基金会现场总线技术简述及最新发展FFechnica

基金会现场总线技术简述

ABB(中国)有限公司

曾硕巍

控制系统亚太区中国部经理

FF技术概述FF技术概述FF通信技术FF功能块技术FF设备描述FF互操作性FF技术特点FF技术的最新发展国际电工委员会IEC61158(测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线,由IEC/TC65/SC65C/WG6制定)标准的定义现场总线是安装在制造或过程区域的现场设备（FieldDevice)与控制室内的自动化控制装置之间的进行数字式、多节点、串行通讯的数据总线开放性互操作性降低初始投入(CAPEX)，如节省布线，文档，调试费用新一代自动化系统的必备技术作为一个使能技术，它支持高端应用解决方案的开发资产管理或资产优化进一步降低资产生命周期的运行成本（OPEX)现场总线FieldbusAPPLICATION应用层7PERSENTION表示层6SESSION会话层5TRANSPORT传输层4NETWORK网络层3DATALINK数据链路层2PHYSICAL物理层1APPLICATION应用层7PERSENTION表示层6SESSION会话层5TRANSPORT传输层4NETWORK网络层3DATALINK数据链路层2PHYSICAL物理层1物理介质用户用户ISOOSI-RM数据通讯参考模型现场总线通讯协议模型基金会现场总线现场总线基金会(FieldbusFoundation)现场总线基金会(FF)历史FF成立于1994年由北美的WorldFIP和ISP两大集团合并而成约350多个著名控制及仪表供应商和最终用户加盟开放互联基金会现场总线标准Ff(FOUNDATIONfieldbus)由现场总线基金会(FF)拥有和控制1996年发布FF通信协议第一版H1（31.25Kbps)IEC61158总线国际标准的类型12000年11月1日公布HSE（100Mbps高速以太网）IEC61158总线国际标准的类型5IEC61158：测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线

10种技术类型总线

由IEC/TC65/SC65C/WG6制定FF总线分类及拓扑结构FF现场总线网络结构包括两种类型FFH1，用于过程自动化的低速总线,通信速率为31.25Kbps,可以总线供电,并提供本质安全.H1的拓扑结构可采用总线型,树型和菊花链型拓扑结构,在同一网段可以是混合型拓扑结构.FFHSE，高速现场总线（基于以太网），通信速率为100Mbps，支持冗余技术，只有总线型拓扑结构HSE和H1之间通过链路设备（LinkingDevice)连接基金会现场总线（FF）通信模型用户层基于IEC61804FFHI网络概览物理层组成部分:Transmitter接线盒ActuatorDCS控制器e.g.OperatorStationEthernetCable电源配电器/电源调节器DIOTC/RTDFieldbus

ProcessInterfaceDIO

H1通讯卡总线电源配电器/电源调节器电缆终端电阻接线盒

-段保护器-现场总线安全栅

浪涌保护器终端电阻电缆H1BusEthernet以太网ControlRoomEquipmentJunctionBox接线盒Spurs分支Trunk主干线Splices

