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电子仪器仪表装调工培训教程FF现场总线基础知识

吉林吉化集团仪表有限责任公司

周明昌

电子仪器仪表装调工培训教程FF现场总线基础知识吉林吉化集1电子仪器仪表装调工

培训教程目录一、FF现场总线技术概况3

四、FF-现场总线的本质安全防爆102二、H1和HSE结构体系与规范简介44

三、FCS系统优势及常见疑问59电子仪器仪表装调工培训教程目录一2电子仪器仪表装调工

培训教程一、FF现场总线技术概况

工厂级优化要求把来自传感器／执行器、自动化系统和应用软件的信息予以集成。FF现场总线包括设备级的网络和高速主干网，后者能快速地把上述信息予以集成。FF现场总线具有为信息集成所需的开放性结构体系。

工厂级优化要求把来自传感器／执行器、自动化系统和应用软件的信息予以集成。FF现场总线包括设备级的网络和高速主干网，后者能快速地把上述信息予以集成。FF现场总线具有为信息集成所需的开放性结构体系。

电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况3电子仪器仪表装调工

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1、自动化通信网络

开放性MIS（管理信息系统）结构体系自动化系统和控制网络管理信息系统应用软件包数据库网关网关设备和传感器网络，传感器接口子系统集成董事会决策层传感器/执行器管理信息系统应用软件包数据服务器设备集成传感器/执行器开放性现场总线信息集成结构体系董事会/决策层电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况1、自4电子仪器仪表装调工

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上图用于信息集成的开放性结构体系通过减少网关、控制网络和传感器与数据服务器之间的设备网络的级数而把工厂的阶梯层级予以缩减。把控制和传感器/执行器集成纳入智能仪表化的设计省去了I/O接口而使上述信息集成进一步优化。

1、自动化通信网络

传感器至董事会（决策层）的信息集成框架是金字塔型结构体系的最低层，其内驻存有传感器和控制信息。为了减少金字塔的层次，各公司必需用现场总线和分散控制系统（FCS）取代其不兼容的网络和系统。这能够把传感器、设备、子系统和数据服务器予以集成，从而减少了对网关和接口设备的需求，简化了日常工程事务和复杂的集成。

电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况5电子仪器仪表装调工

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2、开放性的现场总线

开放性的现场总线结构体系

开放性MIS结构体系

应用软件包用户满意用户层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层标准的现场总线用户层标准现场总线通讯网络数据服务器国际标准组织模型电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况2、开6电子仪器仪表装调工

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2、开放性的现场总线

为了降低成本、提高效益，开放性的现场总线结构体系必须是基于广为接受的通信规约并支持标准的用户层。

开放性的结构体系必定采用标准的现场总线通信网络和标准的用户层，以确保现场设备和子系统可以互操作。借助于COTS（商业流行标准——下同）信息技术和PC平台的数据服务器对用户层信息进行敞开访问是追求成本——效益的工厂级优化所需求的。

这样的现场总线能够控制设备与网络连接并能对开放性系统互连（OSI）参考模型从物理层到应用层进行互操作。

电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况2、开7电子仪器仪表装调工

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3、标准的用户层

对设备而言，仅只在网络级上具备互操作特性是不够的，因为网络仅只是把信息从A点送到B点。为解决控制问题，各设备也必须在用户层能进行互操作。开放性结构体系必须对用户层做出规范，定义设备怎样执行数据采集（DA）和控制功能，这些功能怎样在总线上进行互操作。

开放性总线结构体系必须容许实时数据服务器全程访问用户层信息。信息易于访问是企业管理的关键。为此，服务器为客户（端）提供一个共同的接口。应用（软件）包使用客户端访问现场总线的信息以建立企业资源计划和供销系统的数据库。借用诸如HTML（超文本标识语言）、XML（扩充的标识语言）以及浏览器等网络技术，数据服务器强化了信息能力。电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况3、标8电子仪器仪表装调工

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3、标准的用户层

什么是数据服务器数据服务器是数据产生者（例如现场设备）和数据用户或客户（例如HMI一人机接口和应用程序包）之间的标准接口。客户端要求COTS网上的信息服务。服务器处理网上的客户（端）要求并将结果返回之。服务器可以有就地贮存在数据库中所要求的信息，或它可以进入现场设备获取信息。电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况3、标9电子仪器仪表装调工

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4、分散控制

功能强大的低成本微处理器使得在现场设备级分散控制功能获得甚佳的成本——效益。这意味着多个设备能共同完成控制策略。

例如，诸如流量变送器的模拟量输入（AI）或阀门的模拟信号输出（AO）都被封装入功能模块之内；而诸如PID控制也能编成功能模块并在现场设备上运行。这样的分散控制减少或省去了对I/O子系统以及控制器设备的需求，并因此降低了设备成本。电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况4、分10电子仪器仪表装调工

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5、互操作性

5.1设备级集成

用户层为功能模块各参数提供标准的数据定义和特性。这就容许各制造厂商所生产的产品能够互相连接并在同一总线上互操作而无需用户编程（例如，来自多家制造厂商的设备可以即插即用）。

图中FF现场总线允许诸如D/A和PID控制这样一些功能分散于智能化的现场设备。现场总线、用户层功能模块和设备描述和功能文件能使来自不同厂商的设备在同一网络上互操作而无须用户编程。此处，H1现场总线用以把各设备连成一个自动化子系统。

电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况5、互11电子仪器仪表装调工

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标准现场总线通讯网络就地操作站供应商A设备中的功能模块现场设备压力—B液位—C流量—D阀—E温度—F5.1设备级集成

电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况标准现12电子仪器仪表装调工

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互操作性能对于工厂级优化是至关重要的，因为它保证有众多的设备供应商可以提供所需的设备。使用标准的功能模块极大地简化了系统设计、配置组态、开车和提交运行，进而极大地节减了工程成本。

5.1设备级集成

电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况13电子仪器仪表装调工

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5.2子系统集成

下图所示，高速现场总线集成了各自动化子系统。

H1现场总线子系统操作员站工程师站数据服务器应用软件包COTS交换器/防火墙传感器总线HSEPLG批处理控制器FFBHSE连接设备网桥转换双绞线100m光缆2000mCOTS交换器/防火墙电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况5.214电子仪器仪表装调工

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5.2子系统集成

图中HSE（高速以太网）使用了与H1同样的用户层功能模块、设备描述和功能文件，但它使这些功能适用于高性能的、100Mbps（兆位／秒）COTS以太主干网。与H1一样，来自不同制造厂商的HSE设备能在主干网上互操作而无须用户编程。柔性的功能模块为批处理控制、PLC应用等需求提供额外的支持，并对其他网络（例如传感器总线）提供接口。电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况5.215电子仪器仪表装调工

