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基金會現場總線——自動化行業的前沿技術
http://www.sharifulalam.com 2009-01-07 09:29 來源：自動化博覽
編者語：FOUNDATION fieldbus 基金會現場總線技術是數字化過程控制的基礎，是工廠信息化的前沿技術?；饡F場總線是一種全數字的、雙向傳輸、多點通訊由總線供電、用于連接智能設備和自動化系統的通訊鏈路。FOUNDATION fieldbus基金會現場總線可視作為一種基于現場的局域網(LAN),用于連接各種儀表、閥門定位器等智能設備,其自身可向整個網絡提供控制應用程序;當前已經注冊有200多種來自各個廠家的現場總線設備。
一、FOUNDATlON fieldbus 基金會現場總線
基金會現場總線(FOUNDATION fieldbus)是一種由現場總線基金會(Fieldbus Foundation)研發推廣的現場總線協議的名稱,它符合開放的國際標準IEC-61158-2;現場總線基金會是一個獨立的非盈利組織;它于1994年成立,并由超過350家來自全球用戶及主要過程自動化供應商組成;該基金會志在:形成專一的、國際性、有互操作性的現場總線標準以符合最新自動化控制技術的發展要求,并提供教育、互操作性測試、一致性測試、測試工具、研發支持軟件和試驗協助等工作。
基金會現場總線是一種全數字的、雙向傳輸、多點通訊由總線供電、用于連接智能設備和自動化系統的通訊鏈路。FOUNDATION fieldbus基金會現場總線可視作為一種基于現場的局域網(LAN),用于連接各種儀表、閥門定位器等智能設備,其自身可向整個網絡提供控制應用程序;當前已經注冊有200多種來自各個廠家的現場總線設備。
為了幫助您簡便、成功地應用現場總線技術,艾默生過程管理將提供從現場智能設備到DeltaV/Ovation規?？勺兛刂葡到y的一整套產品和方案。
FOUNDATION fiedbus 基金會現場總線實用化的關鍵在于對工廠內的智能現場設備進行現場控制、智能診斷及快速數字通信能力。對艾默生過程管理而言,FOUNDATION fiedbus基金會現場總線技術是 PlantWeb工廠管控網--基于現場智能的體系結構的基石。
PlantWeb工廠管控網基于現場智能的結構使您能通過對智能現場設備、規?？勺兊钠脚_與增值軟件形成網絡來實現開放式過程管理方案。由于充分利用了現場智能設備,過程管理已不僅僅意味著過程控制,而且還包括了設備管理:現場智能設備同時具有了強大的控制運算及診斷能力,PlantWeb是一個利用現場智能設備的預測診斷能力來提升工廠性能的數字化控制系統結構。針對智能儀表、智能閥門定位器等進行在線組態、調試、檢驗管理診斷及歷史事件記錄等工作。
在OSI模型中未定義用戶程序?，F場總線FOUNDATION fieldbus基金會已定義了用戶程序模型,并在AMS設備管理與DeltaV/Ovation 數字控制系統中加以使用。融合于PlantWeb中的AMS Suite設備管理組合應用方案,可以使您簡便直觀地享受到以上的所有得益,在獲取現場智能儀表設備的同時,它還能管理過程工藝靜態設備和機械傳動設備等,并將信息以您熟悉的形式傳送至桌面,用Windows界面甚至以太網瀏覽器方式集中或分散地監視和管理(詳情請參閱AMS Suite設備管理組合資料)。
二、FOUNDATION fieldbus 基金會現場總線技術
FOUNDATION fiedlbus 基金會現場總線技術包含以下三部分:
l 物理層
l 通訊“?！?/FONT>
l 用戶程序
開放系統互聯(OSI)分層通訊模型可用于模擬這些部分(見圖)。
物理層是OSI的第一層；數據鏈路層(DLL)是OSI的第二層;現場總線消息規范(FMS)是OSI的第七層;通訊棧包括了OSI模型中的第二層到第七層。
現場總線協議不使用OSI的第三、四、五、六層。現場總線訪問子層(FAS)將FMS映射到DLL。
在OSI模型中未定義用戶程序?，F場總線FOUNDATION fiedlbus基金會已定義了用戶程序模型,并在AMS設備管理與DeltaV/Ovation數字控制系統中加以使用。
三、物理層
物理層由國際電工委員會(IEC)與國際測量與控制協會(ISA)的標準來定義。物理層從通訊棧接收信息,并將其轉換成物理信號,然后發送到現場總線的傳送介質上;物理層也負責這一過程的逆過程。該層的標準決定了總線的物理特性,包括:拓撲結構、電纜距離、電壓電流、設備個數等。
