FF基金會現(xiàn)場總線資料講解

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。FF基金會現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)與通信大作業(yè)題目：FF基金會現(xiàn)場總線作者：陳榮學(xué)號：ZB0213104班級：ZB02131指導(dǎo)老師：王小英日期：2014.6.10目錄TOCo1-3thzuHYPERLINKl_Toc14638摘要PAGEREF_Toc146383HYPERLINKl_Toc21632一、發(fā)展歷史PAGEREF_Toc216324HYPERLINKl_Toc21632二、工作原理7HYPERLINKl_Toc42242.1FF總線H1總線電路和信號形式PAGEREF_Toc42247HYPER

2、LINKl_Toc212062.2物理層PAGEREF_Toc212067HYPERLINKl_Toc55702.3鏈路層PAGEREF_Toc55708HYPERLINKl_Toc103452.4應(yīng)用層PAGEREF_Toc103458HYPERLINKl_Toc129642.5用戶層PAGEREF_Toc129649HYPERLINKl_Toc41112.6協(xié)議數(shù)據(jù)的構(gòu)成與層次PAGEREF_Toc41119HYPERLINKl_Toc31591三、FF現(xiàn)場總線的拓撲結(jié)構(gòu)PAGEREF_Toc3159111HYPERLINKl_Toc17333.1點對點拓撲結(jié)構(gòu)PAGEREF_Toc173

3、311HYPERLINKl_Toc132873.2樹形拓撲結(jié)構(gòu)PAGEREF_Toc1328711HYPERLINKl_Toc226553.3菊花鏈拓撲結(jié)構(gòu)PAGEREF_Toc2265512HYPERLINKl_Toc229513.4帶支線拓撲結(jié)構(gòu)PAGEREF_Toc2295113HYPERLINKl_Toc288153.5電纜及通信距離PAGEREF_Toc2881513HYPERLINKl_Toc26408四、主要產(chǎn)品PAGEREF_Toc2640815HYPERLINKl_Toc29213五、FF基金會現(xiàn)場總線的應(yīng)用PAGEREF_Toc2921317HYPERLINKl_Toc25

4、3315.1FF總線在汽輪機軸封系統(tǒng)上的應(yīng)用PAGEREF_Toc2533117HYPERLINKl_Toc3885.2FF總線在溫度測點上的應(yīng)用PAGEREF_Toc38818HYPERLINKl_Toc8196六、個人思考PAGEREF_Toc819619HYPERLINKl_Toc6296.1基金會現(xiàn)場總線的十大技術(shù)特點PAGEREF_Toc62919HYPERLINKl_Toc82426.2基金會現(xiàn)場總線用戶獲益的十大源泉PAGEREF_Toc824219HYPERLINKl_Toc293406.3基金會現(xiàn)場總線的五大關(guān)鍵技術(shù)PAGEREF_Toc2934020HYPERLINKl_T

5、oc141266.4基金會現(xiàn)場總線的五大保障體系PAGEREF_Toc1412620HYPERLINKl_Toc14838參考文獻PAGEREF_Toc1483821FF基金會現(xiàn)場總線摘要隨著計算機硬件、軟件技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，自動化技術(shù)也迅猛發(fā)展起來，許多控制功能已經(jīng)被下放到現(xiàn)場級設(shè)備中，這使得現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)據(jù)通訊量加大，這種趨勢推動了現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)場總線是八十年代末在國際上發(fā)展起來的用于制造業(yè)自動化、過程自動化、樓宇自動化等領(lǐng)域的現(xiàn)場智能設(shè)備互連通信網(wǎng)絡(luò)。目前不同國家和廠家已紛紛組成集團發(fā)表了各自的現(xiàn)場總線協(xié)議標準，市場上出現(xiàn)的現(xiàn)場總線有：FF、Proflbus、LonWor

6、ks、CAN、HART、Interbus、ISPFIP、SDS、Devlcenet等等。在眾多的現(xiàn)場總線技術(shù)當中，由現(xiàn)場總線基金會組織(FieldbusFoundation，F(xiàn)F)開發(fā)的基金會現(xiàn)場總線在過程自動化領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。以基金會現(xiàn)場總線FF為信息通道構(gòu)成了一種全分布式的自動化系統(tǒng)，其主要功能是對工業(yè)生產(chǎn)過程進行測量、信號變送、控制等。FF于1996年頒布了低速總線Hl標準。隨著以太網(wǎng)技術(shù)的成熟，F(xiàn)F又制定了FFHSE(HighSpeedEthemet)規(guī)范，該規(guī)范定義了一種基于高速以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線技術(shù)。為實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)的控制功能，在H1和HSE應(yīng)用層之上增加了用戶層。用戶層包

