Universidad de Santiago de chile

Ingeniería Eléctrica

Foundation Fieldbus Network

Prof.: Manuel Valenzuela Ponce

Alumnos: Daniel Muñoz

Osvaldo Cabello

2010

Red Fundacion Bus de campo

La Fundación Fieldbus es el consorcio no lucrativo responsable para el apoyo y las especificaciones técnicas para Fundación Fieldbus. Las especificaciones de la Fundación Fieldbus están basados en S50.02 estándar ISA/ANSI y Tipo 1 de IEC 61158, los estándares fieldbus. Es importante notar que los estándares definen exigencias de comunicaciones y métodos, pero no definen una realización. Fundación Fieldbus es una implementación de estos estándares para una particular aplicación, y sólo es la especificación para esta implementación. Los fabricantes todavía tendrán que decidir sobre el diseño de las interfaces, y otros ítems en torno a las especificaciones de los productos finales del estándar de la Fundación Fieldbus. Finalmente, desde la Fundación Fieldbus, se requiere que los fabricantes aseguren, a través de pruebas la de conformidad, la interoperabilidad entre los equipos.

HISTORIA

En 1985, el comité de estándares de ISA SP50 reunido para considerar la futura estandarización de la relación digital necesaria que sustituya la vieja señal análoga 4–20 mA. Para entonces, los miembros del comité eran conscientes que cada compañía de instrumentación estaba en el proceso de considerar un único enlace de comunicación. Sólo pareció que desarrollando una relación común, como un estándar internacional, tenía más sentido económico, que cada proveedor desarrollara su propio canal de comunicación. Entonces, esto parecía a una tarea relativamente simple, que debería tomar sólo un par de años. Pero ellos no podían saber lo que iba pasar.

El primer esfuerzo de estandarización SP50 fue crear una especificación funcional. Produciendo este documento, se hizo obvio que había problemas en el tendido de cables físico, como suministro de energía y seguridad intrínseca a el los datos alambran para aplicaciones de control del proceso de producción que tuvieron que ser separado de las funciones de protocolo más convencionales. El el comité hizo esto definiendo dos juegos muy diferentes de exigencias de red: H1, para instalación en el piso de planta como un reemplazo digital para 4–20 transmisión de corriente continua mA, y H2, una velocidad más alta, red "de columna vertebral" para unir los segmentos de H1 el uno al otro y recibir sistemas. El comité podría no piensan en un nombre propio para esta clase de la clasificación de aplicación entonces el "H" en H1 y H2 significa "el Trozo". H1 fue definido por poco para el control del proceso de producción: 4–20 reemplazo mA incluso el rasgo deseable de instalación de los nuevos instrumentos digitales que directamente sustituyen existencia 4–20 análogo mA instrumentos que retienen el alambrado existente. Límites de los intrínsecos la seguridad y la entrega de poder obligaron segmentos de H1 a tener pocos nodos y una velocidad bastante baja. La velocidad también era el resultado de compromiso con las exigencias funcionales para proceso control.

Uno de los debates tempranos en discusión del reconocimiento médico la capa era: Va Fieldbus llevar la 4-20 señal de mA tradicional especificado por ISA S50.1, el estándar original para señal análoga ¿transmisión? El análisis final consistía en que llevar un análogo la señal requeriría que la velocidad de transmisión digital sea más despacio. El comité decidió que reducción de la velocidad de la transmisión de información digital era inaceptable sólo para conservar compatibilidad con versiones anteriores con transmisión análoga. El fieldbus digital representa una ruptura limpia con

la tecnología previa excepto el plan de alambrado. H2 tenía ofertas de varios grupos, cada uno de los cuales tenía construido una red similar con aproximadamente las mismas velocidades nosotros el pensamiento H2 necesario. Además de la necesidad de H2 como el columna vertebral para H1, varios PLC (regulador lógico programable) los proveedores también añadieron a las exigencias funcionales H2. Entonces, se consideró que H2 correctamente configurado satisfaría a proveedores PLC para sus necesidades de red comunes para la entrada/salida remota (entrada-salida) y la red de datos necesita como

bien. Los estándares de ISA S50.02 fueron completados hacia 1993 y el ciclo de 7 años para estándares internacionales había comenzado.

