FF现场总线控制技术的组态应用

作者：时间：2012-07-02来源：网络收藏

现场总线是全数字化分布式底层控制网络，自他产生后，就引起控制领域的科研人员的广泛关注。但是，长期以来由于各个大组织在大型跨国公司的支持下，为制定统一的国际标准造成了巨大的阻力，形成了各大总线共存的局面。经过有关各方的共同努力和协商妥协,FF（FoundationFieldbus，基金会现场总线）等7种现场总线在1999年年底的投票表决中获得通过,FF现场总线也成为了一种极有发展前景的现场总线。

1FF现场总线的特点
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欧洲部分国家也加入了FF。FF总线由低速（H1）和高速（HSE，HighSpeedEthernet）2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4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）。
在现场总线技术的发展过程中，Smar公司开发了一系列现场总线产品，成为了现场总线技术中的领先者，SYSTEM302是Smar公司总结系统工程方面的经验后开发的全数字化现场总线系统。下面介绍一下在利用Smar公司SYSTEM302现场总线系统进行组态时遇到的2个重要概念：
（1）DD（DeviceDescription,设备描述）
DD是属于FF的报文规范层（FMS,FieldbusMessageSpeciafication）的一个内容。设备描述DD是为虚拟现场设备VFD中的每个对象提供扩展描述，为控制系统或主机在理解VFD中数据的意义提供必要的信息，因此，DD可被看作是设备的一个驱动器。在每次组态设备之间必须确认是否安装该设备的设备描述语言。
（2）FunctionBlock（功能模块，FB）
功能块应用进程位于FF总线通信模型的最高层用户层。FF用户层协议将实现控制系统所需的各种功能封装为通用的模块结构，并定义他们的输入、输出、算法、事件及控制图等内容，从而形成了功能模块FB。
FF现场总线把功能块FB主要分成了3类：资源块（ResourceBlock）、转换块（TransducerBlock）、功能块FB。资源块描述了诸如设备名、生产厂家和序号等的现场总线设备特征。一台设备只有一个资源块。转换块把功能块从读传感器和命令输出硬件的本地输入/输出的功能分开，还包含标定日期和传感器类型等信息。每个输入或输出功能块通常就是一个转换块。功能块提供了控制系统行为。功能块的输入和输出通过现场总线相连接。每个功能块的执行被精确地调度。在一个用户应用中可以有多个功能块。
功能块FB技术是FF现场总线实现分布式控制的一项重要手段。在FF现场总线中，FCS废弃了DCS的输入/输出单元和工作站，把DCS的工作站的功能块分配给现场仪表，构成虚拟工作站。FF的功能块可以供用户自由选择，可统一组态，构成所需的控制系统，实现了彻底的分散控制。许多控制系统功能，诸如模拟输入输出、PID控制等功能都可以通过使用功能块由现场设备完成。
现场总线的技术特点包括很多方面，以上所述是在组态过程中遇到的2个重要概念及难点，在此做简单说明。

2组态基金会现场总线系统
现场总线的组态既与传统的DCS系统组态有共同之处，也有一定的差别。本部分主要结合笔者的实践来介绍现场总线组态的内容。
2.1系统的结构
为了推动南京工业大学对现场总线技术的研究，我校曾于2001年8月从Smar公司引进了一套现场总线系统。系统的结构如图1所示。

本系统由2个部分组成，其中：2个LD302压力变送器和阀门定位器FY302构成压力控制系统。LD302采集容器中的的压力信号，并将其转换为符合FF协议的标准信号发送到FF现场总线网络中，阀门定位器FY302根据系统的设定值和操作阈度，输出相应的模拟信号驱动控制阀，使系统的压力保持恒定；2个TT302温度变送器和现场总线（FF）到电流转换器FI302构成温度控制系统。TT302采集温度信号，并将其转换为符合FF协议的标准信号发送到FF现场总线网络中，现场总线（FF）到电流转换器FI302根据设定值和操作阈度，输出适当电流驱动可控硅，可控硅控制温度对象的输入电压，从而使温度对象保持恒温。这2个系统构成现场总线的H1网段。H1系统通过DF51网关与上位机相连。

2.2控制系统组态
系统的控制组态使用Smar公司推出的SYSTEM302系统。SYSTEM302是一套完整的现场总线控制方案，采用现场总线、Windows和OPC等先进技术，真正基于现场设备，系统可以处理各种信号，进行连续控制，离散逻辑控制和批处理控制，支持通过了基金会验证设备互操作性，真正实现了分布式控制。
使用SYSTEM302组态，首先要使用FBToolsWizard正确地设置网关，也就是H1网段与上位机之间的通信方式，以保证网关能够与上位机之间进行通信。SYSTEM302提供的接口方式有PCI和DFI302，此处使用DFI302。
在DF51处于正常的RUN状态，确认要使用的所有设备的DD安装完毕以后，才可以使用SYSTEM302的一个重要组成部分SYSCON进行系统的组态。SYSTEM302系统可以很方便地安装新设备的DD。在安装目录的DeviceSupport下建立该设备的活页夹，按照厂家提供的手册，添加该设备的ManufacturerID，DeviceType，EJADeviceType信息，同时在Standartini文件的ManufacturerByID部分添加该设备的ID。