7、括了FF所定義的標準化的功能塊和功能塊應(yīng)用進程，構(gòu)成了自動化控制系統(tǒng)中實現(xiàn)控制功能的主要部分。FF基金會現(xiàn)場總線由于其優(yōu)良的性能、較高的可靠性和控制功能、診斷功能、管理功能，特別適合于工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連，因而越來越受到工業(yè)界的重視，并已被公認為應(yīng)用于過程自動化系統(tǒng)中最具有前途的現(xiàn)場總線之一。關(guān)鍵字：基金會現(xiàn)場總線協(xié)議網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域主要產(chǎn)品FF基金會現(xiàn)場總線一、發(fā)展歷史基金會總線（FF，F(xiàn)oundationFieldbus）是在HYPERLINK/doc/5966687.html過程自動化領(lǐng)域得到廣泛支持和具有專有良好發(fā)展前景的技術(shù)。其前身是以美國FisherRosemount公司為首，聯(lián)

8、合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80家公司制訂的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首，聯(lián)合歐洲等地的150家公司制訂的WorldFIP協(xié)議。屈于用戶的壓力，這兩大集團于1994年9月合并，成立了現(xiàn)場總線基金會，致力于開發(fā)出國際上統(tǒng)一的現(xiàn)場總線協(xié)議。它以ISO/OSI開放系統(tǒng)層上增加了用戶層。用戶層主要針對自動化測控應(yīng)用的需要，定義了信息存取的統(tǒng)一規(guī)則，采用設(shè)備描述語言規(guī)定了通用的功能塊集。由于這些公司是該領(lǐng)域現(xiàn)場自控設(shè)備發(fā)展方向的能力，因而由它們組成的基金會所頒布的現(xiàn)場總線規(guī)范具有一定的權(quán)威性。FF（FieldbusFoundation）現(xiàn)場總線簡介FF總線系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)FF現(xiàn)場總線

9、基金會是由WORLDFIPNA（北美部分，不包括歐洲）和ISPFoundation于1994年6月聯(lián)合成立的，它是一個國際性的組織，其目標是建立單一的、開放的、可互操作的現(xiàn)場總線國際標準。這個組織給予了IEC現(xiàn)場總線標準起草工作組以強大的支持。這個組織目前有l(wèi)00多成員單位，包括了全世界主要的過程控制產(chǎn)品及系統(tǒng)的生產(chǎn)公司。1997年4月這個組織在中國成立了中國儀協(xié)現(xiàn)場總線專業(yè)委員會（CFC）。致力于這項技術(shù)在中國的推廣應(yīng)用。FF成立的時間比較晚，在推出自己的產(chǎn)品和把這項技術(shù)完整地應(yīng)用到工程上相對于Profibus和WORLDFIP要晚。但是正由于FF是1992年9月成立的，是以FisherRo

10、semount公司為核心的ISP（可互操作系統(tǒng)協(xié)議）與WORLDFIPNA兩大組織合并而成的，因此這個組織具有相當實力：目前FF在IEC現(xiàn)場總線標準的制訂過程中起著舉足輕重的作用。FF(HSE)現(xiàn)場總線即為IEC定義的H2總線，它由FieldbusFoundation(FF)組織負責(zé)開發(fā)，并于1998年決定全面采用已廣泛應(yīng)用于IT產(chǎn)業(yè)的高速以太網(wǎng)（highspeedethernetHSE）標準。該總線使用框架式以太網(wǎng)（ShelfEthernet）技術(shù)，傳輸速率從100Mbps到1Gbps或更高。HSE完全支持IEC61158現(xiàn)場總線的各項功能，諸如功能塊和裝置描述語言等，并允許基于以太網(wǎng)的裝置

11、通過一種連接裝置與H1裝置相連接。連接到一個連接裝置上的H1裝置無須主系統(tǒng)的干予就可以進行對等層通信。連接到一個連接裝置上的H1裝置同樣無須主系統(tǒng)的干預(yù)也可以與另一個連接裝置上的H1裝置直接進行通信。HSE總線成功地采用CSMA/CD鏈路控制協(xié)議和TCP/IP傳輸協(xié)議，并使用了高速以太網(wǎng)IEEE802.3標準的最新技術(shù)。現(xiàn)場總線基金會自1984年成立以來，經(jīng)過十年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一個開放的、全數(shù)字化的工業(yè)通信系統(tǒng)，并在上世紀末開始進入中國市場，推動了中國的工業(yè)自動化技術(shù)進步，并開始了大型全區(qū)域系統(tǒng)集成的應(yīng)用。一個開放式的總線協(xié)議，很重要的一點就是有多少設(shè)備支持這個協(xié)議。否則，這個協(xié)議的開放性

