FF现场总线的设计和应用
基金会现场总线(FF)现场设备的设计与应用
测
试
技
术
Ｔ ｔＴ ｅｓ ｅｃｈ ｎｏｌ ｇｙ ｏ
在 进 行 基 金 会 现场 总 线 现场 设 备 次 ） 从 体 系 结构 中省 略 出去 。 ， 的设 计之 前 ，必 须 先 了解 基 金 会 现 场 总 线 （ Ｆ） 构 。 它 如 图 １所 示 ， Ｆ 结
订 是 以 Ｉｃ ｉＡ 关 标 准为 基 础 的 。 Ｅ／ Ｓ 有 例
如：Ｆ Ｆ报 文 规 范 （ Ｍ 和 Ｆ Ｆ Ｓ） Ｆ防 问 子 层 （＾ 、以 及 Ｆ Ｆ ｓ） Ｆ数 据 链 路 层 （ Ｌ 都 是 Ｄ Ｌ） 以 Ｉ ｃ标 准 草 案 为 基 础 ： 物 理 层 （ Ｈ Ｅ Ｐ Ｙ） 是 以 Ｉ Ｃ导 线 媒 体 标 准 为 基 础 。 此 外 ， Ｅ Ｆ Ｆ结 构 中 将 通 用 的 非 关 键 （ 刻 ） 间 苛 时 的 应 用 （ 文 件 传 递 、电 子 邮 件 之 间 层 如
Ｄ 。 现 场 总 线 基 金 会 正 是 立 足 于 这 种 方 创 建 设 备 描 述 （ Ｄ） 法 ，而 制 定 了 贯 彻 Ｆ Ｆ现 场 总 线 的 一 系
歹Ｕ 议 。 协
・ 组 合功 能块 和 算法 ；
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１ １设 备 的 可 互 操 作 性 ．
包 括
（ ） 能 块 外 壳 （ ｈ １ １功 Ｓ ｅ１ ） 它 实 现 系统 管理 和 处理 功 能 块 的 通 用部 分 。 （ 通 信 栈 （ ａ ｋ） 它 包 括 ： ２） Ｓｌ ｃ ，
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21 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。
FF现场总线工程指南及应用
FF现场总线工程指南及应用首先，FF现场总线工程的指南包括以下几个方面：1. 设计：在FF现场总线工程设计中，需要考虑控制系统的架构、通信网络拓扑结构以及设备的布置和连接方式。
设计过程中需要遵循Fieldbus Foundation的规范和标准，确保系统的稳定性和可靠性。
2.网络配置：FF现场总线网络可以采用不同的拓扑结构，如星型、环型或混合结构。
在网络配置过程中，需要考虑设备的数量、距离、通信速率以及设备的功耗等因素，以确保网络的正常运行。
3. 设备接入：在FF现场总线工程中，需要选择合适的接口设备和连接线缆，以确保设备的正常通信和供电。
接入设备时需要注意设备的插入方向和连接方式，遵循Fieldbus Foundation的规范和标准。
4. 设备配置：FF现场总线系统中的设备需要进行配置和参数设置，以实现相应的控制功能。
配置设备时需要使用Fieldbus Foundation提供的配置工具，对设备的地址、描述、传输速率等进行设置，并进行相应的调试和测试。
其次，FF现场总线工程的应用广泛1.测量与控制：FF现场总线可以用于传输和控制各种现场设备，如传感器、执行器、阀门等。
通过FF现场总线，可以实现对设备的测量和控制，包括温度、压力、液位、流量等参数的监测和调节。
2.数据采集与分析：FF现场总线可以将现场设备的数据集中采集到控制室的监测系统中，实现对设备状态和工艺过程的实时监测和分析。
通过数据采集和分析，可以实现设备的故障诊断和预测维护，提高设备的运行效率和可靠性。
3.设备管理：FF现场总线可以用于设备的管理和控制，包括设备的启停控制、设备的参数设置和调节，以及对设备的状态和健康状况进行监测和管理。
