/2024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5现场总线FF现场总线5/9/2024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FBAP3.设备描述DD和设备描述语言DDL4.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.系统测试技术返回6现场总线FF现场总线5/9/2024FF协议结构7现场总线FF现场总线5/9/2024FF总线系统功能体系结构

及火电厂FF总线系统设想框架返回

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(OPCDX)。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（AssetManagement），历史数据处理，最优化算法，数据仓库等。通过OPCDx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。8现场总线FF现场总线5/9/2024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”。具体如下图所示9现场总线FF现场总线5/9/2024返回10现场总线FF现场总线5/9/2024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术之一。11现场总线FF现场总线5/9/2024返回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。12现场总线FF现场总线5/9/2024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。13现场总线FF现场总线5/9/2024返回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。14现场总线FF现场总线5/9/2024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。15现场总线FF现场总线5/9/2024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。16现场总线FF现场总线5/9/2024

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17现场总线FF现场总线5/9/2024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。18现场总线FF现场总线5/9/2024FF自控系统配置DeltaV9.3系统规模1400DST大规模采用总线系统设备FFDPModbusAMS智能设备管理软件19现场总线FF现场总线5/9/2024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20现场总线FF现场总线5/9/2024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。21现场总线FF现场总线5/9/2024选择FF技术的原因FF技术可以稳定工作在恶劣的工作环境中大大减少现场维护，维修DCS画面可以显示设备故障状态，减少现场解决故障的时间。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。22现场总线FF现场总线5/9/2024FF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。23现场总线FF现场总线5/9/2024FF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。24现场总线FF现场总线5/9/2024FF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。25现场总线FF现场总线5/9/2024FF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。26现场总线FF现场总线5/9/2024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。27现场总线FF现场总线5/9/2024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。28现场总线FF现场总线5/9/2024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。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