FF现场总线的设计与应用

FF现场总线的设计和应用,现场总线的构成单元,工作站,变送器,人机界面,终端电阻,供电,接线盒,H1Bus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,H1Bus,如何设计H1网段？,网段负载会受以下各因素的影响：工厂的布局距离(电压降)危险区（防爆措施）控制关联性安全/HAZOP（危险与可操作性）约束执行速度要求宏循环回路/模块执行要求,初步的P&ID图,了解设备的分布和相关性,使用P&ID图纸来帮助确定现场总线的接线,根据仪表位置、关联性初步划分网段走向配管配线平面图仪表槽板敷设图,估计网段长度,按上表中最大值选择长度,常规应用,现场,控制室,控制系统,24Vdc,24Vdc,电源调节器,OR,安全区,现场接线器,危险区应用,现场,控制室,24Vdc,控制系统,危险区,基金会现场总线设备,现场接线器,?,保护?,FISCOSolution,FieldbusIntrinsicSafetyConcept用于总线本质安全的一种新的技术以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,FISCOpowersupply,Field,Controlroom,Controlsystem,FISCOfielddevices,Zone1Division1,24Vdc,24Vdc,ExiTrunkLive-workable,ExispurLive-workable,FISCO可应用于Zone1或Zone0的环境,现场接线器,可连接多少现场设备?,MTL5053(Entity),IIC/IIBGasGroups,FISCO,IICGasGroups,FISCO,IIBGasGroups,80mAavailable,typically4or5devices,120mAavailable,typically8devices,265mAavailable,typically17devices,Zone1/Division1,假设每台设备15mA,Field,Controlroom,ExispurLive-workable,Controlsystem,FISCOorEntityfielddevices,Zone2/Zone1,ExeTrunk,24Vdc,Powerconditioner,Zone0/Zone1,24Vdc,24Vdc,现场隔离安全栅,电缆类型,类型电缆特征规格最大长度A屏蔽,单对双绞#18AWG1900mB多对双绞，总屏蔽#22AWG1200mC多对双绞，不带屏蔽#26AWG400mD多芯不双绞，不带屏蔽#16AWG200m,越高的质量,越长的距离,国内FFH1总线电缆,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),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,FieldbusHostDevice,LinkActiveScheduler(LAS),PIDAO,AI,发布者订阅者模式通信,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,FieldbusHostDevice,LinkActiveScheduler(LAS),PIDAO,AI,报告分发通信,Sink,Source,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,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,DataTransferConfirmedReadRequest(DT),FieldbusHostDevice,LinkActiveScheduler(LAS),PIDAO,AI,客户-服务器通信,Client,Server,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,Macrocycles,出版方/预定者,在控制器中执行PID3CDVCRs,PID在控制器中,出版方/预定者,在变送器中执行PID2CDVCRs,PID在变送器中,出版方/预定者,在阀门定位器中执行PID0CDVCR,PID在阀门中,下放到现场的控制功能,PIDInputSelector（输入选择）ControlSelector（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,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。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。,3级阀门此类阀门失效时,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）,仪表规格表中应该包括以下内容,工作电压(9-32volts)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度标准/先进的诊断功能要求互操作性测试认证(ITK5.0FF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,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,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！,FF投运的检测工具,示波器,AC200mV/Division10ms/Division,Fluke199,系统内置的网段和设备通讯诊断,HostSystemRequirements(7.0),采用标准产品备用容量和扩展互操作性HIST,主机互操作性测试对基金会现场总线功能的支持组态工具冗余&稳定性故障排除,维护和诊断先进诊断&CBM评估标准,设备的软件和固件(7.1)(7.5.1)(10.5.1),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,控制系统图形节点地址分配和命名控制功能的位置组态选项和缺省值报警和警示网络通信和调度(TheLAS,Macrocycles,VCRs),8.软件配置指导方针,数据导入和导出操作员显示软件版本系统管理故障处理系统组态工具面板和通信状态显示,设备(节点)选址,(8.2),H1网段配置显示(8.4),H1网段配置显示(8.4),控制战略/参数显示,功能块连接(控制回路配置)(8.6),一些控制结构,Discrete,PID,Cascade,Manual,ML,AO,配置串联控制,AIFunctionBlock,AIFunctionBlock,PIDFunctionBlock,PIDFunctionBlock,AOModuleBlock,LT-103_AI,FT-103_AI,OUT,OUT,OUT,OUT,IN,IN,IN,BKCAL_IN,LT-103_PID,FV-101_PID,FV-101_AO,BKCAL_OUT,BKCAL_IN,CAS_IN,BKCAL_OUT,LevelInput,WaterFlowInput,链路主设备考虑,LinkMasterDevice,BasicDevice,BridgeDevice,FieldbusH1Cardw/LAS,链路活动调度器任务,允许调度通信允许非调度通信数据联接与应用时间同步识别新的总线设备维护活动清单,实例的组态步骤,设定网络给设备加标签/地址设定资源块设定转换器块设定功能块连接功能块为设备下载配置,组态的Wi