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基金会现场总线——自动化行业的前沿技术
http://www.gkong.com 2009-01-07 09:29 来源：自动化博览
编者语：FOUNDATION fieldbus 基金会现场总线技术是数字化过程控制的基础，是工厂信息化的前沿技术。基金会现场总线是一种全数字的、双向传输、多点通讯由总线供电、用于连接智能设备和自动化系统的通讯链路。FOUNDATION fieldbus基金会现场总线可视作为一种基于现场的局域网(LAN),用于连接各种仪表、阀门定位器等智能设备,其自身可向整个网络提供控制应用程序;当前已经注册有200多种来自各个厂家的现场总线设备。
一、FOUNDATlON fieldbus 基金会现场总线
基金会现场总线(FOUNDATION fieldbus)是一种由现场总线基金会(Fieldbus Foundation)研发推广的现场总线协议的名称,它符合开放的国际标准IEC-61158-2;现场总线基金会是一个独立的非盈利组织;它于1994年成立,并由超过350家来自全球用户及主要过程自动化供应商组成;该基金会志在:形成专一的、国际性、有互操作性的现场总线标准以符合最新自动化控制技术的发展要求,并提供教育、互操作性测试、一致性测试、测试工具、研发支持软件和试验协助等工作。
基金会现场总线是一种全数字的、双向传输、多点通讯由总线供电、用于连接智能设备和自动化系统的通讯链路。FOUNDATION fieldbus基金会现场总线可视作为一种基于现场的局域网(LAN),用于连接各种仪表、阀门定位器等智能设备,其自身可向整个网络提供控制应用程序;当前已经注册有200多种来自各个厂家的现场总线设备。
为了帮助您简便、成功地应用现场总线技术,艾默生过程管理将提供从现场智能设备到DeltaV/Ovation规模可变控制系统的一整套产品和方案。
FOUNDATION fiedbus 基金会现场总线实用化的关键在于对工厂内的智能现场设备进行现场控制、智能诊断及快速数字通信能力。对艾默生过程管理而言,FOUNDATION fiedbus基金会现场总线技术是 PlantWeb工厂管控网--基于现场智能的体系结构的基石。
PlantWeb工厂管控网基于现场智能的结构使您能通过对智能现场设备、规模可变的平台与增值软件形成网络来实现开放式过程管理方案。由于充分利用了现场智能设备,过程管理已不仅仅意味着过程控制,而且还包括了设备管理:现场智能设备同时具有了强大的控制运算及诊断能力,PlantWeb是一个利用现场智能设备的预测诊断能力来提升工厂性能的数字化控制系统结构。针对智能仪表、智能阀门定位器等进行在线组态、调试、检验管理诊断及历史事件记录等工作。
在OSI模型中未定义用户程序。现场总线FOUNDATION fieldbus基金会已定义了用户程序模型,并在AMS设备管理与DeltaV/Ovation 数字控制系统中加以使用。融合于PlantWeb中的AMS Suite设备管理组合应用方案,可以使您简便直观地享受到以上的所有得益,在获取现场智能仪表设备的同时,它还能管理过程工艺静态设备和机械传动设备等,并将信息以您熟悉的形式传送至桌面,用Windows界面甚至以太网浏览器方式集中或分散地监视和管理(详情请参阅AMS Suite设备管理组合资料)。
二、FOUNDATION fieldbus 基金会现场总线技术
FOUNDATION fiedlbus 基金会现场总线技术包含以下三部分:
l 物理层
l 通讯“栈”
l 用户程序
开放系统互联(OSI)分层通讯模型可用于模拟这些部分(见图)。
物理层是OSI的第一层；数据链路层(DLL)是OSI的第二层;现场总线消息规范(FMS)是OSI的第七层;通讯栈包括了OSI模型中的第二层到第七层。
现场总线协议不使用OSI的第三、四、五、六层。现场总线访问子层(FAS)将FMS映射到DLL。
在OSI模型中未定义用户程序。现场总线FOUNDATION fiedlbus基金会已定义了用户程序模型,并在AMS设备管理与DeltaV/Ovation数字控制系统中加以使用。
三、物理层
