FF设计与安装修改

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,H1的网段设计,1,网络系统图,提供一张网络拓扑图来说明所有的网段、控制器、通信路径、历史数据和操作员界面是如何连接在一起的。,这张图纸应对系统作功能性的描述，应该说明各个网段安装在什么地方，安装在哪个运行装置或工段，但无需对网络,/,网段上的设备进行具体描述,2,网络/网段图,用网络,/,网段图取代传统的回路图，说明一对导线上所连接的设备,当控制回路位于多个网段或包含有传统,I/O,时，则除了网络,/,网段图外，还需要使用传统的回路图,无需在网络/网段图中说明显示、功能块和组态等数据,3,除了标准回路图的资料外，网络,/,网段图还应该包含以下,FF,系统的资料：,l,标题区应该含有“网络名称”。网络名称应包含有“控制器名称、卡号和端口号”。例如，如果控制器名称为“,01,”，卡号为“,08,”，端口为“,1,”，那么网络,/,网段名则可以表示为“,XXX-010801,”。,l,所有的网络连接。包括,H1,接口卡、大容量供电电源、,FF,总线电源、以及贯穿于该现场的设备、接线端子、接线箱和终端器。,4,l,所有网络,/,网段和现场设备都需要做标识。所有分支电缆都应该以仪表位号作标识，并标明所有电缆的长度,l,应该清楚地说明 “风险等级和网络负荷”。,l,应该标识出后备,LAS,。,l,应该清楚地说明终端器的位置。,5,仪表位置图,为了精确地确定总线分支和网络,/,网段电缆的长度，需要一张三维的图纸来说明仪表的位置。现场总线系统的设计需要使用这些信息，因此必须尽可能早地得到位置图，而且要足够准确,6,P&I图,应该在,P&I,图上说明现场总线仪表,FF,信号配线的线路符号应该用带有实心圆点的长线表示,7,P&I,图中现场总线符号的表示法,8,仪表清单,按照传统仪表要求给出仪表清单,应该为每个设备标明以下的内容：,l,一个设备是否为现场总线设备,l,总线类型,l,软件版本,l,功能块,9,仪表技术规格书,按照传统仪表要求来给出一个适用的仪表技术规格书,同时还需要补充有关现场总线的技术数据,应该采用标准的，并带有下列附加项的仪表技术规格书来详细说明,FF,总线仪表,l,LAS能力（是/否）,l,最小操作电压（VDC）,l,静态最大电流（mA）,10,l,端子的极性敏感性（是,/,否）,l,设备版本,l,设备描述版本,l,CF,版本,l,通道号及其描述，（如通道,1,传感器,1,，通道,2,主体温度，通道,3,传感器,2,等）,l,可用的功能块，（如,AI_1,、,AI_2,、,PID_1,等）,11,冗余控制器,需要,冗余,H1,接口,需要,冗余供电电源,需要,DC,供电电源的电池容量,需要,-,最小,30,分钟,冗余电源调理器,需要,现场备用,LAS,需要,阀门定位器的控制块,首选在简单回路中,变送器的控制块,只在串级主回路,主机的控制块,需要在复杂回路中,阀门,/,网段危险度等级,需要,每网段的最大设备数,12,（,6.4,或,6.7,中有特别规定外，采用缺省值）,每网段的最大阀门数,4,（,6.4,或,6.7,中有特别规定外，采用缺省值）,中继器,需要经工程中主要工程师的批准,网络,/,网段风险管理选项,12,阀门和网络等级,等级,1,阀门的故障会导致整个系统的出错，会引起整个单元的瘫痪或造成超过,1千万,美元的经济损失,等级1的阀门和相关测量设备（变送器）应只位于等级1的H1控制网络中。一个网段可采用一个等级1的阀门和相关变送器；如果服务彼此相关，则采用2个等级1的阀门和相关变送器。所谓相关意味着两个阀门之一可关掉相同的设备,13,如要保证互操作性，需要在回路中采用由同一个厂商提供的等级,1,现场设备。