H1 現場總線
H1現場總線可用于溫度、液位、流量與壓力等監視和控制等場合。
其設備可直接從現場總線雙絞線上獲取電源,并在該線路上傳輸數字通訊信號而工作。
H1現場總線還可支持現場本安設備的應用。在安全區內的電源與危險區內的本安設備之間安置本安安全柵。(見圖)
H1 現場總線信號傳輸
傳送設備以31.25kbit/s的速率向50Ohm的終端負載發送±10mA,產生1.0V的峰一峰電壓,并調制于直流(DC)電壓之上,直流電壓范圍為 9-32VDC(見圖 7) 。但是,在本安應用中,電壓范圍視選用方案而定。
H1 現場總線網絡/網段拓撲
接線H1現場總線允許存在支干,如圖所示。
所謂H1網段是指從H1接口以下安裝在一對終端器之間的電纜、智能設備,與電源調節器模塊的系統組合;H1現場總線一般會采用以下幾種網段拓撲：
樹形拓撲(雞爪型)
樹形拓撲網絡是由多個智能設備與公共接線盒連接的多條獨立現場總線支線組合而成的結構;使用于同一網段上設備集中在接線盒總區域范圍之內的情況,考慮更高的安全要求,可以在接線盒的各分支上增加防短路保護功能。
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分支拓撲
分支拓撲
各現場總線智能設備獨立分散地連接到總線主干網上的結構方式;適用于智能設備密度比較低、跨度比較大的應用場合。
混合拓撲：
將上述兩種拓撲方式混合使用,以適應現場實際、復雜的應用要求。決定現場總線長度的因素有通訊速率,電纜類型、連接方式、總線電源選項與本安選項等。
若使用屏蔽雙絞線,現場總線電纜的長度不能超過1900m(6332英尺)。其中電纜的長度為主干長度加上所有支干長度,在終端器之間的區域部分定義為主干,所有離開主干的部分稱為分支,主干的兩端均設有終端負載。如果可以選擇支干的長度,則越短越好。支線的總長受支干數目與每條支干上設備的數量限制,如下表所示。
現場總線上可承受的設備總數受諸多因素影響,如各臺設備的電耗、電纜類型、是否使用中繼器等。
易燃易爆環境下的H1現場總線
本質安全型ENTITY
這是現場總線初始應用階段最常用的防爆方法,通過采用能防止浪涌電流或過載電流從安全區傳輸到危險場所的高度可靠的電源隔離器措施來保證安全;跟本安安全柵一樣,隔離器設置了限壓限流電路,這一電路就確定了本安輸出特性。由于在本規范下的供電模塊一般只有80mA,連接的設備和距離受到了很大限制;但可以利用中繼器來延伸或增加連接的智能設備。
現場總線本安防爆的FISCO應用模型
FISCO為“現場總線本安防爆概念”(Fieldbus Intrinsically Safe Concept )的簡稱:它是一個既符合本安防爆標準,又便于實際應用的現場總線本安防爆應用模型和認證規范。依照FISCO模型設計現場總線網絡,工程設計人員和最終用戶可以避免繁瑣的電容和電感參數的核算,現場儀表和電纜布置變更時也無需重新進行參數核算。FISCO 應用規范的要點如下：
每根本安現場總線上只允許設置一臺有源設備,其他必須是無源設備,這臺有源設備為取得本安防爆認證的現場總線本安配電設備,如現場總線隔離柵、現場總線本安中繼器、現場總線安全網橋或現場總線本安配電器等。所謂無源設備,通常為現場儀表、電纜、接線盒、網端等;每根本安現場總線上最多掛接12臺符合FISCO認證的現場儀表;每臺現場儀表的耗電不小于10mA;電纜長度總和不超過1000米,每根分支電纜長度最長為30米。
增安型防爆的主干線,本安型防爆的現場儀表
利用兼備隔離柵和接線盒功能的現場安全柵(Fieldbarrier)構成現場總線網絡的方法; Field barrier本身通常為增安型和澆封型防爆,可安裝在危險區Zone 1,內含隔離柵為EEx ia IIC,兼容FISCO和ENTITY標準,主干線電纜的長度和分支電纜的長度只受現場總線協議的約束(電纜總長1900米,分支見表1),不受FISCO規定的電纜長度總和不超過1000米和每分支不超過30米的限制。
高速以太網
H2現場總線(HSE)描述了在100MB/秒以太網上工作的一種現場總線網絡,通常連接I/O子系統、鏈接設備、交換器、主機設備和現場設備等,可滿足高速工廠自動化應用的要求。
HSE現場設備
HSE現場設備是一種能夠與高速以太網(HSE)現場總線直接連接的現場總線設備。通常的HSE現場設備有HSE鏈接設備、運行功能塊的HSE現場設備和主機。