通过FF现场总线，可以实现对整个工业现场设备的集中管理和控制。
4.系统集成：FF现场总线可以与其他通信协议和系统进行集成，实现不同系统之间的数据交换和共享。
通过系统集成，可以实现数据的一致性和共享，提高工业现场自动化系统的整体性能和效率。
如何设计和使用FF总线
如何设计和使用FF总线FF总线是一种用于数据传输和通信的串行总线协议，它被广泛应用于工业自动化领域。
设计和使用FF总线涉及硬件设计和软件编程两个方面，以下是设计和使用FF总线的基本步骤和注意事项。
1.硬件设计：（1）确定总线拓扑结构：根据系统需求确定总线的物理拓扑结构，如线性、星型、环形或混合拓扑。
（2）选择传输介质及物理接口：根据系统需求选择合适的传输介质，如电缆、光纤等，并选择相应的物理接口。
（3）确定主从设备：确定系统中的主设备和从设备，并分配它们在总线上的唯一地址。
（4）确定电气特性：确定总线的电气特性，如总线电压、通信速率等。
（5）确定总线控制电路：设计总线控制电路，包括时钟、使能信号以及总线访问协议的控制。
（6）选择适当的保护电路：为了防止总线电气特性的干扰或破坏，需要设计适当的保护电路，如隔离器、保险丝等。
2.软件设计：（1）确定通信协议：根据系统需求选择合适的通信协议，FF总线协议主要采用串行通信、异步传输和轮询的方式。
（2）定义数据格式：根据系统需求定义数据帧的格式，包括帧头、帧尾、地址、数据长度和校验等信息。
（3）实现主设备控制程序：编写主设备控制程序，包括发送数据帧、接收应答帧、处理异常情况等功能。
（4）实现从设备响应程序：编写从设备响应程序，包括接收数据帧、处理命令、发送应答帧等功能。
（5）实现错误检测和纠正：在数据传输过程中，通过添加校验位、奇偶校验、CRC等方式进行错误检测和纠正。
3.总线使用：（1）总线初始化：在启动系统时，进行总线的初始化工作，包括配置总线控制电路、设置主设备和从设备的地址等。
（2）主设备通信：主设备通过发送数据帧来与从设备通信，包括发送命令请求、读取从设备响应等操作。
（3）从设备响应：从设备接收到主设备的命令请求后，根据命令执行相应的操作，并发送应答帧给主设备。
（4）错误处理：在通信过程中，可能会出现数据错误、丢失、超时等情况，需要及时处理并进行相应的纠正。
FF现场总线系统工程设计
FF现场总线系统工程设计应用黄步余副总工程师中国石化工程建设公司概述现场总线是一种实用技术，智能、开放、数字、多节点通信技术。
现场设备信息采集，PID控制与双向全数字化通信，监视和管理现场设备，降低生命周期成本。
现场总线技术是计算机、通信、控制技术向现场扩展。
在流程工业、制造业及市政工程等已成功地应用，并取得一定经验。
现场总线技术还需要不断完善本身的功能，提高工程设计和应用水平，特别是系统软件、应用软件、通信策略等。
FF基金会现场总线、Profibus现场总线适用于流程工业，已有相当规模应用业绩。
现场总线技术目前处于多种总线技术共存，各自拓展其应用领域、强化竞争力。
以太网远程I/O及无线仪表将成新的热点。
FFEPC承包商②•装置平面图•PFD/P&ID•安全仪表系统说明•工艺控制说明•维护程序•H1网段设计表•仪表数据表/数据库D③A审核FF 现场总线系统设计规定FF 仪表规格书DCS 制造厂审核FF 仪表选型返回FF 参数输入数据库H1网段设计FAT 前数据库FAT 后数据库调整及项目文件A D ⑥⑧（11）EPC•计划进度要求•DCS规格书•系统组成•FF设计要求•人员•供应范围确认•工作分工确认•人员进度•工程条件•FF设计原则•制造厂文件•仪表数据表•I/O点清单EPC•FF设计信息•FF仪表清单和型号•FF功能块分配•FF电缆长度及规格•操作台、辅助操作台、机柜设计要求•复杂回路图•复杂回路说明和功能块•顺序联锁逻辑•流程画面草图•子系统通信规格EPC•FF接线箱表•端子表•通信点表•画面显示数据•报表格式•组显示•趋势显示•流程图画面显示•报警画面显示FF现场总线实施原则现场安装的变送器和阀门定位器采用FF H1通信协议。