物理层由国际电工委员会(IEC)与国际测量与控制协会(ISA)的标准来定义。物理层从通讯栈接收信息,并将其转换成物理信号,然后发送到现场总线的传送介质上;物理层也负责这一过程的逆过程。该层的标准决定了总线的物理特性,包括:拓扑结构、电缆距离、电压电流、设备个数等。
H1 现场总线
H1现场总线可用于温度、液位、流量与压力等监视和控制等场合。
其设备可直接从现场总线双绞线上获取电源,并在该线路上传输数字通讯信号而工作。
H1现场总线还可支持现场本安设备的应用。在安全区内的电源与危险区内的本安设备之间安置本安安全栅。(见图)
H1 现场总线信号传输
传送设备以31.25kbit/s的速率向50Ohm的终端负载发送±10mA,产生1.0V的峰一峰电压,并调制于直流(DC)电压之上,直流电压范围为 9-32VDC(见图 7) 。但是,在本安应用中,电压范围视选用方案而定。
H1 现场总线网络/网段拓扑
接线H1现场总线允许存在支干,如图所示。
所谓H1网段是指从H1接口以下安装在一对终端器之间的电缆、智能设备,与电源调节器模块的系统组合;H1现场总线一般会采用以下几种网段拓扑：
树形拓扑(鸡爪型)
树形拓扑网络是由多个智能设备与公共接线盒连接的多条独立现场总线支线组合而成的结构;使用于同一网段上设备集中在接线盒总区域范围之内的情况,考虑更高的安全要求,可以在接线盒的各分支上增加防短路保护功能。
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分支拓扑
分支拓扑
各现场总线智能设备独立分散地连接到总线主干网上的结构方式;适用于智能设备密度比较低、跨度比较大的应用场合。
混合拓扑：
将上述两种拓扑方式混合使用,以适应现场实际、复杂的应用要求。决定现场总线长度的因素有通讯速率,电缆类型、连接方式、总线电源选项与本安选项等。
若使用屏蔽双绞线,现场总线电缆的长度不能超过1900m(6332英尺)。其中电缆的长度为主干长度加上所有支干长度,在终端器之间的区域部分定义为主干,所有离开主干的部分称为分支,主干的两端均设有终端负载。如果可以选择支干的长度,则越短越好。支线的总长受支干数目与每条支干上设备的数量限制,如下表所示。
现场总线上可承受的设备总数受诸多因素影响,如各台设备的电耗、电缆类型、是否使用中继器等。
易燃易爆环境下的H1现场总线
本质安全型ENTITY
这是现场总线初始应用阶段最常用的防爆方法,通过采用能防止浪涌电流或过载电流从安全区传输到危险场所的高度可靠的电源隔离器措施来保证安全;跟本安安全栅一样,隔离器设置了限压限流电路,这一电路就确定了本安输出特性。由于在本规范下的供电模块一般只有80mA,连接的设备和距离受到了很大限制;但可以利用中继器来延伸或增加连接的智能设备。
现场总线本安防爆的FISCO应用模型
FISCO为“现场总线本安防爆概念”(Fieldbus Intrinsically Safe Concept )的简称:它是一个既符合本安防爆标准,又便于实际应用的现场总线本安防爆应用模型和认证规范。依照FISCO模型设计现场总线网络,工程设计人员和最终用户可以避免繁琐的电容和电感参数的核算,现场仪表和电缆布置变更时也无需重新进行参数核算。FISCO 应用规范的要点如下：
每根本安现场总线上只允许设置一台有源设备,其他必须是无源设备,这台有源设备为取得本安防爆认证的现场总线本安配电设备,如现场总线隔离栅、现场总线本安中继器、现场总线安全网桥或现场总线本安配电器等。所谓无源设备,通常为现场仪表、电缆、接线盒、网端等;每根本安现场总线上最多挂接12台符合FISCO认证的现场仪表;每台现场仪表的耗电不小于10mA;电缆长度总和不超过1000米,每根分支电缆长度最长为30米。
增安型防爆的主干线,本安型防爆的现场仪表
利用兼备隔离栅和接线盒功能的现场安全栅(Fieldbarrier)构成现场总线网络的方法; Field barrier本身通常为增安型和浇封型防爆,可安装在危险区Zone 1,内含隔离栅为EEx ia IIC,兼容FISCO和ENTITY标准,主干线电缆的长度和分支电缆的长度只受现场总线协议的约束(电缆总长1900米,分支见表1),不受FISCO规定的电缆长度总和不超过1000米和每分支不超过30米的限制。
