FF现场总线工程指南及应用

第五章基金会现场总线FF 5.1 FF概述5.2 FF技术规范5.3 FF物理层5.4 FF数据链路层5.5 FF应用层5.6 FF用户层5.7 FF通信控制器的接口5.8 FF产品的开发5.1 FF总线概述•FF（Foundation Fieldbus，96年）：主要用于流程工业自动化领域，如化工、电力厂实验系统、废水处理、油田等行业。

•FF遵循OSI标准模型，取其3层：物理层、数据链路层和应用层，并在应用层上增加了用户层。

FF属于IEC61158国际现场总线标准子集，其开发初衷是希望形成统一的现场总线标准•FF分低速总线H1和高速总线HSE两部分–分别属于IEC标准中两个不同的子集–低速总线H1的通信速率为31.25Kbps（1900m）–高速总线HSE的通信速率为10M,100Mbps•开发和使用FF的目的和意义在于实现工业设备的互操作性和互替换性，用户只要根据系统功能上的需要既可从众多的设备供应商中选择性价比最高的产品。

FF总线•CAN总线控制器仅仅定义了物理层和数据链路层的所有功能，即实现了数据通信技术，但构建CAN控制网络还需要应用层协议的定义，如J1939应用协议的支持。

•FF则提供了一套较完整的控制网络技术，不仅具有数据通信技术，也定义了控制应用功能的规范内容（应用层与用户层），能够构建分布式控制网络系统。

•HSE（High Speed Ethernet）高速以太网10/100M b/s，取代了早期的H2总线。

•应用层主要以功能块模式定义应用的，互操作性和互替换性易于实现（开放性）。

FF通信模型说明：•物理层：采用IEC1158-2标准。

•数据链路层和应用层的全部功能统称为通信栈（Communication Stack）。

应用层分为两个子层现场总线信息规范子层FMS和现场总线访问子层FAS。

•现场总线访问子层FAS（Fieldbus Access Sublayer）基本功能：确定数据访问的关系模型和规范。

FF现场总线使用说明书1 引言FF是基于WorldFip North American (FIP)和InterOperable System Project(ISP)的共同利益,而在1994年合并而成的。

1995年,WorldFip欧洲部分也加入了FF。

FF总线由低速(H1)和高速(HSE，High Speed Ethernet)两部分组成。

低速H1部分将ISO/OSI七层参考模型结构简化为物理层、数据链路层、应用层，再加上用户层,形成四层结构。

同时，为了适应以太网技术的发展，现场总线基金会放弃了其原来规划的H2高速总线标准,并于2000年3月29日公布了基于Ethernet的高速总线技术规范(HSE1.0版)。

HSE充分利用低成本的以太网技术，以100M bit/s到1G bit/s或更高的速度运行，它主要用于制造业(离散控制)自动化以及逻辑控制、批处理和高级控制等高速的现场总线网段的互连。

本手册是组态实验室现场总线系统组态的使用说明书，内容包括了使用组态软件，组态一个典型的DEMO现场总线的详细过程。

2 实验室包含的现场总线设备本现场总线实验室是一个典型现场总线控制系统的配置，设备清单如表1所示：网关、网桥、现场总线接口和端子块等部件构成。

现场总线网络上连接的现场总线设备有两种:一种是总线供电式现场设备，它需要从总线上获取工作电源，总线供电电源就是为这种设备准备的；另一种是单独供电的现场设备，它不需要从总线上获取其工作电源。

