FF现场总线及应用实例
FF现场总线使用使用说明
FF现场总线使用说明书1 引言FF是基于WorldFip North American (FIP)和InterOperable System Project(ISP)的共同利益,而在1994年合并而成的。
1995年,WorldFip欧洲部分也加入了FF。
FF总线由低速(H1)和高速(HSE，High Speed Ethernet)两部分组成。
低速H1部分将ISO/OSI七层参考模型结构简化为物理层、数据链路层、应用层，再加上用户层,形成四层结构。
同时，为了适应以太网技术的发展，现场总线基金会放弃了其原来规划的H2高速总线标准,并于2000年3月29日公布了基于Ethernet的高速总线技术规范(HSE1.0版)。
HSE充分利用低成本的以太网技术，以100M bit/s到1G bit/s或更高的速度运行，它主要用于制造业(离散控制)自动化以及逻辑控制、批处理和高级控制等高速的现场总线网段的互连。
本手册是组态实验室现场总线系统组态的使用说明书，内容包括了使用组态软件，组态一个典型的DEMO现场总线的详细过程。
2 实验室包含的现场总线设备本现场总线实验室是一个典型现场总线控制系统的配置，设备清单如表1所示：网关、网桥、现场总线接口和端子块等部件构成。
现场总线网络上连接的现场总线设备有两种:一种是总线供电式现场设备，它需要从总线上获取工作电源，总线供电电源就是为这种设备准备的；另一种是单独供电的现场设备，它不需要从总线上获取其工作电源。
常用的现场总线设备有温度变送器、压力(差压)变送器、流量变送器、液位变送器和调节阀等。
这些现场设备不仅有信号变换功能，而且还有组态运算及控制功能。
终端器是连接在总线末端或末端附近的阻抗匹配元件。
每个总线段上需要两个，而且只能有两个终端器。
终端器采用反射波原理使信号变形最小，它所起到的作用是保护信号，使它少受衰减与畸变。
有时，将终端器电路内置在电源、安全栅、PC接口卡和端子排内。
基金会高速现场总线FF-HSE分析与应用研究
基金会高速现场总线FF－HSE分析与应用研究1前言基金会现场总线（FF）是专为过程自动化而设计的通讯协议。
FF现场总线最初包括低速总线H1（速率为31.25kbps）和高速总线H2（速率为1Mbps和2.5Mbps）两部分。
但随着多媒体技术的发展和工业自动化水平的提高，控制网络的实时信息传输量越来越大，H2的设计能力已不能满足实时信息传输的带宽要求。
鉴于此，现场总线基金会放弃了原有H2总线计划，取而代之的是将现场总线技术与成熟的高速商用以太网技术相结合的新型高速现场总线-基金会HSE（High Speed Ethernet）现场总线，并于2000年3月发布了HSE的最终规范。
2通信结构和网络拓扑HSE是一种基于Ethernet+TCP/IP协议、运行在100Base-T以太网上的高速现场总线。
它能支持低速总线H1的所有功能，是对H1的补充和增强。
2.1通信结构HSE模型采用了OSI参考模型中物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层，并在应用层上增加了用户层，形成6层的通信模型。
HSE的通信结构和模型分层的对应关系如图2—1所示。
HSE的结构是一个增强型的标准以太网模式。
底层采用标准以太网IEEE802.3μ的最新技术和CS-MA/CD链路控制协议来进行介质的访问控制。
TCP/IP协议是标准以太网的重要协议，它位于网络层和传输层，实现面向连接和无连接的数据传送，并为分布式主机控制协议（DHCP）、简单网络时间协议（SNTP）、简单网络管理协议（SNMP）和现场设备访问代理（FDAAgent）提供传输服务。
HSE系统和网络管理代理、功能块、HSE管理代理和现场设备访问代理都位于用户层和应用层中，提供设备的描述和访问、功能块应需添加任何专用设备即可直接连入高速网络，同时也从另一方面增强了HSE设备的互操作性。
2.2网络拓扑HSE设备分为4类：主机设备、链接设备、网关设备和以太网现场设备，其功能分别为对系统进行组态、监控和管理，将H1总线段链入FF-HSE网络，实现与其它标准总线通信，连接高速I/O设备或PLC。