La Fundación de Fieldbus fue formada en 1994 de dos anterior organizaciones competidoras cuando proceso situado en Estados Unidos principal controle a usuarios finales hechos esto muy claro para sus proveedores que ellos no quisieran dos redes competidoras diferentes para control del proceso de producción. Una organización, ISP (Sistemas Interoperables Proyecto), había hecho ya algún progreso que basa su trabajo de la capa física S50, pero capas superiores PROFIBUS. El otro grupo era Norteamérica WorldFIP, que favoreció el uso del estándar fieldbus lleno y usado ambo su reconocimiento médico y capas de enlace de datos. Los usuarios también lo hicieron sabido que ellos tenían tiempo invertido y esfuerzo en el estándar de ISA S50.02 Fieldbus, y esto es a qué ellos quisieron y esperaron a sus proveedores entregar. La Fundación Fieldbus recién constituida empezada a escriba una especificación de realización alrededor de la versión H1 de S50.02 para satisfacer a los usuarios de control del proceso de producción. Esta especificación, Fundación llamada Fieldbus, fue completada en 1996 y liberada a todas las compañías miembros de la Fundación. Fue fuertemente orientado a la solución del lazo 4-20 mA, problema de reemplazo de corriente continua mA para proceso instrumentación de control y sistemas de control. En 1998, el La Fundación de Fieldbus completó el trabajo de pruebas de conformidad para H1 y anunciado su programa "de Registro". Instrumentación los proveedores presentan sus instrumentos para una suite de interoperabilidad probando, y si ellos pasan estas pruebas rigurosas, ellos recibirá una Señal de Registro de Fundación: La Fundación de Fieldbus no había resuelto la red H2 cuestiones. Ninguna de las compañías de miembro quiso invertir el tiempo y esfuerzo de preparar especificaciones de realización para cualquiera de las versiones de H2 recomendada por el estándar S50.02. Ellos los sintieron para ser demasiado limitados, demasiado lentos, y también caro. A principios de 1999, el Comité de Dirección de Fundación tomado la decisión para crear una especificación de realización para H2 basado en uso de los comerciales disponible rápido (100 Mbps) Ethernet porque era ilimitado, barato, y más que bastante rápido. El proyecto fue completado en 2000 con la liberación de una especificación de realización para Fundación Fieldbus HSE (Ethernet rápida). Con la finalización de HSE y productos que comienzan a aparezca en el mercado, la arquitectura de dos niveles llena de S50.02 ha sido completado, aunque con una combinación física / combinación de enlace de datos no contemplado en 1993. HSE exige el uso de el dúplex total cambió Ethernet, que sí mismo lleva a cabo a corrección muy sutil "a la vieja" eliminación de Ethernet de colisiones por el uso de parachoques activos en los interruptores. La eliminación de colisiones sí mismo hace Ethernet totalmente determinista, y quita la longitud de mensaje mínima molesta la exigencia que era necesaria para permitir que tiempo descubra colisiones en cables largos. Ahora el H2 puede ser puesto en práctica con cualquier variedad de aparato de Ethernet incluso repetidores y sobre todo con cualquiera de las extensiones de cable de Ethernet ópticas por la fibra encontrado en catálogos de comunicaciones. Esto es muy importante como una de las aplicaciones primarias para H2 es el reemplazo de “la carrera de casa” cable que une instrumentación de campaña con el sala de control. Un cable de

fibra solo con HSE se puede extender en 6 kilómetros en longitud, para unir muchos miles de instrumentos H1 en el campo.

Figura 4.12ª Arquitectura de la Fundación Fieldbus.

La figura 4.12a muestra la arquitectura para el lleno Fundación de dos niveles Fieldbus que se conforma con el S50.02 especificación, pero con HSE sustitución de uno de H2 estándares capas físicas. La arquitectura de dos niveles de la Fundación Fieldbus es diseñado para apoyar control en el dispositivo de campaña tal como el válvula de control positioner e instrumentación de campaña. La arquitectura hasta la cascada de apoyos controla relaciones entre el campo dispositivos y lazos de control en reguladores dedicados, dondequiera que ellos están localizados. Finalmente, la arquitectura apoya el control

sólo en dispositivos de campaña sin la sala de control el equipo debería esto ser requerido.

Finalmente, el interfaz entre Fundación Fieldbus y los sistemas de control son definidos muy sueltamente en el estándar S50.02, on sólo las funciones en la capa de aplicación definida por las especificaciones de Fundación Fieldbus. Interoperabilidad de los sistemas de anfitrión son definidos ahora por una prueba llamada HIST (Anfitrión

Prueba de Apoyo de Interoperabilidad), una especificación del Fieldbus Fundación. Los sistemas que pasan HIST son registrados con el la fundación y con la mayor probabilidad funcionará bien con el arquitectura de dos niveles llena de Fundación Fieldbus.

BASADO EN ISA/ANSI S50.02 E IEC 61158 ESTÁNDARES

ISA (Instrumentación, Sistemas, y Sociedad de Automatización) es un cuerpo que hace los estándares y funciona conforme a reglas de ANSI, que por su parte siguen las reglas para estándares internacionales establecido por las Naciones Unidas. El estándar S50.02 era completado en 1993 y sostenido para coordinación con el internacional (IEC) estándar durante varios años. Finalmente, el IEC estándar internacional 61158 fue completado al final de 1999 y esto contiene el estándar de S50.02 total como uno de ocho tipos.

Como mencionado anteriormente, un estándar no es una descripción o especificación de una realización. El objetivo de un estándar debe dar un juego de exigencias y una metodología en bastante detalle aquella conformidad a la metodología puede ser medida. S50.02 y el Tipo correspondiente 1 de IEC 61158 son tal exigencias y documentos de metodología. La capa física, la capa de enlace de datos, y la capa de aplicación de la ISO 7498, la pila de siete capas, está totalmente especificada en este formato. Cuando el estándar de IEC, en esta forma, fue sometido a votación, fue derrotado porque los intereses de los proveedores fuertes e influyentes, eran enormes, debido a que la aprobación de tal documento, haría que sus buses de comunicaciones digitales existentes quedaran obsoletos. El compromiso debía permitir a algunos proveedores que activamente participaban, incluir en los documentos especificaciones que le permitieran a los buses de comunicaciones digitales existentes y de uso popular, permanecer en el tiempo. Con este compromiso, el estándar de fieldbus pasó a nivel de internacional.