常用的现场总线设备有温度变送器、压力(差压)变送器、流量变送器、液位变送器和调节阀等。

这些现场设备不仅有信号变换功能，而且还有组态运算及控制功能。

终端器是连接在总线末端或末端附近的阻抗匹配元件。

每个总线段上需要两个，而且只能有两个终端器。

终端器采用反射波原理使信号变形最小，它所起到的作用是保护信号，使它少受衰减与畸变。

有时，将终端器电路内置在电源、安全栅、PC接口卡和端子排内。

FF现场总线系统工程设计应用黄步余副总工程师中国石化工程建设公司概述现场总线是一种实用技术，智能、开放、数字、多节点通信技术。

现场设备信息采集，PID控制与双向全数字化通信，监视和管理现场设备，降低生命周期成本。

现场总线技术是计算机、通信、控制技术向现场扩展。

在流程工业、制造业及市政工程等已成功地应用，并取得一定经验。

现场总线技术还需要不断完善本身的功能，提高工程设计和应用水平，特别是系统软件、应用软件、通信策略等。

FF基金会现场总线、Profibus现场总线适用于流程工业，已有相当规模应用业绩。

现场总线技术目前处于多种总线技术共存，各自拓展其应用领域、强化竞争力。

以太网远程I/O及无线仪表将成新的热点。

FFEPC承包商②•装置平面图•PFD/P&ID•安全仪表系统说明•工艺控制说明•维护程序•H1网段设计表•仪表数据表/数据库D③A审核FF 现场总线系统设计规定FF 仪表规格书DCS 制造厂审核FF 仪表选型返回FF 参数输入数据库H1网段设计FAT 前数据库FAT 后数据库调整及项目文件A D ⑥⑧（11）EPC•计划进度要求•DCS规格书•系统组成•FF设计要求•人员•供应范围确认•工作分工确认•人员进度•工程条件•FF设计原则•制造厂文件•仪表数据表•I/O点清单EPC•FF设计信息•FF仪表清单和型号•FF功能块分配•FF电缆长度及规格•操作台、辅助操作台、机柜设计要求•复杂回路图•复杂回路说明和功能块•顺序联锁逻辑•流程画面草图•子系统通信规格EPC•FF接线箱表•端子表•通信点表•画面显示数据•报表格式•组显示•趋势显示•流程图画面显示•报警画面显示FF现场总线实施原则现场安装的变送器和阀门定位器采用FF H1通信协议。