高速以太网
H2现场总线(HSE)描述了在100MB/秒以太网上工作的一种现场总线网络,通常连接I/O子系统、链接设备、交换器、主机设备和现场设备等,可满足高速工厂自动化应用的要求。
HSE现场设备
HSE现场设备是一种能够与高速以太网(HSE)现场总线直接连接的现场总线设备。通常的HSE现场设备有HSE链接设备、运行功能块的HSE现场设备和主机。
HSE链接设备
HSE链接设备是一种将HSE层和多个H1现场总线网络/网段互联,创建更大H1网络系统的转换单元。
HSE交换器
HSE交换器是一种标准以太网设备,可用于连接多个高速以太网(HSE)设备,如HSE链接设备和HSE现场设备,从而形成更大的HSE网络
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四、通讯栈
数据链路层
数据链路层(DLL)控制消息在现场总线上的传输。DLL通过确定的集中式总线调度器,即所谓的链接活动调度器(LAS),对现场总线的通讯访问进行控制。
设备类型
DLL 规范中定义了三类设备：
l 不可成为 LAS 的基本设备
l 可成为 LAS 的链接控制设备
l 用于将各个现场总线互联为更大网络的网桥
调度通讯
LAS有一份传送时间表,记录着要在一个周期内传送的所有设备中所有缓存的传送次数。当到了某一设备发送缓存的时刻,LAS即向该设备发出一项强制数据(CD)消息。一旦收到CD,设备即向现场总线上的所有设备广播或"发布"缓存中的数据。所有组态为接收数据的设备即称为"认购者"。 (见图)
非调度通讯
在传送调度的间隙,现场总线上的所有设备均可发出"非调度"消息。LAS可以通过向设备发出传递令牌(PT)的方式允许该设备使用现场总线。当设备收到PT,它即可以发出消息,直至结束,或超过"最大令牌保留时间"(取两者中较短者)。消息可向单一的地址发送,也可向多个目的地址发送,(多路广播)。
链接活动调度器的操作
LAS 的全部操作可分为:
l CD 调度
l 活动表维护
l 数据链接时间同步
l 令牌传递
l LAS 冗余
下图为 LAS 采用的算法。
CD 调度
包含一张用于引发循环基的行动表。在计划好的时刻来临时,LAS准时向现场总线设备中的某一特定数据缓存发出一个强制数据(CD)。该设备立即向现场总线上的所有设备广播或 "发布" 一个消息。这在 LAS 的作业中具有最高优先级。剩余的作业将在调度传送之间完成。
活动表维护
"活动表"是记录所有正确响应传递令牌(PT)的设备清单。新设备可以随时加入现场总线。LAS定时向不在活动表上的地址发出指针点(PN)消息。如果有设备于该地址收到了PN,该设备将立即返回指针响应(PR)消息,此时LAS会将该设备添加在活动表上,并发出节点激活消息表示确认。
在完成向活动表中的所有设备发出一轮PT之后,LAS至少需测试其中一个地址。所有能正确响应PT的设备将继续保留在活动表中。如果某一设备在三次尝试后都未使用令牌或立即返回到LAS,LAS会将该设备从活动表中删去。
无论何时,当活动表添加或删除某台设备时,LAS都会向所有设备发送活动表的变化。这使得每台设备都可以保有活动表的最新备份。
数据链路时间同步
LAS定时在现场总线上广播时间分布(TD)消息,以便所有设备都具有完全相同的数据链接时间。这一点相当重要,因为现场总线上的调度通讯与用户程序中调度功能块的执行者要依据从中获得的信息。
令牌传递
LAS向活动表上的所有设备发出传递令牌(PT)消息。当收到PT 时,设备即可传送非调度消息。
LAS 冗余
一个现场总线H1网段可以有多个链路活动调度器,如果当前的LAS失效,地址值最小的链路控制设备会接替活动的LAS,使现场总线继续工作。
五、用户应用层--块
现场总线基金会在"块"的基础上定义了标准用户应用层。块代表了各类应用功能
(见图 22)。
(见图 22)。
资源块
资源块描述现场总线设备特性 ,如设备名称、制造商与系列号。每台设备中仅有一个资源块。
转换块
转换块是(TB)包括诸如:标定信息、组态信息。
功能块
功能块 (FB) 提供控制系统行为。功能块的输入、输出参数可通过现场总线链接；各功能块的执行均受精确调度。
一个用户程序中可有多个功能块。以下为现场总线基金会定义的功能块：
