5-FF现场总线工程指南及应用

nullnull基金会现场总线 工程指南与应用沈阳中科博微自动化技术有限公司 中国科学院沈阳自动化研究所 内容提纲内容提纲基金会现场总线系统概述 基础知识 系统实施过程 系统配置与组态 系统调试 工程实例FF现场总线系统概述FF现场总线系统概述低速总线 31.25kbps高速以太网 100Mbps内容提纲内容提纲基金会现场总线系统概述 基础知识 系统实施过程 系统硬件配置 系统组态 系统调试 工程实例FF现场总线设备类型FF现场总线设备类型HSE 主机设备：运行于控制计算机之上 现场设备：可带一定I/O点的设备 链接设备：带有H1接口的设备 H1 基本设备：符合基本的FF 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 链路主设备：具备LAS功能 网桥设备：连接两个网段FF现场总线设备标识FF现场总线设备标识DeviceID 设备ID，唯一标识设备 Node Address 设备节点地址，网段内唯一 PD-TAG 设备物理位号，一个助记符，系统内唯一FF现场总线设备状态FF现场总线设备状态没有位号（No TAG） 设置位号后进入 No Address 设置地址后进入 可操作状态（Operational）FF现场总线设备通讯状态FF现场总线设备通讯状态离线状态（Offline） 接收PN后进入 复制链路参数（LearnLinkVariables） 复制完成后进入 等待节点探测（WaitForPN） 接收相应节点地址PN并发送PR后进入 等待节点激活（WaitForNodeActivation） 接收节点激活报文后进入 在线状态（Online）FF现场总线设备通讯类型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 1对多 buffered/network-scheduled/unidirectional(BNU) 用于功能块之间通讯FF现场总线系统时间FF现场总线系统时间LS-Time 链路活动时间，链路开始的相对时间 单位为1/32ms LAS通过TD报文进行同步 宏周期的调度使用这个时间 Application Clock 应用时钟，是当前的绝对时间 单位为1/32ms 时钟发布者负责发送Clock_message进行同步 报警和趋势等时间戳使用这个时间FF现场总线通讯 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 FF现场总线通讯协议FF现场总线功能块FF现场总线功能块功能块: 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FCHMIProcessH1 FieldbusFTFF现场总线功能块参数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现场总线设备描述技术FF现场总线设备描述技术用户只需要用一种版本的用户界面程序就能在主机上操作不同厂家的设备设备描述（DD,Device Description）：为主机系统提供现场设备的一种清晰、明确的描述FF现场总线设备描述技术FF现场总线设备描述技术 值、精度 工程单位 变量名称内容提纲内容提纲基金会现场总线系统概述 基础知识 系统实施过程 系统硬件配置 系统组态 系统调试 工程实例FF现场总线工程工作流程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 调试与开车现场总线项目执行过程:示例 (1/3)现场总线项目执行过程:示例 (1/3)里程碑由需方提供的由供方提供的 开 工 会 基础系统设计 - FF 段落设计理念 硬 件 设 计 说 明 1) DCS 系统配置 2) DCS硬件设备说明 3) 设备规格 4) 电力供应/接 5) 子系统/辅助设备 硬件设计 FF 系统设计说明 - FF 段落设计说明设计要求 1) 控制台&辅助机柜 2) 子系统 3) 辅助设备 现场总线执行过程 : 示例 (2/3)现场总线执行过程 : 示例 (2/3)里程碑由设计院/工程公司提供由供方提供 软件设计 软 件 设 计 规 格 1) 控 制 功 能 2) 人 机 介 面 功 能 3) 警 报 功 能 4) 界 面 与 安 全 功 能 5) 流 程 图 与 报 表 6) 子 系 统 介 面 FF 部分具体设计 现场总线项目执行过程 : 示例(3/3)现场总线项目执行过程 : 示例(3/3)里程碑由设计院/工程公司提供由供方提供系 统 实 行 工 厂 验 收内 部 测 试交付 软 件 生 成工程设计标准工程设计标准 修改现有的工程标准文件，使它包含FF现场总线，这是非常重要的。