[信息与通信]基金会现场总线技术概述.ppt

基金会现场总线自问世以来，正以磅礴之势在连续工业过程控制中掀起了应用高潮。 在中国，据不完全统计，几百个大中项目遍及大江南北，其中不乏世界级大项目，如上海赛科工程、广东惠州中海壳牌石化工程和正在建设中的福建炼油乙烯工程，其规模之大让世人震惊。 其实，基金会现场总线不仅仅在规模上可以适应大中小规模上的变化，在控制类型上也正在把高速总线HSE扩展到连续过程控制以外的断续和批量控制中。 应用领域包括石油天然气、炼油、石化、化工、冶金、制药、电力等 现场总线基金会对用户的承诺正在变成现实……。 FF总线由低速(FF-H1)和高速(FF-HSE)两部分组成。 其中FF-H1网络以ISO/OSI模型为基础，取其物理层、数据链路层和应用层，并在应用层之上增加了用户层，构成了四层结构的通信模型。 FF-H1传输速率为31.25Kbps，通信距离可达1 900m（与传输介质有关，可加中继器延长），支持总线供电/本质安全防爆环境。 FF-H1主要用于过程工业（连续控制）的自动化。 FF-HSE则采用基于Ethernet (IEEE802.3) +TCP/IP的六层结构，其通信距离为750m和500m。 物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射，协议符合IEC61158-2标准。 FF-HSE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场合。 一个典型的工程实例 项目概况： 上海拜耳漕泾园区(Bayer Material Science)下属的涂料厂、公用工程厂和聚酯厂已于2006年建成投产。该项目选用了FF基金会现场总线，特别是聚酯厂，使用的FF现场总线仪表较多。 1.设备的选用和总量 该项目已使用了6套艾默生的DeltaV系统，其中涂料厂、公用工程厂、聚脂厂近期使用了DeltaV7.4版本和大量的FF设备；涂料厂为600台(全部模拟量设备)；公用工程厂为300台(另外有HART设备在单元包中)；聚脂厂为2200台。 2.网段设计 塑料厂网段布局中，在1个H1例段上接两个子网段，聚酯厂网段布局为FF设备最大安装数量为8台，每个网段的最大阀门安装数为2台(阀门定位器为2个)，每个网段的备用的分支数为2个，每个分支上的FF设备为1台，也就是8：2：2：1模式。 基金会现场总线的参考模型只具备ISO／OSI参考模型七层中的三层，即物理层、数据链路层和应用层，并按照现场总线的实际要求，把应用层划分为两个子层-总线访问子层与总线报文规范子层。省去了中间的3～6层，即不具备网络层、传输层、会话层与表示层。 FF在ISO／OSI参考模型第七层应用层之上增加了新的一层-用户层。 物理层规定了信号如何发送；数据链路层规定如何在设备间共享网络和调度通信；应用层则规定了在设备间交换数据、命令、事件信息以及请求应答中的信息格式。用户层则用于组成用户所需要的应用程序，如规定标准的功能块、设备管理，实现网络管理、系统管理等。 在相应软硬件开发的过程中，往往把除去最下端的物理层和最上端的用户层之后的中间部分作为一个整体，统称为通信栈。这时，现场总线的通信参考模型可看作三层。 基金会现场总线网络设备与安装 1 网络拓扑结构 2 主要连接件和接口设备 3 电缆、布线和电源（安装调试） 4 基金会现场总线设备的本质安全 基金会现场总线网络设备与安装 一个现场总线网络是由一个或者多个网段组成，每个网段一般包含几个运行仪表、连接件、接口设备、电缆、安全栅，另外还需要一个电源和设在每个网段末端的终端器。 现场总线的安装与布线规则自然不同于传统的4mA～20mA布线。要遵循一定的拓扑结构进行布线。 1.网络拓扑结构 FF现场总线的拓扑结构较灵活，通常包括点到点型、带分支的总线型、菊花链型和树型。带分支的总线型和树型在工程中使用较多。 FF总线网络可以包含1个或多个互连的H1链路。1条H1链路可连接1个或几个H1设备，2个或多个H1设备之间可通过H1网桥实现互连。  FF总线系统中，主站可以通过一个接口直接和现场级网络相连，也以通过一个链路设备经过主站级网络后再和现场级网络连接。 不管是接口还是链路设备都是通过端口和现场级网络相连的 一块接口卡或者一台链路设备往往有不止一个端口，因此可以接几个现场级网络。若干台链路设备又可以通过主站级网络连成一个大系统。 接口也可以设计成可插入一个计算机或I／O子系统的若干块卡或模板 。 接口的每一个端口能支持的设备数量是有限的。 FF并没有规定在现场总线仪表中使用的电缆的型号或性能指标，但还是推荐使用那些经过一致性测试的电缆。 为了简化现有仪表向现场总线仪表的过度，标准的制定专门考虑了可以和仪表中常用的电缆型号兼容。 电缆的型号和性能是决定总线长度和总线上可挂仪表数量的主要因素。 布