标准功能块：
FF-891功能块－第二部分,定义如下10类标准功能块
1) AI － 模拟输入
2) AO － 模拟输出
3) BG － 增益
4) CS － 控制选择器
5) DI － 离散输入
6) DO － 离散输出
7) ML － 手动装载
8) PD － 比例/微分控制
9) PID － 比例/积分/微分控制
10) RA － 比值
先进功能块
先进功能块的定义可参见FF-892功能块－第三部分如下：
1) Pulse Input（脉冲输入）
2) Complex AO（复杂AO）
3) Complex DO（复杂DO）
4) Step Output PID（步进输出PID）
5) Device Control（设备控制）
6) Setpoint Ramp（给定值斜率）
7) Splitter（分信号块）
8) Input Selector（输入选择器）
9) Signal Characterizer（信号线性化块）
10) Dead Time（时间）
11) Calculate（计算块）
12) Lead/Lag（超前/滞后）
13) Arithmetic（算法块）
14) Integrator（累计块）
15) Timer（定时器）
16) Analog Alarm（模拟报警）
17) Discrete Alarm（离散报警）
18) Analog Human Interface（模拟人机接口）
19) Discrete Human Interface（离散人机接口）
附加功能块
附加功能块的定义可参见FF-892功能块－第四部分如下：
1) Multiple Analog Input MAI（多路模拟输入）
2) Multiple Analog Output MAO（多路模拟输出）
3) Multiple Discrete Input MDI（多路数字输入）
4) Multiple Discrete Output MDO（多路数字输出）
柔性化功能块
柔性化功能块的定义可参见FF-892功能块－第五部分如下：
1) Flexible Function Block (柔性化功能块）
转换块
转换块将功能块从读取传感器和命令驱动硬件的本地输入/输出(I/O)功能分开。转换块(TB)包含诸如标称数据和传感器类型等信息。通常转换块为每个功能块(FB)的输入或输出都配有相应的转换块通道。
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六、设备描述
对现场总线设备而言相当重要的是互操作性。为此 , 除标准功能块参数与行为定义之外还使用了EDDL(电子设备描述语言)技术。设备描述(DD)为主机系统提供了一种自动识别和使用该现场设备的方式。每台标准的现场总线设备都有特定的设备描述,并可从供应商或现场总线基金会获取。
DD可以视为设备驱动程序,类似于个人电脑(PC)中用来操作打印机及其它与PC相连的设备驱动程序。只要有设备的DD,任何与现场总线兼容的控制系统或主机就可以操作该设备。
现场总线基金会(FF)为所有标准功能块与转换器块提供DD,设备供应商一般会参照标准DD制订"加长"DD。供应商也可以向设备中加入供应商特定性质,如标定与诊断程序等,这些特性也可在加长DD中加以描述。用户可以向设备供应商索取加长DD,如果供应商已经在现场总线基金会上注册了其加长DD,用户也可以从其中获取。
要在现场总线上增加一台新设备,可将其简单地连在现场总线线路上并且向控制系统或主机提供新设备的加长DD(如果有)。艾默生过程管理为其生产的所有现场总线设备提供DD。另外,DeltaV/Ovation数字控制系统与AMS智能设备管理系统为所有标准注册的总线设备提供DD- 无论它是由哪家厂商生产的。
七、设计与仪表选型
由于FF总线网段的构成受到电缆、供电、仪表耗电、网络拓扑等的影响,所以需要经过严格的计算才能形成有效、可工作的网段。
例:现场总线配电器应用中,现场总线挂接现场仪表数量和电缆长度的估算。
供电配电能力： 24VDC/400mA
FF总线变送器耗电： 9V/17.5mA
FF总线阀门定位器耗电： 9V/26mA
FF现场总线A型电缆分布电阻： 44欧姆/km
1) 现场仪表挂接数量：