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5.2子系统集成

这些网络可用作主干控制网（“HSE主干网”）。与设备级集成一样，子系统集成无须用户进行软件编程，仅仅使用现场总线配置组态工具即可。

连至高速主干网的数据服务器为操作（员）站、工程师站和应用软件包提供对设备信息的访问。这种服务器接口常称之为“底座”，因为应用软件包能像硬件卡插入PC底板一样插进这种软件底座。

电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况5.216电子仪器仪表装调工

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5.2子系统集成

HSE主干网：FF的H1和HSE、COTS以太网设备，冗余和范围广泛的介质选择的组合，让您能随心所欲地建立几乎任何配置、尺寸或拓扑结构的系统。对整个企业一个单一的实际主干网的老理念已经由在每个厂或厂区的HSE控制主干网的理念所取代。因为HSE使用标准的以太网，您能用高性能、低成本的COTS以太网设备整合出HSE主干网。

已融合标准的防火墙技术的网络设备用以实施工厂保密和安全策略。远地工厂将使用各种标准的广域网络设备和服务器或用光缆连接与企业主干骨网整合。

电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况5.217电子仪器仪表装调工

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6、一种选择

日前，有多种技术档次的现场总线可供你选择。一种选择是，FF的现场总线；其呈现了开放性结构体系。上述信息集成是其设计初衷。这种现场总线是由非盈利性的现场总线基金会（FF）开发的，该基金会设在美国得克萨斯州的奥斯顶市（“谁支持现场总线基金会”）。其他的团体诸如设在美国佛罗里达州BocaRaton市的OPC基金会制定了开放性数据服务器规范。

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6、一种选择

标准的FF用户层基本功能模块先进控制模块柔性的功能模块PID控制，比值控制手动加载，控制选择器离散I/O，模拟I/O模拟量报警，首先运算死时，设备控制输入选择，积算设定值程序发生器，超前/滞后，计时器，信号分段函数处理。8通道模拟量I/O8通道开关量I/O应用规范IEC661131标准功能模块柔性功能模块基本和先进功能模块开控制批处理离散、混合控制标准的现场总线通信网络31.25KbpsH1现场总线100MbpsHSE现场总线电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况6、一19电子仪器仪表装调工

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6、一种选择

应用事例单回路控制前馈控制串级开展超驰控制比值控制手动加载超前/滞后补偿信号折线处理计时与积算先进报警马达控制数学运算超前/滞后补偿信号折线处理计时与积算先进报警马达控制数学运算电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况6、一20电子仪器仪表装调工

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6、一种选择

FF现场总线的应用范围覆盖了从基本过程控制到高性能的批量、离散和混合控制。H1擅长于过程控制应用，而对高性能应用和子系统集成则采用HSE最为理想。

设备级网络（H1）以31.25Kbps（千位／秒）波特率运转，支持过程控制应用。高速网络HSE——高速以太网以100MbPs（兆位／秒）波特率运行，其旨在进行高性能控制应用、子系统集成、高密度数据生成，并支持数据服务器。HSE做主干网。这两种网络遵循IEC（国际电工委员会）标准61158（用于测量和控制的（数字化）数据通信——工业控制系统使用的现场总线）。电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况6、一21电子仪器仪表装调工

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6、一种选择

FF现场总线规范了21种功能模块供基本的和先进的过程控制使用，而有更多的功能模块在开发之中。这些标准功能模块能驻留在连至H1或HSE网络的现场设备中，仅需组态配置并予以链接。

电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况6、一22电子仪器仪表装调工

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6.1批处理、离散和混合控制

FF现场总线备有柔件的功能模块（FFB），用以进行复杂的批处理和混合控制应用。FFB由应用择定，它们旨在实施诸如监管数据采集（DA）、批处理步序、燃烧管理以及驱动协调等控制策略。用户使用基于IEC61131－3标准的编程工具产生FFB。FFB——旦用编程工具建立之后，这些FFB就被配置组态并按控制方案予以链接。

电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况6.123电子仪器仪表装调工

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6.1批处理、离散和混合控制

您也能使用FFB把来自其他网络（例如传感器总线）的信息映射（变换）入现场总线的开放性结构体系。这种映象在I／O多路切换器（多路开关）或PLC（可编程程序控制器）中使用最为典型。从长远观点来看，这种传感器网络将人多由FF现场总线所取代。减小必须支持的不同网络的类别，把结构体系拉平至管理级等将使工厂更趋优化。

电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况6.124电子仪器仪表装调工

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6.2现场设备

H1子系统包含有其内运行着功能模块的现场设备。因为H1和HSE这两类网络有一个共同用户层，故功能模块能够在H1和HSE二者网络上运行。具有功能模块的现场设备的另一个例子是在HSE上运行的高性能分析器。

电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况6.225电子仪器仪表装调工

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6.3链接设备

多接口的链接设备（LD）用以把H1网络连至HSE网络。LD履行网桥功能，它容许就地连在H1网络上的各现场设备进行点对点的对等通信而勿须烦及主机系统。

电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况6.326电子仪器仪表装调工

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6.4网络设备

HSE遵循标准以太网/IEEE802..3规范，这就容许使用COTS——商业流行标准的以太网设备，诸如交换器（开关）和防火墙等。100兆位／抄波特率以太网拓扑是以交换器（开关）作星形辐射的。这种交换器能够具备防火墙功能，以阻止特殊类型的信息出入网络。防火墙阻断传入交换器的信息以阻止向局部（本地）网络蔓延。H1不要求任何网络设备。

电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况6.427电子仪器仪表装调工

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6.5冗余

HSE支持冗余通信线路。如果一条线路断路，则数据流将立即移至后备线路传送。为此，所有的HSE设备都周期地把网络诊断信息传送至所有以太网端口上。每个设备使用这种诊断信息产生一张其所处网络的状态表，让HSE设备独白挑选通信端口，以剔除以太网上有缺陷的通信线路。

电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况6.528电子仪器仪表装调工

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6.5冗余

冗余的以太网交换器是容错网络的一个实例。如果仅关心电缆损害事故，则能够简单地在同一交换器的两个不同的端口上实施冗余的介质链接即可。也支持其他的网络容错举措，例如使用光缆环形配置。某些关键的监测和控制应用也需要设备冗余。一种冗余配置的链接设备（LD）确保不中断HSE网络对H1子系统的访问。如果一个LD失败，则同一H1子系统的通信通过第二个LD予以继续。不仅仅是LD能予以冗余配置，HSE上的任何设备都能作冗余配置。

