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　　线 电 流 转 换 器 FI302、 台 温 度 变 送 控 制 器 / 1 TT302。这些设备通过两条屏蔽双绞线( 总线) 联 接到控制室, 并且通过总线 具

　　有三个 AO 功能块, 分别代 表三路控制输出。这 些总线仪表在现场完成七个单回路控制、 一个串 级控制和 15 个遥控回路。

　　如果用 DCS 来实现, 至少需要 32 根电缆进入 控制室、 一个控制柜和几台流量积算仪表。由此 可见, 采用现场总线, 节省了很多设备材料费、 安 装施工费, 也降低了维护成本。 FF 规 范 中 定 义 了 三 种 类 型 设 备, 即 网 桥 ( bridge) 、 链路 主 设备 ( Link Master) 和基 本 设备 ( basic device) 。在本 FCS 应用中, PCI 卡作为网桥 设备, 它可以把单个现场总线连在一起形成更大 的网 络, 而 且 它 在 这 里 作 为 链 路 活 动 调 度 器 ( LAS) 。每一个网络 段都有一个特殊的设 备, 即 LAS, 它能够调度本网络段各个设备的通信活动。 LAS 为时间紧迫的控制提供周期性的信息, 同时, 它使高优先权的以异步方式发送的事件信息以非 常快的速度进行报告, 并能检测到报警时间标记。 链路主设备是能变为链路活动 调度器 LAS 的设 备, LD302、 TT302、 FI302 都具有链路主设备能力。 基本设备不具备变为 LAS 的能力。在 本 FCS 应

　　而不必相互协商并开发多种驱动程序。通用的人 机接口软件AIMAX 提供 OPC 客户驱动程序, 通过 OPC 服务 器与现 场总线 设备 交换数 据。AIMAX 采用 OPC 技术后, 可以方便地与其它具备 OPC 技 术的设备或系统联系, 而不必象以前那样, 为每一 种设备或系统单独编写驱动程序, 并与各家设备 供应商联合( 或委托) 测试, 还有繁琐的升级问题。 OPC 技术使 MMI 软件彻底开放, 从而使操作站也 彻底开放。 3 基金会现场总线设备组态与调试 基金会现场总线简化 ISO/ OSI 七层模型为三

　　方法 、 特点; 基 金会现场总线和 OPC 技术使得集 成来自 多厂商 的总线 设备、 接口卡、 件和操作 站等为 一个无 缝 软 系统十分容易; 此外分析了基金会现场总线在系 统设计、 安装、 组态、 调试、 操作、 诊断和维护等方面带来的革新。 关键词: 基金会现场总线 现场控制系统 FCS 互可操作性 OPC 过程管理

　　介绍了基于现场总Βιβλιοθήκη Baidu基金会注册产品的现场控制系统 FCS 在 中国的工程应用实例及其组态和调试的

　　用中, 每条总线中选择一台( 也可以是多台) 现场 总线仪表组态成链路主设备作为冗余的 LAS, 其 它现场仪表组态成基本设备。当 PCI 卡( 当前的 LAS) 停电或失效时, 链路主设备将成为 LAS, 以保 证现场总线的操作仍是连续的, 使得现场控制回 路在操作站出现故障时仍可运行。 操作站采用 Windows NT 4. 0 为操作系统, 具 有开放性、 坚固性及易于使用等优点, 适应重要任 务的应用。人机界面软件选用 AIMAX, 集成了一 些开放的软件技术, 如 OLE( Object Linking & Em beding ) 、 OPC、 DDE、 ODBC、 SQL、 TCP/ IP 等。OPC ( OLE for Process Control) 是用于过程控制的 OLE, 是新的客户/ 服务器交换数据的工业标准, 并成立 了 OPC 基金会标准组织, 很多新的控制系统都支 持 OPC 技术。有了 OPC 技术, Smar 公司 提供的 OPC 服务器 使其现场总线 设备可以与任 何带有 OPC 客户程序的人机接口软件或控制系统集成,