HSE鏈接設備
HSE鏈接設備是一種將HSE層和多個H1現場總線網絡/網段互聯,創建更大H1網絡系統的轉換單元。
HSE交換器
HSE交換器是一種標準以太網設備,可用于連接多個高速以太網(HSE)設備,如HSE鏈接設備和HSE現場設備,從而形成更大的HSE網絡
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四、通訊棧
數據鏈路層
數據鏈路層(DLL)控制消息在現場總線上的傳輸。DLL通過確定的集中式總線調度器,即所謂的鏈接活動調度器(LAS),對現場總線的通訊訪問進行控制。
設備類型
DLL 規范中定義了三類設備：
l 不可成為 LAS 的基本設備
l 可成為 LAS 的鏈接控制設備
l 用于將各個現場總線互聯為更大網絡的網橋
調度通訊
LAS有一份傳送時間表,記錄著要在一個周期內傳送的所有設備中所有緩存的傳送次數。當到了某一設備發送緩存的時刻,LAS即向該設備發出一項強制數據(CD)消息。一旦收到CD,設備即向現場總線上的所有設備廣播或"發布"緩存中的數據。所有組態為接收數據的設備即稱為"認購者"。 (見圖)
非調度通訊
在傳送調度的間隙,現場總線上的所有設備均可發出"非調度"消息。LAS可以通過向設備發出傳遞令牌(PT)的方式允許該設備使用現場總線。當設備收到PT,它即可以發出消息,直至結束,或超過"最大令牌保留時間"(取兩者中較短者)。消息可向單一的地址發送,也可向多個目的地址發送,(多路廣播)。
鏈接活動調度器的操作
LAS 的全部操作可分為:
l CD 調度
l 活動表維護
l 數據鏈接時間同步
l 令牌傳遞
l LAS 冗余
下圖為 LAS 采用的算法。
CD 調度
包含一張用于引發循環基的行動表。在計劃好的時刻來臨時,LAS準時向現場總線設備中的某一特定數據緩存發出一個強制數據(CD)。該設備立即向現場總線上的所有設備廣播或 "發布" 一個消息。這在 LAS 的作業中具有最高優先級。剩余的作業將在調度傳送之間完成。
活動表維護
"活動表"是記錄所有正確響應傳遞令牌(PT)的設備清單。新設備可以隨時加入現場總線。LAS定時向不在活動表上的地址發出指針點(PN)消息。如果有設備于該地址收到了PN,該設備將立即返回指針響應(PR)消息,此時LAS會將該設備添加在活動表上,并發出節點激活消息表示確認。
在完成向活動表中的所有設備發出一輪PT之后,LAS至少需測試其中一個地址。所有能正確響應PT的設備將繼續保留在活動表中。如果某一設備在三次嘗試后都未使用令牌或立即返回到LAS,LAS會將該設備從活動表中刪去。
無論何時,當活動表添加或刪除某臺設備時,LAS都會向所有設備發送活動表的變化。這使得每臺設備都可以保有活動表的最新備份。
數據鏈路時間同步
LAS定時在現場總線上廣播時間分布(TD)消息,以便所有設備都具有完全相同的數據鏈接時間。這一點相當重要,因為現場總線上的調度通訊與用戶程序中調度功能塊的執行者要依據從中獲得的信息。
令牌傳遞
LAS向活動表上的所有設備發出傳遞令牌(PT)消息。當收到PT 時,設備即可傳送非調度消息。
LAS 冗余
一個現場總線H1網段可以有多個鏈路活動調度器,如果當前的LAS失效,地址值最小的鏈路控制設備會接替活動的LAS,使現場總線繼續工作。
五、用戶應用層--塊
現場總線基金會在"塊"的基礎上定義了標準用戶應用層。塊代表了各類應用功能
(見圖 22)。
(見圖 22)。
資源塊
資源塊描述現場總線設備特性 ,如設備名稱、制造商與系列號。每臺設備中僅有一個資源塊。
轉換塊
轉換塊是(TB)包括諸如:標定信息、組態信息。
功能塊
功能塊 (FB) 提供控制系統行為。功能塊的輸入、輸出參數可通過現場總線鏈接；各功能塊的執行均受精確調度。
一個用戶程序中可有多個功能塊。以下為現場總線基金會定義的功能塊：
標準功能塊：
FF-891功能塊－第二部分,定義如下10類標準功能塊
1) AI － 模擬輸入
2) AO － 模擬輸出
3) BG － 增益
4) CS － 控制選擇器
5) DI － 離散輸入
6) DO － 離散輸出
7) ML － 手動裝載
8) PD － 比例/微分控制
9) PID － 比例/積分/微分控制
10) RA － 比值
先進功能塊
先進功能塊的定義可參見FF-892功能塊－第三部分如下：
1) Pulse Input（脈沖輸入）
2) Complex AO（復雜AO）