电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况6.529电子仪器仪表装调工

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7、统一的系统结构

FF的现场总线是从顶向下，即首先考虑用户应用要求予以设计的（见下图）。

设备描述/功能文件测试用户层+测试设备描述/功能文件功能模块系统管理H1/HSE通讯栈+测试+测试物理层客户/服务发行/订户事件通告H1iSIEC61158-Type1HSEIEC61158-Type5H1/HSEH131.25KbpS,双绞线缆1000m光缆1200m-16000m供电或无供电总线实体或FISCOHSE以太网/IEEE802.3100Mbps双绞线缆100m光缆2000m无供电总线设备登记标记电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况7、统30电子仪器仪表装调工

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7、统一的系统结构

图中H1和HSE使用同样的用户层；用户依据解决应用问题的需求选用H1和HSE设备。为确保设备具有互操作特性，H1和HSE的设备均由FF进行测试后登记认证。

统一的系统结构是基于OSI参考模型（OSI——开放性系统互连）。现场总线规约把2-7层称为通信栈。OSI的1层定义物理连接，l层下方是实际媒体。由IEC61158Typel所规定，H1使用层l、2和7。HSE使用层1－4和7。HSE的l－4层由现有的以太网和IEEE标准所定义，而HSE的第7层由IEC61158Types所定义。（二者的）用户层相同，由FF（现场总线基金会）所定义。7层-应用层；6层-表示层；5层-会话层；4层-传输层；3层-网络层；2层-数据链路层。统称为通讯栈电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况7、统31电子仪器仪表装调工

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7.1物理层

物理层旨在确保设备能正确地发送和接收在媒体上传输的数据位。H1的物理层支持双绞线，并且您能在每个网段内用多至4个中继器扩充缆线的跨度。传输是半双工的，这就允许同一媒体由数个设备共享。媒体上所挂的设备数取决于每个设备的功耗。缆线类别以及使用中继器的个数。

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7.1物理层

H1设备能从现场总线的双绞线电缆上获得供电，而且这些设备能像以前使用4～20mA那样在缆线上操作。当传输时，每个设备把±10mA电流注入50欧姆等效负荷产生1V峰一峰电压，该1V峰一峰电压在直流（DC）供电顶部以31.25千位／秒的波特率被调制。供电电压范围从9到32伏均可，但在信号频率处供电电源应呈现高阻抗。H1支持总线供电设备的本安（本质安全一下同）应用。为此，用户在位于安全区的供电电源与位于危险区的总线设备之间放置安全栅。为本安应用的供电电压取决于安全栅的额定功率值。H1支持FISCO（FieldbusIntrinsicallySafeConcePt）模型和entity（实体）模型。电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况7.133电子仪器仪表装调工

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7.1物理层

光缆可用以代替双绞线电缆（光缆也可以对31.25Kbps的波特率运行）。使用光缆时，设备通过星形耦合器连至总线。由设备连至星形耦合器的距离范围从1.2到1.66公里，取决于光缆的尺寸、波长和预算的光波功率。HSE使用标准的IEEE802.3信号（设备）和媒体介质选择。这种网络在波特率100MbPs下进行测试；当需要时，可以达到1Gbps甚至更高。设备与交换器之间的距离，使用标准的双绞线时可达100米，使用全双工光缆则可达2000米。交换器常与光缆互连使之有较长距离。电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况7.134电子仪器仪表装调工

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7.2通讯栈

通信栈控制对物理介质的访问，把用户层信息进行编码打包和解码拆包，并按照所要求的通信关系（特点）控制包的传送。各设备必须遵循统一的栈规约，否则它们在网上不能互操作。

执行链路主站（LM）功能的设备控制对H1介质的访问。活动的LM实施链路活动调度（LAS）。H1让LM作冗余配置。如果一个活动LM失败，则其他LM之一将竞争上岗履行LAS职责。LM/LAS规约由H1数据链路层（H1DLL）所确定。电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况7.235电子仪器仪表装调工

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7.2通讯栈

HSE没有链路主站（LM）；反之，它使用标准的以太网／IEEE802.3多路访问DLL规约。H1和HSE对网络提供确定性访问。H1通过LAS在某一时刻只允许一个设备访问介质。HSE使用早先描述的以太网交换器（开关）进行确定性访问：交换器（开关）内部进行编址，而且以太网规约校正任何多路访问引起的碰撞。

H1不使用OSI3-6层，因为它不需要包路由或包拆分。HSE需要这些功能并对这些层使用以太网互联网规约（IP）、TCP(传输控制规约)和UDP（用户数据程序规约）。

电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况7.236电子仪器仪表装调工

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7.2通讯栈

H1和HSE对用户层提供同样的服务。FMS（现场总线信息规范）在H1中定义了服务接口；而FDA（现场设备访问代理）为HSE提供接口。

现场总线规约规定了3种通信关系。Client／server（客户端／服务器）一般用于主机（或HMI一人机接口）与现场设备之间的通信。Publisher／Subscriber（发行／订户）用于在不同设备内的功能模块之间传送数据，以及用于主机或监督设备进行DA（数据采集）。事件通告用于传送报警和历史趋势数据。在H1中，这些（通信）关系由FAS（现场总线访问子层）所规定；而在HSE中，由FDA所规范。电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况7.237电子仪器仪表装调工

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7.3用户层

这一层为设备控制级提供互操作性（“它们符合规范吗？”）。为此，它（用户层）规定功能模块、设备描述／功能文件（DD／CF）以及系统管理（SM）。但是，仅规定设备内的功能模块是不够的；DD／CF也提供一些驱动程序，以容许主机系统组态和操作设备而无须用户编程。产品供应商为他们的设备编制驱动程序；FF收集这些驱动程序并通过网址（WW.）和CD－ROM可以得到。电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况7.338电子仪器仪表装调工

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7.3用户层

不同厂家的产品符合规范吗？为证实产品符合规范，FF维持测试、登记认证制度。测试程序认证功能模块、设备描述／功能文件（DD/CF）、通信规约和物理层。当产品通过测试，基金会就允许制造厂商在其产品上印上FF认证标志。电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况7.339电子仪器仪表装调工

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7.3用户层

SM（系统管理）实施由组态设备下装的功能模块调度。在H1中，组态设备也为功能模块通信建立LAS（链路活动调度）。LAS针对时间严格的通信考虑H1带宽的分配。对于HSE，勿须通信调度，因为其数据传输速率甚高，而且时间严格的通信立即发送。电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况7.340电子仪器仪表装调工