　　以, 算法逻辑组态可以事先组态好, 也可十分方便 地移植到其它类似的工艺装置上。物理网络组态 主要是对应总线 设备及安 装布线 总线, 每条总线上有哪些设备以及给每台设备一 个直观的位号( Tag) 等。组态可以是在线的, 也可 以是离线的。 在算法组态区将功能块联接好, 并将各个功 能块的参数设定好, 然后将功能块附属( Attach) 到 物理组态区的相应设备上。在工程中, 算法组态 可以用同一 个, 而物理组态不同, 只需将功能块 附属 到相应设备中即可。 另外还有一个方便之处是, 可以将一些控制 算法( 一个回路或几个控制回路) 保存到一个模板 中, 多次调用或复制, 只要将功能块名字( Tag) 改 动一下即可, 而功能块联接和参数设置不用重复 组态或只需稍微改动一下即可, 这在一些大工程 中是十分有用的。 基金会现场总线除提供控制信息外, 还提供 大量非控制信息, 如设备信息、 量程、 报警、 状态、 诊断等信息。如一个单回路控制, 由 AI、 AO PID、 三个功能块完成, AI 有 36 个参数, PID 有 65 个参 数, AO 有 30 个参数, 其中大多数为非控制信息。 另外 完 成 该 单 回 路 由 两 台 现 场 总 线 仪 表 ( 如 LD302 和 FI302) 组成, 每台仪表还各有一个资源 块( 40 个参数) 和一个传送块( 30 多个参数) 。不 过不要被这么多参数吓住, 首先参数名称是标准 的且是英文说明的缩写, 其次大多数参数不用组 态, 对使用者来说是易学易用, 且不必为不同产品 重复学习。 以一个单回路控制的 AI、 AO 块为例, 有 PID、 以下参数: ST REV( 静态版本) 、 DESC( 标号说明) 、 STRATEGY ( 策 略 ) 、 ALERT KEY ( 警 钥 ) 、 MODE BLK( 模式) 、 BLOCK ERR( 块错误) 、 OUT、 PV、 STA TUS OPT ( 块状 态 选项 ) 、 BLOCK ALM ( 块 报 警) 、 GRANT DENY( 允许/ 禁止) 、 UPDATE EVT ( 更新事 件) 、 输入比例尺和输出比例尺等参数。AI、 还 AO 有 IO OPT( 输入输出块选项) , PID 块有控制选项 ( CONTROL OPT ) 。AI、 块都有报警参数, 包括 PID 高报、 高高 报、 低报、 低低报报警的优先级、 报警 限、 警 状态。还 有 ALARM SUM ( 报 警 总 貌) 。 报 PID、 有远地参 数( 如 Rcas in、 AO RCAS OUT 等) 。 PID 有比例积分、 微分常数、 给定值变化率及上下 限、 输出高低限等等。AO 块 还有两个重 要参数

　　层, 以满足实时性要求, 同时增加了一层即用户 层, 用户层规定了标准的功能块应用, 这使基金会 现场总线成为一项系统标准, 而不仅仅是一项通 信标准, 也使其实现开放性和互可操作性, 不同厂 商的设备可以协同工作, 组成无缝的系统。 用户层规定了 29 个标准的功能块, 其中功能 块 10 个, 先进功能块 19 个, 另外还定义了资源块 和一组传送器功能块。功能块由输入、 输出、 算法 和参数四大要素组成。FF 定义了功能块应用过 程的结构、 模型, 以及到通信栈的接口, 但并没有 定义功能块算法本身, 不同厂商实现功能块的程 序可能完全 不同。FF 定义 了 2 个 工具, 即 DDL ( 设备描述语言) 和对象字典 OD 来支持功能模型 的标准化和互可操作性。不同厂商的设备可以对 功能块定义进行扩充或增强, 甚至可以包含非标 准的功能块, 而这些专有特性由 DD 来描述功能 块应用进程和接口, 使其它厂商设备或软件可以 与它协同工作, 而不损失性能。 FF 规定的基本功能块为: ∀ 离散输入 DI; # 离散输出 DO; ∃ 模入 AI; % 模出 AO; ∋ 控制; ( 选择器 SS; )手动装载机 ML; ∗ 偏 PD 置/ 增益器 BG; 比率 RA。这些基本功能块至少 可以满足低速现场 总线% 。典型应用 如: 单回路、 串级、 比值、 前馈、 超驰等控制算法。 现场总线组态软件 SYSCON 3. 0 具有完整的 设备描述支持和管理, 有了其他厂商的设备描述 文件, 可同时组态来自不同厂商的总线设备。基 金会现场总线组态可分为算法逻辑组态和物理网 络组态。算法逻辑组态主要是功能块应用, 即功 能块的联接和参数设置, 它与物理组态具有一定 独立性, 主要考虑工厂装置的控制策略要求, 而不 必过多 地考虑设备硬 件的型号和安 装布线。