例如： 仪表清单和仪表设备规格书 总线网段（Segment)设计 - 技术、负载, 备用容量 P&IDs 及设备回路图 线缆 颜色 和标签的规定 PID 模块的运行位置（在现场的控制） LAS 的后备要求FF现场总线系统实施原则FF现场总线系统实施原则没有“唯一正确”的实施 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 不存在难点, 仅仅存在“不同思路” 学习和掌握并不需要高昂成本 将FF总线方案的利益最大化的关键： 尽早进行技术、产品和应用的了解 理解并掌握与传统方案的差异 建立符合需要的设计标准，文档方式 培训操作和维护技术人员 对日常工作和维护方法的改进FF现场总线典型主机系统FF现场总线典型主机系统以工控机插卡的形式接入 NI Configurator 以HSE/H1网关形式接入 ABB Softing…… 以H1模块或者HSE模块形式接入 ABB AC800F Emerson DeltaV Microcyber NCS4000FF现场总线现场设备FF现场总线现场设备符合FF现场总线标准，具备FF“设备认证”标志 具备所需功能块 具备设备诊断功能 具备总线供电，要求10-30mA电流和9-32V电压 具备本质安全特性，通过国家认证测试 极性不敏感-快速、安全的现场连接内容提纲内容提纲基金会现场总线系统概述 基础知识 系统实施过程 系统硬件配置 系统组态 系统调试 工程实例现场总线电源现场总线电源接地，仪表和总线共地普通的电源供电会吸收回路中的电信号 需要维护恒定电压 电源要用总线电源现场总线电源现场总线电源每个现场总线网络/网段都需要电源 给总线电缆提供的电压能够高达 32 V 设备电压可以低达9V以保证正常的操作VPS - VPC < 32 vVn > 9 v现场总线终端现场总线终端R-C电路 包括一个与100Ω 电阻串联的1μF电容。 防止信号在线缆的终端失真或丢失FF现场总线现场总线接线盒FF现场总线现场总线接线盒所有主干和分支都在现场接线盒中连接，可以采用不带接线盒的防风雨的“模块”，工厂定制插拔接头 采用FF现场总线网络专用的“接线端子”为终端 主干线的输入/输出电缆分设2组独立专用的连接 分支端子集成短路保护器基金会现场总线中继器基金会现场总线中继器计算网络现场设备数量时，中继器相当于一个现场设备。 它允许接入一个完全等效的新网段，有效地将网络切分成多个较小的网段。 添加中继器后，可以连接新的网段，新网段的两端都需安装终端器。 中继器还可以增加网络带载设备的数量，最大设备数可达240个。 注：在达到物理上的最大设备数之前，可能已经超出主系统和网络调度的限度。FF现场总线电缆FF现场总线电缆采用现场总线专用电缆没有安装中继器网段总长度=主干长度+所有分支长度最大允许长度1900米FF现场总线电缆FF现场总线电缆分支电缆的最大长度FF现场总线通用组件FF现场总线通用组件压盖封盖 接线终端接线盒电缆FF现场总线网络拓扑结构FF现场总线网络拓扑结构接线盒端到端分支菊花链树型网段设计—拓扑结构网段设计—拓扑结构建议采用树形、分支或混合拓扑结构 树形拓扑结构适用场合 改造项目 现场设备密度高的特定区域 采用高速以太网 分支拓扑结构适用场合 首次安装 现场设备密度低的特定区域 不建议采用菊花链拓扑 不适于维护 运行状态下，如果不中断其他设备的服务，不能从网段上添加或者删除设备现场总线网段设计现场总线网段设计替换 传统I/O 分配任务 基于经济和标准的原则，将设备分组 主要包括： 电缆类型选择 总线拓扑图方式 仪表设备的种类、规格 总线供电类型FF现场总线网段设计FF现场总线网段设计极性 由于某些现场总线设备对极性敏感，导线极性很关键。导线极性颠倒，设备可能不工作。 接地 仪表信号导线不得用于接地。仪表安全接地必须通过信号电缆之外的独立导线。 屏蔽 仪表屏蔽线应在编组柜中、网络的主机末端处结束，并且不得在任何其他位置接地。FF现场总线网段设计FF现场总线网段设计防雷/冲击电压保护 在必须提供浪涌电压保护的场合（如闪电多发生地区，或大感性负载启动和停止的应用），应提供浪涌电压保护。浪涌电压抑制装置由小电容的硅雪崩二极管或放电器组成，可采用常规和公共保护方式接线，并与电气安全接地网相连 防短路功能 采用预先接好线的接线盒实现。FF现场总线本安配置FF现场总线本安配置通常IS现场总线配置的设计必须遵循与非IS装置同样的原则。 两者的主要区别在于维持本质安全时的功率限制/约束。