12、就沒有意義了。從2001年起，支持FF總線的產(chǎn)品越來越多。據(jù)統(tǒng)計，2002年通過FF基金會認證注冊的產(chǎn)品增長了24%，累計達到137種。其中，壓力儀表32種，溫度儀表12種，流量儀表19種，物位儀表12種，分析儀表16種，閥門類儀表30種，高速以太網(wǎng)聯(lián)接設(shè)備5種，調(diào)節(jié)儀表1中，其他儀表10種。有10個公司的控制系統(tǒng)能夠聯(lián)接FF總線的H1網(wǎng)段。它們是ABB，Emerson（Delta-V）；Honeywell（Plantscape，ExperionPKS）；Invensys，Smar（System302）；Yamatake（IndustrialDEO），Yokogawa（Centum，Stard

13、om）。在具體工程方面，截至2002年6月，全球已經(jīng)安裝的FF總線儀表達到205，000臺，已經(jīng)安裝的系統(tǒng)達到4000個。石油、天然氣、石油化工、化工領(lǐng)域的項目數(shù)占FF總線全部項目數(shù)的44.9%，說明石化領(lǐng)域目前是FF總線最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。但實際上，現(xiàn)場總線系統(tǒng)已經(jīng)逐步在大型和超大型規(guī)模系統(tǒng)中得到采用。據(jù)報道，目前已經(jīng)在使用的FF總線系統(tǒng)的最大規(guī)模已經(jīng)達到12000臺儀表。我國廣西惠州新建的大型石化裝置約采用數(shù)千臺FF總線儀表，自動化的總投資達到5000萬美元。上海SECCO新建的石化裝置也全部采用FF總線技術(shù)和儀表，合同金額達到3000萬美元?，F(xiàn)在在我國已經(jīng)安裝的FF總線系統(tǒng)已經(jīng)超過100個

14、，當然大部分是中小系統(tǒng)。最近報道廈門湘魯石化有限公司，一期投資為6億美元。生產(chǎn)純凈對苯二酸，是世界上第一個在本安區(qū)域使用FF總線的PTA工廠。該系統(tǒng)在本安區(qū)域，有161個網(wǎng)段，掛接742臺FF總線設(shè)備。另外自備鍋爐還有38個網(wǎng)段，掛接173臺FF總線設(shè)備。平均一個網(wǎng)段掛接4臺設(shè)備。采用的系統(tǒng)是Emerson公司的產(chǎn)品隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，制造商和用戶將越來越加深對它的理解。據(jù)預(yù)測，到2005年，我國的幾個采用FF總線系統(tǒng)的大型石化工程都將投產(chǎn)。屆時，我國安裝的FF儀表將達到數(shù)萬臺。人們對如何進行FF總線系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試、組態(tài)、維護以及現(xiàn)場總線為用戶帶來的實際利益都會更加明朗。因此，隨時掌握各

15、種總線的發(fā)展狀況是十分重要的。現(xiàn)場總線的發(fā)展與計算機通信技術(shù)的關(guān)系。隨著商用計算機領(lǐng)域的局域通信逐步被以太網(wǎng)(ethernet)壟斷，過程控制領(lǐng)域中上層的通信也逐步統(tǒng)一到以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)。由于因特網(wǎng)的快速發(fā)展，人們通過因特網(wǎng)訪問控制系統(tǒng)。進行遠程診斷、維護和服務(wù)的愿望越來越強烈，因此TCPIP協(xié)議也進入過程控制領(lǐng)域。實際上我們現(xiàn)在就可以看到通過因特網(wǎng)訪問現(xiàn)場儀表的事例。例如日本MAZRK公司的數(shù)控機床的售后維護已有30可以通過因特網(wǎng)實施。但所有這些僅限于故障診斷，維護等實時性要求很低的工作。工業(yè)過程的現(xiàn)場總線控制不會被計算機通信技術(shù)取代，因為現(xiàn)場總線與一般計算機通信在功能、要求和結(jié)構(gòu)上有所不

16、同從功能上講，計算機通信的基本功能是可靠地傳遞信息；現(xiàn)場總線的功能有：一是經(jīng)濟、安全、可靠地傳遞信息；二是正確使用所傳信息；三是及時處理所傳信息。從要求上講，對計算機通信的主要要求是快；對現(xiàn)場總線不僅要求傳輸速度快，在過程控制領(lǐng)域還要求響應(yīng)時間短，即實時性要求高，以及巡回時間短，過程控制系統(tǒng)希望最長巡回時間是預(yù)先可知的，并小于一定值。從結(jié)構(gòu)上講，計算機通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)狀的，從一點到另外一點的通信路徑可以是不固定的；而大部分現(xiàn)場總線的結(jié)構(gòu)是線狀的，雖然現(xiàn)場總線的拓撲結(jié)構(gòu)可以是總線型、星型、環(huán)行、回路型等；但在大多數(shù)現(xiàn)場總線中，從一點到另外一點的通信路徑是比較固定的。然而在實時性要求低、被控信