Esto ahora da a cada tipo, el reconocimiento como un estándar internacional, sino también lo hace más difícil de cambiar, cuando es un estándar. La tabla 4.12b da el origen de cada uno "de los tipos" de IEC 61158 estándares fieldbus. Note que hay una diferencia entre Tipo 1 y Tipo 5 en términos de su apoyo y la misma naturaleza de este estándar.

ARQUITECTURA DE FIELDBUS

La Fundación Fieldbus es una arquitectura de bús de dos niveles:

1. H1 es el bús bajo que interconecta instrumentos de campo.

2. H2 es el bús de alto nivel que interconecta segmentos de H1 y conecta con servicios de nivel del Host (anfitrión).

Tanto los niveles de bús dirigen el mismo protocolo como realizan el mismo servicios. Sólo era la realidad eléctrica de ser 4–20 mA

El reemplazo de corriente continua que ha requerido esta arquitectura de bús de dos niveles. Las diferencias básicas son encontradas en la capa física, aunque las capas de enlace de datos también sean completamente diferentes. La arquitectura del bus es probablemente la diferencia más grande entre Fieldbus de Fundación y el estándar S50.02 en el cual está basado. En S50.02, el bús H2 era diferente delbús H1 sólo en la capa física. La capa de enlace de datos era idéntica para tanto H1 como H2. La división arbitraria de funcionalidad de autobús a lo largo de las líneas de diferencias en la capa física también es encontrada en otras estructuras de bús de automatización, como la división entre PROFIBUS-PA y PROFIBUS-DP. Sin embargo, el estándar S50.02 subyacente no requiere este autobús dual estructura, esto sólo lo permite.

Cuando la Fundación Fieldbus decidió basar su H2 bús en Ethernet rápida, varios compromisos eran necesarios. El uso de Ethernet dentro de la arquitectura de bús H2 destinado que una capa de enlace de datos y reconocimiento médico única ya no fuera posible cuando aquellos de Ethernet estarían usados. La decisión fue hecha, sin embargo, capturar toda la funcionalidad de capa de enlace de datos por realización de una suite de protocolo completa la utilización del TCP/IP (protocolo de protocolo/Internet de control de transmisión) órdenes de pila.

El alcance de S50.02 y Fundación Fieldbus es mucho más que simplemente para sustituir el análogo 4–20 transmisión de corriente continua mA señal con un camino de datos digital. La misión era a totalmente permita el control en la instrumentación de campaña inteligente y elegante accionadores. Uno de los problemas fieldbus tuvo que solucionar era el problema de control de cascada — como unir funciones de control entre estaciones diferentes o nodos de la red fieldbus. No es bastante simplemente para unir datos entre los elementos de un esquema de control de cascada, los datos deben ser puestos a disposición con la misma clase de sincronización que el lazo de control tendría si fuera puesto en práctica en el regulador de un DCS (sistema de control distribuido). En otras palabras, Fundación Fieldbus es diseñado para el control en dispositivos de campaña — el muy mismas clases del control que han sido puestas en práctica en la neumática, electrónica análoga, DDC (control digital directo) ordenador control, y en DCS. La complejidad del fieldbus la capa de enlace de datos es todo diseñada para poner en práctica el lazo final crítico controle como si no fuera distribuido. Además, el la complejidad es diseñada para ser escondida del usuario final y dejado a los proveedores que construyen a éstos control de cascada complejo lazos con partes en dispositivos de campaña y otras partes en reguladores dedicados. La complejidad de Fundación Fieldbus el control de campaña es conseguido con una capa encima de la aplicación capa llamada “Capa 8” o la capa de usuario.

El edificio primario el bloque de la capa de usuario es el "bloque de función predefinido,” a término común en sistemas de control del proceso de producción desde el concepto “del bloque el control esquemático” 1 fue inventado por George Woodley de la Compañía Foxboro en 1966 y

