智能数字化电厂的基础-数字总线技术

张天睿TerryZhang工厂管控网市场部PlantWebMarketing艾默生过程控制EmersonProcessManagementHP:13774241177`智能数字化电厂的基础-数字总线技术智能数字化电厂的基础智能数字化电厂的基础--数字总线技术数字总线技术引言引言引言智能仪表和阀门有丰富的自诊断信息。这些诊断信息能给用户带来什么好处？用户如何使用这些诊断信息？有没有实际的使用案例？全球有2000多万已安装的智能仪表具备丰富的诊断信息全球有全球有20002000多万已安装的智能仪表具备丰富的多万已安装的智能仪表具备丰富的诊断信息诊断信息变送器电子元件故障传感器故障过程报警组态错误取压管堵塞传感器漂移变送器电子元件故障传感器故障过程报警组态错误取压管堵塞传感器漂移阀门行程偏差循环次数阀门特性曲线阶跃响应动态响应带驱动信号输出信号阀门行程偏差循环次数阀门特性曲线阶跃响应动态响应带驱动信号输出信号质量流量计实时流量密度温度振动频率驱动信号零点质量流量计实时流量密度温度振动频率驱动信号零点分析pH电极寿命玻璃电极损坏电极故障电极被覆盖电极性能下降.分析pH电极寿命玻璃电极损坏电极故障电极被覆盖电极性能下降.智能诊断信息给用户带来的好处智能诊断信息给用户带来的好处智能诊断信息给用户带来的好处z更加了解工厂的运行状况z减少装置停车时间z装置运行更加稳定z更加符合安全、健康和环保的要求z减少维护和运营成本SMARTMEASUREMENTSMARTFINALCONTROLSMARTANALYTICALSMARTSAFETY…通过及时为相关人员提供准确，可靠的信息来提高工厂性能创造卓越智能化机械健康管理智能化测量元件智能化分析仪器智能化安全系统自动化系统不仅包括DCS，它是个有机整体自动化系统不仅包括自动化系统不仅包括DCSDCS，它是个有机整体，它是个有机整体智能化资产优化方案智能化数字控制系统智能化控制终端单元过程控制信号的发展历史过程控制信号的发展历史•1940•1950•1950•1960•1970•1980•1990•2000•2010•气动:3-15psi•电流模拟量:4-20ma4-20mA4-20mA•模拟量＋数字:Hart•全数字:Fieldbus•无线技术Wireless电力行业早已意识到利用信息化的智能仪表管理对运营会产生革命性的影响电力行业早已意识到利用信息化的智能仪电力行业早已意识到利用信息化的智能仪表管理对运营会产生革命性的影响表管理对运营会产生革命性的影响传统4-20mA的自动化方案传统传统44--20mA20mA的自动化方案的自动化方案•只传送一个变量•单向通讯过程信号传输过程信号传输过程信号传输数字化总线对电厂实现智能化是关键！数字化总线对电厂实现智能化是关键！数字化总线对电厂实现智能化是关键！z多挂接z多变量z双向传输z现场设备故障诊断设备多变量传输-多个测量值设备设备多多变量传输变量传输--多个多个测量值测量值9质量流量9累计量9体积流量9温度9密度9气源压力9膜头压力9阀位信号9……848T实现一台设备同时测量8个温度点T1T2T3T4T5T6T7T8预测信息要集成到整个自动化系统中预测信息要集成到整个自动化系统中预测信息要集成到整个自动化系统中z诊断信息的预测智能要集成到自动化系统中，才能做到对故障的及早排除，提高生产效率和减少维护成本。z智能设备管理软件(AMS)是一个重要的工具。