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1、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,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 Bus,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
2、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 ?,FISCO Solution,Fieldbus Intrinsic Safety Concept 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,FISCO p
3、ower supply,Field,Control room,Control system,FISCO field devices,Zone 1 Division 1,24Vdc,24Vdc,Ex i Trunk Live-workable,Ex i spur Live-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/IIB Gas Groups,FISCO, IIC Gas Groups,FISCO, IIB Gas Groups,80mA available, typically 4 or 5
4、 devices,120mA available, typically 8 devices,265mA available, typically 17 devices,Zone 1/Division 1,假设每台设备15mA,Field,Control room,Ex i spur Live-workable,Control system,FISCO or Entity field devices,Zone 2/Zone 1,Ex e Trunk,24Vdc,Power conditioner,Zone 0/Zone 1,24Vdc,24Vdc,现场隔离安全栅,电缆类型,类型 电缆特征 规格
5、最大长度 A 屏蔽, 单对双绞 #18 AWG 1900m B 多对双绞，总屏蔽 #22 AWG 1200m C 多对双绞，不带屏蔽 #26 AWG 400m D 多芯不双绞，不带屏蔽 #16 AWG 200m,越高的质量,越长的距离,国内FF H1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,Fieldbus Host Device,Link Active Scheduler (LAS),PID A
6、O,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,Fieldbus Host Device,Link Active Scheduler (LAS),PID AO,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
7、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,Data Transfer Confirmed Read Request (DT),Fieldbus Host Device,Link Active Scheduler (LAS),PID AO,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PID 3 CD VCRs,PID 在控制器中,出版方/预定者,在变送器中执行P
8、ID 2 CD VCRs,PID 在变送器中,出版方/预定者,在阀门定位器中执行PID 0 CD VCR,PID 在阀门中,下放到现场的控制功能,PID Input 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,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
9、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
10、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
11、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
12、,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,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,AC 200
13、mV/Division 10ms/Division,Fluke 199,系统内置的网段和设备通讯诊断,Host System Requirements (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
14、项和缺省值 报警和警示 网络通信和调度 (The LAS, 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,AI Function Block,AI Function Block,PID Function Block,PID Function Bloc
15、k,AO Module Block,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,Level Input,Water Flow Input,链路主设备考虑,Link Master Device,Basic Device,Bridge Device,Fieldbus H1 Card w/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 Wizard能提供帮助,HMIs 使需要处获得数据,对象联接和过程控制的嵌入,OPC Client Consoles,CONTROL ROOM,FIELD,OPC Server,Linking Device,Host-Level Network,OPC Server,Controller Network,Remote-I/O Network,Central Controller,I/O,OPC可以把数据放在任意指定的用户,OPC “Software Backplane”,