FF现场总线的变送器和阀门定位器，应由控制DCS制造厂提供。

FF现场总线的阀门定位器应由控制阀厂装配成套并提供全部测试数据。

安全仪表系统（SIS）选用4-20mA带HART的模拟信号。

FF现场总线的设计和应用FF（FlexRay Fault-tolerant）现场总线是一种高性能、实时性强、容错性好、安全可靠的汽车总线协议。

它被广泛应用于现代汽车电子系统中，为汽车电子控制单元（ECU）之间提供高效的通信和数据交换。

本文将详细介绍FF现场总线的设计原理和应用场景。

1. 高带宽和实时性：FF现场总线通过采用双通道、高速、串行通信方式，实现了高带宽和实时性要求。

其中，每个通道的最大带宽可达10 Mbps，保证了数据传输的快速和可靠性。

2.容错性和可靠性：为了保证通信的可靠性，FF现场总线采用了多种容错技术，如冗余计算、重传机制、状态监测等。

这些技术能够及时检测和纠正通信中的错误，提高系统的容错性和可靠性。

3.灵活性和可扩展性：FF现场总线支持灵活的通信组网结构，通过主从模式和同步控制方式，实现了多个ECU之间的数据交换和消息传递。

同时，FF现场总线还提供了扩展能力，可以根据实际需求添加新的设备和功能模块。

1.高级驾驶辅助系统（ADAS）：FF现场总线可以作为ADAS系统中各个ECU之间的通信方式，实现传感器数据的快速采集和处理。

通过FF现场总线，各个ECU可以实时交换数据和指令，提高驾驶辅助系统的性能和可靠性。

2.发动机控制系统：FF现场总线可以用于发动机控制系统中各个ECU 之间的数据交互和联动控制。

通过FF现场总线，发动机控制单元可以实时监测和调整发动机的工作状态，以提高燃油效率和排放性能。

3.刹车系统：FF现场总线可以用于汽车刹车系统中刹车控制单元和刹车执行器之间的通信。

通过FF现场总线，刹车控制单元可以实时控制刹车执行器的工作，提高刹车系统的响应速度和稳定性。

4.转向系统：FF现场总线可以用于汽车转向系统中转向控制单元和转向执行器之间的通信。

通过FF现场总线，转向控制单元可以实时调节转向执行器的工作，提高转向系统的灵活性和安全性。

综上所述，FF现场总线作为一种高性能、实时性强、容错性好、安全可靠的汽车总线协议，被广泛应用于现代汽车电子系统中。

ff现场总线的特点和在工程中的应用一、FF现场总线的概述FF现场总线是一种数字通信协议，它是Foundation Fieldbus（FF）组织制定的。

FF现场总线在工业自动化领域得到了广泛应用，它可以实现设备之间的数据交换和控制指令传输。

与传统的模拟信号传输方式相比，FF现场总线具有更高的可靠性和稳定性。

二、FF现场总线的特点1. 可靠性高：FF现场总线采用数字通信方式，数据传输稳定可靠，不受干扰。

2. 灵活性强：FF现场总线可以实现多种类型的设备之间的数据交换和控制指令传输。

3. 扩展性好：FF现场总线可以根据需要进行扩展或升级，支持多种不同类型的设备连接。

4. 易于维护：由于采用数字通信方式，故障排查和维护更加方便快捷。

三、FF现场总线在工程中的应用1. 控制系统：在控制系统中，使用FF现场总线可以实现各个设备之间的数据交换和控制指令传输。

例如，在化工厂中，使用FF现场总线可以将各个过程变量（如温度、压力、流量等）传输到控制室的控制系统中，实现对生产过程的监控和控制。

2. 仪表系统：在仪表系统中，使用FF现场总线可以实现各个仪表之间的数据交换和控制指令传输。

例如，在炼油厂中，使用FF现场总线可以将各个流量计、压力计、温度计等仪表的测量值传输到控制室的监视系统中，实现对生产过程的监视和调节。

3. 电力系统：在电力系统中，使用FF现场总线可以实现各个设备之间的数据交换和控制指令传输。

例如，在发电厂中，使用FF现场总线可以将各个变压器、开关柜等设备的状态信息传输到运行监视系统中，实现对电力系统运行状态的监视和调节。

四、FF现场总线在应用中需要注意的问题1. 设备兼容性问题：由于不同厂家生产的设备可能存在兼容性问题，因此在选择设备时需要注意其是否支持FF现场总线协议。

2. 网络拓扑结构问题：在设计网络拓扑结构时需要考虑网络带宽、延迟等因素，并根据具体应用需求进行合理规划。

3. 安全问题：由于FF现场总线采用数字通信方式，数据的安全性需要得到保障。

FF现场总线及应用实例l.FF 现场总线特点基金会现场总线(Foundation Fieldbus)通常称为FF 现场总线，它分为HI 和四两级总线。

HI 采用符合IEC 61158-2 标准的现场总线物理层;H2 则采用高速以太网为其物理层。

HI 现场总线物理层的主要电气特性如下:采用位同步数字化传输方式;传输波特率为31. 25kb/s;驱动电压9~32VDC;信号电流土如lA.;电缆型式屏蔽双绞线;接线拓扑结构可采用线型、树型、星型或者符合型;电缆长度小于等于1900m(无中继器时);分支电缆的长度30~12Om;挂界设备数量小于等于32 台(无中继器时);可用中继器小于等于4 台;适用防爆方法有本质安全防爆方法等。

HI 现场总线在一根屏蔽双绞线电缆上完成对多台现场仪表的供电和双向数字通信。

控制系统所配备的HI 网卡通常只负责与现场仪表的双向通信。

而总线的供电则需由专门的FF 配电器完成。

HI 总线以段为单位，每块HI 网卡有两个端口，每个端口连接一个段，而每一段需配一台FF 配电器。

总线的两端还需各配一个终端电阻，以消除高频信号的回声。

2.基于FF 现场总线的球团竖炉控制系统根据FF 总线系统体系结构，结合竖炉造球生产的工艺特点，将竖炉造球控制系统结构设计如下，如图10-2 所示。

整个系统由配料烘干电气控制系统、造球筛分电气控制系统、竖炉本体电气控制系统、成品运输电气控制系统和过程检测(仪表)控制系统等子系统组成。

过程检测(仪表〉控制系统包括若干HI 子系统，采用总线拓扑结构，通过HSEJHl 网关与网络集线器连接;系统中的各电气控制系统由NCS-300OFF 分布式智能I/O 组成，将传统的离散数据和过程控制中标准的4~2 伽lA 模拟仪表信号引人系统，完成安全连锁等功能;各电气控制系统、仪表控制系统和上位机，如操作站(人机接口)、工程师站(组态与诊断)、生产调度(企业资源计划)工作站和管理工作站等，通过工业以太网与网络集线器连接，采取星型拓扑结构。