生产操作可靠性维护ERP系统¾设备诊断9报警监视9工作状态显示¾设备组态9组态变更、对比9参数设定¾设备校验9校验帮助,校验历史¾设备台账（文档）9所有变更记录,工程图纸、笔记¾附加应用软件(SNAP-ON)智能设备管理软件AMS的核心功能智能设备管理软件智能设备管理软件AMSAMS的核心功能的核心功能z远程诊断和预警z设备组态z标定帮助和管理z电子文档Rosemount3051S支持EDDL方便您的调试投运工作Rosemount3051SRosemount3051S支持支持EDDLEDDL方便您的调试投运工作方便您的调试投运工作‘框架’将不同的组态功能分组显示工程单位及量程状态指示菜单式功能列表2010/4/29支持EDDL标准设备的回路测试支持支持EDDLEDDL标准设备的回路测试标准设备的回路测试提示操作人员进入测试状态保持仿真模式，观察过程画面上的数值显示向导完成，设备自动恢复到工作模式下模拟输入一个需要的数值改进的维护方式Onepersoncaneasily:z组态下载z执行自诊断z完成回路检测z检查接线AMS智能设备管理方案下AMSAMS智能设备管理方案下智能设备管理方案下RackRoomCONTROLHIPVSPTSP10.44FEET11.39FEET11.39FEETAUTOAUTOAUTOMANMANMANTUNETUNETUNEOOSOOSOOS12.000.000.0100OUT100%0.004.008.0012.0014:53:3714:53:5714:54:1714:54:37“LOOPDISPLAY”z调试时间减少70%以上z日常维护时间降低了67%:ICIz$150/xtmr:EastmanChemicalz$200/valve:ElfAtoChem节约效果:针对智能HART设备调试2010/4/29压力变送器故障诊断压力变送器故障诊断压力变送器故障诊断“FailedAlarm”:指示该设备已无法正常操作“MaintenanceAlarm”:指示该设备需要维护“AdvisoryAlarm”:指示该设备有小问题2010/4/29传统的设备巡检维护方式传统的设备巡检维护方式传统的设备巡检维护方式Æ传统的巡检方式很难发现故障Æ烦琐的文档记录Æ危险的现场环境2010/4/29利用数字总线技术实现电子巡检利用数字总线技术实现电子巡检利用数字总线技术实现电子巡检改变工作方式电子巡检提供设备状态数据有目的维护及时判断仪表的状态更高的工作效率2010/4/29您可以获得的预维护功能!您可以获得的预维护功能您可以获得的预维护功能!!随着技术发展智能的现场仪表信息更丰富，仪表本身具备了计算和控制功能随着技术发展智能的现场仪表信息更丰富，随着技术发展智能的现场仪表信息更丰富，仪表本身具备了计算和控制功能仪表本身具备了计算和控制功能I/P缺失行程偏差供气不足阀门卡死组态更改FailedDiaphragm模头泄露O型环故障……电子模件故障传感器故障过程异常组态警报RTD漂移RTD寿命估算pH电极寿命玻璃电极故障参考电极故障参考电极被覆盖参考电极中毒电子模件故障大的过程噪音接地错误电极错误空管报警反相流校验错误电子模件故障传感器故障过程异常组态更改取压管线堵塞组态警报……远程组态状态/诊断预警功能/就地控制计算使用总线来满足仪器仪表智能化的潮流使用总线来满足仪器仪表智能化的潮流总线连接:一对线可连接多台设备总线总线方案传统方案传统4-20mA或HART:一对线只连接一台设备4-20mA为何采用数字总线?为何采用数字总线为何采用数字总线??z多点连接•节省电缆z多变量过程参数•更少的电缆z提高精度•不会在D/A和A/D转换单元上损失精度z更高的完整性•通过数码校验可检测到信号失真保证信号的鲁棒性z提升现场仪表的能力•更丰富和快捷的诊断数据传输加强了预维护能力z获取仪表信息•智能设备管理HighSpeedEthernet(HSE)SimpleDevicesIntelligentDevicesFieldbus位字节数据块过程变量逻辑控制过程控制和诊断DevicebusAS-iSeriplexFIPI/OSensorbusCANDeviceNetSDSLonWorksInterbusSP-NetWorldFIPProfibusDP&FMSProfibusPA如此众多的总线标准怎么选择？如此众多的总线标准怎么选择？如此众多的总线标准怎么选择？