Foundation field bus H1 Siemens

Обзор



В зависимости от предпочтений PROFIBUS PA или FOUNDATION Fieldbus (FF) H1 может использоваться в PCS7 для подключения датчиков и исполнительных механизмов.

Свойства FOUNDATION Fieldbus H1

В равной степени как и PROFIBUS PA, FOUNDATION Fieldbus H1 базируется на стандарте IEC 61158‑2. С использованием метода передачи MBP (Manchester Coded; Bus Powered), передача данных и питание узлов сети осуществляется через экранированный двухпроводной кабель. Скорость передачи составляет 31.25 Kbit/s.

На одном сегменте  сети может размещаться до 32 узлов (1 coupler + field devices).

Длина сегмента может составлять до 1900 m. При расчете полной длины сегмента следует учитывать кабели подключения самих устройст и качество испльзуемого кабеля. Кабели подключения устройств могут быть до 120м. В зависимости от их количества на один сегмент максимальная длина кабеля может быть короче (более детально в секции "Технические спецификации").

При использовании соответствующих барьеров, искробезопасные устройства могут использоваться с FOUNDATION Fieldbus H1 в опасных зонах. В таких случаях длина кабеля подключения устройства не может превышать 60м.

FOUNDATION Fieldbus H1 использует циклическую и асинхронную передачу данных. Критические к времени выполнения задачи, такие как сбор процессных данных, выполняются циклически по точному расписанию. Другие задачи, такие как диагностика, обслуживание и параметрирование, выполняются в асинхронном режиме.

Управление устройством с EDD

Полевые устройства, с точки зрения управления, различаются по нескольким критериям обработки данных: "device block" (специфическая для устройства информация), "function block" (реализованные функции), и "transmission block" (передача данных). Базовые функции устройств, например, аналоговый взод, цифровой выход и др, реализуются на основе стандартизированных функций и блоков передачи данных.

Fieldbus Foundation определяет описания базовых функций конкретных типов устройст с помощью EDD.

Описания устройстd интерпретируются с помощью SIMATIC PDM V7.0 и выше.

Локальное управление

Функциональные и блоки передачи данных могут объединяться для формирования контуров управления. При использовании с соттветствующим устройством, такое приложение работает независимо от системы управления и головного контроллера..

Отличительные характеристики

  • Передача питания полевым устройствам
  • Топология: шина, дерево, кольцо
  • Встраивание в опасные зоны искробезопасных устройств с сответствующими барьерами
  • Детерминированный цикл передачи данных
  • Стандартный шинный интерфейс и интеграция устройств посредством стандартизованных описаний
  • Поддержка "Локального управления"

Дизайн



Типовые прменения FOUNDATION Fieldbus H1

Полевые сегменты, которые используют FF маршрутизаторы между PROFIBUS DP и FOUNDATION Fieldbus H1, могут конфигурироваться следующим образом:

Линейная архитектура с одиночным соединителем (coupler)

FF полевые устройства объединяются в линейный сегмент посредством 8 активных полевых распределителей (AFD). Подключение устройств к AFDs осуществляется посредством защищенных от короткого замыкания отдельных кабелей. Линейный сегмент может соединяться с обычным или резервированным PROFIBUS DP посредством FF Link. Последний в сегменте AFD автоматически активирует сетевой терминальный резистор.

Линейная архитектура с резервированным соединителем 

Активный полевой распределитель (AFS) соединяется с резервированной парой соединителей (2 FDC 157) в FF Link, интегрируя таким образом линейный сегмент с распределителями. Соединители могут быть заменены во время работы. FF полевые устройства подключаютя аналогично описанному выше способу.

Кольцевая архитектура с соединителем и резервированием среды передачи

Максимальная надежность подключения достигается при использовании кольцевого сегмента FOUNDATION Fieldbus H1, который создается посредством резервированной пары соединителей (2 FDC 157) в FF Link. До 8 активных полевых распределителей (AFD) объединяют FF полевые устройства в кольцевой сегмент. В случае возникновения ошибок происходит автоматическая активация терминальных резисторов и переконфигурирование путей передачи данных. Расширение кольца и замена соединителей возможна в процессе работы.

