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　　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,

　　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

　　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 期

　　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。

　　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

　　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

　　介绍了基于现场总线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

　　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

　　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

　　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/ 气