,等级,1,回路上的主机接口卡和现场设备要独立地进行互操作性测试。,设备和接口卡在网络中要互相兼容。,如果有必要，在工厂大修时进行升级。,网络,/,网段设计图要显示危险度等级，并明显地标明在网络,/,网段中将不能加载额外设备。,14,等级2的阀门和网络,等级,2,阀门的故障导致整个系统的出错，会引起整个单元的瘫痪或造成超过,10万,美元的经济损失。,等级,2,的阀门可以通过快速故障处理或手动控制进行故障状态恢复。,如果服务是相互独立的，一个网段可采用一个等级2的阀门和相关变送器；如果服务彼此相关，则采用2个等级2的阀门，或等级2和等级3的阀门各一个及相关变送器,15,如要保证互操作性，需要在回路中采用由同一个厂商提供的等级,2,现场设备。,等级,2,回路上的主机接口卡和现场设备要独立地进行互操作性测试。设备和接口卡在网络中要互相兼容。如果有必要，在工厂大修时进行升级。,网络,/,网段设计图要显示危险度等级，并明显地标明：在网络,/,网段中将不能加载额外设备。,16,等级,3,的阀门和网段,等级3阀门的故障导致整个单元的短期瘫痪或主要的操作损失。,等级3的阀门不需要操作员的及时处理，就可回到原来的故障位置,等级3的阀门最多可以与其他三个等级3阀门或一个等级2阀门同处在一个网段中,等级3的控制网络可包括只用于测量的设备在内的多个厂家的设备,17,等级,4,网段无控制,等级4设备是一种只用于测量不用于控制的设备，可在网络/网段中对其中断进行组态,升级可以在线进行。网络/网段设计图要显示危险度等级,不管在,设备中有没有PID算法,，网络/网段的短路或电源故障都要使阀门调节到指定的故障位置,在正常运行中，带主要过程变量的变送器及其相关阀门应处在同一网段上，这是允许基于现场控制的必要条件,18,基金会现场总线的负载和计算,网络和网段的负载由以下4个因素决定,风险管理标准,所需裕量: 25%,网络宏周期（macrocycle）的自由时间,网段压降和工作电流的限制,19,网段执行时间,一般使用的缺省网段执行时间为1秒,每个网段的最大设备数如下：,对只用于监视的测量用网段，限制在12个设备,对需要1秒执行时间的回路，限制在12个设备和4个阀门,对需要0.5秒执行时间的回路，限制在6个设备和2个阀门,对需要0.25秒执行时间的回路，限制在3个设备和1个阀门,20,配线与安装,现场总线网段的构成,主设备,总线,设备可以,接在,“支线”上,现场设备,终端器,终端器,总线,现场总线,供电电源,最长1900M,电源调理器,21,本质安全（,IS,）安装,IS,现场总线安装设计要遵从非,IS,安装的技术指南。,IS,由于本质安全需要引起对电源的限制。这一限制名义上为,80mA,IS,应用中，电缆应满足：,n,符合,IS,电感,/,电阻率的限制,n,符合,IS,电路的色标规定,IS,电缆通常使用浅蓝色,22,配线与安装本质安全,T,T,IS,D,安全区,危险区,本质,安全栅,D,IS,P,本质安全栅,T = 终端器,P = 电源,D = 设备,D,IS,= 本安设备,T,IS,= 本安终端器,23,FISCO,FISCO,（Fieldbus Intrinsically Safe Concept）,传统的本质安全安装及其相互连接规范会限制现场总线本质安全（,I.S.,）系统的应用。,能否互相连接的标准是相关供电单元传送的电压（Vo）、电流（Io）和功率（Po）是否小于等于本质安全仪表所能接受并保持本质安全状态的电压,(Vi),、电流,(Ii),和功率,(Pi),。,连接到总线上的其他每个设备（不指终端器）的最大残余电容（Ci）和电感（Li）要各小于等于,5nF,和,10,H,。