primero puesto en práctica en el ordenador PDP-7. Obstrúyase el control esquemático está basado en el diagrama de control familiar a cursos de libro de texto en control del proceso de producción y teoría de servomecanismo. La asunción es que el proceso sí mismo es controlado por un juego de variables manipuladas y también responde a entradas de factores incontrolados o ambientales esto, o puede no, puede ser medido. Hacemos al otro la asunción que el control estable del proceso puede ser llevado a cabo por el proceso de regulación de éstos manipuló variables usando PID de tres términos convencional (/proporcional integral/derivado) regulador con reacción de el variable controlada. Cuando las variables incontroladas tienen a efecto significativo en la estabilidad del proceso, y ellos pueden sea medido, feedforward control también puede estar usado asumiendo que el proceso pueda ser modelado con relativamente simple digital las simulaciones de un plomo/retraso dinámico funcionan con quizás a función de tiempo improductivo. Los esquemas de control, llamados estrategias, pueden sea construido construyendo gráficamente los diagramas de lazo de control con un formato especificado por Instrumento ANSI/ISA-5.4-1991- Diagramas de Lazo. ”Vendedores de Fundación instrumentos de Fieldbus y los sistemas suministran la estrategia que construye el software basado en estos diagramas gráficos. Con Fundación instrumentación de Fieldbus, control elegante válvula positioners, y paseos de motor de velocidad variable inteligentes conteniendo bloques de función, ambo acondicionamiento de señal y final los mandos de lazo son movidos del regulador DCS. Con H1 terminándose en un regulador, cada segmento de H1 se termina de 2 a no menos de 32 instrumentos en una sustitución de interfaz digital de 2 a 32 terminaciones análogas. Cuando Fundación Fieldbus HSE es usado para tender un puente sobre segmentos de H1, hasta las terminaciones H1 en reguladores ya no no son necesarios. Además, hay muchos sistemas de control simples que no necesitan a un regulador DCS en todos. Sin embargo, para muchos complejo los feedforward controlan lazos y para ingenieros de control más conservadores, considerables el control seguirá siendo adjudicado a reguladores DCS para muchos años. El efecto económico es inevitable, sin embargo; movimiento de los mandos de lazo finales y los interfaces análogos del regulador DCS reduce el coste del control total sistema y aumentos su interpretación.

Capa Física

El ANSI/ISA 50.02 e IEC 61158 estándares de la Parte 2 son seguidos tanto por la Fundación Fieldbus como por PROFIBUS-PA, en orden de sustituir el lazo de 4–20 mA, conexiones de corriente continua por un moderado enlace de datos digital bidireccional que puede apoyar seguridad intrínseco y poder de suministro de energía hacia los instrumentos de campo usando el típico el cable de instrumentación, antes usado para instrumentos análogos. Este enlace de datos fue explícitamente diseñado para funcionar en la más alta la velocidad, se pensó posible en 1990 con las conexiones de energía, la seguridad intrínseca, la distancia, y para el tipo de alambre especificado. La velocidad especificada es de 31,250 Kbps. Si una señal análoga había sido especificada, la velocidad de transferencia de datos habría sido enormemente reducida, entonces la opción análoga no fue incluida. Uno de los criterios de diseño debía usar el convencional cable análogo de instrumento, par protegido enroscado (STP), cable terminado en los extremos con capacitancia de cable, resistencia, y propiedades dieléctricas todos afectan la longitud máxima, velocidad, y relación señal/ruido. Habría sido posible permitir la velocidad para variar con características de cable, pero los estándares el comité decidió fijar la velocidad y trabajo contra un máximo especificación de longitud y establecer reglas para la terminación del cable y su topología. De hecho, experimentación considerable ha demostrado la naturaleza muy conservadora de los estándares y la Fundación especificaciones de Fieldbus basadas en éstos estándares. Ha sido por lo general posible exceder el máximo longitud de cable en más del 100 % sin afectar su

funcionamiento o incrementar los errores detectables usando la resistencia baja (un diámetro más grande) alambre con capacitancia baja. Tal alambre es hecho por varios proveedores de cable y vendido como alambre de "Fieldbus". El original especificaciones tanto en los estándares como en la Fundación Fieldbus especifique un número muy conservador para el intrínsecamente los instrumentos de campaña seguros que pueden ser terminados en una Fundación sola Fieldbus H1 segmento. Estas especificaciones están basadas en el caso peor empate corriente por cada unidad. De hecho, cada unidad tendrá un caso peor verdadero el empate corriente especificó que es típicamente más abajo lo que la asunción sobre cual el estándar estaba basado. Un cambio muy reciente llamó las especificaciones FISCO ha sido aceptado por los comités de estándares y es ser escrito en los estándares y en la Fundación Fieldbus especificaciones. Ha estado en el uso por el PROFIBUS-PA para varios años. Los cambios de FISCO permiten el empate corriente actual para cada nodo para ser usado para calcular el empate corriente total para cada segmento de H1, y el total no deben exceder el anterior empate corriente asumido. El efecto neto consiste en que el máximo el número de estaciones para un segmento de H1 intrínsecamente seguro puede sin peligro sea aumentado de aproximadamente 4 a 6 nodos a un más realista 10 a 14 nodos sin afectar negativamente seguridad intrínseca. El concepto "de autobús" para la Fundación Fieldbus es seguido, y en efecto puede ser alambrado como un autobús multidejado caer con espuelas como ilustrado en la Cifra 4.12c.

