基金会现场总线技术简述及最新发展-FFTechnica

FFBeijingSeminar5Nov.2009基金会现场总线技术简述ABB(中国)有限公司曾硕巍控制系统亚太区中国部经理[e-mail]2FFBeijingSeminar5Nov.2009FF技术概述FF技术概述–FF通信技术–FF功能块技术–FF设备描述–FF互操作性–FF技术特点FF技术的最新发展3FFBeijingSeminar5Nov.2009国际电工委员会IEC61158(测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线,由IEC/TC65/SC65C/WG6制定)标准的定义现场总线是安装在制造或过程区域的现场设备（FieldDevice)与控制室内的自动化控制装置之间的进行数字式、多节点、串行通讯的数据总线开放性互操作性降低初始投入(CAPEX)，如节省布线，文档，调试费用新一代自动化系统的必备技术作为一个使能技术，它支持高端应用解决方案的开发资产管理或资产优化进一步降低资产生命周期的运行成本（OPEX)现场总线Fieldbus4FFBeijingSeminar5Nov.2009APPLICATION应用层7PERSENTION表示层6SESSION会话层5TRANSPORT传输层4NETWORK网络层3DATALINK数据链路层2PHYSICAL物理层1APPLICATION应用层7PERSENTION表示层6SESSION会话层5TRANSPORT传输层4NETWORK网络层3DATALINK数据链路层2PHYSICAL物理层1物理介质用户用户ISOOSI-RM数据通讯参考模型现场总线通讯协议模型5FFBeijingSeminar5Nov.2009现场总线基金会(FIELDBUSFOUNDATION)组织开发基金会现场总线标准Ff(FOUNDATIONfieldbus),并使之成为IEC61158总线国际标准之一，是通讯技术和DCS技术的结合–现任主席RichTimoney–官方网站现场总线基金会(FieldbusFoundation)现场总线基金会(FF)历史FF成立于1994年–由北美的WorldFIP和ISP两大集团合并而成约350多个著名控制及仪表供应商和最终用户加盟–开放互联基金会现场总线标准Ff(FOUNDATIONfieldbus)由现场总线基金会(FF)拥有和控制1996年发布FF通信协议第一版H1（31.25Kbps)–IEC61158总线国际标准的类型12000年11月1日公布HSE（100Mbps高速以太网）–IEC61158总线国际标准的类型5IEC61158：测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线10种技术类型总线由IEC/TC65/SC65C/WG6制定7FFBeijingSeminar5Nov.2009FF总线分类及拓扑结构FF现场总线网络结构包括两种类型FFH1，用于过程自动化的低速总线,通信速率为31.25Kbps,可以总线供电,并提供本质安全.H1的拓扑结构可采用总线型,树型和菊花链型拓扑结构,在同一网段可以是混合型拓扑结构.FFHSE，高速现场总线（基于以太网），通信速率为100Mbps，支持冗余技术，只有总线型拓扑结构HSE和H1之间通过链路设备（LinkingDevice)连接8FFBeijingSeminar5Nov.2009基金会现场总线（FF）通信模型用户层基于IEC618049FFBeijingSeminar5Nov.2009FFHI网络概览物理层组成部分:Transmitter接线盒ActuatorDCS控制器e.g.OperatorStationEthernetCable电源配电器/电源调节器DIOTC/RTDFieldbusProcessInterfaceDIOH1通讯卡总线电源配电器/电源调节器电缆终端电阻接线盒-段保护器-现场总线安全栅浪涌保护器终端电阻电缆H1BusEthernet以太网10FFBeijingSeminar5Nov.2009ControlRoomEquipmentJunctionBox接线盒Spurs分支Trunk主干线SplicesFFH1网络拓扑结构及线缆将设备连接至主干线的电缆线缆现场总线网络上两个相距最远的设备之间的电缆路径，即主要的现场总线通讯电缆11FFBeijingSeminar5Nov.2009H1网段H1网段不同网断上的设备FFHSEFFH1+HSE网络概览OPCServer链接设备LinkingDevice链接设备LinkingDevice操作员站工程师站AMS/AODCS控制器基于Ethernet的控制网络H1网段12FFBeijingSeminar5Nov.2009FF数据传输的三种方式发布/预订(Publisher-Subscriber)定制–周期性实时点对点由LAS管理客户/服务器(Client-Server)非定制–用户发起非实时报告分发(ReportDistribution)非定制–报警和事件非实时时间标签LAS13FFBeijingSeminar5Nov.2009VirtualCommunicationRelationships(VCRs)FF网络通信中,现场设备的信息传送，是通过应用进程之间的逻辑上的连接进行的，这种通信连接称为虚拟通信关系-VCR。FF的虚拟通信关系VCRFCFT发布-预订VCR客户-服务器VCR报告分发VCRDevicemustopencommunicationchannelstotalktoremotedevices14FFBeijingSeminar5Nov.2009FF通信设备类型按照设备的通信能力，Ff将通信设备分为三种类型链路主设备（LinkMasterDevice）：有能力成为链路活动调度器LAS（LinkActiveScheduler）的设备，包括主机接口或某些其它设备。