3) Complex DO（復雜DO）
4) Step Output PID（步進輸出PID）
5) Device Control（設備控制）
6) Setpoint Ramp（給定值斜率）
7) Splitter（分信號塊）
8) Input Selector（輸入選擇器）
9) Signal Characterizer（信號線性化塊）
10) Dead Time（時間）
11) Calculate（計算塊）
12) Lead/Lag（超前/滯后）
13) Arithmetic（算法塊）
14) Integrator（累計塊）
15) Timer（定時器）
16) Analog Alarm（模擬報警）
17) Discrete Alarm（離散報警）
18) Analog Human Interface（模擬人機接口）
19) Discrete Human Interface（離散人機接口）
附加功能塊
附加功能塊的定義可參見FF-892功能塊－第四部分如下：
1) Multiple Analog Input MAI（多路模擬輸入）
2) Multiple Analog Output MAO（多路模擬輸出）
3) Multiple Discrete Input MDI（多路數字輸入）
4) Multiple Discrete Output MDO（多路數字輸出）
柔性化功能塊
柔性化功能塊的定義可參見FF-892功能塊－第五部分如下：
1) Flexible Function Block (柔性化功能塊）
轉換塊
轉換塊將功能塊從讀取傳感器和命令驅動硬件的本地輸入/輸出(I/O)功能分開。轉換塊(TB)包含諸如標稱數據和傳感器類型等信息。通常轉換塊為每個功能塊(FB)的輸入或輸出都配有相應的轉換塊通道。
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六、設備描述
對現場總線設備而言相當重要的是互操作性。為此 , 除標準功能塊參數與行為定義之外還使用了EDDL(電子設備描述語言)技術。設備描述(DD)為主機系統提供了一種自動識別和使用該現場設備的方式。每臺標準的現場總線設備都有特定的設備描述,并可從供應商或現場總線基金會獲取。
DD可以視為設備驅動程序,類似于個人電腦(PC)中用來操作打印機及其它與PC相連的設備驅動程序。只要有設備的DD,任何與現場總線兼容的控制系統或主機就可以操作該設備。
現場總線基金會(FF)為所有標準功能塊與轉換器塊提供DD,設備供應商一般會參照標準DD制訂"加長"DD。供應商也可以向設備中加入供應商特定性質,如標定與診斷程序等,這些特性也可在加長DD中加以描述。用戶可以向設備供應商索取加長DD,如果供應商已經在現場總線基金會上注冊了其加長DD,用戶也可以從其中獲取。
要在現場總線上增加一臺新設備,可將其簡單地連在現場總線線路上并且向控制系統或主機提供新設備的加長DD(如果有)。艾默生過程管理為其生產的所有現場總線設備提供DD。另外,DeltaV/Ovation數字控制系統與AMS智能設備管理系統為所有標準注冊的總線設備提供DD- 無論它是由哪家廠商生產的。
七、設計與儀表選型
由于FF總線網段的構成受到電纜、供電、儀表耗電、網絡拓撲等的影響,所以需要經過嚴格的計算才能形成有效、可工作的網段。
例:現場總線配電器應用中,現場總線掛接現場儀表數量和電纜長度的估算。
供電配電能力： 24VDC/400mA
FF總線變送器耗電： 9V/17.5mA
FF總線閥門定位器耗電： 9V/26mA
FF現場總線A型電纜分布電阻： 44歐姆/km
1) 現場儀表掛接數量：
變送器： 400/17.5 = 22.8
定位器： 400/26 = 15.3
所以,每根總線可掛接22臺變送器或15臺閥門定位器。實踐中,DCS通常規定每段H1總線掛接現場儀表的數量為16臺,其中閥門定位器為4到8臺。
2) 電纜長度:假設總線上掛接8臺變送器和8臺閥門定位器。
則現場儀表耗電總額為： (8 x 17.5) + (8 x 26) = 348mA
允許總線電纜的壓降為： 24 - 9 = 15V
允許電纜總電阻為： 15V / 348mA = 43.1歐姆
電纜長度為： 43.1 / 44 = 0.980 km
所以,當總線上掛接8臺變送器加8臺閥門定位器時,電纜長度可達980米。