17、息簡單的現(xiàn)場環(huán)境，例如建筑物自動化等方面，新動向的發(fā)展確實值得關(guān)注，計算機通信技術(shù)正逐步深入到現(xiàn)場控制。所謂現(xiàn)場總線，按照國際電工委員會IEC61158的定義，是指安裝在翩造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置之間、以及現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行和多點通信的數(shù)據(jù)總線。以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)而發(fā)展起來的全數(shù)字控制系統(tǒng)稱作現(xiàn)場控制系統(tǒng)(FCS)現(xiàn)場總線與傳統(tǒng)的控制方式的顯著區(qū)別在于其通訊方式的不同。現(xiàn)場總線是用于智能化現(xiàn)場設(shè)備和基于微處理器的控制室自動化系統(tǒng)間的全數(shù)字化、多站總線式的雙向多信息數(shù)字通訊的通訊規(guī)程。是互相操作以及數(shù)據(jù)共享的公共協(xié)議。可以認為，現(xiàn)場總線是通信總線在現(xiàn)場設(shè)備中的延伸。允

18、許將各種現(xiàn)場設(shè)備，如變送器、調(diào)節(jié)閥、基地式控制器、記錄儀、顯示器、PLC及手持終端和控制系統(tǒng)之間，通過同一總線進行雙向多變量數(shù)字通訊?；饡F(xiàn)場總線FF包括低速總線（H1總線）和高速總線（H2總線）兩種。目前H1總線已逐漸成熟，并且已經(jīng)步入實用階段，H2總線的應(yīng)用還有待時日。本文主要講的是H1現(xiàn)場總線。二、工作原理2.1FF總線H1總線電路和信號形式H1網(wǎng)段下，總線電路如圖2所示。現(xiàn)場設(shè)備靜態(tài)供電電流1015mA，信號恒流方式l520mApp，多個設(shè)備可以并聯(lián)，接收信號在0.751Vpp電壓范圍，最小不低于150mVpp，信號負載的作用是將1520mApp電流方波信號轉(zhuǎn)化為0.751Vpp的電

19、壓信號。所以，匹配阻抗器既不能多，也不能少，否則信號電壓將不正常，特別是長線傳輸?shù)臅r候，如果終端阻抗不匹配，經(jīng)常會產(chǎn)生反射而使波形失真。電纜的特征阻抗是100歐姆，長線要安裝在兩端。2.2物理層FFH1、HSE是高可靠性要求的熱工過程控制的首選，在當前工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用極其廣泛，它們的傳輸距離可根據(jù)實際情況而定，不同的傳輸介質(zhì)和傳輸介質(zhì)質(zhì)量的好壞對信號的傳輸距離有很大的影響，就拿FFH1低速總線來說，如果采用#18AWG屏蔽雙絞線的傳輸介質(zhì)，傳輸距離可達1900米，但若采用#22AWG屏蔽雙絞線，傳輸距離則只有1200米，且此傳輸距離包含主干與分支的和，分支最長不能超過120米。另外，傳輸介質(zhì)的質(zhì)量

20、對傳輸距離也有影響，但據(jù)有關(guān)部門考證，目前，國內(nèi)很多廠家生產(chǎn)的電纜在要求不是很嚴格的情況下是能夠滿足FF總線的現(xiàn)場需要的。所以，在我們設(shè)計FF總線網(wǎng)絡(luò)時，要根據(jù)FF總線特性、技術(shù)參數(shù)來選擇適當?shù)膫鬏斀橘|(zhì)，這樣就能起到事半功倍的效果。FF總線技術(shù)參數(shù)表如表1所示。表1：FF現(xiàn)場總線基本技術(shù)參數(shù)表H1低速總線HSE高速總線波特率：31.25kps100M以太網(wǎng)用途:現(xiàn)場設(shè)備大系統(tǒng)橋電路，控制器，PLC等編碼方式：曼徹斯特編碼供電：可總線供電（9-32V）單獨供電信號電壓：0.75歐以太網(wǎng)標準總線阻抗：100歐以太網(wǎng)標準本安：支持不支持設(shè)備數(shù)量:32臺32臺2.3鏈路層FF總線的鏈路層是總線上信息正

21、確傳遞的重要保障，每條總線上有且只有一臺現(xiàn)行鏈路活動調(diào)度器（LAS），在FF總線網(wǎng)絡(luò)上任何一個智能總線儀表都可以作為該條線路的LAS，LAS中有總線上所有的設(shè)備清單，它負責(zé)管理總線，管理其它設(shè)備是否占用總線。LAS將“時間重要”的實時過程數(shù)據(jù)與后臺MM1及組態(tài)下裝數(shù)據(jù)分別處理即周期受調(diào)度和非周期不受調(diào)度通信。2.4應(yīng)用層FF現(xiàn)場總線應(yīng)用層遵循開放式系統(tǒng)互聯(lián)模式OSI的基本架構(gòu)，F(xiàn)F現(xiàn)場總線的應(yīng)用層服務(wù)由FMS（FieldbusMessageSpecification）來定義該層定義了用戶進行通信所需要的通信服務(wù)、信息格式、行為狀態(tài)等。在應(yīng)用層中定義了網(wǎng)絡(luò)可視對象（NetworkVisibleO