基金会现场总线技术（ FF）在旅大油田的应用摘要：现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。

它的出现，标志着工业控制技术领域又一个新时代的开始，并将对该领域的发展产生重要影响。

自20世纪90年代中期以来，中国海洋石油总公司（以下简称中海油）相关技术人员持续跟踪关注现场总线这一标志自控领域一场革命的技术，并于2002年首次提出将现场总线技术应用于旅大油田开发项目，获得了上级批准并进行实施，这项新技术的实施标志着海洋石油自动化新时代的开始。

关键词：现场总线海洋石油自动化一、现场总线技术的优越性以FF为例，现场总线技术主要有以下优越性：(1)FF现场总线系统安装材料与调试工作量减少现场总线的I/O系统卡件和布线简单，减少相应的设计、安装的工作量及控制室占用面积。

旅大10-1平台于2005年1月28日正式投产，项目能够提前62天投产，现场总线技术的应用功不可没。

在项目的设计、安装、调试阶段，对于现场总线技术的优越性，人们已有了初步体会。

由于采用了现场总线技术，使得设计、绘图的工作量简化，布线及调试时间大大缩短，安装成本得以降低。

(2)FF现场设备的全数字化、智能化与功能自治化现场总线设备将微处理器置入现场测量控制仪表中，具有数字计算和数字通信能力。

数字信号使设备的信息量大大增加，传输抗干扰能力强，精确度高，减少了传送误差，提高系统的可靠性。

传感测量、补偿计算、工程量处理与基本控制等功能在现场总线设备中完成，而且为现场设备更高级的智能化提供了平台空间。

现场总线控制系统是全分散性的体系结构，双向通信的提供，使得功能块可以下载到现场仪表设备当中，原来在DCS控制器中完成的控制计算功能可以分散到现场仪表设备中完成，从而分散了由于系统故障而造成的风险，实现了真正意义上的分散控制。

(3)FF现场总线具有开放性、互操作性与互用性如果说FF-H1总线现场设备的可互操作性使现场总线达到了DCS系统的4～20mA的信号互连的水平，而高速以太网现场总线HSE的可互操作性则达到了DCS系统控制总线的开放的水平。

现场总线FF在分布式控制系统中的运用合肥工业大学计算机与信息学院计算机系级方向综合设计报告方向:分布式控制与嵌入式系统课题题目:现场总线FF在分布式控制系统中的应用姓名:专业班级:学号:指导教师:一、设计目的和内容:设计目的:了解分布式控制系统和FF总线,并掌握其通信规程;设计内容:掌握和了解分布式控制系统的结构以及组成,现场总线FF在分布式控制系统中的作用,尝试编写一个符合规约的通信软件。

二、背景知识:FF(Fieldbus Foundation)现场总线简介FF总线系统体系结构FF现场总线基金会是由WORLDFIP NA(北美部分,不包括欧洲)和ISP Foundation于1994年6月联合成立的,它是一个国际性的组织,其目标是建立单一的、开放的、可互操作的现场总线国际标准。

这个组织给予了IEC现场总线标准起草工作组以强大的支持。

这个组织当前有l00多成员单位,包括了全世界主要的过程控制产品及系统的生产公司。

1997年4月这个组织在中国成立了中国仪协现场总线专业委员会(CFC)。

致力于这项技术在中国的推广应用。

FF成立的时间比较晚,在推出自己的产品和把这项技术完整地应用到工程上相对于Profibus和WORLDFIP要晚。

可是正由于FF是1992年9月成立的,是以Fisher Rosemount公司为核心的ISP(可互操作系统协议)与WORLDFIP NA两大组织合并而成的,因此这个组织具有相当实力:当前FF在IEC现场总线标准的制订过程中起着举足轻重的作用。

FF(HSE) 现场总线即为IEC定义的H2总线,它由Fieldbus F oundation(FF)组织负责开发,并于1998年决定全面采用已广泛应用于IT产业的高速以太网(highspeed ethernet HSE)标准。

该总线使用框架式以太网(Shelf Ethernet)技术,传输速率从100Mbps 到1Gbps或更高。

HSE完全支持IEC 61158现场总线的各项功能,诸如功能块和装置描述语言等,并允许基于以太网的装置经过一种连接装置与H1装置相连接。