En diseños de planta prácticos, sin embargo, el alambrado de autobús a menudo es poco práctico por motivos de mantenimiento. Por lo tanto, la Fundación Fieldbus alambrado de especificaciones asegura una forma "cubo y habló" del alambrado, que el comité de estándares referido como un "chickenfoot", ilustrado en la Cifra 4.12da. El cubo del chickenfoot es una caja de conexiones donde poder de autobús es por lo general suministrado. ¿Cuánto puede un H1 fieldbus segmento ser? El original las especificaciones pidieron la longitud de cable máxima de 1600 m, que combinado con los problemas de capacitancia antes célebre, la velocidad seleccionada, la resistencia de alambre, y el relación señal/ruido esperada de la forma de onda de modulación, era un diseño completo. Obviamente, uso de una capacitancia inferior y el alambre de resistencia inferior tiene un efecto deseable del aumento longitud de cable máxima. Varios experimentos han mostrado esto el uso del cable fieldbus de varios proveedores permite el máximo longitudes de cable dos o tres veces la longitud especificada. También es posible introducir a repetidores fieldbus para aumentar longitud de autobús. Un repetidor fieldbus puede ser una señal análoga simple el amplificador que puede ser esperado aumentar la longitud de cable en 50 al 100 %, pero sólo puede ser repetido un máximo de dos veces antes de que la señal sea deformada demasiado para la interpretación sin error. Un repetidor digital más caro también puede estar usado para doblar la longitud máxima de cable cada vez la señal es repetido. Finalmente, las tardanzas introducidas por almacenar en un buffer y la repetición digital causará condiciones de intervalo de espera en esto segmento de autobús. Finalmente, varias exofertas de cable ópticas por la fibra pueden esté usado tanto para aumentar la longitud de autobús como proveer galvánico aislamiento entre aviones de base de planta. Convencional 50/62.5/125 cables de fibra de multimodo de μm usando emisión de la luz el diodo (CONDUJO) las fuentes permitirán varios kilómetros para cada uno segmento de fibra a coste modesto. Uso de telecomunicaciones grado 5 fibra de monomodo m con fuentes de láser actualmente permite más de 100 kilómetros para cada� segmento, y luz pasiva amplificadores para distancias largas, pero a coste prohibitivo para industrial automatización.

La Fundación Fieldbus H1 fue diseñada para la instalación en un ambiente del ruido eléctrico alto. Durante el diseño de el estándar, varias formas de onda fueron probadas para ver como ellos sobrevivido el ruido en el corazón de un tren de laminaje de acero con miles de caballo de vapor de corriente alterna sincrónica, cepillo de corriente continua motores, y motores de inducción de corriente alterna. La sobrevivencia de forma de onda mejor en este ambiente era la onda trapezoidal especificada en los estándares fieldbus y la Fundación especificaciones de Fieldbus. Además, Manchester biphase codificación es especificado de modo que el ruido de impulso común pueda ser rechazado. El Manchester biphase codificación de requerido en el estándar requiere que el símbolo binario (0 o 1) realmente cruce el cero voltaje dos veces a fin de ser descubierto. La cifra 4.12e ilustra la forma de onda trapezoidal y modulación de la señal para Fundación Fieldbus H1 La Fundación Fieldbus HSE está basada en estándar, disponible 10/100BaseT Ethernet. Los libros enteros han sido escritos en la construcción de redes de la red de área local (LAN) industria. Esto también puede ser relacionado con la óptica de fibra, donde es llamado 10/100BaseFx. El 10/100BaseT Ethernet es la conexión normal con Internet también, permitiendo mensajes de HSE cruzar Internet tan fácilmente como el alambrado local. Otra vez, muchos libros han sido escrito en fabricación de tales redes tanto robustas como seguras. Escriba a máquina 5 de los IEC 61158 estándar y la Fundación Los Fieldbus HSE especificaciones no especifican nada en absoluto sobre la capa física HSE. Ya que estos documentos eran escrito, hubo un cuerpo de trabajo para especificar

modesto mejoras a los medios de Ethernet para calificarlo de uso en la fábrica. Este trabajo aparece como EIA/TIA 42.9 estándares.

El EIA/TIA especifica la Categoría 5 cable para el uso en 10/10/ 100BaseT tendido de cables de Ethernet. Una nueva especificación de cable llamó La categoría 5E ha sido definida para el uso en ambientes de fábrica y es recomendado para toda la automatización industrial aplicaciones. Además, EIA/TIA 42.9 especifica a ligeramente la forma de ruggedized del RJ-45 tapa/levanta la combinación para mamparo de cable y aplicaciones ambientalmente sensibles. Esto también especifica un M12-estilo enchufe/gato redondo para aplicaciones de vibración alta que también requieren ambiental protección. Las conexiones inalámbricas para la Fundación Fieldbus todavía no son ser ofrecido, pero parecen ser interesante para un significativo número de usuarios. La mayor parte de la discusión de radio actualmente está relacionado con el uso de Ethernet inalámbrica, o IEEE 802.3b, para ser usado en aplicaciones donde el cable de Ethernet es necesario, pero puede esté difícil o poco práctico para correr, por ejemplo, cruzándose a carretera pública. No está más allá de la comprensión para formas de radio para ser usado para unir instrumentación de campaña por otra parte la utilización de Fundación Fieldbus H1, pero encontrando una fuente de eléctrico el poder para el instrumento de campaña sería necesario. Todo se esperaría que estas aplicaciones inalámbricas usen la Fundación Fieldbus HSE.

Una tecnología emergente conveniente para conexión de instrumento de campaña es Bluetooth, pronto para ser estandarizado como IEEE 802.15a. La petición de Bluetooth es que es diseñado para bajo consumo de poder, está usado en el mercado comercial en miles de unidades, usa un interfaz rápido que corrige el error, y es diseñado para funcionar en la presencia del ruido eléctrico alto. La aplicación a Fundación conexiones de Fieldbus como un nuevo la capa física no es ofrecida actualmente por ningún proveedor. Si el el problema del poder eléctrico en el instrumento de campaña es solucionado económicamente, entonces la tecnología de Bluetooth puede estar acostumbrada una instrumentos de campaña sin alambres.