现场总线综述及应用实例
现场总线技术综述一.概述现场总线控制系统技术是20 世纪80 年代中期在国际上发展起来的一种崭新的工业控制技术。
现场总线控制系统（FCS）的出现引起了传统的PLC和DCS控制系统基本结构的革命性变化。
现场总线系统技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。
更重要的是从原来的面向设备选择控制和通信设备转变成为基于网络选择设备。
尤其是20世纪90 年代现场总线控制系统技术逐渐进入中国以来，结合Internet 和Intranet 的迅猛发展，现场总线控制系统技术越来越显示出其传统控制系统无可替代的优越性。
现场总线控制系统技术已成为工业控制领域中的一个热点。
1.现场总线的特点现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的数据传输，同时在保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。
一般的现场总线具有以下几个特点：（1）布线简单（2）开放性（3）实时性（4）可靠性2.现场总线的优点由于现场总线以上的特点，特别是现场总线系统结构的简化，使控制系统的设计，安装，投运到正常生产运行以及检修维护，都体现出优越性。
1.节省硬件数量与投资，2.节省安装费用3.节省维护开销4.用户具有高度的系统集成主动权5.提高了系统的准确性与可靠性3.现场总线的应用领域目前现场总线技术的应用主要集中在冶金、电力、水处理、乳品饮料、烟草、水泥、石化、矿山以及OEM用户等各个行业，同时还有道路无人监控、楼宇自动化、智能家居等新技术领域。
二．现场总线的标准1.IEC61158的制定1984年IEC提出现场总线国际标准的草案。
1993年才通过了物理层的标准IEC1158-2,并且在数据链路层的投票过程中几经反复。
发展61158现场总线的本意是“排他的和联合的”，各自独立的“现场总线”将给用户带来许多头疼的技术问题，牺牲的是用户的利益。
自主开发的FF现场总线控制系统典型应用
自主开发的FF现场总线控制系统典型应用0引言随着科学技术的不断进步，工业控制系统正向着开放化、数字化、智能化、分布化和网络化的方向发展。
现场总线控制系统FCS即顺应了这一发展方向，正替代着传统的DCS和PLC系统而成为主流的控制系统。
另一方面随着工业以太网技术的日趋成熟，FCS也正逐步向工业以太网统一，形成通用的网络化控制系统框架。
为顺应工业控制发展的需要，沈阳自动化研究所从1997年起开始研究基金会现场总线FFH1，2001年起研究基金会高速以太网FFHSE。
迄今为止，我所在研究的基础上开发了各种H1智能仪表、H1I/O设备、FFH1/HSE网关设备和HSEI/O设备等，以及各种组态软件、监控软件和OPCServer等。
作为中国科学院知识创新工程项目《多总线集成的分布式工业控制系统》的示范工程，2003年我们对炼焦制气厂的粗苯和精苯车间的控制系统进行了改造，在原有模拟设备和手动控制系统的基础上，应用上位机以及我们自主开发的压力表、网关和I／O设备等组成典型的FCS系统。
该工程体现了现场总线控制系统低成本、易维护、易扩展等特点，还提高了企业的控制和管理水平，充分展示了FCS的优越性。
1生产工艺炼焦制气是典型的连续生产过程。
工艺流程一般如图1所示。
图1炼焦制气工艺流程从焦炉炭化室出来的荒煤气在冷鼓工段被氨水和冷却水冷却后，温度由700～800࠷降到25࠷，由鼓风机送至硫铵工段。
在硫铵工段经蒸汽预热后进入喷淋式饱和器的上段喷淋室，脱除氨和酸雾后送往粗苯工段。
在脱苯工段经洗苯塔与洗油逆流接触，洗涤煤气中的苯，洗涤后将煤气送去脱硫工段，再经脱硫工段脱硫后送去气柜供城市用气。
我们的FCS涉及到的工艺包括粗苯工段和精苯工段，其中粗苯工段工艺流程包括洗苯系统和脱苯系统，其主要特点是：煤气经两步终冷（温度达到。
FF现场总线的设计和应用
FF现场总线的设计和应用FF现场总线采用了基于半双工串行通讯的设计原理。
它使用了双绞线作为传输介质以及标准电压电流进行数据传输。