该限制的标称值为80 mA。 对IS应用，电缆应满足如下要求： 符合IS电感/阻抗比限制。 遵循IS电路在颜色方面的规定。网段设计—网络负载网段设计—网络负载网段负载 会受以下各因素的影响： 工厂的布局 距离 (电压降…) 危险区（防爆措施…） 控制关联性 风险管理标准约束 执行速度要求 宏循环 回路/模块执行要求FF现场总线网段电流计算FF现场总线网段电流计算设备电流消耗量 (mA) 压力表 17.5 温度表 17 or 22 质量流量计 11 涡街流量计 18.5 电磁流量计 11.3 pH计 22 阀门控制器 26 可获得的最大网段电流末端仪表设备的供电电压应不小于9VFF现场总线网段电流计算FF现场总线网段电流计算Iq3I (mA)总的总线网段电流 = Iq1 + lq2 + lq3 +…末端仪表设备的供电电压应不小于9V冗余设计冗余设计在要求高可靠性的应用场合，可考虑采用下列冗余组件 提供冗余电源。 带20分钟备用电池的主配电冗余电源。 冗余的系统控制器电源。 冗余的系统控制器。 冗余的基金会现场总线H1插件。内容提纲内容提纲基金会现场总线系统概述 基础知识 系统实施过程 系统硬件配置 系统组态 系统调试 工程实例FF现场总线分布式控制FF设备支持现场控制 不需要DCS或控制器的完全集中控制FF现场总线分布式控制FF现场总线系统组态FF现场总线系统组态设备组态 设备地址组态 设备位号组态 功能块组态 功能块的实例化和删除 功能块参数默认值组态 宏周期组态FF现场总线系统组态FF现场总线系统组态通讯组态 调度组态 调度表组态 功能块执行组态 链接对象组态 本地链接 远程链接 VCR组态 备份LAS组态 时钟发布组态FF现场总线的调度组态FF现场总线的调度组态AI110PID110AO110周期FF现场总线数据传输调度FF现场总线数据传输调度宏周期宏周期序列元素子调度FF现场总线功能块执行时间调度FF现场总线功能块执行时间调度30ms60msAIPIDAO45msLAS 指令 强制数据 周期传送Publish Data压缩的数据CDDataCDmacrocycleDataCDFF现场总线备用LAS组态FF现场总线备用LAS组态备用 LAS当LAS失灵，后备的LAS仍可安排现场总线网段上的所有通讯时间片简便的组态方式简便的组态方式组态过程 导入H1设备库 创建控制策略模块 分配模块到控制器 创建H1通讯模块 创建H1虚拟设备 创建H1功能块 控制模块组态 H1设备映射 H1设备下载NCS4000控制系统 支持符合FF H1协议 规范的H1设备 可以节省大量的程序编制时间内容提纲内容提纲基金会现场总线系统概述 基础知识 系统实施过程 系统硬件配置 系统组态 系统调试 工程实例FF现场总线系统调试FF现场总线系统调试电缆、接线盒、连通性、接地及隔离测试 现场设备连接和信号 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 设备下装/软件检查 总线监测，波形捕获 阀门校准 设备配置 组态下载 回路整定FF现场总线系统调试FF现场总线系统调试当第1台设备连接好后，整条总线的主干都会被检验 不存在量程的不匹配 更快的故障排除 使用FF系统，只需检查网络接线并连接设备后，在控制软件中进行设备调试， 项目的调试时间节省了80-90%内容提纲内容提纲基金会现场总线系统概述 基础知识 系统实施过程 系统硬件配置 系统组态 系统调试 工程实例工程应用实例—项目概述工程应用实例—项目概述唐钢炼焦制气厂位于唐山市丰润区，自用焦炉煤气脱硫项目 总投资7900万元，焦炉煤气处理量为200万立方米/天 2009年1月投产运行。 部分采用基金会现场总线技术项目概述工程应用实例-生产工艺工程应用实例-生产工艺炼焦制气是典型的连续生产过程 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度降到25度，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 洗涤后的煤气送去脱硫工段，再经脱硫工段脱硫后送去气柜供城市用气。工程应用实例-生产工艺焦炉煤气冷鼓工段煤气硫胺工段煤气粗笨工段煤气萃取脱酚 工段气柜脱硫工段氨水煤气 脱硫工段控制系统采用FF现场总线技术，生产流程为：来自粗笨工段的煤气进入脱硫塔底部，与脱硫塔上部下来的脱硫溶液反应，吸收煤气中H2S,吸收了H2S后的脱硫溶液进入溶液循环槽，用溶液循环泵将脱硫溶液通过溶液加热器加热后送至再生塔，在再生塔中与空气站来的压缩空气进行再生，再生后的脱硫溶液进入脱硫塔循环使用，再生塔内产生的硫泡沫进入硫泡沫槽，经过离心机处理，产生硫磺。