,24,H1网段的布线与安装,25,H1,基本网段的构成,最大电压: 32 V,最小电压: 9 V,电源调理器的额定电流,例如: 350 mA,调理器,大容量电源,I,max,V,min,V,max,+,-,+,-,V,device,终端器,26,S,1,S,2,S,3,S,n,T,1,T,1,S,1,S,2,S,3,S,n,终端器T位于主干两端,T,1,- 主干长度,S,- 分支长度,T,1,+S,1,+S,2,+ . S,n,1900 m,总线分支型与树型拓扑 电缆长度,PC,PS,T,PC,PS,T,T,T,27,混合拓扑 电缆长度,T,1,S,1,S,3,S,n,S,23,S,22,S,2,S,21,T,1,+S,1,+S,2,+ S,21,+S,22,+S,23,.+ S,n,1900 m,PC,PS,T,T,28,至控制室,(一对或多对),(有屏蔽),现场总线,终端器,内部分线盒,现场设备,双绞线,(有屏蔽),屏蔽线没有示出,接线盒,29,连接件,30,网段的最大长度,在H1网段中任意两个设备之间最多可接入四个中继器,使用四个中继器时，网络中两个设备之间的距离最长可达9500米,现场总线,中继器,现场总线,中继器,现场总线,中继器,现场总线,中继器,现场总线分段,现场总线网络-可达到 9500米,T,T,T,T,T,T,T,T,T,T,=终端,T,31,对电源的要求,24 VDC大容量电源,现场总线供电电源FFPS要求2035VDC电压,可由大容量电源BPS提供240/120 VAC 到 24 VDC转换,采用原有24V仪表供电电源,调理后的总线电源大约在19 VDC,冗余,：应该采用两个分别的、独立的电源线路为大容量电源供电。大容量电源也可以由UPS供电，或采用备用电池。,应该为每个FF电源调理器的供电者提供,过流保护,大容量电源的负端应该接地,32,FF电源调理器,要求为每个H1网段配置1个电源调理器,原因,：如果一个普通直流稳压电源用于现场总线供电，该电源会吸收电缆上的信号，因为稳压电源要试图把电压维持在常值水平。因而直流稳压电源必须被调理后才能用于现场总线。,原理,：在电源和现场总线线缆之间放置一个电感，是把现场总线信号与低阻抗的大容量电源隔离开来的一种途径。电感容许直流电源在线缆上通过，而防止数字信号进入电源。,作用,：该电子电路提供现场总线电路对地的隔离、在电缆短路时对该段的限流、以及对现场总线信号的高阻抗,。,33,总线电源调理器应该是冗余的，且输出电流受限,FF电源调理器对FF信号提供阻抗匹配,电源调理器应该由冗余的主辅大容量电源供电，,冗余的FF电源调理器在故障或失效时都应该在主机系统中通告,34,FF终端器,每个总线段的两端都必须各有一个终端器,终端器用于防止数字信号在总线电缆端点的反射。,当信号在电缆上传输而遭遇中断时会产生反射，信号的一部分在中断处按相反方向回波传送。,这种反射是造成信号扭曲畸变的一种噪声。,H1终端器由1F 电容和100 Ohm 电阻串联构成,终端器可置入某些部件(如FFPS、连接件)中,这些终端器可以被永久安装，采用DIP开关或通过跳线进入使用状态,两个终端器之间的连线被定义为主干,35,总线中继器,借助中继器可有效地把网络分成更小的网段,如果网段需要延伸到超过1900米，可使用中继器,中继器整形放大信号，改进通信的可靠性,中继器在网络节点计数时替代一个现场设备,通过添加中继器组成一个新网段时，要求在该新网段的两个端点各增加一个终端器。,采用中继器为总线提供增加设备数量的能力,中继器最常见的用途是把IS段连接在一起。