22、bjects)、虛擬現(xiàn)場設(shè)備（VirtualFieldDevice，簡稱VFD）、虛擬通信關(guān)系（VirtualCommunicationRelationship，簡稱VCR）幾個概念。在FF現(xiàn)場總線規(guī)范中現(xiàn)場設(shè)備之間進行信息傳輸所使用的預(yù)組態(tài)的信道稱為虛擬通信關(guān)系相當于計算機網(wǎng)絡(luò)中的虛電路。在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，設(shè)備中的不同的應(yīng)用進程進行通信時通過使用不同的VCR可以進行互不干擾的通信。FMS在VCR的端點向應(yīng)用進程提供服務(wù)，F(xiàn)MS提供的服務(wù)分為有確認的服務(wù)和無確認服務(wù)，其中有確認的服務(wù)用于操作和控制應(yīng)用對象，如讀，寫變量的值、訪問對象字典OD等。使用Client/ServerVCR；無確認的

23、服務(wù)用于發(fā)布數(shù)據(jù)或通報事件，發(fā)布數(shù)據(jù)使用Publisher/SubscriberVCR；通報事件使用ReportDistributtonVCR。2.5用戶層基金會現(xiàn)場總線以ISO/OSI開放系統(tǒng)互連模型為基礎(chǔ)，取其物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層為FF通信模型的相應(yīng)層次，并在應(yīng)用層上增加了用戶層，用戶層主要針對自動化測控應(yīng)用的需要，定義了信息存取的統(tǒng)一規(guī)則，采用設(shè)備描述語言規(guī)定了通用的功能塊集，F(xiàn)F總線利用這些嵌入到系統(tǒng)內(nèi)部的功能塊實現(xiàn)工業(yè)控制上的各種控制功能。FF公布十個基本功能塊：摸擬輸入AI；摸擬輸出AO；控制選擇CS；P，PD控制PD；手動ML；開關(guān)輸入DI；開關(guān)輸出DO；偏置增益BG；PI

24、D，PI，I控制PID；比率RA。FF公布十九個先進功能塊：復(fù)雜摸出；復(fù)雜開出；脈沖輸入；輸入選擇；運算；積算；分離器；算術(shù)運算；信號特征；裝置控制；摸擬報警；死區(qū)；定時；超前滯后補償；摸擬接口；步進PID；SP發(fā)生器；開關(guān)報警；開關(guān)接口。用以上功能塊可以構(gòu)筑幾乎所有基本的控制策略，功能相強大。2.6協(xié)議數(shù)據(jù)的構(gòu)成與層次圖1表明了現(xiàn)場總線協(xié)議數(shù)據(jù)的內(nèi)容和模型中每層應(yīng)該附加的信息。他也從一個角度反映了現(xiàn)場總線保溫信息的形成過程如某個用戶要將數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線發(fā)往其他設(shè)備，首先在用戶層形成用戶數(shù)據(jù)，并把它們送往總線報文規(guī)范層處理，每幀最多可發(fā)送251個8位字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)信息；用戶數(shù)據(jù)信息在FAS，F(xiàn)

25、MS，DLL各層分別加上各層的協(xié)議控制信息，在數(shù)據(jù)鏈路層還加上幀校驗信息后，送往物理層將數(shù)據(jù)打包，即加上幀前、幀后定界碼，也就是開頭碼、幀結(jié)束碼，并在開頭碼之前再加上用于時鐘同步的前導(dǎo)碼（或稱之為同步碼）。該圖還表明了各層所附的協(xié)議信息的字節(jié)數(shù)。信息幀形成之后，還要通過物理層轉(zhuǎn)換為符合規(guī)范的物理信號，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管理控制下，發(fā)送到現(xiàn)場總線網(wǎng)段上。圖1現(xiàn)場總線協(xié)議數(shù)據(jù)的生成三、FF現(xiàn)場總線的拓撲結(jié)構(gòu)基金會現(xiàn)場總線一般會采用以下幾種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，為清楚并簡單起見，圖中省略了電源和終端器。在實際應(yīng)用往往會是幾種方式的組合，下面詳細論述每種拓撲結(jié)構(gòu)的特性。3.1點對點拓撲結(jié)構(gòu)這類拓撲結(jié)構(gòu)是只有由兩臺設(shè)