FF现场总线的变送器和阀门定位器，应由控制DCS制造厂提供。
FF现场总线的阀门定位器应由控制阀厂装配成套并提供全部测试数据。
安全仪表系统（SIS）选用4-20mA带HART的模拟信号。
FF现场总线的配电与短路保护及其防爆（4篇）
FF现场总线的配电与短路保护及其防爆FF现场总线是一种常用于工业自动化系统中的通信协议，它具有高速、可靠的特点，能够支持实时数据传输和控制功能。
为了保证FF 现场总线的正常运行，必须对其进行适当的配电和短路保护，并在需要的场合进行防爆设计。
1. 配电设计在FF现场总线的配电设计中，需要考虑以下几个方面：1.1 供电电源的选择：FF现场总线通常使用24V直流供电。
在选择供电电源时，应考虑其输出电流、稳定性和可靠性等因素。
同时，供电电源应具备短路和过载保护功能，以防止对FF现场总线设备的损坏。
1.2 供电线路的设计：为了保证FF现场总线的稳定运行，供电线路的设计应尽可能短小，并且要经过充分的规划和布线。
供电线路应选用符合国家标准的电线电缆，并具备足够的截面和导电能力。
1.3 供电点的设置：在FF现场总线系统中，通常需要设置多个供电点，以便供应各个节点的电能。
供电点的设置应符合现场布置的特点和要求，以便安装和维护。
2. 短路保护在FF现场总线系统中，短路是一种常见的故障情况。
为了保护FF现场总线设备免受短路故障的影响，需要采取适当的短路保护措施。
2.1 短路保护器的选择：短路保护器应能够迅速切断短路电流，并可靠地保护FF现场总线设备。
常用的短路保护器包括熔断器、短路保护开关等。
选用短路保护器时需要考虑其额定电流和断开能力等参数。
2.2 短路检测和报警：为了及时发现和排除短路故障，FF现场总线系统应配备短路检测和报警功能。
短路检测可以通过检测总线上的电流和电压来实现，一旦发现异常情况，系统应能够及时发送报警信号。
3. 防爆设计在一些特殊的工业环境中，如石油化工等场所，防爆是一个非常重要的考虑因素。
为了保证FF现场总线系统的安全运行，需要进行防爆设计。
3.1 防爆等级的选择：根据不同的工业环境，需要选择适当的防爆等级。
常见的防爆等级包括Exd（防爆器材）和Exi（防爆电器设备）等。
3.2 防爆设备的选择：在FF现场总线系统中，需要选用符合防爆标准的设备和元件，如防爆接头、防爆箱等。
基于FF现场总线的先进控制系统的设计与实现的开题报告
基于FF现场总线的先进控制系统的设计与实现的开题报告一、课题背景随着工业自动化的不断发展和采用现代化控制技术，工业产品的自动化程度越来越高。
在工业自动化生产中，控制系统起着至关重要的作用。
控制系统负责监控生产过程中的各项变量，通过判断加工质量是否合格、设备是否正常运转等监控指标的变化来完成对生产过程的控制与管理。
基于现场总线的控制系统由一系列现场组件和控制器组成。
这种控制系统不仅可以大量减少现场元器件的数量，还能减少现场布线的复杂度。
现场总线它具有较高的性能和可靠性，适应于数据量大、通讯复杂的场合。
在现代化工业智能化控制系统中，基于现场总线的控制系统成为了主流，其应用范围越来越广泛。
二、研究意义现代化工业生产中，控制系统起到了至关重要的作用。
在各个行业，要求控制系统具备高性能，高效率、高可靠性等特点，以保证生产过程的顺利进行。
