Foundation Fieldbus H1

Foundation Fieldbus H1
Информация о протоколе
Тип сети	Управление процессом
Физические носители	Витая пара, оптоволокно
Топология сети	Звезда, Автобус
Максимальное количество устройств	32 узла/сегмент
Максимальное расстояние	9500 метров с 4 ретрансляторами (в зависимости от минимального уровня сигнала и мощности, доходящей до полевых устройств)
Адресация устройства	Автоматически при подключении к сегменту
Руководящий орган	Группа ФилдКомм
Веб-сайт	www .fieldcommgroup .org

Foundation Fieldbus H1 — это одна из версий протокола FOUNDATION fieldbus . Foundation H1 (31,25 кбит/с) — это протокол двунаправленной связи, используемый для связи между полевыми устройствами и системой управления. Он использует либо витую пару, либо оптоволокно для связи между несколькими узлами (устройствами) и контроллером. Контроллеру требуется только одна точка связи для связи с 32 узлами. Это значительное улучшение по сравнению со стандартным методом связи 4–20 мА , который требует отдельной точки подключения для каждого устройства связи в системе контроллера.

Foundation Fieldbus H1 поддерживает искробезопасную проводку . В отличие от других протоколов, FOUNDATION H1 обеспечивает явную синхронизацию управления и связи для точно периодической (изохронной) связи и выполнения функций управления с минимальным временем простоя и джиттером. Он синхронизирует часы в устройствах полевой шины для поддержки планирования функциональных блоков и отметки времени тревоги в точке обнаружения.

Первоначальная концепция заключалась в подключении как можно большего количества полевых устройств к полевому соединению контроллера, ограниченного только уровнем сигнала.

Фонд ВШЭ

Foundation HSE — это технология сети управления, специально разработанная для автоматизации процессов для подключения устройств более высокого уровня, таких как контроллеры и устройства удаленного ввода-вывода, генераторы данных высокой плотности и т. д., а также для горизонтальной интеграции подсистем.

Foundation HSE основан на немодифицированном стандарте IEEE 802.3 Ethernet и, следовательно, совместим со стандартным оборудованием Ethernet. FOUNDATION HSE обеспечивает полное резервирование в стиле DCS с резервными сетевыми коммутаторами, резервными устройствами и резервными коммуникационными портами, гарантируя непревзойденную доступность. Foundation HSE также основан на стандартном IP, что позволяет ему сосуществовать с другими устройствами и обеспечивает совместимость со стандартными инструментами. На самом высоком уровне Foundation HSE включает стандартный прикладной уровень, который обеспечивает взаимодействие между устройствами, выходящее за рамки простого сосуществования, обеспечиваемого Ethernet и TCP/IP. Связь Foundation HSE осуществляется по расписанию, что позволяет минимизировать время простоя и дрожание благодаря поддержке одноранговой связи непосредственно между устройствами. Опять же, строгая программа тестирования совместимости гарантирует качество связи.

Топология Ethernet типа «звездочка» позволяет очень легко добавлять и удалять устройства, не нарушая действующую сеть. Поскольку Foundation HSE основан на немодифицированном Ethernet, для квалификации установки, тестирования и устранения неполадок можно использовать стандартные инструменты Ethernet. Эти инструменты ускоряют решение проблем со связью. Foundation HSE поддерживается улучшенными инструментами устранения неполадок, недоступными для RS485 и коаксиала. Поскольку Foundation HSE основан на UDP и TCP, можно использовать стандартные инструменты управления сетью, использующие SNMP, RMON и т. д. Аналогично используется знакомая IP-адресация, включая поддержку DHCP.

Параметры

Длина линии связи может составлять 1900 метров без ретрансляторов или 9500 метров с использованием до четырех ретрансляторов.

Методы связи

Поддерживаемые методы связи:

• Клиент/Сервер

Отношения виртуальных коммуникаций клиент/сервер (VCR) Тип используется для очереди, незапланированной, инициируемой пользователем связи один к одному между устройствами на полевой шине. В очереди означает, что сообщения отправляются и принимаются в том порядке, в котором они были переданы для передачи, в соответствии с их приоритетом, без перезаписи предыдущих сообщений.

• Издатель/Подписчик

Тип VCR издателя/подписчика используется для буферизованной связи «один ко многим». Буферизация означает, что в сети сохраняется только последняя версия данных. Новые данные полностью перезаписывают предыдущие данные.

• Распространение отчетов

Тип VCR распространения отчетов используется для связи в очереди, незапланированной связи, связи, инициируемой пользователем, а также связи «один ко многим».

Использовать

Этот протокол в основном используется для аналоговых и дискретных устройств управления технологическими процессами. Основным преимуществом является конфигурация с использованием концепции функциональных блоков.

Источник питания

Большим преимуществом Foundation Fieldbus является то, что он позволяет передавать питание по коммуникационной шине на управляемые устройства, для этого требуется источник питания Foundation Fieldbus. Источники питания обычно являются резервными с номиналом 32 В постоянного тока и током 500 мА и обычно устанавливаются в распределительном шкафу или системном шкафу в диспетчерской.

