《FF设计与安装修改》PPT课件.ppt

H1的网段设计 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 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 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 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 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 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 P I图中现场总线符号的表示法 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 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lLAS能力 是 否 l最小操作电压 VDC l静态最大电流 mA l端子的极性敏感性 是 否 l设备版本l设备描述版本lCF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 网络 网段风险管理选项 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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80mAIS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 配线与安装本质安全 本质安全栅 T 终端器P 电源D 设备DIS 本安设备TIS 本安终端器 FISCO FISCO FieldbusIntrinsicallySafeConcept 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 H1网段的布线与安装 H1基本网段的构成 最大电压 32V最小电压 9V电源调理器的额定电流例如 350mA 调理器 大容量电源 Imax Vmin Vmax Vdevice 终端器 S1 S2 S3 Sn T1 T1 S3 终端器T位于主干两端T1 主干长度S 分支长度 T1 S1 S2 Sn 1900m 总线分支型与树型拓扑电缆长度 T T 混合拓扑电缆长度 T1 S1 S3 Sn S23 S22 S2 S21 T1 S1 S2 S21 S22 S23 Sn 1900m T 至控制室 一对或多对 有屏蔽 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 连接件 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 对电源的要求 24VDC大容量电源现场总线供电电源FFPS要求20 35VDC电压可由大容量电源BPS提供240 120VAC到24VDC转换采用原有24V仪表供电电源调理后的总线电源大约在19VDC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 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 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 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1 F电容和100Ohm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 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 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 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 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A1900100223单屏蔽双绞B1200100565屏蔽多股双绞线C400未知1328无屏蔽多股双绞线D200未知208外层屏蔽多芯非双绞线 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 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 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 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 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 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 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 H1 控制器和H1卡 高速以太网 HSE链接设备 H1 H1 H1 H1 菊花链式连接 H1 高速以太网 好的应用实例 主干 异构网段集成示意图 高速以太网 HSE HSE现场总线 H1 H1 H1 S S 标准的快速以太网 FastEthernet 交换机 用双绞线允许100米用光纤则可达到2000米 PLC PC 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