Функции



Properties of the FOUNDATION Fieldbus H1

Like PROFIBUS PA, the FOUNDATION Fieldbus H1 is also based on IEC standard 61158-2. With MBP (Manchester coded Bus Powered) transmission technology, digital data is transmitted and power is supplied to the bus nodes on a shielded two-wire cable. The constant transmission rate is 31.25 Kbps.

Up to 32 bus nodes (1 coupler + field devices) can be operated on one fieldbus segment (typically 8 to 12 devices). The field devices are integrated into the fieldbus segment via active field distributors AFD4 and AFD8 (approval for Ex zone 2/22) as well as via AFDiS (approval for Ex zone 1/21). Intrinsically-safe FF devices connected via AFDiS active field distributors can be installed in hazardous areas in accordance with Ex zone 1/21 or 0/20.

The total length of the fieldbus segment is restricted to 1 900 m. If AFD4/AFD8 are used, the length of the spur lines for connecting devices and the quality of the cable used must also be considered when calculating the total length of the bus segment. Spur lines on the AFDiS are not relevant to the total length of the bus segment.

The spur lines can have the following maximum lengths:

  • Up to 120 m in accordance with IEC 61158‑2
  • Up to 60 m in accordance with IEC 60079‑27 (FISCO)

With AFD4/AFD8 active field distributors, the maximum values may be reduced depending on the number of spur lines of the bus segment (for details, see section "Technical specification"). With the active field distributor AFDiS, this reduction is canceled by the integrated repeater function.

The SIMATIC Fieldbus Calculator provides help in calculating and designing fieldbus segments:
http://support.automation.siemens.com/WW/view/en/53842953

The FOUNDATION Fieldbus H1 combines cyclic and acyclic communication. Time-critical tasks such as the transfer of process data are executed cyclically according to an exact processing schedule. On the other hand, non-time-critical information such as maintenance/diagnostics data, configuration or configuration data is transferred acyclically.

Device management with EDD

The field device data for the following block types are distributed according to the block model:

  • Device block (device-specific information)
  • Function block (implemented functions)
  • Transmission block (function for controlling input/output variables of a function block)

Fieldbus Foundation provides pre-defined device descriptions (standard DD) for the basic functions of specific field device types. The basic functions of the devices (e.g. analog input, digital output, etc.) are implemented by means of various standard function and transmission blocks.

The device descriptions are interpreted with SIMATIC PDM.

Control in the field

Function and transmission blocks can also be interconnected to form control loops. Together with suitable field devices, such a control application operates independent of the controller (automation system) of the control system.

Characteristic features at a glance

  • Bus power supply to the field devices
  • Topology: Line, tree, ring
  • Integration of intrinsically safe field devices in hazardous areas with barriers
  • Deterministic time response
  • Interoperability due to standardized bus interface and device integration with standardized device descriptions
  • Support of "Control in the field"

Интеграция



Интеграция в SIMATIC PCS 7

FOUNDATION Fieldbus H1 интегрируется в систему управления SIMATIC PCS 7 с использованием устройства связи с PROFIBUS DP. SIMATIC FF Link, включающий один или два соединителя в зависимости от выбранной архитектуры сегмента шины, служит маршрутизатором между PROFIBUS DP и FOUNDATION Fieldbus H1.

Инжиниринг FOUNDATION Fieldbus H1 сегментов осуществляется таким же образом ка и для PROFIBUS PA. Диагностическая информация и конфигурационные данные FF Link и FF устройств доступны посредством SIMATIC PCS 7 Maintenance Station. SIMATIC PCS 7 генерирует диагностические экраны автоматически.

Системные требования:

  • ПО SIMATIC PCS 7 V7.1+ SP2 или выше
  • SIMATIC PDM V7.0 или выше

Технические данные



FOUNDATION Fieldbus H1

Способ передачи

MBP

Скорость передачи

31.25 Kbit/s

Кабель

2-проводной экранированный

Топология

Шина, дерево, кольцо

Количество FF устройств на сегмент/FF Link

31

Количество AFDs на сегмент/FF Link

8

Max. потребление тока всех FF устройств

1 A

Длина кабеля на сегмент

1900 m

Длина кабелей подключения в зависимости от их числа

 

  • от 1 до 12 кабелей подключения

120 m

  • от 13 до 14 кабелей подключения

90 m

  • от 15 до 18 кабелей подключения

60 m

  • от 19 до 24 кабелей подключения

30 m

  • от 25 до 31 кабелей подключения

1 m