昌晖自动化:FF总线与FF总线仪表选用原则

2016/10/21 8:24:19 人评论 次浏览 分类:过程控制  文章地址:http://yunrun.com.cn/tech/1100.html

FF总线和FF总线仪表在我国自动化领域占有一席之地,昌晖仪表介绍FF总线发展、FF总线组成结构、FF仪表选用原则和常见FF总线仪表类型,对自控从业者快速掌握FF总线知识及产品大有帮助。

FF(Fieldbus Foundation)现场总线基金会(简称FF)是由WORLD-FIP NA(北美部分,不包括欧洲)和ISP Foundation于1994年6月联合成立的,它是一个国际性的组织,其目标是建立单一的、开放的、可互操作的现场总线国际标准。这个组织给予了IEC现场总线标准起草工作组以强大的支持。这个组织目前有100多个成员单位,包括了全世界主要的过程控制产品及控制系统的生产公司。1997年4月这个组织在中国成立了中国仪协现场总线专业委员会(CFC),致力于这项技术在中国的推广和应用。FF成立的时间比较晚,所以在推出自己的产品和把这项技术完整地应用到工程上相比Profibus和WORLDFIP要晚一些。但是,正是由于FF是以Fisher Rosemount(罗斯蒙特)公司为核心的ISP与WORLDFIP NA两大组织合并而成的,因此这个组织具有相当实力:目前FF在IEC现场总线标准的制订过程中起着举足轻重的作用。

1、FF总线的组成结构
FF总线是一种全数字式的串行双向通信系统,用于连接工业现场各种智能仪表设备及自动化系统。FF现场总线的网络协议是按照ISO/OSI模型建立的,FF模型结构如图1所示。
FF总线的组成结构
                   图1  FF总线的组成结构

物理层分为H1(过程)和H2(工厂自动化)两级总线,其中H1符合IEC61158-2标准,支持总线供电和本质安全防爆环境。H1现场总线的主要电气特性是:数据采用数字化、位同步的传输方式,传输波特率为31.25kbps,驱动电压为9-32VDC,信号电流是±9mA,电缆形式采用屏蔽双绞线,网络拓扑结构可以采用线型、树型、星型及复合型的方式,无中继器时电缆长度应≤1900m,分支电缆长度在30-120m范围内,无中继器时设备挂接数不得超过32台,可用中继器数不得超过4台。H2采用高速以太网作为其物理层,传输速率为1Mbps和2.5Mbps,通信距离分别为750m和500m,支持双绞线、光缆和无线发射。

2、FF总线仪表的选用原则
总线型控制系统的重要特点就是把控制权力下放到仪表中实现,因此仪表选型设计与其他常规仪表是有很大不同的。首先,现场总线类的仪表由于内部所带的功能不同,实现的功能也是不相同的,因此要考虑不同的场合选择不同的FF仪表。

其次,仪表的功能块所在的位置不同也会导致网络中数据量的不同,因此要合理选择,减少网络通信数据量,比如常用的PID控制模块放在FCS系统中、FF变送器内,还是FF阀门定位器中,在设计的时候需要充分考虑。还有一点,由于不同厂家的FF总线仪表消耗的功率不同,内部算法的执行时间或速度是不同的,决定了网段的执行时间不同,而这也影响了挂接在FF总线上的仪表数量。

FF总线仪表

3、常见FF总线仪表类型

FF总线仪表是嵌入微处理器、实时嵌入式操作系统和FF现场总线协议栈, 具有传感测量、数字通信、自动补偿、自动诊断、分散控制、信息存储等功能的仪表。目前, 国际上较为常见的FF总线仪表类型及用途主要有以下几种:

①IF表
IF表指电流信号到现场总线信号变送器,它是将4-20mA电流信号转换成现场总线信号,用于将传统的4-20mA输出的模拟仪表连接到现场总线控制系统中,适用于企业控制系统改造,可以很大程度上保护用户原有的可利用的模拟仪表资源,减少用户投资。 

②FI表
FI表指现场总线到电流信号变送器,它是将现场总线信号转换成4-20mA电流信号,用于现场总线控制设备与需要4-20mA电流输入信号的仪表的连接,也是现场总线与4-20mA 流控制的执行机构及控制装置的控制信号转换设备,适用于现场总线控制系统与4-20mA电气转换器或电动调节阀的连接,有利于保留企业控制系统改造中的可利用的执行设备。  

③TT表
TT表指现场总线温度变送器,它是将Pt100、Cu50等热电阻信号转换成现场总线信号,适用于现场总线控制系统中对温度信号的采集。  

④PT表
PT表指现场总线智能压力变送器,它是将压力信号转换成现场总线信号,适用于现场总线控制系统中对压力、流量、液位等信号的采集。 

⑤FP表
FP表指现场总线到气动信号转换器,它是将从总线接收的输入信号按比例转换成3-15psi气压信号,连接到非现场总线类型的气动阀门定位器上,用于代替模拟的电/气转换器,控制系统中的气动阀门。  

⑥FY表
FY表指现场总线气动阀门定位器,它是将现场总线信号转换成相应的压力输出控制阀门到所需位置,实现气动阀门的定位控制。

4、我国FF总线的发展
现在我国已经有很多系统采用FF总线方式,当然大部分是中小型系统。据报道,厦门湘鲁石化有限公司,一期投资为6亿美元。生产纯净对苯二酸,是世界上第一个在本安区域使用FF总线的PTA工厂。该系统在本安区域有161个网段,挂接742台FF总线设备。另外,自备锅炉还有38个网段,挂接173台FF总线设备,平均一个网段挂接4台设备。采用的系统是Emerson公司的产品。

FF总线网络连接方式见图2。
FF总线网络连接方式
图2  FF总线网络连接方式

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