Capa de Enlace de datos

El estándar S50.02 proporciona métodos que apoyan tres diferente arquitecturas para compartir tráfico de datos en el bús:

1. Master/slave (también llamado Polling (sondeo)). Una estación maestra continuamente pregunta a cada estación de esclavo por nuevos valores.

2. Passing Token (Paso de Testigo). Las estaciones en el bús reciben el Token (Testigo) por un período de tiempo predefinido y luego pasan el Token a la siguiente estación, en un orden declarado, de modo que todas las estaciones puedan usar el bús durante un breve tiempo.

3. Arbitraje de Bús. Determina que estación será el maestro de bús después y durante algún período de tiempo y según un conjunto de reglas establecidas.

Hay que notar que la capa de enlace de datos por la Fundación Fieldbus H1 proporciona muchas funciones normalmente asociadas con Capas de protocolo de ISO 3 a 7. Esto fue hecho a propósito para evitar las ineficiencias de separar estas funciones en muchas capas de software. Cuando la Fundación Fieldbus HSE fue creada, todavía se requería que esto realizara las funciones idénticas de H1, pero no fue puesto en práctica en la capa de enlace de datos. La discusión siguiente de la relación planificador activo (LAS) y se publican/suscriben son tan apropiados para HSE como ellos son para H1, pero son puesto en práctica diferentemente por las funciones del TCP/IP suite de comunicaciones. La Fundación aplicación de Fieldbus la capa, sin embargo, es idéntica tanto para H1 como para HSE de modo que el el usuario no tiene que estar preocupado por la tecnología usada en capas 2 a 6.

Cronograma de Enlaces Activos

Fieldbus usa una combinación de arbitraje de bús y token delegada para compartir el uso del segmento de fieldbus. Cada segmento de Fieldbus requiere al menos un LAS, que es el árbitro de bús. Cada uno la estación que tiene que transmitir un mensaje notifica el LAS que esto necesita el autobús, y el LAS concederá aquella petición según al conjunto de reglas establecido para aquel segmento de autobús. A menudo, allí será más de un LAS en cada segmento de autobús, donde el primero LAS para comenzar a comunicarse será el maestro. Todos otro LA CHICA supervisa el comportamiento del maestro LAS, y si vacila, segundo LAS para comenzar a comunicarse asumirá como el maestro de autobús. Un LAS también puede transferir mastership al otro

LAS utilización del método de paso de señal. El uso del LAS es similar en la Fundación Fieldbus y WorldFIP, pero ningún otro bús de comunicaciones común. Utilización el arbitraje de bús vence una de las debilidades de ordinario el paso simbólico, la recuperación de señales perdidas que sólo no ocurren en Fundación Fieldbus. Arbitraje de bús permite Fundación Fieldbus para programar a los sostenedores simbólicos durante exactamente el tiempo ellos necesitan y entonces ellos lo necesitan. Esto puede ser llamado “señales elegantes” a diferencia del paso simbólico ciego de otro los buses, que pasan señales a estaciones si ellos lo necesitan o no. Cuando la lista de LAS es determinada por la configuración programada, la amplitud de banda de cada segmento de H1 es predeterminada, el suministro de una calidad muy enfocada de servicio (QoS) no posible con otras redes en las cuales el QoS es determinado dinámicamente usando un mecanismo de prioridad.

El LAS proporciona la fecha límite programando a todos programados actividades. Esto es un mecanismo de programación en cual la finalización de datos las transferencias son programadas, más bien que su principio. Sólo es práctico en redes, como la Fundación Fieldbus donde el tamaño de paquetes de datos son conocidos, y permite acontecimientos que son dependientes de unos datos se trasladan para ser programado cuando los datos requeridos son recibidos. Bloque de control la ejecución es uno de aquellos acontecimientos que son dependientes del cronometraje exacto del recibo de datos. La lista de fecha límite cuentas para las anomalías de red, como transporte tarde por si los datos no estén en un segmento local, pero debe sea recibido de otro

segmento por un arreglo de puente. Esto sólo es posible en redes fieldbus donde el el protocolo de puente es totalmente especificado y participa en LAS programación.

Publique/Suscríbase Fundación de Distribución de Datos

Fieldbus usa el mecanismo de distribución de datos básico de ANSI/ISA S50.02 y Tipo 1 de IEC 61158 enlace de datos de estándares fieldbus la capa, que es llamada Se publica/Suscribe. Cuando el fieldbus la red primero comienza, no hay ningunas transferencias de datos previstas. Cada bloque de función u otros procesos que actúan en