26、備的段組成，段可以完全在現(xiàn)場（一臺從設(shè)備和一臺主設(shè)備獨立運行，如變送器和閥此外不再帶其它設(shè)備），或者也可以由一臺現(xiàn)場設(shè)備（變送器）連接到一個主系統(tǒng)（作為控制或監(jiān)視），如圖1所示點對點總線聯(lián)接。終端端子T基金會現(xiàn)場總線接口(FFI)接線盒FDT圖1簡單點到點拓撲結(jié)構(gòu)簡單的點對點（主機和每個總線的一個設(shè)備）不會常用，因為它每段只有一個測量或者控制設(shè)備，如同在傳統(tǒng)控制420mA時那樣，同每個具有多個設(shè)備的總線段相比沒有優(yōu)點。3.2樹形拓撲結(jié)構(gòu)樹形拓撲結(jié)構(gòu)就是在一臺現(xiàn)場總線段上的設(shè)備都是以獨立的雙絞線聯(lián)接到公共的端子盒、端子、儀表板或I/O卡。這種布局可以用于通向主機電纜的一個端上，實際上同一段上的設(shè)

27、備是相互分開的，但是一般是在同一個接線盒的區(qū)域內(nèi)。如圖2所示，樹形聯(lián)接。使用這種布局方式，必須考慮到支線電纜的最大長度。終端端子T基金會現(xiàn)場總線接口(FFI)接線盒TFDFDFD圖2樹形總線拓撲結(jié)構(gòu)3.3菊花鏈拓撲結(jié)構(gòu)終端端子這種聯(lián)接方式，在一個段中現(xiàn)場總線電纜從一臺設(shè)備走到另一臺設(shè)備，在每個現(xiàn)場設(shè)備的端子上互連。使用這種拓撲安裝應(yīng)該使用聯(lián)接器或一種接線方式，使得一臺設(shè)備的接線斷了不會影響整個段的工作，如圖3所示菊花鏈聯(lián)接。T基金會現(xiàn)場總線接口（FFI）TFDFDFD圖3菊花鏈拓撲結(jié)構(gòu)3.4帶支線拓撲結(jié)構(gòu)這類拓撲結(jié)構(gòu)方式，現(xiàn)場總線設(shè)備通過一段支線的電纜聯(lián)接到總線段上。支線的長度可以從lm到l2

28、0m，長度小于1m的支線看作是一個接頭，如圖4所示，帶支線總線聯(lián)接。終端端子T基金會現(xiàn)場總線接口(FFI)接線盒接線盒接線盒FDTFDFD圖4支線拓撲結(jié)構(gòu)3.5電纜及通信距離可以使用多種電纜作為總線電纜，IEC/ISA物理層標準中規(guī)定的幾種型號的電纜及相應(yīng)的通信距離表。表：電纜類型及最大通信距離電纜類型電纜特性規(guī)格最大傳輸距離/m型號A屏蔽雙絞線#18WAG（0.8mm）1900型號B帶屏蔽多對雙絞線#22WAG（0.3mm）1200型號C無屏蔽多對雙絞線#26WAG（0.1mm）400型號D多芯無絞有共同屏蔽#16WAG（1.2mm）200可以在同一網(wǎng)絡(luò)中使用多種導(dǎo)線，但有一定的約束條件。以

29、使用兩種導(dǎo)線為例，應(yīng)符合以下公式：其中：Lx為X導(dǎo)線的長度；Lx，max為單獨用X導(dǎo)線時的最大長度；Ly為Y導(dǎo)線的長度；Ly，max為單獨用Y導(dǎo)線的最大長度。如果使用四種導(dǎo)線，則應(yīng)遵守以下公式：由于FF現(xiàn)場總線供電型設(shè)備的供電電壓范圍為直流032V，故在現(xiàn)場應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)總線里的電流和導(dǎo)線電阻按照歐姆定律計算總線上的壓降，以確認是否所以設(shè)備的供電電源都不低于直流9V，如果不能保證，則可以使用輸出電壓更高的電源，或者使用中繼器。每個網(wǎng)段最多可接32臺設(shè)備；如果有本安要求，一條網(wǎng)段上總線供電型本安設(shè)備最多只能接6臺。網(wǎng)絡(luò)中各支線的長度越短越好，支線的最大允許長度與網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備總數(shù)及支線中的設(shè)備數(shù)量有

30、關(guān)，具體額情況如下表。表：支線最大長度（m）與設(shè)備數(shù)量對應(yīng)表設(shè)備總數(shù)/臺支線1個設(shè)備1條支線2個設(shè)備1條支線3個設(shè)備1條支線4個設(shè)備25321111192430111151860301113149060301112120906030四、主要產(chǎn)品現(xiàn)場總線不僅僅是一個總線，而是一個系統(tǒng)。要構(gòu)成這樣一個新型系統(tǒng)需要開發(fā)出一系列符合標準規(guī)范、具有通信能力的開放式產(chǎn)品。目前國際上流行采用OEM產(chǎn)品集成開發(fā)方式。FF現(xiàn)場總線設(shè)備不同于傳統(tǒng)自動化儀表的最大特色是通信，因而圍繞FF協(xié)議的通信棧軟件、通信控制芯片等將形成一系列的OME產(chǎn)品、最終用戶產(chǎn)品以及相應(yīng)的配件、附件，以便構(gòu)成完整的自動化系統(tǒng)。從產(chǎn)品集成與