培训教程一、FF现场总线技术概况

7.3用户层

调度包含从绝对链路调度启动时间开始的启动时间的偏移。在现场总线上的所有设备都知道绝对链路调度启动时间。一个宏周期是一个设备调度的一次重复。例如，在变送器内的SM（系统管理）在时间偏移A时调用AI功能模块执行，在时间偏移B时LAS将发出一个专门的信息给变送器内的AI功能模块缓冲寄存器，并令存在其中的数据发行到现场总线上。在时间偏移C处，在阀门内的SM将调用PID功能模块执行并随之在时间偏移D处执行AO功能模块。这种运行模式精确地自行重复就确保控制回路动态完整性。

电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况7.341电子仪器仪表装调工

培训教程一、FF现场总线技术概况

8小结

FF现场总线针对工厂级优化的信息集成提供一种开放性结构体系。FF现场总线组合了H1分散控制技术和HSE100MbpsCOTS以太网。H1的31.25Kbps运行和物理层提供过程自动化和现场级接口，而HSE提供厂级主干网和高速数据传送。

HSE主干网能集成所有自动化子系统，后者包括有厂级优化应用软件包和供销系统所需的数据服务器。

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培训教程一、FF现场总线技术概况

8小结

使用基于标准功能模块的共同的用户层，就能确保在控制网络各级上的数据有统一表示。用户层功能模块、设备描述和具有IEC61158兼容的通信和标准的物理层组合成的系统管理允许由不同厂商制造的设备在H1和HSE二者网络上进行互操作。

电子仪器仪表装调工培训教程一、FF现场总线技术概况843电子仪器仪表装调工

培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简介

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H1现场总线的结构体系

1.1．仪表智能化途径

把DCS控制站按I/O点或通道逐一将采样、A／D（模拟量／数字量）转换移至装在现场的变送器，把控制运算、D／A等移至同样装在现场的执行器。DCSPIDAIA0FCSPIDAIA0电子仪器仪表装调工培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简44电子仪器仪表装调工

培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简介

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H1现场总线的结构体系

用一根通信总线把成为节点的变送器、执行器及人机接口（HMI）等连成一个数字化、多节点、串行的双向通信系统——H1现场总线。该总线各现场设备内均有用户层——功能模块能用以构成现场总线控制系统——FCS，而不仅仅局限于远程I／O。为此，它使用了前述的三种通信关系：

其中发行／订户的通信是强制通信，用以把变送器的AI功能模块的输出及时送至执行器的PID的输入端以进行控制运算，而另二种通信关系则是以令牌传递方式由各节点获得通信权后进行通信的。

电子仪器仪表装调工培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简45电子仪器仪表装调工

培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简介

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H1现场总线的结构体系

强制性通信与令牌传递均系链路活动，由链路的LM（链路主站）进行LAS（链路活动调度）予以安排。为确保LAS不间断，则任一组态为主站者在活动LM一旦故障时均有资格参与竞争上岗获得LAS权。

按仪表智能化途径制定的H1规范对分散I／O而言是相当完备的，其能在防爆场所构成FCS系统是其独有的优势。

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培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简介

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H1现场总线的结构体系

1.2．把现有的DCS控制站整体搬至现场的局部集中途径

把DCS的控制站整体搬至现场，实现局部集中控制。这是按工业网络从系统角度提出的开发思路。

在这种结构体系中，通信模件集通信、A／D、D／A、输入／输出及控制等功能于一身，其所连的I／O模件直接与现场常现仪表相连接。

在这种结构体系中，其通信模件注入什么样的通信协议软件，就成为什么样的现场总线设备。

电子仪器仪表装调工培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简47电子仪器仪表装调工

培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简介

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H1现场总线的结构体系

当通信模件注入H1通信协议软件时，它就成为H1现场总线的设备，它具有如下9个特点：

1．可使现行的常现变送器、执行器等跳过智能化的中间途径直接成为FCS的部件。

2．分散采样输入／输出，局部集中控制，内部高速总线把多至9个I／O模件组成一个节点，可靠性高。

3．用现场模拟信号连接线代替现场数字通信支线的拓扑连接，在通信速率为31.25kb／s的约定下与主机连接的距离可实际达1900米，极大地方便了工程设计。

电子仪器仪表装调工培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简48电子仪器仪表装调工

培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简介

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H1现场总线的结构体系

4．规模可大可小；冗余灵活，既可在I/O模件内作通道冗余，也可作模件之间葚或整个节点的冗余，并为将来的系统扩展留出空问。

5．每一节点至少可以包括72点I/O进行局部集中控制，这就可以把一个生产装置内由于工艺耦合而互相关联、参照的工艺检测参数由内部高速总线通信授引并予以处理，无须通过速率31.25kb/s的数字通信件相互参照、援引，这无疑极大地降低下H1通信负菏，对一个低速的H1通信是十分适宜的弥补。

电子仪器仪表装调工培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简49电子仪器仪表装调工

培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简介

1

H1现场总线的结构体系

6．性能／价格比高于单个变送器、执行器的FCS。

7．该FCS的一个点就当于DCS的一个小型控制站，具备现行DCS控制站的所有功能；其中，节点内部的高速总线与CPU等完全可以自行旅行所有快速的PLC功能以及连锁保护功能，这就从功能上扩展了H1现场总线的应用范国。

8．该FCS一个节点本身的最大工耗为14瓦，现在难以达到IS（本安）标准，但可以把它搁置在现场安全区并配以安全栅，仍可安全地运用到石化生产现场。9．该节点可与本安的FF变送器在一个H1链路段，容本安与非本安于一体，并能作后者的LAS。电子仪器仪表装调工培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简50电子仪器仪表装调工

培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简介

2

HSE现场总统结构体系

2.1系统结构如下图NMAVFDOD⑧HSESMK⑦HSELRE⑥H11⑤桥H1N⑤FBAP1FBAPN④④ODOD现场设备访问管理代理DHCP①DHCPDHCP②③HSE管理信息库TCP（传输控制协议）UDP（用户数据报文协议）IP（网际互联协议）IEEE802.3介质访问控制和物理层HSE管理代理电子仪器仪表装调工培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简51电子仪器仪表装调工

培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简介

它的物理层与链路层采用以太网协议，网络层为IP协议，传输层为TCP或UDP。①、DHCP－一动态主机配置协议③、SNTP——简单网络定时协议③、SNMP——简单网络管理协议④、FBAP——功能模块应用处理，

VFD——虚拟现场设备OD——对象词典2

HSE现场总统结构体系

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培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简介

⑤、H1接口⑥、HSE局域网冗余实体⑦、HSE系统管理内核⑧、网络管理代理

虚拟现场设备2

HSE现场总统结构体系

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培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简介