FFH1网络拓扑结构及线缆将设备连接至主干线的电缆线缆现场总线网络上两个相距最远的设备之间的电缆路径，即主要的现场总线通讯电缆H1网段H1网段不同网断上的设备FFHSEFFH1+HSE网络概览OPCServer链接设备LinkingDevice链接设备LinkingDevice操作员站工程师站AMS/AODCS控制器基于Ethernet的控制网络H1网段FF数据传输的三三种方式发布/预订(Publisher-Subscriber)定制周期性实时点对点由LAS管理客户/服务器(Client-Server)非定制用户发起非实时报告分发(ReportDistribution)非定制报警和事件非实时时间标签LASVirtualCommunicationRelationships(VCRs)FF网络通信中,现场设备的信信息传送，是是通过应用进进程之间的逻逻辑上的连接接进行的，这这种通信连接接称为虚拟通通信关系-VCR。FF的虚拟通信关关系VCRFCFT发布-预订VCR客户-服务器VCR报告分发VCRDevicemustopencommunicationchannelstotalktoremotedevicesFF通信设备类型型按照设备的通通信能力，Ff将通信设备分分为三种类型型链路主设备（（LinkMasterDevice）：有能力成成为链路活动动调度器LAS（LinkActiveScheduler）的设备，包包括主机接口口或某些其它它设备。基本设备(BasicDevice)：具备基本通通信能力，即即只能接受总总线命令作出出响应的总线线设备，不具具备LAS能力。网桥(Bridge)：用于连接不不同传输速率率或不同传输输介质的设备备，比如将下下游各个H1网段连接在一一起的设备，，同时也是H1和HSE接口设备，它它必须成为链链路主设备。。链路活动调度度器LAS(LinkActiveScheduler）LAS是总线段的调度中心,具有总线上所所有设备的清单和链路活动调度度表，控制通信介介质上数据传传输活动,任何时刻每个个总线段上都都只有一个LAS处于工作状态态LAS功能包括向设备发送强强制数据CD向设备发送传传递令牌PT为新入网设备备探测未用地地址定期对总线短短发布数据链链路时间和调调度时间监视设备对传传递令牌PT的响应FF链路活动调度度器(LAS)FOUNDATIONFieldbus(FF)LAS基本设备链路主设备链路主设备基本设备基本设备基本设备LASXFFH1设备标识现场设备标识识：设备标识(DeviceID)由设备制造商商提供的序列列号serialnumber例如：003453ACME39483847设备位号(DeviceName-TAG)由用户为操作作设置例如:TT-101设备网络地址址(DeviceAddress)在网段上的唯唯一地址例如:33FFH1网段概览HI网段特征物理层遵循IEC61158-2标准2线，多台仪表表，位同步、、双向、数字字化通讯波特率31.25Kbps网段驱动电压压9-32VDC。通讯信号电流流9mA。屏蔽双绞线树型(鸡爪型)、分支型和混混合型拓朴结结构电缆总长度：1900m。分支电缆长度度：30-120m。挂接设备数量量：32台。防爆方法：本本质安全防爆爆，等。FFHSE特点100Mbps(允许10Mbps,1Gbps)双绞线和光缆缆标准以太网接接口标准以太网集集线器标准以太网接接线规则链接设备(LinkingDevices,网关和网桥））冗余FFHSE高速以太网TransducerBlockFunctionBlock(s)ResourceBlockfieldbus资源块设备特性:-设备名称-制造厂商-设备序列号-允许特性功能块定义控制算法法特性:-AI,AO,DI,DO,PID,etc.-多于于30个以以上上类类型型转换换块块传感感器器接接口口-校验验信信息息-组态态信信息息典型型用用户户层层应应用用块块用户户层层提提供供过过程程接接口口及及实实现现通通讯讯系系统统与与用用户户的的互互操操作作用户户层层是是FF与其其它它现现场场总总线线的的显显著著区区别别FF不仅仅仅仅是是一一个个总总线线技技术术，，而而是是一一个个控控制制系系统统资源源块块描描述述设设备备的的一一般般信信息息，，包包括括：：ManufacturerName制造厂商ModelNumber模件系列号号MaterialsofConstruction设备材质DeviceOptions设备可选项项，取决于于所选设备备一个设备的的资源块是是唯一的ResourceBlock资源块TransducerBlock转换块用于变送器器和传感器器的接口，，读取传感感器数据，，包括设备备调校和其其它数据设备标定信信息（量程程、线性化化）传感器数据据（类型，，组态）单一设备的的可以有多多个转换块块转换块的模模式可以组组态，在对对设备进行行标定时，，模快必须须设置为OOS状态SensorTransducerAnalogInputBlockActuatorTransducerAnalogOutputBlockFunctionBlocks功能块功能块是参数、算算法和事件件的完整组组合，由外外部事件驱驱动功能块块的执行，，通过算法法将输入参参数转换为为输出参数数，不同同的功能块块组合成用用户所需的的控制策略略，实现应应用系统的的控制功能能，功能块块的输入输输出参数可可以跨网段段实现连接接。设备中的的功能块块取决于于所选设设备的类类型单一设备备可以有有多个功功能块，如AI,AO,PID等控制在现现场（（ControlInField）FF定义10个标准功功能块(Part2)11个先进功功能块(Part3)8个高级功功能块(Part3)4个多输入入/多输出功功能块(Part4)柔性功能能块(Part5)FF功能块驻留在实实际设备备中制造商可可以增强功能块制造商可可以创建建用户化功能块功能块应应用进程程应用AOMLManualControlAOFeedbackControlAIAIPIDPDAIDIAODOInputOutputAOOverrideControlAIAIPIDPIDSSAORatioControlAIRAAIPIDAOCascadeControlAIPIDAIPIDSplitRangeControlAOAOAIBGBGPIDAOTrack,FeedforwardCapabilityinControlAIPIDAOAIDI变送器定位器tAI(50ms)VCR(30ms)PID(200ms)AO(200ms)宏周期:500ms