31、系統(tǒng)集成應(yīng)用的角度，大致由以下種類的軟、硬件可形成產(chǎn)品系列的組成部分：1）通用控制器IC芯片；2）符合FF協(xié)議的通信棧軟件；3）構(gòu)成智能儀表、符合FF協(xié)議的通信圓卡；4）符合FF協(xié)議的智能儀表類；5）總線與計算機的接口；6）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；7）主機運行管理軟件、組態(tài)軟件、人機接口軟件；8）現(xiàn)場總線供電電源；9）本安防爆柵；10）附件類；11）工具類。但每個開發(fā)商不必要形成全系列的產(chǎn)品，關(guān)鍵是產(chǎn)品要有自己的特色，有了特色，就可在競爭中找到自己的一席之地?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS從大的方面來講可包括現(xiàn)場儀表（L0級）和控制系統(tǒng)（L1級），根據(jù)我國國情，目前我們一開始要在L1級上搞出象DeltaV那樣的控制

32、系統(tǒng)是不現(xiàn)實的，但在L0級上卻大有文章可做?，F(xiàn)場總線儀表使用量大，所以極具意義。根據(jù)我國的國情，我們首先應(yīng)集中財力物力開發(fā)以下兩類FF產(chǎn)品：1）開發(fā)構(gòu)成智能儀表、符合FF協(xié)議的通信圓卡通過這種智能I/O，可將我們目前生產(chǎn)的數(shù)字智能變送器、執(zhí)行器連入現(xiàn)場總線。使我們自己生產(chǎn)的現(xiàn)場儀表不再被排除于現(xiàn)場總線系統(tǒng)之外。國外的現(xiàn)場智能化變送器是非常貴的，如FF的變送器要1.8萬元，有的要1.9萬美元。而智能通信圓卡幾百元，加上國產(chǎn)的變送器40005000元，從價格上很有優(yōu)勢，而且在大部分的場合能滿足要求，增強了同國外產(chǎn)品的競爭能力。2）開發(fā)符合FF協(xié)議的智能儀表類具備通信功能的、傳輸信號全數(shù)字化的現(xiàn)場智

33、能儀表，是現(xiàn)場總線的基礎(chǔ)。國外的公司亦非常重視與自己現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)配套的現(xiàn)場總線儀表。如Fisher-Rosemount公司推出的FF總線標準的3051C差壓變送器、3051T壓力變送器、3051L液位變送器、3244MV溫度變送器等。我國經(jīng)過多年的引進、消化、吸收，現(xiàn)場儀表的生產(chǎn)已有良好的基礎(chǔ)，智能化的工作也進行得比較充分，有勢力沖刺這一領(lǐng)域，而且現(xiàn)場總線儀表搞好了，將為我國現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。3.3FF產(chǎn)品開發(fā)的步驟為了這是保證系統(tǒng)開放性，對現(xiàn)場總線產(chǎn)品開發(fā)必須遵循的一些約束。一個符合基金會現(xiàn)場總線協(xié)議的設(shè)備開發(fā)，大致經(jīng)過以下步驟：1）軟件開發(fā)者開發(fā)符合FF協(xié)議的通信棧軟件

34、；2）將通信棧軟件提交授權(quán)測試代理（如德國的Fraunhofer）作以一致性測試；3）將測試報告送交基金會注冊登記，取得FFStack認證標志；4）設(shè)備開發(fā)制造商購買已取得認證的通信棧軟件、通信控制芯片，開發(fā)相應(yīng)的軟、硬件，形成OME產(chǎn)品或最終產(chǎn)品，包括智能現(xiàn)場設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品；5）在形成產(chǎn)品的過程中，要為開發(fā)的現(xiàn)場設(shè)備創(chuàng)建設(shè)備描述（DD），將DD送交基金會注冊登記，并由基金會頒發(fā)DD光盤，發(fā)行已注冊的產(chǎn)品目錄；6）將設(shè)備提交FF或其他測試代理作可互操作性測試，取得可互操作性合格證書。五、FF基金會現(xiàn)場總線的應(yīng)用5.1FF總線在汽輪機軸封系統(tǒng)上的應(yīng)用由于FF現(xiàn)場總線控制技術(shù)在高參數(shù)、大容量機組上