变送器： 400/17.5 = 22.8
定位器： 400/26 = 15.3
所以,每根总线可挂接22台变送器或15台阀门定位器。实践中,DCS通常规定每段H1总线挂接现场仪表的数量为16台,其中阀门定位器为4到8台。
2) 电缆长度:假设总线上挂接8台变送器和8台阀门定位器。
则现场仪表耗电总额为： (8 x 17.5) + (8 x 26) = 348mA
允许总线电缆的压降为： 24 - 9 = 15V
允许电缆总电阻为： 15V / 348mA = 43.1欧姆
电缆长度为： 43.1 / 44 = 0.980 km
所以,当总线上挂接8台变送器加8台阀门定位器时,电缆长度可达980米。
当然,这些计算是基于其应用极限的,为了总线稳定运行,设计时经常会将最低电压提高2V的裕度来考虑,具体情况可参见现场总线基金会的《FF工程应用指南》。
为了更便于用户和设计部门对现场总线网段设计的工作,艾默生过程管理研发了Ff Design Tool。它运行在Windows界面下,包含了不同厂家的各类总线仪表规格型号,并内嵌了总线设计规范,所以只需用鼠标拖拉方式就可以完成网段的设计和检验工作,并形成报表。
作为FF的应用,智能设备的选择是十分重要的,因为它们是整个控制系统信息化的源头,甚至本身就是控制单元,所以建议在选择Ff仪表时请考虑以下因素：
l 工作电压（9-32VDC）
l 最大的总线耗电量
l 要求实现的功能块
l 功能块执行时间
l 设备智能程度：标准/先进诊断
l 互操作性测试（ITK4.0以上）
l 无极性敏感
l LAS功能
l 设备版本
l 设备的多参数测量功能
l 现场指示功能（是否可以显示网段上其他设备的参数）
关于系统安全性设计、辅助设备要求、软件组态准则等详情请参阅现场总线基金会的《FF工程应用指南》。
八、现场总线有哪些优点
现场总线的优点遍布于整个工厂的生产周期 :
计划与安装
现场总线允许多台设备连接至一根双绞线,从而减少了电缆、桥架、本安安全栅与端子柜的使用量,进而降低了安装成本。多台现场设备连接在一根总线上同时也减少了I/O模板需求量,并降低了机架底板、电源等。
即插即用的设备连接通讯技术和相应接线端子块,并利用无极性敏感的智能设备功能使现场仪表安装的连接更便捷。
由于 FOUNDATION fieldbus基金会现场总线的功能块可迅速而方便地链结起来,形成完整的控制策略---完全在现场设备层次上实现,故而设计与调试费也得以减少。
标准的功能块设计允许对不同厂商生产的现场设备的功能进行集成的顺利分配。功能强大的AMS智能设备管理系统可以帮您迅速组态现场设备。实际上,如果启动了艾默生过程管理的DeltaV/Ovation基金会现场总线模块端口,系统就会立即自动辨识已连接的现场总线设备属性。一旦安装至系统,与DeltaV/Ovation 同时提供的强大组态软件可实现控制策略的图形化组合或使用标准的拖放技术对其进行修改。
控制与操作
使用FOUNDATION fieldbus基金会现场总线技术,您就会发现其在控制和操作方面的卓越性能。现场总线可实现各设备产生的多路变量进入过程自动化系统,并可进一步进行实时控制、数据归档、趋势分析、过程优化与报表生成。数字通信具有精度高且不失真的特性,可提供更加可靠的控制数据。
在控制常驻于现场设备之中的情况下,系统性能衰退或实效的可能性比在传统DCS控制要小得多。这提高了回路性能,降低了易变性,改善了控制性能,整个控制系统的可靠性得到提升。智能的Ff现场总线设备不仅仅提供了PID功能,现场总线基金会定义的30多种功能块改变了传统的控制思路和策略,使分散的监视和控制方案极大地方便了用户。
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例1:艾默生过程管理的罗斯蒙特 3051S
例1:艾默生过程管理的罗斯蒙特 3051S
3051S在提供常规的功能块(白色框所示)的同时,还具备了输入选择、算法、信号线性化、累计、显示等标准功能块配置,所有这些功能块与DeltaV/Ovation系统中的功能块是没有任何差异的。其算术功能块可方便地将来自温度、压力变送器的信号在3051S差压变送器中计算出温压补偿后的瞬时流量, 这样操作人员可以在现场看到准确的、经过补偿的流量值,而无需回到操作室看控制系统画面。