VCR类型:

Publisher/SubscriberLAS用于功能块的控制制和通信的规划调调度功能块的执行行在时间上是是确定性的功能块调度分布化的智能能–确定的时序安排设备描述(DD)技术设备描述(DD，DeviceDescriptions)是基金会现场场总线为实现现可互操作性性而提供的一一个重要工具具由称为设备描描述语言(DDL)的标准编程语语言编写实现现--EDDLDD包括参数标签签、工程单位位、要显示的的十进制数、、参数关系、、量程与诊断断菜单。DD由两个部分组组成由基金会提供供的为所有标标准的功能块块和转换块的的设备描述，，它包括由DDL描述的一组标标准块及参数数定义。由设备制造商商提供的包括括由DDL描述的设备功功能的特殊部部分，如设备备的量程、诊诊断程序等。以上两部分结结合在一起，，完整地描述述了设备的特特性。有关名词DeviceDescription(DD直到2003)=ElectronicDeviceDescriptionEDD“E”in“EDD”=““Electronic”EnhancedEDD=ImprovedvisualizationinEDDEDDL?EDDL是电子设备描描述语言基于文本的语语言基于IEC61804标准（3及4部份）由两部分组成成一个描述设备备信息的文件件（CD，因特网）一个主机应用用服务，通过过此服务主机机从现场设备备中取信息InteractionsWithFieldDevicesContentsuppliedbyISA,Copyright2008OperationsEngineering互操作性一个制造商的的设备与另一一个制造商设设备通过现场场总线网络进进行互动而无无功能损失的的能力H1ITK,H1CTK,HSECTK,HSEITK，HIST等取得成功的关关键因素之一一互操作性(Interoperability)测试及注册ContentsuppliedbyISA,Copyright2008传统4-20mA一个变量一个方向数字信号多变量双向ControllerControlSystemNetworkFieldbusInput/OutputSubsystemControllerControlSystemNetwork现场总线控制制系统特点实现数字化、、双向通信支持多变量传传输取消数字/模拟转换传统现场总线将控制和I/O移到现场仪表表ControllerControlSystemNetworkFieldbus4-20mAInput/OutputSubsystemPIDPIDAI

AIAOAOControllerControlSystemNetwork现场总线控制制系统的特点点实现分布式控控制功能控制在现场（（ControlInField）传统的4-20mA信号配线每个设备需要要一个安全栅和和一个根电缆缆现场总线配线线多个设备需要要一个安全栅和和一个根电缆缆ControllerControlSystemNetworkFieldbus4-20mAInput/OutputSubsystemI.S.I.S.I.S.I.S.ControllerControlSystemNetwork现场总线控制制系统特点降低安装成本本传统4-20mA视野野止止于于I/O子系系统统现场场总总线线视野野扩扩展展到到现现场场仪仪表表ControllerControlSystemNetworkFieldbusRemoteInput/OutputSubsystemControllerControlSystemNetwork现场场总总线线控控制制系系统统特特点点控制制设设备备信信息息扩扩展展（（过过程程信信息息，，质质量量信信息息，，诊诊断断信信息息，，等等）支持持资资产产管管理理及及优优化化应应用用OK!BAD!故障