35、還沒有應(yīng)用先例，為保證機組投產(chǎn)后的安全穩(wěn)定運行，在汽輪機軸封系統(tǒng)上設(shè)計了2套控制方案：一套為FF總線控制方案，另一套為常規(guī)硬接線控制方案。在機組調(diào)試運行階段，采用了FF總線控制方案，常規(guī)硬接線控制方案為后備方案，如果FF總線方案運行不正常，只需把閥門定位器和壓力變送器更換為常規(guī)設(shè)備即可，常規(guī)控制電纜已敷設(shè)到就地設(shè)備。為使用FF總線控制技術(shù)，在軸封系統(tǒng)上，軸封系統(tǒng)氣動調(diào)門定位器，軸封母管壓力變送器采用了FF總線接口設(shè)備，帶有FF總線接口的氣動調(diào)門定位器分別為輔汽至軸封母管壓力調(diào)節(jié)閥定位器，主蒸汽至軸封母管壓力調(diào)節(jié)閥定位器，軸封溢流調(diào)節(jié)閥定位器，軸封用汽溫度調(diào)節(jié)閥定位器，氣動調(diào)節(jié)閥定位器選用了西門

36、子產(chǎn)品，型號為SIPARTPS2FFPOSITIONER，軸封母管上安裝了3臺帶有FF總線的ROSEMOUNT3051變送器。為實現(xiàn)FF總線控制，在設(shè)備現(xiàn)場安裝現(xiàn)場儀表配線盒，氣動調(diào)門定位器及母管壓力變送器通過現(xiàn)場儀表配線盒與DCS控制柜內(nèi)的POWER3模塊端子相連，實現(xiàn)就地設(shè)備與DCS控制器的通訊。DCS控制器根據(jù)軸封母管壓力變送器傳輸過來的母管壓力數(shù)據(jù)，對軸封系統(tǒng)調(diào)門進行調(diào)節(jié)，PID調(diào)節(jié)回路在DCS控制器中實現(xiàn)，從而實現(xiàn)DCS控制系統(tǒng)對現(xiàn)場設(shè)備的控制，控制原理如圖8所示。從DCS控制柜的POWER3模塊來FF-T-BOX現(xiàn)場儀表配線盒FF-T-BOX現(xiàn)場儀表配線盒軸封母管壓力變送器3軸封母

37、管壓力變送器2軸封母管壓力變送器1軸封用氣溫調(diào)節(jié)閥主汽至軸封壓力調(diào)節(jié)閥輔汽至軸封壓力調(diào)節(jié)閥軸封溢流調(diào)節(jié)閥圖8DCS控制系統(tǒng)的控制原理圖5.2FF總線在溫度測點上的應(yīng)用鄒縣電廠在鍋爐水冷壁、包墻、過熱器、再熱器壁溫測點及發(fā)電機定子線圈、定子鐵心、定子線圈出水溫度測點采用了FF總線技術(shù)。溫度測點選用常規(guī)的T，K分度熱電偶和Ptl00熱電阻，在設(shè)備現(xiàn)場安裝848T溫度變送器，就地溫度測點信號與848T相連接，溫度測點信號通過848T轉(zhuǎn)換為FF總線信號，傳輸至DCS控制柜，進而在DCS操作員站上顯示溫度數(shù)值。848T溫度變送器為ROSEMOUNT公司產(chǎn)品，每個848T有8個獨立的輸入通道，它能接收RT

38、D、熱電偶、毫伏等信號，848T的最大特點支持FF總線協(xié)議。DCS控制柜內(nèi)的每個H1可帶16個848T設(shè)備，其控制原理示意圖如圖9所示，鄒縣電廠在設(shè)備現(xiàn)場安裝了848T控制柜，1個848T控制柜最多安裝16塊848T設(shè)備。圖9DCS控制柜原理圖六、個人思考個人認為現(xiàn)場總線是過程自動化的發(fā)展趨勢，而基金會總線在其中將扮演重要的角色。因此，開發(fā)基金會總線產(chǎn)品將具有廣闊的技術(shù)和市場前景。開發(fā)商可依據(jù)自身的實力和專長，進行準確的市場定位，選擇合適的開發(fā)方式和開發(fā)工具，開發(fā)出符合FF規(guī)范要求，并能通過FF認證的總線產(chǎn)品。這對于縮短我國自動化儀表與國際的差距，提高我國的自動化水平和地位。振興儀表工業(yè)也將具有重要意義自基金會現(xiàn)場總線面世以來，以他特有的技術(shù)優(yōu)勢斐聲海內(nèi)外，成為過程控制無可爭議的主打系統(tǒng)，受到了用戶的好評，縱觀其特點，可歸結(jié)于以下幾方面.6.1基金會現(xiàn)場總線的十大技術(shù)特點1）有底層的H1現(xiàn)場總線，通信速率為31.25kbps,適用于連續(xù)過程自動化的控制。也有高層的數(shù)據(jù)通信以太網(wǎng)絡(luò)HSE，滿足斷續(xù)控制