2

HSE现场总统结构体系

2.1它适应于高性能控制：

l．在100Mbps主干网上进计分散控制。

2．有与H1同样的用户层，使用同样的功能模块和设备描述技术。

3．在上干网上功能模块同步执行。

4．系统时钟同步，HSE和H1均有同一主时钟（例如GPS一全球定位系统）。

5．有新的柔性功能模块适应混合/批处理／PLC／远程I／O应用。电子仪器仪表装调工培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简54电子仪器仪表装调工

培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简介

2

HSE现场总统结构体系

6．使用标准互联网DHCP—地址释放再使用，减小了启动时间；

7．支持高速数据产生/用户（例如分析器、控制器）；

8．能把短信息打包以减少对接收CPU的中断；

9．提供冗余的网络接口和冗余设备。

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培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简介

2

HSE现场总统结构体系

2.2它适应未来的变化

1．它取用近代微处理器（机）和网络结构体系的全部优点；2．使用平台独立于互联网标准（例如非DCOM）；3．HSE不受旧式软件包设计的制约；4．字定位和平直的数据结构极大地减小了CPU周期；5．32位对象地址、64位存贮地址和32位数据长度；6．与网络技术有一致的接口；7．旨在集成的网络服务器；8．易于扩充标准的监测显示器。电子仪器仪表装调工培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简56电子仪器仪表装调工

培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简介

3FF现场总线的H1和HSE设备均具有互操作性

（1）FF的测试程序确保所登记认证的H1和HSE设备都有互操作性能。（2）设备描述（DD）和功能文件（CF）是登记认证的一个部分，这就保证H1和HSE的设备和软件能即插即用用。（3）互操作性能使最终用户选用现场总线产品的“精品”。电子仪器仪表装调工培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简57电子仪器仪表装调工

培训教程二、H1和HSE结构体系与规范简介

（4）设备互操作——H1和HSE用户层有同样的功能模块：·在H1段上的各H1设备与在链接设备（LD）各段之间的各H1设备均可互操作；·在标准以太同／互联网上的HSE与HSE的互操作；·通过LD由H1到HSE各设备的互操作；·一个H1到穿过HSE经由LD的H1之间设备的互操作。（5）版本更动的控制策略确保现场设备向后兼容。3FF现场总线的H1和HSE设备均具有互操作性

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培训教程三、FCS系统优势及常见疑问

1．简介

现场总线不仅仅是一个个通讯协议，而且是一个完整的控制系统框架，通常被称为现场总线控制系统（FCS）。

因此，现场总线不应该仅仅是与其它网络式总线相提并论，而应与其它系统框架相比较。将现场总线理解为“数字的4mA～20mA”就如同认为计算机是高级打字机一样错误。集散控制系统（DCS）自七十年代中期首次推出后，就一直是占主导地位的控制系统框架，因而对DCS将来会怎祥，以及现场总线同DCS如何比对，必然存在某些争议。这里，现场总统是指基于国际标准IEC1158／ISAS50.02的基金会现场总线规范。电子仪器仪表装调工培训教程三、FCS系统优势及常见疑问59电子仪器仪表装调工

培训教程三、FCS系统优势及常见疑问

1.1系统特点

1．简介

DCS是过程控制系统（PCS）中的一种形式，是从直接数字控制（DDC）发展而来的。见下图。DDCDCSPLC可编程控制器FCS19601970198019902000年份电子仪器仪表装调工培训教程三、FCS系统优势及常见疑问60电子仪器仪表装调工

培训教程三、FCS系统优势及常见疑问

1．简介

之所以称其为DCS，并不只是因为DCS可以执行控制功能和拥有操作站，（这一点DDC、FCS系统同样可以做到），而是因为DCS包括“单元控制器”，即多个控制卡和I／O子系统模板。而在FCS系统中，大部分这样的硬件设备都不存在，采用数字技术的现场仪表集结成网并直接连入操作站。现场仪表可进行控制和计算，取代了控制卡。

DCS系统之所以成功的取代DDC系统，是因为它同DDC相比，更分散、更数字化。FCS则进一步延伸此概念，比DCS更分散、更数字化。电子仪器仪表装调工培训教程三、FCS系统优势及常见疑问61电子仪器仪表装调工

培训教程三、FCS系统优势及常见疑问

1．简介

企业自动化（PAS）不仅仅包括过程自动化（PCS），它还包括企业资源管理（ERP），紧急停车系统（ESD）和先进控制。也就是说，PAS至少由以上四个部分组成，DCS不是全部的PAS，而只是其基本的控制部分之一。企业自动化系统-PAS过程控制系统PCS（DDC、DCS、FCS)企业资源管理系统ERP紧急停车系统ESD高级控制AC电子仪器仪表装调工培训教程三、FCS系统优势及常见疑问62电子仪器仪表装调工

培训教程三、FCS系统优势及常见疑问

1．简介

因而，FCS并不是要取代企业资源管理ERP、高级控制AC或紧急停车系统ESD，而仅仅是取代DCS。

电子仪器仪表装调工培训教程三、FCS系统优势及常见疑问63电子仪器仪表装调工

培训教程三、FCS系统优势及常见疑问

2．现场总线与DCS的比较

现场总线的发展始于80年代中期，当时作为4mA～20mA的替代物，它脱胎于DCS，保留了DCS设计思想中的精华部分，因此现场总线与DCS并没有本质方面的冲突。

电子仪器仪表装调工培训教程三、FCS系统优势及常见疑问64电子仪器仪表装调工

培训教程三、FCS系统优势及常见疑问

2.1DCS能否迁移到现场总线？

增加适当的接口或网关，某些DCS可与现场总线接口。当然，DCS中的CPU卡以及操作站的硬件。

软件也必须升级，以便能够支持现场总线新增的功能和处理现场仪表所发山的大大增加的信息量。日前，每个DCS制造商都提出了向现场总线迁移的解决方案（至少在其最新的系统中）。2．现场总线与DCS的比较

电子仪器仪表装调工培训教程三、FCS系统优势及常见疑问65电子仪器仪表装调工

培训教程三、FCS系统优势及常见疑问

如果你拥有一套DCS系统，那么现在就应该去求证它是否能迁移。当然，这样的迁移是昂贵的，而且象计算机升级一样，难以保证升级后系统的性能可与新系统相比。因此，在控制技术不断发展的前提下，现有DCS用户应考虑升级的系统能持续多久以及何时应采用现场总线技术。用户正处于一个十字路口，单纯的保护昨天的投资，也许会在明天损失今天的投资。