FOUNDATIONH1DeviceNet的特性DeviceNetDeviceNet的特性的特性z物理特性–500米以内通讯速率达到125kbit/s,100米以内达到500kbit/s–冗余电源可以在多股电缆线中独立提供,8A–不支持本安应用–500/250/125kbit/s–分支电缆最远6mz数据链路层特性–64节点–Producer/consumer（生产者/消费者），点对点peer-to-peer,master/slave主从,changeofstate状态改变–支持周期性I/O和非周期性数据传输z应用层特性–每条信息为8个字节数–预编目录对象模型–支持设备特性描述“分支“主干Profibus有多种版本ProfibusProfibus有多种版本有多种版本ProfibusDP的特征ProfibusDPProfibusDP的特征的特征z物理特性–RS485串行通讯距离1.2Km时通讯速率在93.75kbit/s或以下,100m以内最高速率可以达到12Mbit/s–每条RS485网段最多挂接32个设备–无源总线–不支持本安应用–9.6/19.2/45.45/93.75/187.5/500kbit/sor1.5/3/6/12Mbit/s–分支电缆一般不超过6.6mz数据链路特性–每个网络可以有126个从站（使用中继器）–循环的IO数据和非循环的设备信息数据都采用主从（master/slave）轮询检测方式–自由运转的令牌轮询(无同步功能)–有DPV0，V1，和V2的分别z应用特性–用段和索引来组织数据马达启动器,变频器，阀门监视,继电器阀岛等马达启动器马达启动器,,变频器，变频器，阀门监视阀门监视,,继电器阀岛等继电器阀岛等PROFIBUS-DP总线接口实例ProfibusDP主控端FieldTerminatorDP总线电缆50M#1炉烟气挡板#1密封风机#1炉升压风机A#1润滑油泵#1炉升压风机A冷却风机1#1炉GGH#1密封风机#1炉GGH导向轴承油泵Festo:6xDI1xDO4xAI1xAO#1炉脱硫工艺水箱补水门#1炉烟气挡板#1密封风机出口门#1炉GGH支持轴承油泵#1炉吸收塔除雾器冲洗水门1Terminator#1炉吸收塔除雾器冲洗水门2#1炉吸收塔除雾器冲洗水门3#1炉吸收塔除雾器冲洗水门4#1炉吸收塔除雾器冲洗水门6#1炉吸收塔除雾器冲洗水门5#1炉GGH#1密封风机出口门PROFIBUS-DP总线连接总线接口z物理特性–1.9km,使用中继器可以达到9.5km–每个网段可连接32台设备–可以应用于本安环境–31.25kbit/s–分支最长可以达到120mz数据链路特性–每个网络有32个从站–循环的IO数据和非循环的设备信息数据都采用主从（master/slave）轮询检测方式循环数据和非循环数据–自由运转的令牌轮询(无同步功能)z应用特性–用块和索引来组织数据ProfibusPA的特征ProfibusPAProfibusPA的特征的特征D1Device2D3循环通讯非循环通讯D1Device2D3D1Device2D3周期不是恒定的没有精确的周期没有精确的周期没有精确的周期zProfibus-DP/PA不能实现精确的周期通讯z没有宏循环的概念z响应变化取决于非周期的传输z通讯无法按照执行时间要求同步z不适合采用PID控制基金会现场总线H1基金会现场总线基金会现场总线H1H1z物理特性–1.9km,使用中继器可以达到9.5km–每个网段可连接32台设备–总线电源可以冗余–可以应用于本安环境–31.25kbit/s–分支最长可以达到120mz数据链路特性–每个网络有240个从站(实际应用中限制在16以内)–出版者/预定方（Publisher/subscriber）点对点对等通讯（peer-to-peer）,主从（master/slave）,汇报配给（reportdistribution）–循环数据和非循环数据–时间同步，可应用于PID控制z应用特性–用块和索引来组织数据采用时间多路分配技术采用时间多路分配技术采用时间多路分配技术z实时通讯–过程