基本设备(BasicDevice)：具备基本通信能力，即只能接受总线命令作出响应的总线设备，不具备LAS能力。网桥(Bridge)：用于连接不同传输速率或不同传输介质的设备，比如将下游各个H1网段连接在一起的设备，同时也是H1和HSE接口设备，它必须成为链路主设备。15FFBeijingSeminar5Nov.2009链路活动调度器LAS(LinkActiveScheduler）LAS是总线段的调度中心,具有总线上所有设备的清单和链路活动调度表，控制通信介质上数据传输活动,任何时刻每个总线段上都只有一个LAS处于工作状态LAS功能包括–向设备发送强制数据CD–向设备发送传递令牌PT–为新入网设备探测未用地址–定期对总线短发布数据链路时间和调度时间–监视设备对传递令牌PT的响应FF链路活动调度器(LAS)FOUNDATIONFieldbus(FF)LAS基本设备链路主设备链路主设备基本设备基本设备基本设备LASX16FFBeijingSeminar5Nov.2009FFH1设备标识现场设备标识：设备标识(DeviceID)由设备制造商提供的序列号serialnumber例如：003453ACME39483847设备位号(DeviceName-TAG)由用户为操作设置例如:TT-101设备网络地址(DeviceAddress)在网段上的唯一地址例如:3317FFBeijingSeminar5Nov.2009FFH1网段概览HI网段特征物理层遵循IEC61158-2标准2线，多台仪表，位同步、双向、数字化通讯波特率31.25Kbps网段驱动电压9-32VDC。通讯信号电流9mA。屏蔽双绞线树型(鸡爪型)、分支型和混合型拓朴结构电缆总长度：1900m。分支电缆长度：30-120m。挂接设备数量：32台。防爆方法：本质安全防爆，等。18FFBeijingSeminar5Nov.2009FFHSE特点100Mbps(允许10Mbps,1Gbps)双绞线和光缆标准以太网接口标准以太网集线器标准以太网接线规则链接设备(LinkingDevices,网关和网桥）冗余FFHSE高速以太网19FFBeijingSeminar5Nov.2009TransducerBlockFunctionBlock(s)ResourceBlockfieldbus资源块设备特性:-设备名称-制造厂商-设备序列号-允许特性功能块定义控制算法特性:-AI,AO,DI,DO,PID,etc.-多于30个以上类型转换块传感器接口-校验信息-组态信息典型用户层应用块用户层提供过程接口及实现通讯系统与用户的互操作用户层是FF与其它现场总线的显著区别FF不仅仅是一个总线技术，而是一个控制系统20FFBeijingSeminar5Nov.2009资源块描述设备的一般信息，包括：ManufacturerName制造厂商ModelNumber模件系列号MaterialsofConstruction设备材质DeviceOptions设备可选项，取决于所选设备一个设备的资源块是唯一的ResourceBlock资源块21FFBeijingSeminar5Nov.2009TransducerBlock转换块用于变送器和传感器的接口，读取传感器数据，包括设备调校和其它数据设备标定信息（量程、线性化）传感器数据（类型，组态）单一设备的可以有多个转换块转换块的模式可以组态，在对设备进行标定时，模快必须设置为OOS状态SensorTransducerAnalogInputBlockActuatorTransducerAnalogOutputBlock22FFBeijingSeminar5Nov.2009FunctionBlocks功能块功能块是参数、算法和事件的完整组合，由外部事件驱动功能块的执行，通过算法将输入参数转换为输出参数，不同的功能块组合成用户所需的控制策略，实现应用系统的控制功能，功能块的输入输出参数可以跨网段实现连接。–设备中的功能块取决于所选设备的类型–单一设备可以有多个功能块，如AI,AO,PID等–控制在现场（ControlInField）FF定义10个标准功能块(Part2)11个先进功能块(Part3)8个高级功能块(Part3)4个多输入/多输出功能块(Part4)柔性功能块(Part5)FF功能块驻留在实际设备中制造商可以增强功能块制造商可以创建用户化功能块23FFBeijingSeminar5Nov.2009功能块应用进程应用AOMLManualControlAOFeedbackControlAIAIPIDPDAIDIAODOInputOutputAOOverrideControlAIAIPIDPIDSSAORatioControlAIRAAIPIDAOCascadeControlAIPIDAIPIDSplitRangeControlAOAOAIBGBGPIDAOTrack,FeedforwardCapabilityinControlAIPIDAOAIDI24FFBeijingSeminar5Nov.2009变送器定位器tAI(50ms)VCR(30ms)PID(200ms)AO(200ms)宏周期:500msVCR类型:Publisher/SubscriberLAS用于功能块的控制和通信的规划调度功能块的执行在时间上是确定性的功能块调度分布化的智能–确定的时序安排25FFBeijingSeminar5Nov.2009设备描述(DD)技术设备描述(DD，DeviceDescriptions)是基金会现场总线为实现可互操作性而提供的一个重要工具–由称为设备描述语言(DDL)的标准编程语言编写实现--EDD