當然,這些計算是基于其應用極限的,為了總線穩定運行,設計時經常會將最低電壓提高2V的裕度來考慮,具體情況可參見現場總線基金會的《FF工程應用指南》。
為了更便于用戶和設計部門對現場總線網段設計的工作,艾默生過程管理研發了Ff Design Tool。它運行在Windows界面下,包含了不同廠家的各類總線儀表規格型號,并內嵌了總線設計規范,所以只需用鼠標拖拉方式就可以完成網段的設計和檢驗工作,并形成報表。
作為FF的應用,智能設備的選擇是十分重要的,因為它們是整個控制系統信息化的源頭,甚至本身就是控制單元,所以建議在選擇Ff儀表時請考慮以下因素：
l 工作電壓（9-32VDC）
l 最大的總線耗電量
l 要求實現的功能塊
l 功能塊執行時間
l 設備智能程度：標準/先進診斷
l 互操作性測試（ITK4.0以上）
l 無極性敏感
l LAS功能
l 設備版本
l 設備的多參數測量功能
l 現場指示功能（是否可以顯示網段上其他設備的參數）
關于系統安全性設計、輔助設備要求、軟件組態準則等詳情請參閱現場總線基金會的《FF工程應用指南》。
八、現場總線有哪些優點
現場總線的優點遍布于整個工廠的生產周期 :
計劃與安裝
現場總線允許多臺設備連接至一根雙絞線,從而減少了電纜、橋架、本安安全柵與端子柜的使用量,進而降低了安裝成本。多臺現場設備連接在一根總線上同時也減少了I/O模板需求量,并降低了機架底板、電源等。
即插即用的設備連接通訊技術和相應接線端子塊,并利用無極性敏感的智能設備功能使現場儀表安裝的連接更便捷。
由于 FOUNDATION fieldbus基金會現場總線的功能塊可迅速而方便地鏈結起來,形成完整的控制策略---完全在現場設備層次上實現,故而設計與調試費也得以減少。
標準的功能塊設計允許對不同廠商生產的現場設備的功能進行集成的順利分配。功能強大的AMS智能設備管理系統可以幫您迅速組態現場設備。實際上,如果啟動了艾默生過程管理的DeltaV/Ovation基金會現場總線模塊端口,系統就會立即自動辨識已連接的現場總線設備屬性。一旦安裝至系統,與DeltaV/Ovation 同時提供的強大組態軟件可實現控制策略的圖形化組合或使用標準的拖放技術對其進行修改。
控制與操作
使用FOUNDATION fieldbus基金會現場總線技術,您就會發現其在控制和操作方面的卓越性能?，F場總線可實現各設備產生的多路變量進入過程自動化系統,并可進一步進行實時控制、數據歸檔、趨勢分析、過程優化與報表生成。數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數據。
在控制常駐于現場設備之中的情況下,系統性能衰退或實效的可能性比在傳統DCS控制要小得多。這提高了回路性能,降低了易變性,改善了控制性能,整個控制系統的可靠性得到提升。智能的Ff現場總線設備不僅僅提供了PID功能,現場總線基金會定義的30多種功能塊改變了傳統的控制思路和策略,使分散的監視和控制方案極大地方便了用戶。
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例1:艾默生過程管理的羅斯蒙特 3051S
例1:艾默生過程管理的羅斯蒙特 3051S
3051S在提供常規的功能塊(白色框所示)的同時,還具備了輸入選擇、算法、信號線性化、累計、顯示等標準功能塊配置,所有這些功能塊與DeltaV/Ovation系統中的功能塊是沒有任何差異的。其算術功能塊可方便地將來自溫度、壓力變送器的信號在3051S差壓變送器中計算出溫壓補償后的瞬時流量, 這樣操作人員可以在現場看到準確的、經過補償的流量值,而無需回到操作室看控制系統畫面。
如果采用累計功能塊,您在現場還能看到流量的累計值,常規的方法是在DCS控制器或上位機中執行累計功能塊,但一旦系統故障或上位機死機就會導致累計量的丟失,如果在儀表本身執行累計,這樣問題就迎刃而解了。
如果我們將該累計功能塊利用在成品油、氣灌裝的流程上：
FT100和FT101分別測量大管道流量Flow1和小管道流量Flow2,其中在FT100是3051S FF差壓變送器;利用FT100的累計功能塊來計量Flow1和Flow2的總體累積量,當達到示意曲線中預設值Pre Trip點時,累積功能塊Pre Trip Out輸出開關信號關閉FCA100閥門,只用Flow2來作流量細調;當FT100中累積到設定點(Set Point)時再由功能塊Trip Out輸出開關信號,關閉FCA 101閥門;最后實現分程精密灌裝的功能。