2．现场总线与DCS的比较

电子仪器仪表装调工培训教程三、FCS系统优势及常见疑问66电子仪器仪表装调工

培训教程三、FCS系统优势及常见疑问

2.2FCS会威胁到DCS吗？

用户要求标准委员会制定较为简单而且完全可互操作的方案，以减少系统维护、扩展和升级的费用。因此标准委员会不得不设计一个比“4mA～20mA替代物”内容更多的技术。采用教子通讯使得I/O卡件及电缆大大减少。现场设备自带微处理器，采用标准功能模块，将控制的实施完全分散至现场，从而消除了控制器。为实现预见性维护，设计了数据状态指示，故障诊断以及故障提示功能。所有这些，使现场总线不仅是一种通讯协议，而且成为DCS的完全取代物，或者说迫使DCS转向FCS。2．现场总线与DCS的比较

电子仪器仪表装调工培训教程三、FCS系统优势及常见疑问67电子仪器仪表装调工

培训教程三、FCS系统优势及常见疑问

2.3怎样实现现场总线的优势？

尽管现场总线的一些特点使得它易与现有DCS系统相集成，但这样会使现场总线许多优势不能发挥。采用现场总线技术，现场设备的管理信息大大增加，包括诸如功能模块组态，参数状态，诊断和验证数据，设备材质以及过程条件等，而DCS无法容纳如此巨大的数据量。而且，如此集成的混合系统，多数硬件难以减少，会较纯粹的现场总线系统昂贵。因此，现场总线与DCS共存，可能但不可行。许多人认为现场总线仅仅减少了电缆费用，不完全正确。实际上，真正的节省在于现场总线几乎省掉了整个DCS的系统硬件费用以及相应的维护费用。2．现场总线与DCS的比较

电子仪器仪表装调工培训教程三、FCS系统优势及常见疑问68电子仪器仪表装调工

培训教程三、FCS系统优势及常见疑问

2.4什么是域内控制、功能强大的系统？

一条现场总线通常只包含8个回路，因而它基本上局限于工厂的一个或几个单元内。实际上，工厂需要在一个操作站上监控几个工段（对应几个单元或几条现场总线）。这个工段内变送器的测量值也许会被其他工段的回路所使用。现有的FCS系统中，采用桥接功能（bridge）可以实现这一点，而且该功能完全由现场总线链路设备自身透明的完成。这样，就实现了整个工段的控制和管理，见下图。2．现场总线与DCS的比较

电子仪器仪表装调工培训教程三、FCS系统优势及常见疑问69电子仪器仪表装调工

培训教程三、FCS系统优势及常见疑问

企业工厂车间工段装置设备控制单元现场总线系统范围内一个现场总线网络范围内～厂群～厂～如：罐或反应塔～如：回路～如：过滤装置2．现场总线与DCS的比较

电子仪器仪表装调工培训教程三、FCS系统优势及常见疑问70电子仪器仪表装调工

培训教程三、FCS系统优势及常见疑问

如果这些年没有密切关注现场仪表设备和网络通讯的发展，那么就很难理解小小的变送器如何可以取代整个控制器，甚至控制一个炼油厂。其中的奥秘就在于网络聚合了分布在上千个变送器中的微处理器。控制任务被分割成许多部分，分散且并行于现场设备中，每个变送器负责自身的回路，就仿佛一个真正的多任务系统，能够完成许多单个处理器无法完成的功能。这必然形成了非常好的控制性能。2．现场总线与DCS的比较

电子仪器仪表装调工培训教程三、FCS系统优势及常见疑问71电子仪器仪表装调工

培训教程三、FCS系统优势及常见疑问

2.5会有显著变化发生吗？

到目前为止，DCS在控制领域口碑不错，得到很多用户的肯定。正因为如此，FCS没有完全另起炉灶，而是继承了DCS很多成功之处，诸如数字技术和分散控制，并将它们进一步发展以实现更多功能。用户没有必要害怕新技术，它们不过是相关技术的自然发展和原有优势的进一步提高。而且，无论是FCS，还是DCS，甚至DDC，它们的基本点是相同的：通过中央控制室的操作站和现场的设备来完成工厂的运行控制。2．现场总线与DCS的比较

电子仪器仪表装调工培训教程三、FCS系统优势及常见疑问72电子仪器仪表装调工

培训教程三、FCS系统优势及常见疑问

3现场总线的优势现场总线技术，特别是FCS控制系统结构，给工厂带来了巨大的好处。前面已经提到，采用现场总线可以减少硬件投入。相应的，由设计绘图及布线安装等工程的简化带来的系统费用也大大降低。总的说来，整体系统成本可节省30％。

电子仪器仪表装调工培训教程三、FCS系统优势及常见疑问73电子仪器仪表装调工

培训教程三、FCS系统优势及常见疑问

3.1互可操作性

3现场总线的优势现场总线是国际标准，来自世界各地不同厂家的产品可以连接在一起协同工作。不久的将来，陆续面市的各式各样的现场总线设备将涵盖所有可能的测量控制需求，满足所有可能的应用。无缝的现场总线系统可以轻松的集成，而不必使用特殊的驱动程序或象在专有系统中那样采用模拟信号来弥合。用户可以选用来自不同厂商的最好的设备，而不必担心兼容性。这样，由于选样范围很大，用户可以得到性能价格比最好的产品，而不必束缚于某一个厂商。电子仪器仪表装调工培训教程三、FCS系统优势及常见疑问74电子仪器仪表装调工

培训教程3现场总线的优势3.2更好的数据有效性和完整性

现场总线采用数字信号，或“0”或“l”，相对于容易发生衰减和失真的模拟信号，具有更好的鲁棒性。数子信号传输性用误码纠正机制，以确保准确无误。参考与测量、操纵参数相对应的状态信息，操作员可以更好、更自信的作出决定。数子通讯使多参数传输得以实现，从操作站可以得到更多现场设备的信息，包括设备工位号，设备识别，量程，结构材质，校准信息等，见下图。三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程3现场总线的优势3.275电子仪器仪表装调工

培训教程3现场总线的优势DCS控制系统FCS控制系统管理信息控制信息控制信息管理信息三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程3现场总线的优势DCSFC76电子仪器仪表装调工

培训教程3现场总线的优势3.3提高生产力

现场总线的诊断、运行统计数据使预见性维护得以实现。操作员在故障发生之前采取措施，减少了意外停车和危险情况的发生。故障发生后，报警机制会立刻通知操作员，而且精准的故障信息，诸如故障设备、故障部位等，使得操作员不离开操作台，就可以准确定位故障并迅速寻找相应备品和工具进行维修更换。由于控制策略组态，包括设备组态，可通过操作台直接完成，操作员可以根据产品需求、原材料情况、设备状况作出灵活的反应，修改控制方案。所有这些，使人力物力得到更有效的利用。三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程3现场总线的优势3.377电子仪器仪表装调工