　　现场总 线基 金会 FF ( Fieldbus Foundation) 于 1998 06 12 宣布 来自 Rousemount 公司、 Smar 公司 和横河公司的七种现场总线仪表通过了互可操作 性测试及认证注册。现场总线产品注册说明基金 会现场总线进入了实用阶段, 正如 FF 总裁 John Pittman 所说: 这标志 着工厂自动化 进入了充满 生机的新纪元 。 要获得 FF 认证注册, 总线设备需要通过互可 操作测试, 包括物理层一致性测试, 未经修改的已 注册的通信栈, 标准功能块和系统网络管理功能 测试, 对设备进行测试库功能 ( 宏) 和 300 多项独 立项目的测试, 设备描述互可操作测试等等, 并满 足其它许多注册所需的性能要求。标准功能块应 用和 设备 描述 语言 DDL ( Device Description Lan guage) 是基金会现场总线的两个重要特点。使用 通过 FF 认证注册的设备来集成控制系统时, 具有 即插即用 ( Plug and play) 的 优点。这样最终用 户真正可以做到自由选择不同厂商提供的性能价 格最合适的设备, 如变送器、 控制器阀门和操作站 等, 并且毫不费力地将它集成一个无缝的先进的 控制系统 FCS。 截止于 1998 11, 已在 FF 认证注册的产品有: Honeywell 公司 的 ST30000FF 压 力 变送 器; Rose mount 公司的Model 3051 压力变送器和Model 3244 温度变送器; Smar 公司的 IF302 型 4~ 20 mA 电流 / 总线 现场总线 型总线 mA 电流转换器, FP302 型总线

　　动信号转换器, LD 302 压力变送控制器和 TT302 温度变送控制器; 以及 Fisher, Foxboro, NI, Fuji, Ya matake, 横 河等公司的二 十多种产品。最新的一 些认证注册产品, 可查看网址 。 2 基金会现场总线控制系统在中国的工程应用 冶金部自动化研究院 Smar 技术服务中心于 1998 10 上旬在浙江省巨化集团合成氨厂空分装 置成功地投运了国内第一套基于 FF 认证注册产 品的现场控制系统 FCS ( Field Control System) , 该 系统使 用的是来自 Smar 公司 的现场总线 产品。 在这之前, Smar 的现场总线控制系统已在国内投 运了多套。该控制系统( EIC2000) 集成了几项最 新的、 开放的先进技术, 包括基金会的现场总线 ( Foundat ion Fieldbus) 、 OPC ( OLE for Process Con trol) 、 SQL、 ODBC、 IEC1131 3 标准图 形编程 语言、 TCP/ IP、 Windos NT 4. 0 操作系统和通用的人机接 口软件 AIMAX 等。使该现场控制系统 FCS 具有 开放性和易扩展性等特点。FCS 结构特点是操作 站和现场智能仪表都是网络系统上的智能节点。 系统结构示意图如图 1。 这套 现场控 制系统 包括 两条基 金会 H1 总 线, 通过过程控制接口卡 PCI( 总线接口卡) 与工 作站联接。总线 台压力、 差压变送控制 器 LD302 和 4 台总线; 总线 台压 力 、 差压变送控制器 LD302 和 4 台总