nodos distribuidos de la red que necesita datos para sus cálculos "se suscribe" a los datos por el nombre de etiqueta y especifica la frecuencia en la cual se requiere. Esto crea o se adapta la publicación de lista en el nodo poseyendo los datos. El mismo los datos pueden ser publicados en intervalos diferentes según las demandas de cada suscripción. Los datos publicados por los datos el dueño puede ser cualquier estructura de datos de los datos en aquella red nodo. Los datos son típicamente organizados en parachoques o en colas. Una cola es un conjunto de datos pedido el tiempo con el más artículo reciente en lo alto de la cola con cada elemento timestamped. La lectura de una cola vacía la cola. Si la cola debería hacerse lleno, los datos más viejos son perdidos para hacer sitio para los datos más recientes. Las colas están por lo general usadas para el último alarmas. Los parachoques son juegos de datos organizados en una estructura de datos todos probados al mismo tiempo y también incluyen un sello de tiempo. El parachoques puede hacer incluir conjuntos de datos múltiples, pero publicación un parachoques sólo envía el conjunto de datos más reciente y se despeja esto del parachoques. La votación del parachoques envía todos los datos, pero hace no vacían el parachoques. Cuando los parachoques se hacen llenos, el más nuevo los datos son superpuestos de modo que los datos inéditos más viejos sean no perdido para ayudar en diagnóstico de proceso. Los procesos que se suscriben a un conjunto de datos tienen una expectativa de la recepción de aquellos datos a tiempo, y esperan su llegada. Si los datos no son publicados, una excepción es creada. En el el caso de bloques de función, la excepción puede ser usada para abrirse los lazos de control activos o toman cualquier otra acción programada apropiado para aquel control. Como la llegada de datos vía la publicación es muy sincrónica, es la señal acostumbrada para complete el cálculo de una operación dependiente del tiempo tal como un PID controlan el lazo.

Capa de Aplicación

La Fundación capa de aplicación de Fieldbus es un muy específico realización de la capa de aplicación genérica contenida en ANSI/ISA 50.02 y Tipo 1 de IEC 61158 partes 4. Típicamente, el usuario final no ve la capa de aplicación en absoluto, pero esto está usado por los bloques de función de capa de usuario para sus comunicaciones a los datos dentro de los nodos. Para completo, todos las funciones de FMS (fieldbus servicios de mensajería), la capa de aplicación de PROFIBUS, es incluida y está disponible si alguna aplicación de encargo es necesaria. Además, todo el conecta necesario para permitir las funciones de transferencia de datos de la capa de enlace de datos H1 es apoyada. La más simple de las funciones de capa de aplicación es el LEA Y ESCRIBA rasgos de datos que pueden ser usados para votar los parachoques y las colas establecidos en los dispositivos remotos. Órdenes están disponibles para ESTABLECER y DISESTABLISH los parachoques y las colas para apoyar el leen/escriben el servicio. Establecer la orden especifica la estructura y fuente de los datos ser almacenado en un buffer o hacer cola, el nombre del

parachoques o cola, el parachoques o selección de cola, y la frecuencia de actualización. Desde todos los datos de fieldbus se refieren para funcionar bloques por el nombre de etiqueta, las variables son identificados por el nombre de la entrada de base de datos para esto variable. Por ejemplo, si el bloque de función ha sido establecido para el control, luego un parachoques puede contener datos para el punto de juego, trate la variable, la salida, y el estado del bloque de función de PID.

Si el nombre de bloque es FC101a, entonces el punto de juego será mandado a como FC101a. SP, y la variable de proceso como FC101a. PV. La sucesión de declaraciones LEÍDAS especificaría entonces el parachoques llame y sería el acceso de datos votando. Los mismos datos el artículo puede ser establecido en tantos parachoques diferentes como deseado de modo que pueda ser la parte de varios diferente publicado conjuntos de datos.

Publique/suscríbase es un servicio relacionado, en el marco de la capa de aplicación. Una vez el parachoques o cola es establecido, se hace disponible para la publicación. Aplicaciones tal cuando un HMI (interfaz de máquina humana) puede SUSCRIBIRSE a un parachoques de nombre. Si allí no han sido previos suscriptores, entonces el dueño de datos comenzará a publicarlo según los parámetros establecidos cuando el parachoques era creado. Esto puede ser una actualización cíclica en una frecuencia declarada, una actualización de excepción cuando el valor tiene un cambio significativo, o la combinación que actualizará periódicamente, aun cuando no hay ningún cambio significativo.

Los bloques de función son procedimientos realmente remotos a el capa de aplicación. Las utilidades de sistemas de proveedor descargan el base de datos de bloque, inicialice el procedimiento, y haga la función obstrúyase preparado para correr, pero no comenzarlo con las funciones de la capa de aplicación. Típicamente, el software de HMI usa el ESCRIBA la función para cambiar la variable de MODO de la función obstrúyase para cambiar su estado de operaciones, después de que ha sido cargado e inicializado. La correlación a Capa de Enlace de datos para H1 la Fundación Fieldbus la capa de aplicación es puesta en práctica trazando un mapa de cada uno de su órdenes a funciones de capa inferior. En caso de H1, esto la capa inferior es la capa de enlace de datos con toda su funcionalidad.

Muchas veces la orden de capa de aplicación es simplemente traducida a la misma orden de la capa de enlace de datos, mientras que, en otros tiempos, una serie de órdenes de capa de enlace de datos debe ser usado. Esto es llamado "trazando un mapa" de las órdenes entre capas. Los detalles de esta correlación no son de ninguna verdadera importancia al usuario, excepto saber que es llevado a cabo por el software de sistema. El hecho aquella correlación de aplicación la funcionalidad a las capas inferiores es hecha por la aplicación la capa es importante para el creador de aplicaciones desde la Fundación Fieldbus tiene más de una capa inferior. Es el el software de capa de aplicación sí mismo que hace la determinación de que bajan trazan un mapa de la capa, y no es la responsabilidad de la aplicación. Esto permite que aplicaciones corran exactamente el mismo independiente de que bajan capas realmente están usados en cualquier sistema.