培训教程3现场总线的优势3.4提高产品质量

由于没有了A／D、D／A转换，信号的完整性、准确度得以提高，相应提高了整个系统的准确度，也使产品质量更少发生变化。设备校准信息，包括谁、何时、何地、如何对设备校准等，都按照ISO9000标准存储在设备中。通过跟踪这些信息有助于保持设备运行的最佳状态。远程论断和运行评估可以发现设备是否运行在要求条件下。通过些方法，可以明确引发质量变化的原因，使设备运行良好。三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程3现场总线的优势3.478电子仪器仪表装调工

培训教程3现场总线的优势3.5降低维护费用

基于可靠的诊断，采用预见性维护，减少了故障报警，也意味着可以确定哪些设备正常，哪些设备有故障。从而对症下药。避免在定期或不定期检修时，对所有设备无论故障与否统统进行检修所造成的人力、物力浪费。另外，越简单的系统故障的几率越小。同时，开放的标准有助于避免高昂的维修／维护合同。这样，整个系统总体拥有成本（TC0）中的重要一环一维修／维护费用，得到降低。采用远程诊断测试，也有助于队员系统隐患。实现可互操作性有助于降低所购备品的价格。三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程3现场总线的优势3.579电子仪器仪表装调工

培训教程3现场总线的优势3.6降低扩展和变动费用

现场总线规模灵活，可以只包括一个回路，也可以包括上千，甚至更多的回路。经常有这样的看法，现场总线对小系统而言费用太高，或者是现场总线不适用于大型系统。这是完全错误的。在原有现场总线系统基础上，不需要或仅需很少硬件就可以增加新的回路或对原有回路进行修改。这使用户可以根据市场需求，采用简单、经济的方式，逐渐的对系统加以扩充。用户在系统设计时，不必象在DCS时代那样，购买25％的备用部分，而可以采用灵活的模块搭积模式，先购买系统目前必需的部分然后再根据要求进行扩展。现场总线成为国际标准将确保未来产品的兼容性，使用户不会重复投资。三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程3现场总线的优势3.680电子仪器仪表装调工

培训教程3现场总线的优势3.7易用性

操作员要熟悉使用不同的设备，需要昂贵的培训费用和大量的时间。而现场总线标准可确保来自世界各地的设备有共同的操作方式。这样，可简化操作，并防止误操作，减少培训时间和费用。系统内置的仿真功能可进行停车互锁测试。系统组态建立在于位号和参数名称基础上，而不是基于设备或内存地址，更加简单。系统能够自动识别在线设备。三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程3现场总线的优势3.781电子仪器仪表装调工

培训教程3现场总线的优势3.8增加安全性

现场总线诊断信息不仅仅报告给操作员，而且设备本身利用这些信息，在设备发生故障（诸如传感器失效等）时，采取安全措施，因故障提示更为及时和精确，操作员可以更加迅速的定位故障并制定应对措施。

总之，现场总线在提高系统安全性和增强工厂法规兼容性的同时，增强了工厂在价格、质量、交货周期等方面的竞争能力。

三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程3现场总线的优势3.882电子仪器仪表装调工

培训教程4容错能力现场总线至少同DCS具有相同的容错能力。不过，两者采用不同的容错方式，DCS使用总线冗余，而现场总线使用故障隔离。长期以来，用户习惯于网络冗余方式，因而开始时会对现场总线的容错方式难以接受。他们经常会问这样的问题，“一条挂接16台设备的总线如果断开会怎样？”。这很类似由防爆向本安转变时存在的疑惑。

三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程4容错能力现场总线83电子仪器仪表装调工

培训教程4容错能力同DCS一样，FCS采用冗余的操作站（包括相应的接口）。DCS的控制器层网络冗余（数据高速路）。同样，拥有控制器层网络的FCS也冗余（有些FCS系统不存在控制层网络）。同DCS一样，FCS电源系统也冗余。到目前为止，两者没有区别。DCS需要控制器冗余。而在FCS中，控制由现场设备完成，不存在控制器，因而不存在冗余问题。

三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程4容错能力同DCS84电子仪器仪表装调工

培训教程4容错能力4.1典型安装

首先，来考虑最常见的应用。DCS中，现场设备与I／O卡件采用点对点的电缆连接方式。如果电缆发生故障，只会影响与挂接设备相关的回路。然而，如果I／O卡件发生故障，会影响到所有与之相关的回路，通常是8个或更多（一个I/O卡件通常包含8路或以上的通道）。因此，在DCS中，一个故障最坏的情况下会导致8个回路的丧失。

三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程4容错能力4.1典型安85电子仪器仪表装调工

培训教程4容错能力FCS中，一个回路最少需要两个设备，一台变送器和一台执行器。按现场总线安装规范中保守的说法，一条总线可以挂接12台总线供电的设备（非总线供电设备挂接数目可达32台）。通过100多个工程安装表明，在大多数情况下，一条总线可挂接16台设备。16台设备最多可提供8个回路。FCS中，如果电缆发生故障，则失效设备数目、回路数目取决于电缆故障部位。如果故障发生在电缆末端，可能只有一条回路受到影响。而最坏的情况是如果线缆故障发生在控制室端，则可能影响到所有8个回路。在以上情况下，DCS、FCS的容错能力是相同的，即一个故障，损失8个回路。三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程4容错能力FCS中86电子仪器仪表装调工

培训教程4容错能力4.2关键回路

DCS中，关键回路有时使用冗余的I／O卡件。一个小的故障在最坏的情况下，也只会导致一条回的丧失，也就是说，此时，回路拥有较高的完整性。FCS可实现同样的完整性。只将关键回路单独放置在一条总线，这样，电缆故障仅会导致一个回路的丧失。也许有人会抱怨不能减少电缆，但应注意到，最主要的先期节省在于消除控制器和I/O卡件，而先进优越的设备管理从长远降低系统成本。三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程4容错能力4.2关键回87电子仪器仪表装调工

培训教程4容错能力4.3完全冗余?