所有灌裝的程序都在儀表中執行,可以避免由于系統控制單元故障情況下對成品出廠工段的影響。再利用多參數顯示的功能,在現場的監視將變得十分簡便。我們還可以利用線性化功能塊來實現現場換算工作,比如有一個非線性的罐,需要用差壓來測
量和顯示罐內液體的體積, 可以采用以下方式完成：
運用算術功能塊完成罐底和罐頂的差壓計算,再通過線性化功能塊以20點的采樣值來擬合出相應的差壓和體積的線性關系,并可以在罐底3051S的表頭上直接顯示罐的體積。
例2：艾默生過程管理的羅斯蒙特 848T
848T是基于基金會現場總線的8通道溫度變送器,－40oC～85oC的工作環境能力保證了它可以在現場安裝,并且每個848T只占用Ff總線網段上的一個站點;故在一個網段上可以連接多個848T,或與其它現場總線儀表、閥門混合連接;多通道溫變大量節省了常規需連接到控制室內的熱電偶補償電纜或熱電阻三芯電纜。
同樣,848T可以在現場完成各種功能塊運算,保證分散控制的安全可靠。
比如：燃氣輪機的溫度監測
- 尾氣平均溫度的測量 (T1-T4的平均值)
- 入口燃氣的最高檢測溫度 (T5-T8中的最大值)
針對溫度傳感器容易損壞且長時間運行、不便維修的工藝場合,848T可應用于4個分組冗余溫度的監測,以提高現場信號的可靠性：
當主傳感器發生故障時自動切換
例3:艾默生過程控制的Rosemount 848L
848L是基于基金會現場總線的邏輯功能變送器,－40oC～85oC的工作環境能力保證了它可以在現場安裝,并且每個848L只占用FF總線網段上的一個站點;故在一個網段上可以連接多個848L,或與其它現場總線儀表、閥門混合連接;它可以提供8個離散輸入和4個離散輸出,并具備與、或、非、計時器、計數器等功能,可實現快捷的本地邏輯運算和控制,并將監視信息傳送至上位系統。
848L的出現打破了FF總線難以適應響應要求快捷的邏輯動作的開關量信號應用的局限,它可以廣泛應用于電磁閥邏輯動作、馬達啟停、開關閥氣控、限位開關、互鎖邏輯、現場按鈕等工藝場合。由此可見,基金會現場總線設備的內嵌智能控制和運算功能改變了傳統控制系統的習慣組態思路,為分散化、單元化的安全控制提供了基礎。
維護
智能現場設備的使用將使工廠的維護工作發生徹底的改變。基于微處理器的現場總線設備具有自檢與通訊能力,能減少工廠停工時間,提高安全性。您不會在不知情的情況下使用一臺可能有問題的設備了,一旦現場總線設備有故障,其自診斷系統會向您發出通知,您可以派出相關的維修工配備正確的工具去檢修,減少了無謂的現場奔波和無目的性的巡檢時間。
在您對現場總線設備進行組態、標定、診斷及報告時, AMS Suite設備管理組合方案軟件及 DeltaV/Ovation 系統可以滿足您所有的需要。
互操作性是現場總線技術另一個重要優點
互操作性的定義為:在性能毫無損失的情況下,在同一系統下操作不同廠商生產的多臺設備的能力。
任何向FOUNDATION fieldbus基金會現場總線提供設備的廠商都必須遵從FOUNDATION fieldbus基金會現場總線標準,否則將得不到FOUNDATION fieldbus基金會現場總線認證。這使您選擇供應商的余地更大了,并保證了不同廠商生產設備的協同運作。
FF現場總線在艾默生管理系統中的實現
艾默生過程管理有限公司作為在現場總線應用的先驅者,有著豐富的應用經驗和技巧;為了充分地發揮現場總線的功能,艾默生過程管理按照標準全新地設計了支持FF的DeltaV和Ovation系統。
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DeltaV系統中的FF應用
DeltaV系統中的FF應用
在您對現場總線設備進行組態、標定、診斷及報告時, AMS Suite設備管理組合方案軟件及 DeltaV/Ovation 系統可以滿足您所有的需要。如圖所示,DeltaV系統在兼容傳統I/O及HART信號的同時,支持面向離散量信息的ASI總線、面向智能電氣類的Device和Profibus-DP總線、以及面向過程控制的FF總線;其中FF總線分為HSE和H1兩層,當前H1層的FF卡件安裝于DeltaV的I/O機架上,可以與其它任意I/O模塊或總線模塊混合安裝,自動識別并可以設置成冗余;即將面世的HSE鏈路設備將更方便于H1總線的網絡應用。