Прекращение действия

Для правильной работы каждому сегменту полевой шины требуется ровно два терминатора. Терминаторы спроектированы так, чтобы быть эквивалентом 100 Ом последовательно соединенных конденсатора емкостью 1 мкФ и резистора сопротивлением . Терминаторы служат нескольким целям, включая шунтирование тока полевой шины (связь между устройствами) и защиту от электрических отражений. Основная функция терминаторов — действовать как токовый шунт для сети управления. Связь по полевой шине осуществляется за счет того, что полевое устройство модулирует потребляемый ток. Когда устройствам необходимо передать данные, устройства FF будут действовать как приемник тока. Устройства будут потреблять меньший ток, чтобы представить высокий сигнал (1, единица), и потреблять больше тока, чтобы представить низкий сигнал (0, ноль). Поскольку модулирующий ток устройств FF составляет от 15 мА до 20 мА от пика до пика, в то время как модулирующее напряжение в шине, вызванное этим модулирующим током, находится в диапазоне от 0,75 В до 1 В от пика до пика. Эти 0,75 и 1 В являются просто результатом 15 мА x 50 Ом, что равно 0,75 В, и 20 мА x 50 Ом, что равно 1 В. Резистор 50 Ом эквивалентен двум параллельным резисторам терминатора FF. Поскольку все устройства используют один и тот же кабель, только одно устройство может передавать сообщение в любой момент времени. Без надлежащего количества терминаторов уровень сигнала будет выходить за пределы спецификации и может привести к нарушению работы сети.

Другая функция терминатора — уменьшение влияния электрических отражений.

Искробезопасная полевая шина

На рынке существует несколько искробезопасных технологий Fieldbus. Наиболее часто используются:

• Концепция барьера сущности

В этой конструкции использована концепция нормальных полевых барьеров, которая успешно используется в мире аналоговых сигналов (4–20 мА). В этих барьерах используется надежный резистор (проволочный), стабилитроны и плавкий предохранитель, а также требуется хорошее искробезопасное заземление. Хотя этот барьер ограничивает энергию, достаточную для зоны 0/1 всех газовых групп (класс I раздел 1, все газовые группы), он обеспечивает только 80 мА для сегмента полевой шины. По оптимистическим прогнозам, это может обеспечить питание только четырех устройств Fieldbus, каждое из которых обычно потребляет ток 15–26 мА. Концепция барьера Entity безопасна, но ее ограничения по малой мощности и технические требования фактически сводят на нет многие преимущества использования шинной технологии.

• НАЛОГ

Концепция искробезопасности полевой шины (FISCO), которая была впервые разработана PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, национальным метрологическим институтом Германии) как метод обеспечения более высокой мощности сегмента полевой шины в опасных зонах. Концепция FISCO рассматривает всю цепь сегмента Fieldbus. Максимальная общая длина кабеля в системе FISCO составляет 1 км в газовых группах A и B (IIC) и 1,9 км в газовых группах C и D (IIA и IIB), а максимально допустимая длина ответвления (длина от распределительной коробки сегмента/ протектор) составляет 60 метров для газовых групп от A до D (IIC, IIB и IIA). Дополнительные ограничения также накладываются на стабилизаторы питания, т. е. в источниках питания FISCO не допускается использование резервных стабилизаторов питания с разделением нагрузки.

Сертификация устройств по стандарту перед внедрением позволяет интегрировать их в системы без соблюдения инженерных требований, необходимых для подхода Entity. Это позволяет источникам питания FISCO генерировать больше энергии (и разрешать большее количество устройств на сегмент), чем решение с барьером Entity. Узким местом этого решения является то, что оно требует, чтобы каждая часть системы, включая устройства, кабели и стабилизаторы питания, соответствовала требованиям FISCO, а также строго соблюдались правила проектирования и установки FISCO. Несмотря на то, что он обеспечивает большую мощность, чем подход с барьером объектов, система все же может поддерживать только четыре-пять устройств на сегмент, поскольку ток магистрали ограничен 115 мА.

• HPT с полевыми барьерами

Более последним усовершенствованием для искробезопасных приложений является магистраль высокой мощности (HPT) с полевым барьером (FB), который ограничивает мощность на отводе, а не на магистрали. Этот метод существенно меняет уравнение для конечных пользователей Fieldbus в опасных условиях. Это увеличивает объем доступной мощности и, следовательно, количество подключенных устройств в сегменте. Это также позволяет конечным пользователям максимизировать длину магистральных кабелей без ограничений концепции FISCO/Entity Barrier.

Хотя модель HPT действительно обеспечивает некоторые существенные улучшения (500 мА в сегменте Fieldbus), она не лишена и недостатков. Полевой барьер, по сути, представляет собой изолированный стабилизатор напряжения на базе поля. Таким образом, даже несмотря на то, что сегмент может питаться от резервных стабилизаторов питания с разделением нагрузки на хосте, практическое значение MTBF (среднее время до отказа) по-прежнему соответствует значению одного стабилизатора питания, поскольку большинство полевых барьеров не являются резервными.

• Искробезопасный магистральный канал высокой мощности/Искробезопасный магистральный канал высокой мощности (HPIST)

Технология High Power IS Trunk (HPIST) обеспечивает повышенный уровень безопасности и простоту установки, а также возможность использовать ее для всех устройств (FISCO и Entity), а также опасных зон и подразделений. Он подает искробезопасное питание силой около 350 мА на сегменты, расположенные в опасных зонах.

Это достигается за счет использования конструкции с разделенной архитектурой, при которой часть барьера размещается в изолирующей плате, расположенной в безопасной зоне (стойка источника питания), а другая часть - в каждом отводе соединителей/сегмента устройств, монтируемых на месте эксплуатации. Барьер в изоляторе позволяет пропускать ток 350 мА через сегмент до ответвления/распределительной коробки по магистральному кабелю. Поскольку используются непогрешимые резисторы, устройства из Зоны 0/1 или 2 могут быть подключены напрямую. Имея ток 350 мА, теперь пользователи могут подавать питание до 16 устройств Fieldbus (20 мА каждое) на расстоянии 500 м, сохраняя при этом искробезопасность.

Разработка

Этот протокол разработан, усовершенствован и поддерживается FieldComm Group.

См. также

• Компьютерные сети
• Информатика

Внешние ссылки

• http://www.fieldbus.org/
• http://www.pepperl-fuchs.com
• [1]
• [2]