FF现场总线采用了分时多路复用的技术，将不同设备之间的通讯分为不同时间片进行交替传输。
这种设计原理可以有效减少通讯冲突和干扰，并提高总线的通讯速度和可靠性。
1.工业自动化：FF现场总线在工业自动化系统中广泛应用。
它可以实现从传感器到执行器的设备之间的数据交换，如温度传感器、压力传感器、电机控制等。
通过FF现场总线，可以实现设备之间的实时数据传输和控制指令的下发，提高生产过程的可操作性和效率。
2.油田领域：FF现场总线在油田领域的应用较为广泛。
从油井的数据采集到管道的监控和控制，FF现场总线承担着重要的角色。
它可以实时采集油井的数据，如压力、温度、液位等，并将数据传输给中央控制系统进行分析和处理。
同时，FF现场总线还可以控制油井的开启和关闭，提高油田生产的自动化程度。
3.电力系统：FF现场总线在电力系统中也有较多的应用。
它可以用于电力设备的监控和控制，如变压器、开关柜、电站等。
通过FF现场总线，可以实现对电力设备的实时监测，及时发现设备故障并进行处理。
同时，FF现场总线还可以实现设备之间的数据交换和控制指令的下发，提高电力系统的可靠性和安全性。
4.化工工艺：在化工工艺生产中，FF现场总线也发挥着重要的作用。
它可以实现对化工生产过程中的设备监控和控制，如压力容器、反应釜、泵阀等。
通过FF现场总线，可以及时监测化工设备的工艺参数，如温度、压力、流量等，并根据需要进行控制调整，提高化工生产的安全性和效率。
总结FF现场总线作为一种高效可靠的通讯协议，广泛应用于工业自动化、油田、电力系统和化工工艺等领域。
它的设计原理基于半双工串行通讯，采用了分时多路复用的技术，具有通讯速度快、传输可靠等优点。
通过FF现场总线，可以实现设备之间的实时数据交换和控制指令的下发，提高生产过程的可操作性和效率。
FF现场总线的配电与短路保护及其防爆范本（四篇）
FF现场总线的配电与短路保护及其防爆范本配电与短路保护是工业现场中非常重要的安全措施之一，而在一些特殊环境中，例如爆炸性环境中，防爆性能的确保更是至关重要。
本文将介绍FF现场总线的配电与短路保护以及防爆范本。
1. FF现场总线的配电与短路保护：FF现场总线是一种用于实现现场设备之间通信的数字通信总线技术。
在FF系统的配电与短路保护方面，以下是一些关键要点：a. 电源选择：FF系统的电源供应应选择可靠的稳定性高的电源，以确保设备正常运行。
一般情况下，应使用稳压稳流电源，并采取过电压保护、过载保护等措施，对电源进行监控。
b. 电缆选择：在FF系统中，应选择质量好、传输性能优异的电缆，以确保信号传输的稳定性和可靠性。
电缆的选择要考虑电缆的材质、电缆的屏蔽性能、电缆的传输距离等因素。
c. 短路保护：针对FF系统中的短路情况，应选择适当的短路保护器件。
在FF系统中，可以使用短路保护电源模块来保护设备免受短路的损害。
这些模块能够检测短路情况并及时切断电源，保护设备的安全运行。
d. 信号隔离：为了保护FF系统的稳定性，应对信号进行隔离处理，即使用隔离模块对信号进行处理和转换，以防止干扰信号的干扰和传递。
2. FF现场总线的防爆范本：在爆炸性环境中使用FF系统时，防爆性能的确保非常重要。
以下是FF系统的防爆范本要点：a. 设备选择：根据现场实际情况，选择符合防爆要求的设备。
这些设备应具有符合防爆标准的认证，例如ATEX认证等。
选用具备防爆性能的设备可以有效降低爆炸风险。
b. 密封保护：在FF系统的安装过程中，应根据实际需求对设备进行密封保护。
这可以通过使用密封装置、密封接头等方式实现。
保持设备的密封性可以有效防止爆炸性气体进入设备内部。
c. 接地保护：在FF系统中，正确的接地保护是防止静电积聚和火花引起爆炸的重要措施。
确保设备和系统的接地良好，可以有效地防止静电带来的安全隐患。
d. 温度控制：爆炸性环境中的温度控制非常重要。
FF现场总线的设计和应用
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 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。
阀门 到 控制器