如上圖所示,其FF智能設備即插即用并無縫連接到控制系統中,標準友好的FF組態和監視軟件直接訪問到現場的儀表而不存在任何映射關系,我們稱這種為FF而特定設計的系統為本質型(Native)現場總線系統。請訪問WWW.DeltaV.com或艾默生銷售以了解更詳盡的信息。
Ovation系統中的FF應用
類似于DeltaV系統,Ovation對FF的支持也是與身俱來的,如下圖：
在該典型的結構中,Ovation FF現場總線模塊就像傳統I/O模塊一樣直接安裝在I/O底板上,沒有特定的地址要求,即插即用的功能方便了系統硬件組態;每一個FF模塊可提供兩個H1網段,每個網段最多支持16臺現場總線設備;當前Ovation的每一對控制器最多可支持24個H1網段。
用于功能組態的Control Sheets與原先傳統的方式一樣,只是在是FF總線設備的地方用FF來標示一下,沒有任何數據映射的過程,工程人員在組態時也不必擔心該信號的實際位置。
3420 Ff 現場總線接口模塊應用
有時用戶會遇到如何在傳統的控制系統中加入FF功能的要求,比如傳統DCS改造項目中增加智能設備、上新項目但主系統是不支持FF總線的PLC控制器時;艾默生公司研發了一款現場總線接口模塊－3420 FIM,該模塊可提供4個H1網段,最多連接64個FF智能設備,它將現場的過程信號和控制指令轉換成標準的ModbusRTU或OPC通訊協議,與傳統控制系統或上位機直接通訊,并通過以太網連接AMS設備管理系統對FF智能設備進行管理和診斷,讓用戶獲得FF技術帶來的優勢和利益。
3420現場總線接口模塊也適合一些小規模FF應用，比如罐區監控系統等：
在3420 FIM設備上采用遠程通訊(無線技術、電話撥號、光纜、衛星等)技術,通過Modbus RTU或OPC協議,它還能廣泛應用于油氣管線等SCADA系統中,實現管控一體化的自動化要求：
九、艾默生過程管理基金會現場總線設備清單
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Model Number 型號 |
Description |
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375 |
Communicator 手操器 |
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CSI 9210 |
Machinery Health Transmitter |
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El-O-Matic 0990 |
ELQ Quarter Turn Electric Actuator |
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El-O-Matic 22C0 |
ELQ Quarter Turn Electric Actuator |
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El-O-Matic 7360 |
ELQ Positioning Electric Actuator |
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El-O-Matic 8000 |
ELQ Positioning Electric Actuator |
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El-O-Matic A2C0 |
FF34 Actuator Controller |
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El-O-Matic DD30 |
ELQ Positioning Electric Actuator |
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El-O-Matic F800 |
ELQ Quarter Turn Electric Actuator |
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FieldQ |
Pneumatic Valve |
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