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1、FF现场总线现场总线的设计设计和应应用2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 Bus3如何设计H1网段？网段负载 会受以下各因素的影响： 1. 工厂的布局 距离 (电压降) 危险区（防爆措施） 控制关联性 2. 安全/HAZOP（危险与可操作性 ）约束 3. 执行速度要求 宏循环 回路/模块执行要求4初步的 P&ID图了解设备的分布和相关性5使用P & ID 图纸来帮助确定现场总线的接线控制室 PCH1 现场总线 # 1网段H1 现场总线 # 2网段CV-101A/OIP 102201921AT 1
2、07ALT 101AT 107BTT 105AT 106Re-Burned LimeLT 108 Purchased LimeLT 112 Green Liquor StorageIP 104AIP 104BHeaterCoolerLT 111 SC 111SC 112SC 108DT 109FT 110SC 110TT 104FT 102AT 10324252322H1 现场总线 # 3 网段6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7估计网段长度 分支长度主干线长度按上表中最大值选择长度8常规应用现场控制室控制系统24Vdc24Vdc电源调节器OR安全区现场接线
3、器9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 ?10FISCO SolutionFieldbus 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11FISCO power supplyFieldControl roomControl systemFISCO fi
4、eld devicesZone 1 Division 124Vdc24VdcEx i Trunk Live-workableEx i spur Live-workableFISCO FISCO 可应用于可应用于Zone1Zone1或或Zone0Zone0的环境的环境EEx ia certifiedFISCO deviceZone 0现场接线器12可连接多少现场设备?MTL5053 (Entity), IIC/IIB Gas GroupsFISCO, IIC Gas GroupsFISCO, IIB Gas Groups80mA available, typically 4 or 5 devic
5、es120mA available, typically 8 devices265mA available, typically 17 devicesZone 1/Division 1假设每台设备15mA13FieldControl roomEx i spur Live-workableControl systemFISCO or Entity field devicesZone 2/Zone 1Ex e Trunk24Vdc Power conditionerZone 0/Zone 124Vdc24Vdc现场隔离安全栅现场隔离安全栅14电缆类型类型 电缆特征 规格 最大长度A 屏蔽, 单对双
6、绞#18 AWG 1900mB多对双绞，总屏蔽#22 AWG 1200mC多对双绞，不带屏蔽#26 AWG 400mD多芯不双绞，不带屏蔽 #16 AWG200m越高的质量 越长的距离 15国内FF H1总线电缆16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)空闲时间在宏循环中必须执行17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18Data Transfer (DT)Compel Data (CD) Fieldbus Host DeviceLink
7、Active Scheduler (LAS)PID AOAI发布者订阅者模式通信发布者订阅者模式通信19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20Trend Data Transfer (DT)Pass Token (PT) Fieldbus Host DeviceLink Active Scheduler (LAS)PID AOAI报告分发通信报告分发通信SinkSource21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
8、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22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23Data Transfer Confirmed Read Request (DT) Fieldbus Host DeviceLink Active Scheduler (LAS)PID AOAI客户客户- -服务器通信服务器通信ClientServer24通信种类 受调度通信 PID 发布 LAN上的确定信息 非调度
9、通信 报警和警示 趋势 操作员改变 工程改变25MacrocyclesMacrocycles26出版方/预定者在控制器中执行PID 3 CD VCRs1变送器 到 控制器2控制器 到 阀门PID 在控制器中3阀门 到 控制器27出版方/预定者在变送器中执行PID 2 CD VCRs1变送器 到 阀门PID 在变送器中2阀门 到 变送器28出版方/预定者在阀门定位器中执行PID 0 CD VCR1变送器 到 阀门PID 在阀门中29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
10、） Integrator (累计功能) Timer（记时） MAI（多路模拟输入）等30多种功能块30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
11、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
12、 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。313 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
13、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）32仪表规格表中应该包括以下内容 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
14、示功能3334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35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！36FF 投运的检测工具37示波器AC 200mV/Division 10ms/Division Fluke 19938系统内置的网段和设备通讯诊断Host System Requirements (7.0)1.采用标准产品 2.备用容量和扩展 3.互操作性 4.HIST,主机互操作性测试 5.
15、对基金会现场总线功能的支持 6.组态工具 7.冗余 & 稳定性 8.故障排除,维护和诊断 9.先进诊断 & CBM 10.评估标准40设备的软件和固件设备的软件和固件 (7.1) (7.5.1) (10.5.1)(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1.控制系统图形 2.节点地址分配和命名 3.控制功能的位置 4.组态选项和缺省值 5.报警和警示 6.网络通信和调度 (The LAS, Macrocycles, VCRs)8.软件配置指导方针7.数据导入和导出 8.
16、操作员显示 9.软件版本 10.系统管理 11.故障处理 12.系统组态工具 13.面板和通信状态显示43设备设备( (节点节点) )选址选址Device ID 003453ACDE39483847Device Name (TAG Name) FIT-625Device Address 33(8.2)44H1网段配置显示(8.4)45H1网段配置显示 (8.4)46控制战略控制战略/ /参数显示参数显示47功能块连接 (控制回路配置)(8.6)OUT.VAL 42.67DEVICEST10148一些控制结构一些控制结构DOMDIDiscreteMDOAIPIDAOPIDAOPIDAIAIPIDCascadeDIManualMLAO49配置串联控制配置串联控制AI Function