进一步而言，在石化行业，设备投入不算什么问题，整个系统I／O卡件都采用冗余，以达到更高的回路完整性。在这一方面，FCS同样可以做到。石化应用情况下，会使用安全栅。由于受到输出能量、电流、电压、电容等因素的制约，安全栅危险区侧最多连接2-4台设备，因而现场电缆故障最多影响l－2个回路。而且，在安全区侧，几个安全栅连接到一个现场总线接口通道，而不至因此增加接口设备费用。三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程4容错能力4.3完全冗88电子仪器仪表装调工

培训教程4容错能力

另外，现场总线协议规范中允许现场设备在没有操作站的情况下成为网络调度器。这样，即使所有的操作站全部发生故障，控制回路仍可继续。在网络通讯失效时，输出设备会自动采取安全措施。

DCS中，“数据高速路”是整个工厂的命脉，因此必须采用冗余的“数据高速路”以确保整个系统的安全。而在FCS中，象俗语说的那样“不把所有的鸡蛋放在一个篮子里”，现场设备被放置在一些相互隔离的网络中，一个网络内的故障不会影响到整个网络。三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程4容错能力另外，现89电子仪器仪表装调工

培训教程5离散控制、高级控制、企业资源管理（ERP）以及紧急停车系统（ESD）必须清楚的认识到，现场总线协议本身不可能使整个企业实现自动化。尽管所有的控制模式，诸如串级控制、前馈控制、比例控制、分程控制，以及三冲量锅炉液位控制、交叉限幅控制、都可以用功能模块轻松的组态完成，但不是所有的控制策略都是仅用功能模块完成的，如互锁、逻辑、时序等，需使用IEC1131-3标准语言组态完成。因此，完整的FCS还应包括可编程控制器（PCL）及远程I/O设备。根据需要，还可在操作站加入监控、批处理、产品质量统计、子适应程序等。时至今日，高级控制、ERP、ESD只在特定应用中使用，但都可以完美的集成到FCS中来。

三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程5离散控制、高级控制、企业资90电子仪器仪表装调工

培训教程5离散控制、高级控制、企业资源管理（ERP）以及紧急停车系统（ESD）5.1高级控制和仿真

一些用户，特别是石化和化工行业，使用先进控制和仿真来优化生产过程。这里的先进控制指动态耦合矩阵（DMC）等，包含大量的输入输出变量。有一个误解，认为FCS需通过DCS来完成类似功能。其实，DCS本身并不能做到这一点，而必须借助第三方产品。因此，这种说法毫无道理。而通过TCP／IP，先进控制系统同样可以连入FCS中。三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程5离散控制、高级控制、企业资91电子仪器仪表装调工

培训教程5离散控制、高级控制、企业资源管理（ERP）以及紧急停车系统（ESD）5.2企业资源管理（ERP）

企业自动化并不仅仅意味着过程自动化，与之紧密相关的还有生产计划。原材料管理、质量管理、维护计划、金融财务、人力资源等，这些由ERP系统完成，并与原有的DCS或现在的FCS，以及PAS的其他部分集成起来。再强调一次，完整的企业自动化方案可通过FCS来实现而无需DCS。三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程5离散控制、高级控制、企业资92电子仪器仪表装调工

培训教程5离散控制、高级控制、企业资源管理（ERP）以及紧急停车系统（ESD）5.3紧急停车系统（ESD）

在DCS中，紧急停车系统（ESD）与基本控制系统间不应存在任何共同的故障模式，因此它须使用特定的现场设备和控制方案并不被其它系统所共享。ESD以借助DCS的操作站进行显示。同样，采用TCP/IP或MODBUS协议，可将ESD连入FCS以实现相同功能。三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程5离散控制、高级控制、企业资93电子仪器仪表装调工

培训教程6与现有设备集成

作为新产品的现场总线，最适合在新建项目、全新扩建项目和老项目更新中使用。当然，为保护用户现有投资，现有系统可通过一些途径迁移到现场总线。通常来说，建立在诸如WindowsNT、OPC、OLE、TCP／IP、COM、DCOM等开放技术之上的系统迁移较为容易。

三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程6与现有设备集成作94电子仪器仪表装调工

培训教程6与现有设备集成

6.1现场设备和可编程控制器

一些明智的用户在购买产品时，就选择能够升级成现场总线的产品。为满足这样的要求，制造商也制定了相应措施。目前，一些用户己经将现有智能变送器升级位现场总线变送器并集成到FCS系统中。同时，市场也已推出了针对4mA-20mA电流信号和3-15psi气动信号的现场总线转换器。这些转换设备通常包含1-3个通道，可将现有变送器、执行器、变频器等与FCS接口。三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程6与现有设备集成6.195电子仪器仪表装调工

培训教程6与现有设备集成

现场总线阀门定位器也已推出，用户只需更换定位器就可将传统阀门转换成现场总线阀门，保护原有投资。现场总线操作站使用基于开放系统的通用人机界面软件（HMI），使得现有可编程控制器可较为方便的集成到FCS中。使用电源阻抗匹配器确保现有电源可继续在FCS系统中使用。三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程6与现有设备集成96电子仪器仪表装调工

培训教程6.2操作站

6与现有设备集成

操作站使用开放系统；通用人机界面并安装现场总线接口或通过NSE连接现场总线链路设备。

三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程6.2操作站6与现有设97电子仪器仪表装调工

培训教程6.3现有系统

6与现有设备集成

使用Modbus设备作网关，可将DCS与FCS集成，但这样会失去现场总线很多长处。这样做的好处是，用户可以逐渐熟悉现场总线技术并迁移至现场总线。DCS、可编程控制器能否与FCS接口，取决于相应产品制造商是否提供此类接口。用户应向相关厂商询问有关事宜。三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程6.3现有系统6与现有98电子仪器仪表装调工

培训教程6与现有设备集成

如下图所示，将现有系统迁移到现场总线，用户通常的做法是在不影响工厂其他系统的前提下，在一个相对独立的单元安装小规模的FCS，从而逐渐熟悉现场总线技术。这样的小系统通常是锅炉控制、罐区控制或污水处理。其余的控制则作为工厂维护计划的一部分，分步集成到新系统中来。另外一种通常作法是建立试点工厂，对新工艺过程及现场总线技术同时进行评估。

三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程6与现有设备集成如99电子仪器仪表装调工

培训教程以上事实清楚的表明，升级一个旧系统到现场总线较为困难。因此在您选择了一个系统或扩充系统时，现场总线应该是必须的选择，即使这样意味着您需要更换产品供应商。采取观望的态度，只会使您增加产品升级的投入，丧失可观的市场份额。6与现有设备集成

三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程以上事实清楚的表明，升级100电子仪器仪表装调工

培训教程4.7结论

DCS不再是过程控制系统的当然选择。FCS不仅能实现基本控制和互锁，也能完成先进控制、ESD和ERP。先进的基于现场总线技术的FCS系统完全可以替代传统的DCS，并通过增强设备管理，在提高产品质量、产量的同时，降低了系统总体拥有成本（TCO），极大地提高了生产效益。这是目前其它系统所无法做到的。三、FCS系统优势及常见疑问

电子仪器仪表装调工培训教程4.7结论DCS不再101电子仪器仪表装调工

培训教程四、FF-