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出版方/预定者
在阀门定位器中执行PID 器 到 阀门
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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
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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。
FF现场总线
FF现场总线设备通讯类型
• 客户机/服务器
– 1对1 – queued/user-triggered/bidirectional(QUB) – 用于读写等服务
• 报告分发
– 1对多 – queued/user-triggered/unidirectional(QUU) – 用于报警和趋势服务
• 发布者/订阅者
内容提纲
一．基金会现场总线系统概述 二．基础知识 三．系统实施过程 四．系统硬件配置 五．系统组态 六．系统调试 七．工程实例
FF现场总线工程工作流程
• 项目定义 • 工厂工程设计标准 • 设备规格书 • 供应商投标说明书 • 现场总线网段设计 • 工程图 • 接线方式 • 组态 • 项目时间安排 • 调试与开车
1) 通 信 数 据 清 单 2) 流 程 图 表 数 据 清 单 3) 报 表 格 式 4) 功 能 键 设 定 5) 组 别 设 定 6) 趋 势 图 组 别 设 定
里程碑
B
由供方提供
FF现场总线功能块
HMI
H1 Fieldbus
FT AI-110
PID-110 FC AO-110
Process
每个设备： 资源块 变换块 功能块
功能块:
包含基本的自动控制功能 位于现场设备或主机中 可以组态连接并实现确定的控制系统
FF现场总线功能块参数
• 功能块的模态（Mode） • 功能块的标识（TAG） • 功能块的报警（Alarm） • 功能块的趋势（Trend） • 功能块的输入输出（） • 功能块的量程（SCALE）
FF现场总线设备标识
• DeviceID
– 设备ID，唯一标识设备
• Node Address
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FF现场总线及应用实例
l.FF 现场总线特点
基金会现场总线(Foundation Fieldbus)通常称为FF 现场总线，它分为HI 和四两级总线。
HI 采用符合IEC 61158-2 标准的现场总线物理层;H2 则采用高速以太网为其物理层。
HI 现场总线物理层的主要电气特性如下:采用位同步数字化传输方式;传
输波特率为31. 25kb/s;驱动电压9~32VDC;信号电流土如lA.;电缆型式屏蔽双绞线;接线拓扑结构可采用线型、树型、星型或者符合型;电缆长度小于等于1900m(无中继器时);分支电缆的长度30~12Om;挂界设备数量小于等于32 台(无中继器时);可用中继器小于等于4 台;适用防爆方法有本质安全防爆方法等。
HI 现场总线在一根屏蔽双绞线电缆上完成对多台现场仪表的供电和双向数字通信。
控制系统所配备的HI 网卡通常只负责与现场仪表的双向通信。
而总线的供电则需由专门的FF 配电器完成。
HI 总线以段为单位，每块HI 网卡
有两个端口，每个端口连接一个段，而每一段需配一台FF 配电器。
总线的两
端还需各配一个终端电阻，以消除高频信号的回声。
2.基于FF 现场总线的球团竖炉控制系统
根据FF 总线系统体系结构，结合竖炉造球生产的工艺特点，将竖炉造
球控制系统结构设计如下，如图10-2 所示。
整个系统由配料烘干电气控制系统、造球筛分电气控制系统、竖炉本体
电气控制系统、成品运输电气控制系统和过程检测(仪表)控制系统等子系统组成。
过程检测(仪表〉控制系统包括若干HI 子系统，采用总线拓扑结构，通过HSEJHl 网关与网络集线器连接;系统中的各电气控制系统由NCS-300OFF 分布。