FF現場總線控制技術的組態(tài)應用
現場總線是全數字化分布式底層控制網絡,自他產生后,就引起控制領域的科研人員的廣泛關注。但是,長期以來由于各個大組織在大型跨國公司的支持下,為制定統(tǒng)一的國際標準造成了巨大的阻力,形成了各大總線共存的局面。經過有關各方的共同努力和協(xié)商妥協(xié),FF(FoundationFieldbus,基金會現場總線)等7種現場總線在1999年年底的投票表決中獲得通過,FF現場總線也成為了一種極有發(fā)展前景的現場總線。
1FF現場總線的特點
FF是基于WorldFipNorthAmerican(FIP)和InterOperableSystemProject(ISP)的共同利益,在1994年合并而成的。1995年,WorldFip歐洲部分國家也加入了FF。FF總線由低速(H1)和高速(HSE,HighSpeedEthernet)2部分組成。低速H1部分將ISO/OSI七層參考模型結構簡化為物理層、數據鏈路層、應用層,再加上用戶層,形成4層結構。同時,為了適應以太網技術的發(fā)展,現場總線基金會放棄了其原來規(guī)劃的H2高速總線標準,并于2000年3月29日公布了基于Ethernet的高速總線技術規(guī)范(HSE1.0版)。
在現場總線技術的發(fā)展過程中,Smar公司開發(fā)了一系列現場總線產品,成為了現場總線技術中的領先者,SYSTEM302是Smar公司總結系統(tǒng)工程方面的經驗后開發(fā)的全數字化現場總線系統(tǒng)。下面介紹一下在利用Smar公司SYSTEM302現場總線系統(tǒng)進行組態(tài)時遇到的2個重要概念:
(1)DD(DeviceDescription,設備描述)
DD是屬于FF的報文規(guī)范層(FMS,FieldbusMessageSpeciafication)的一個內容。設備描述DD是為虛擬現場設備VFD中的每個對象提供擴展描述,為控制系統(tǒng)或主機在理解VFD中數據的意義提供必要的信息,因此,DD可被看作是設備的一個驅動器。在每次組態(tài)設備之間必須確認是否安裝該設備的設備描述語言。
(2)FunctionBlock(功能模塊,FB)
功能塊應用進程位于FF總線通信模型的最高層用戶層。FF用戶層協(xié)議將實現控制系統(tǒng)所需的各種功能封裝為通用的模塊結構,并定義他們的輸入、輸出、算法、事件及控制圖等內容,從而形成了功能模塊FB。
FF現場總線把功能塊FB主要分成了3類:資源塊(ResourceBlock)、轉換塊(TransducerBlock)、功能塊FB。資源塊描述了諸如設備名、生產廠家和序號等的現場總線設備特征。一臺設備只有一個資源塊。轉換塊把功能塊從讀傳感器和命令輸出硬件的本地輸入/輸出的功能分開,還包含標定日期和傳感器類型等信息。每個輸入或輸出功能塊通常就是一個轉換塊。功能塊提供了控制系統(tǒng)行為。功能塊的輸入和輸出通過現場總線相連接。每個功能塊的執(zhí)行被精確地調度。在一個用戶應用中可以有多個功能塊。
功能塊FB技術是FF現場總線實現分布式控制的一項重要手段。在FF現場總線中,FCS廢棄了DCS的輸入/輸出單元和工作站,把DCS的工作站的功能塊分配給現場儀表,構成虛擬工作站。FF的功能塊可以供用戶自由選擇,可統(tǒng)一組態(tài),構成所需的控制系統(tǒng),實現了徹底的分散控制。許多控制系統(tǒng)功能,諸如模擬輸入輸出、PID控制等功能都可以通過使用功能塊由現場設備完成。
現場總線的技術特點包括很多方面,以上所述是在組態(tài)過程中遇到的2個重要概念及難點,在此做簡單說明。
2組態(tài)基金會現場總線系統(tǒng)
現場總線的組態(tài)既與傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)組態(tài)有共同之處,也有一定的差別。本部分主要結合筆者的實踐來介紹現場總線組態(tài)的內容。
2.1系統(tǒng)的結構
為了推動南京工業(yè)大學對現場總線技術的研究,我校曾于2001年8月從Smar公司引進了一套現場總線系統(tǒng)。系統(tǒng)的結構如圖1所示。

本系統(tǒng)由2個部分組成,其中:2個LD302壓力變送器和閥門定位器FY302構成壓力控制系統(tǒng)。LD302采集容器中的的壓力信號,并將其轉換為符合FF協(xié)議的標準信號發(fā)送到FF現場總線網絡中,閥門定位器FY302根據系統(tǒng)的設定值和操作閾度,輸出相應的模擬信號驅動控制閥,使系統(tǒng)的壓力保持恒定;2個TT302溫度變送器和現場總線(FF)到電流轉換器FI302構成溫度控制系統(tǒng)。TT302采集溫度信號,并將其轉換為符合FF協(xié)議的標準信號發(fā)送到FF現場總線網絡中,現場總線(FF)到電流轉換器FI302根據設定值和操作閾度,輸出適當電流驅動可控硅,可控硅控制溫度對象的輸入電壓,從而使溫度對象保持恒溫。這2個系統(tǒng)構成現場總線的H1網段。H1系統(tǒng)通過DF51網關與上位機相連。
2.2控制系統(tǒng)組態(tài)
系統(tǒng)的控制組態(tài)使用Smar公司推出的SYSTEM302系統(tǒng)。SYSTEM302是一套完整的現場總線控制方案,采用現場總線、Windows和OPC等先進技術,真正基于現場設備,系統(tǒng)可以處理各種信號,進行連續(xù)控制,離散邏輯控制和批處理控制,支持通過了基金會驗證設備互操作性,真正實現了分布式控制。
使用SYSTEM302組態(tài),首先要使用FBToolsWizard正確地設置網關,也就是H1網段與上位機之間的通信方式,以保證網關能夠與上位機之間進行通信。SYSTEM302提供的接口方式有PCI和DFI302,此處使用DFI302。
在DF51處于正常的RUN狀態(tài),確認要使用的所有設備的DD安裝完畢以后,才可以使用SYSTEM302的一個重要組成部分SYSCON進行系統(tǒng)的組態(tài)。SYSTEM302系統(tǒng)可以很方便地安裝新設備的DD。在安裝目錄的DeviceSupport下建立該設備的活頁夾,按照廠家提供的手冊,添加該設備的ManufacturerID,DeviceType,EJADeviceType信息,同時在Standartini文件的ManufacturerByID部分添加該設備的ID。
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