基于FF现场总线的控制系统，具有数据传输速度快、通讯复杂和可靠性高的特点，大大提高了生产现场的可靠性和控制效率。
因此，对于基于FF现场总线的先进控制系统的设计和实现，具有重要的研究意义和现实意义。
三、主要研究内容和技术路线本研究的主要研究内容是基于FF现场总线的先进控制系统的设计和实现。
具体包括以下几个方面：1、FF现场总线协议的研究和应用。
2、现场控制器的研制和开发。
3、系统的软件设计和实现。
4、系统的测试和验证。
技术路线：1、了解现场总线的基本原理和分类，研究FF现场总线的协议。
2、开发控制器的硬件设计，包括选型、原理图和PCB设计等。
3、软件设计包括控制系统和上位机软件设计，采用C/C++等语言进行开发。
4、完成系统测试和功能验证。
四、预期研究成果本课题预期的研究成果主要包括以下几个方面：1、完成基于FF现场总线的先进控制系统的设计和实现。
2、掌握现场总线协议的研究方法和技术。
3、掌握现场控制器的研发技术，包括硬件设计和软件设计。
4、完成控制系统的测试和验证。
五、预期研究贡献本研究将为先进控制系统的设计与实现提供一种基于FF现场总线的新技术途径，同时也可以为相关领域的研究提供一定的参考和借鉴。
FF现场总线应用总结
FF技术的优势（二） 技术的优势（ 由于采用FF总线技术，使可能在一根二芯屛 蔽线中，双向传输多个数据。例如：连接FF 总线变送器时，不仅可以接受总线变送器的 过程参数信息，而且可以发送总线变送器的 组态信息。因此，仪表维护人员可以在控制 室中修改总线变送器中的量程，可以调零， 甚至可以改变总线变送器的正、负压的方向， 从而大大减少了仪表维护工作量。
FF技术的优势（一） 技术的优势（ 由于FF总线采取数字通信，所以系统可以将 控制功能分散到现场设备中。例如：在单回 路控制回路中，可以将PID调节功能放在控 制回路中的过程参数变送器中，只要段保护 器中的接线正常，即使段保护器与控制器的 通信中断，也不会中断在该段保护器中的控 制回路。在段保护器中的带LAS功能的FF设 备，将自动承担该段总线中的链路调度任务。
总结
枣庄新气体公司的控制系统，其控制回路和 检测回路，全部采用FF总线。其开关量的输 入和输出，除少量需要就地控制的采用FF总 线外，其余均采用Device Net 总线协议。 该系统自2007年10月投产以来，一直稳定、 可靠运行。这也标志着FF现场总线控制技术 在枣庄新气体公司的煤化工装置上的应用获 得了成功。实践证明，FF总线系统完全可以 用于大、中型的煤化工装置上。
应用经验（三） 应用经验（
在FF总线系统中，FF总线型仪表是系统中 的重要一环，其FF总线型仪表的质量，对系 统长期、稳定工作，具有重要影响。所以， 对FF总线型仪表的选型，一定要选择具备 FF总线运行经验的厂家产品。例如FF总线 型阀门定位器，某些厂家的产品使用效果就 很好，不仅调试非常方便，而且能保证长期、 稳定的在线状态。而某些厂家的产品就故障 不断。
应用经验（二） 应用经验（
在FF总线的线路设计中，必须认真考虑主干 保护器。在线路设计完成后，最好使用专用 软件进行核算。其总线的铺设，应尽量远离 高压设备及高压电缆，其总线电缆应尽量使 用A型总线电缆。在施工时，必须小心铺设， 绝对不可破坏电缆外壁。在数字通信中，必 须十分注意干扰问题。
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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。
因此，FF现场总线在各个领域中都得到
了广泛的应用和推广。