如果采用累计功能块,您在现场还能看到流量的累计值,常规的方法是在DCS控制器或上位机中执行累计功能块,但一旦系统故障或上位机死机就会导致累计量的丢失,如果在仪表本身执行累计,这样问题就迎刃而解了。
如果我们将该累计功能块利用在成品油、气灌装的流程上：
FT100和FT101分别测量大管道流量Flow1和小管道流量Flow2,其中在FT100是3051S FF差压变送器;利用FT100的累计功能块来计量Flow1和Flow2的总体累积量,当达到示意曲线中预设值Pre Trip点时,累积功能块Pre Trip Out输出开关信号关闭FCA100阀门,只用Flow2来作流量细调;当FT100中累积到设定点(Set Point)时再由功能块Trip Out输出开关信号,关闭FCA 101阀门;最后实现分程精密灌装的功能。
所有灌装的程序都在仪表中执行,可以避免由于系统控制单元故障情况下对成品出厂工段的影响。再利用多参数显示的功能,在现场的监视将变得十分简便。我们还可以利用线性化功能块来实现现场换算工作,比如有一个非线性的罐,需要用差压来测
量和显示罐内液体的体积, 可以采用以下方式完成：
运用算术功能块完成罐底和罐顶的差压计算,再通过线性化功能块以20点的采样值来拟合出相应的差压和体积的线性关系,并可以在罐底3051S的表头上直接显示罐的体积。
例2：艾默生过程管理的罗斯蒙特 848T
848T是基于基金会现场总线的8通道温度变送器,－40oC～85oC的工作环境能力保证了它可以在现场安装,并且每个848T只占用Ff总线网段上的一个站点;故在一个网段上可以连接多个848T,或与其它现场总线仪表、阀门混合连接;多通道温变大量节省了常规需连接到控制室内的热电偶补偿电缆或热电阻三芯电缆。
同样,848T可以在现场完成各种功能块运算,保证分散控制的安全可靠。
比如：燃气轮机的温度监测
- 尾气平均温度的测量 (T1-T4的平均值)
- 入口燃气的最高检测温度 (T5-T8中的最大值)
针对温度传感器容易损坏且长时间运行、不便维修的工艺场合,848T可应用于4个分组冗余温度的监测,以提高现场信号的可靠性：
当主传感器发生故障时自动切换
例3:艾默生过程控制的Rosemount 848L
848L是基于基金会现场总线的逻辑功能变送器,－40oC～85oC的工作环境能力保证了它可以在现场安装,并且每个848L只占用FF总线网段上的一个站点;故在一个网段上可以连接多个848L,或与其它现场总线仪表、阀门混合连接;它可以提供8个离散输入和4个离散输出,并具备与、或、非、计时器、计数器等功能,可实现快捷的本地逻辑运算和控制,并将监视信息传送至上位系统。
848L的出现打破了FF总线难以适应响应要求快捷的逻辑动作的开关量信号应用的局限,它可以广泛应用于电磁阀逻辑动作、马达启停、开关阀气控、限位开关、互锁逻辑、现场按钮等工艺场合。由此可见,基金会现场总线设备的内嵌智能控制和运算功能改变了传统控制系统的习惯组态思路,为分散化、单元化的安全控制提供了基础。
维护
智能现场设备的使用将使工厂的维护工作发生彻底的改变。基于微处理器的现场总线设备具有自检与通讯能力,能减少工厂停工时间,提高安全性。您不会在不知情的情况下使用一台可能有问题的设备了,一旦现场总线设备有故障,其自诊断系统会向您发出通知,您可以派出相关的维修工配备正确的工具去检修,减少了无谓的现场奔波和无目的性的巡检时间。
在您对现场总线设备进行组态、标定、诊断及报告时, AMS Suite设备管理组合方案软件及 DeltaV/Ovation 系统可以满足您所有的需要。
互操作性是现场总线技术另一个重要优点
互操作性的定义为:在性能毫无损失的情况下,在同一系统下操作不同厂商生产的多台设备的能力。
任何向FOUNDATION fieldbus基金会现场总线提供设备的厂商都必须遵从FOUNDATION fieldbus基金会现场总线标准,否则将得不到FOUNDATION fieldbus基金会现场总线认证。这使您选择供应商的余地更大了,并保证了不同厂商生产设备的协同运作。
FF现场总线在艾默生管理系统中的实现