工程应用实例-生产工艺工程应用实例-系统结构工程应用实例-系统结构光纤接线盒操作员站设备管理工程师站H1仪表与阀门交换机连接到调度中心H1仪表与阀门H1仪表与阀门现场总线专用电缆工程应用实例-系统结构厂办公大楼设有调度中心，负责全厂生产的统一管理和调度。 每个生产车间设有现场的控制室，通过光纤与调度中心连接。脱硫车间应用FF现场总线技术，构成车间级的控制系统，工程师站、操作员站、设备管理与NCS4000控制站间通过FF HSE（高速以太网）进行连接，实现数据通信。 NCS4000控制站的控制器通过无源背板总线连接FF-H1现场总线模块，FF-H1现场总线模块通过现场总线专用电缆与H1仪表、阀门连接，采集FF-H1仪表信息和控制FF-H1阀门。工程应用实例-系统结构工程应用实例-系统结构工程师站安装有现场总线设备组态软件，完成对FF-H1设备进行组态、下载、在线监测等功能；同时，工程师站可以用来存储历史数据。 操作员站安装有工业监控组态软件，具有标准OPC接口，可以监控现场设备。 设备管理计算机中安装有智能设备管理软件，可以对现场的基金会现场总线智能仪表进行在线检测、维护、故障诊断，而不必去设备现场检查，具有WINDOWS XP的界面，操作界面更加友好，操作更加简易直观。工程应用实例-系统结构工程应用实例-现场仪表脱硫工段共计使用了71台FF-H1仪表，包括20个温度仪表，23个压力仪表，14个流量仪表，8个液位仪表，6台现场总线电流转换仪表。 温度：博微公司的NCS-TT105智能温度变送器 压力：博微公司的NCS-PT105智能压力变送器 流量：艾默生 液位：博微公司的NCS-PT105II系列智能差压变送器 信号转换表：NCS-FI105现场总线电流输出变送器 NCS-IF105现场总线电流输入变送器工程应用实例-现场仪表工程应用实例-控制回路进再生塔脱硫溶液流量的控制 进再生塔压缩空气 再生塔的温度控制回路 再生塔的压力控制回路 脱硫塔的温度控制回路 脱硫塔的压力控制回路工程应用实例-控制回路工程应用实例-网段设计3个NCS4000控制站 每个控制站通过无源串行总线背板连接3个FF-H1现场总线模块 一个现场总线模块具有2个端口，一个端口可以连接1个网段，共计18个网段 共计71台FF-H1现场总线设备，平均每个网段挂接4台现场总线设备，（设计时，每个网段可以挂接8台现场总线设备，留有4台现场总线设备的余量）具体网段设计如下：工程应用实例-网段设计工程应用实例-网段设计工程应用实例-网段设计工程应用实例-安装配置现场总线网段安装 FF现场总线控制柜放置脱硫车间控制室内，柜内安装控制站和现场总线电源+终端匹配器，柜内24V电源为现场总线电源+终端匹配器供电（输入端），FF-H1现场总线模块端口连接到现场总线电源+终端匹配器的输出端，通过现场总线专用电缆（主干网络）连接到现场总线端子接线盒，分支网络连接现场总线设备。工程应用实例-安装配置现场总线电源+终端匹配器现场总线端子接线盒FF-H1现场总线模块工程应用实例-安装配置现场总线端子接线盒分布在就地离测点较近处，减少了布线长度，节约了成本。 采用带支线保护功能的现场接线盒，有效防止了单台仪表故障对整个网段造成的不良影响。 柜内H1电源采用冗余设计，提高了可靠性。 每个主干网段均配备浪涌保护器，有效防止雷电等影响。 全部采用国产现场总线电缆，低了线缆成本。工程应用实例-安装配置工程应用实例-分布式控制进再生塔压缩空气流量控制回路 工程应用实例-分布式控制工程应用实例-分布式控制压缩空气流量控制系统 工程应用实例-分布式控制AIOUTPT-105AOCAS_INBKCAL_OUTBKCAL_OUTPIDROUT_ININBKCAL_INOUTFP-302控制器先进控制算法AUTOROUTCASAUTOWrite by IndexAUTOX工程应用实例—项目总结FF HSE现场总线技术使现场监控的数据能够集成到企业调度系统中，辅助决策。 减少设备组态及调试时间，减少施工以及施工 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 （电缆、桥架）成本。安装调试时间可节省70%。 回路控制精度得到提高。 PID功能下装到现场设备，真正实现分散控制，使设备危险与控制功能的分散，安全可靠，安装简便、维护量小。 现场智能设备的预警功能，可以及时发现并排除设备潜在故障。 智能设备管理软件的使用，降低了仪表和控制系统的生命周期成本 提高了维护效率，降低了安装成本和维护成本。工程应用实例—项目总结null谢谢大家