因为一个安全栅只支持3-4个设备，要使每个网络有16个设备的负荷，在一个网络上需要有多个安全栅,36,接线箱,推荐所有主干和分支在现场接线箱中连接,没有接线箱时可由防雨浇注块作为接插连接器,对分支连线要有短路保护，短路保护器连接在主干或主网络电缆的端子块,为每个分支的连接设有指示器，指明何时分支处于短路和过流状态，指明何时总线电源工作正常,分支电路应该有阻燃等级,37,电缆,A型电缆的特性,导线型号：18AWG(0.8),屏蔽：90,衰减：在39KHz下，3db/km,最大电容：150pF/m,特征阻抗：31.25KHz下，100上下20%,38,H1的,电缆类型,型号 长度,米,特征阻抗 电阻系数 衰减,（db/km）,描述,A 1900 100 22 3,单屏蔽双绞,B 1200 100 56 5,屏蔽多股双绞线,C 400 未知 132 8,无屏蔽多股双绞线,D 200 未知 20 8,外层屏蔽,多芯非双绞线,39,在不用中继器的场合，现场总线网段的最大允许长度为1900m（6232英尺）。网段的总长度由主干和所有支线长度相加得到。,支线长度从1m到200m不等。每个支线只允许连接一个现场设备。,长度小于1m的支线视为分线。,支线的最大允许长度为200m，但任何大于100m的支线都需要经主管批准。在布线中选用多分支方案需减少支线长度，其长度推荐为30m或更少。,40,极性,布线的极性在整个网段的设计和安装中要保持一致。,有些现场设备对极性敏感，因此要保证极性的正确性。,41,接地,设备的信号线不能用于接地。,安全接地需要通过信号电缆外部的单独导线进行。,现场设备的双绞线，其两根导线在网络中任何一点都不能接地，双绞线接地会导致网络中所有节点失去通信能力,网络中的电缆屏蔽线应该只在现场端子汇集（主机）端一点接地。现场仪表的电缆屏蔽线不能连接在仪表的接地点或底盘,。,42,雷电防护/浪涌保护,在发生雷电或感应负载的起停区，需要浪涌保护。浪涌抑制包括低电容的高速硅雪崩二极管、火花隙、正常或通用模式的保护、以及电气安全接地栅格等，,浪涌保护典型地安装在位于容器或精馏塔顶端的现场设备上。,浪涌抑制设备不能衰减现场总线信号,43,现场设备供电,现场总线根据设备设计特点有两种供电方式：总线供电和本地供电,总线供电设备在9-32V电压下需要10-30mA的电流。,所有设备的总电流值应不超过总线供电电源的额定电流值。网络/网段的设计应考虑下列因素：,所有设备的静态电流值,支线的短路故障（10mA额外电流）,上述两项加25的额外负载时的情况,44,一个网段的总线供电设备数受到下列因素的限制：,基金会现场总线供电电源,每个设备的消耗电流,网络/网段中设备的分布情况,每段电缆的阻抗（即，电缆型号）,每个设备的最小操作电压,支线的短路故障（10mA）引起的额外电流消耗,网络中的设备数还需要考虑设备的紧急程度的影响,45,假设在接口板处设置一个,19,伏的电源，而且在网络中全部使用,B,型电缆(,忽略温度影响，每米导线电阻为,0.1,欧姆,)。在300米的分支线处，有一个现场设备,FD5,采用单独供电方式,(,实质上是一个,4,线制设备,),。在,10,米分支线处的有一个现场设备,FD3,电流为,20mA,。其它的设备各自耗能为,10mA,。网桥为单独供电方式，并不消耗任何网络电流。,46,H1,控制器和H1卡,高速以太网,HSE,链接设备,H1,H1,H1,H1,47,菊花链式连接,H1,高速以太网,好的应,用实例,主干,将1个仪表拆除会引起其它仪表信号的丢失,48,异构网段集成示意图,49,高速以太网,（HSE）,HSE,现场总线,H1,P,L,工厂,P,L,工厂,P,L,工厂,H1,H1,H1,P,L,工厂,P,L,工厂,P,L,工厂,H1,H1,P,L,工厂,H1,S,S = 标准的快速以太网（ Fast Ethernet）交换机,用双绞线允许 100 米,用光纤则可达到 2000 米,PLC,PC,50,HSE,冗余,链接设备,H1 现场总线设备,HSE,现场总线,H1 现场总线,链接设备,冗余对,HSE,交换机,HSE,交换机,举例,主交换机,备用交换机,51,