艾默生过程管理有限公司作为在现场总线应用的先驱者,有着丰富的应用经验和技巧;为了充分地发挥现场总线的功能,艾默生过程管理按照标准全新地设计了支持FF的DeltaV和Ovation系统。
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DeltaV系统中的FF应用
DeltaV系统中的FF应用
在您对现场总线设备进行组态、标定、诊断及报告时, AMS Suite设备管理组合方案软件及 DeltaV/Ovation 系统可以满足您所有的需要。如图所示,DeltaV系统在兼容传统I/O及HART信号的同时,支持面向离散量信息的ASI总线、面向智能电气类的Device和Profibus-DP总线、以及面向过程控制的FF总线;其中FF总线分为HSE和H1两层,当前H1层的FF卡件安装于DeltaV的I/O机架上,可以与其它任意I/O模块或总线模块混合安装,自动识别并可以设置成冗余;即将面世的HSE链路设备将更方便于H1总线的网络应用。
如上图所示,其FF智能设备即插即用并无缝连接到控制系统中,标准友好的FF组态和监视软件直接访问到现场的仪表而不存在任何映射关系,我们称这种为FF而特定设计的系统为本质型(Native)现场总线系统。请访问WWW.DeltaV.com或艾默生销售以了解更详尽的信息。
Ovation系统中的FF应用
类似于DeltaV系统,Ovation对FF的支持也是与身俱来的,如下图：
在该典型的结构中,Ovation FF现场总线模块就像传统I/O模块一样直接安装在I/O底板上,没有特定的地址要求,即插即用的功能方便了系统硬件组态;每一个FF模块可提供两个H1网段,每个网段最多支持16台现场总线设备;当前Ovation的每一对控制器最多可支持24个H1网段。
用于功能组态的Control Sheets与原先传统的方式一样,只是在是FF总线设备的地方用FF来标示一下,没有任何数据映射的过程,工程人员在组态时也不必担心该信号的实际位置。
3420 Ff 现场总线接口模块应用
有时用户会遇到如何在传统的控制系统中加入FF功能的要求,比如传统DCS改造项目中增加智能设备、上新项目但主系统是不支持FF总线的PLC控制器时;艾默生公司研发了一款现场总线接口模块－3420 FIM,该模块可提供4个H1网段,最多连接64个FF智能设备,它将现场的过程信号和控制指令转换成标准的ModbusRTU或OPC通讯协议,与传统控制系统或上位机直接通讯,并通过以太网连接AMS设备管理系统对FF智能设备进行管理和诊断,让用户获得FF技术带来的优势和利益。
3420现场总线接口模块也适合一些小规模FF应用，比如罐区监控系统等：
在3420 FIM设备上采用远程通讯(无线技术、电话拨号、光缆、卫星等)技术,通过Modbus RTU或OPC协议,它还能广泛应用于油气管线等SCADA系统中,实现管控一体化的自动化要求：
九、艾默生过程管理基金会现场总线设备清单
|
Model Number 型号 |
Description |
|
375 |
Communicator 手操器 |
|
CSI 9210 |
Machinery Health Transmitter |
|
El-O-Matic 0990 |
ELQ Quarter Turn Electric Actuator |
|
El-O-Matic 22C0 |
ELQ Quarter Turn Electric Actuator |
|
El-O-Matic 7360 |
ELQ Positioning Electric Actuator |
|
El-O-Matic 8000 |
ELQ Positioning Electric Actuator |
|
El-O-Matic A2C0 |
FF34 Actuator Controller |
|
El-O-Matic DD30 |
ELQ Positioning Electric Actuator |
|
El-O-Matic F800 |
ELQ Quarter Turn Electric Actuator |
|
FieldQ |
Pneumatic Valve |
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