La correlación a TCP/IP y UDP/IP sobre Ethernet para HSE

La HSE (High speed Ethernet) es una estandarización completa más allá de la capa de aplicación, el HSE incluye la capa de aplicación y la de usuario , además traza un mapa de todas sus órdenes a un complejo juego de mensajes que pasan a través de la red de Ethernet utilizando protocolos de Internet. El protocolo más eficiente en el la suite de TCP/IP es la llamada UDP (protocolo de datagrama universal), que también tiene la menor parte de funcionalidad el problema es que UDP es un protocolo de poca fiabilidad, ya que no hay acuse de recibo para cada paquete enviado. UDP cubre los requerimientos cuando fieldbus no los puede proveer, esto no afecta o sobrecarga la suite TCP/IP puesto que los rasgos escondidos de TCP abarcaron el diseño de funcionar a través del World Wide Web y esto ya se ha visto en práctica en el Internet. Internet es “una red de malla,” como descrito en La sección 4.9, en la cual hay caminos múltiples y la comunicación más elemental es entre dos nodos que se comunican en la red. La unión de los usos de Internet y la tecnología de enrutamiento adaptable para "encontrar" el mejor camino ayuda de sobremanera a lograr las mejores conexiones de malla entre fuente y destino. Cabe destacar que se producen errores y lo bueno es que su solución se realiza muy frecuentemente en el enrutamiento es decir la recuperación es planeada y se hace en tiempo real.

Cuando HSE estaba siendo diseñado, esto fue reconocido y se permitió un método más simple del mensaje codificado, para estar usada cuando capa de enlace de datos de Ethernet y físico la capa debía estar usada bajo la capa de aplicación:

• Casi siempre había un camino solo entre la fuente y destino.

• La detección del Error fue proporcionado por un algoritmo fuerte, el código de redundancia cíclica de 32 bites de Ethernet.

• La Mayor parte de mensajes eran cortos y ningún mensaje iba requiera la segmentación.

• Distancias en la mayor parte de casos eran implantados y cortos en términos de retraso.

La codificación de toda la capa de aplicación manda en UDP los mensajes, proporciona un procedimiento para que programas de aplicación envíen mensajes a otras aplicaciones con mecanismos de protocolo mínimos además los cuales proporcionan la transferencia de datos eficiente sin el adaptable encaminamiento de TCP. En esto camino, las estaciones que reciben el mensaje multimodal de IP y pueden rápidamente identifícarse si hay una necesidad de aquellos datos publicados para una aplicación en aquel nodo. La capa de aplicación protege el software del conocimiento de las capas inferiores, permitiendo el mismo aplicación para estar usada en cualquier Fundación sistema de Fieldbus.

Capa de Usuario

El comité de estándares de ISA SP50 comenzó identificando claramente las aplicaciones de control del proceso de producción que serían puestas en práctica en dispositivos de campaña. Fielbus considera la llamada capa de usuario, esta se hizo conocida como “Capa 8” ,la llamada capa de usuario de control del proceso de producción, pero nunca fue completado como un estándar. La capa de usuario de control del proceso de producción ha sido publicada por ISA como un Informe Técnico , para capturar el trabajo y sirva como una semilla para el futuro desarrollo de estándares. Muchos de los detalles del plan de realización de este informe no eran usado por el comité Fieldbus, pero la función introducida y el modelo de bloque ha servido como la base para la Fundación Fieldbus, este funcionamiento de bloques y de como la base para el estándar internacional todavía en progreso por el IEC en el SC65C/WG7 comité finalmente para ser publicado como IEC 61804, “Función Bloques para Control del proceso de producción. La función correspondiente a los bloques para la automatización distinta fueron propuestos, pero nunca fueron redactados.

La diferencia más notable entre ISA TR50.02 y la Fundación Fieldbus está en la realización de la lista para bloques de función. Pequeñas diferencias también existen en los algoritmos de los bloques de función, pero los mecanismos básicos de inicialización de bloque, estado, y cascada la estructura es idéntica.

Control de Campaña

A principios del siglo 20, control de bucle de realimentación fue distribuido al individuo bajo instrumentos de panel board-montados, y de vez en cuando a equipo montado por el campo. Alguno los encadenamientos de cascada eran directamente piped (neumáticos) o conectados (análogo) entre los reguladores. El control era simple, pero la instalación era cara, con fuerza para sintonizar, y operadores a menudo encontrado mejor tratan la estabilidad en el ajuste de manual y el control con eficacia lisiante. Los operadores generalmente podrían supervisar aproximadamente 30 a 50 lazos de control, típicamente explorando el revista con paneles cada pocos minutos buscando la desviación excesiva entre el juego señalan y la variable de proceso controlada. La mejora hecha al control de lazo dedicado era a substituya un ordenador digital para proporcionar varios lazos del control, y esto fue llamado DDC (control digital directo). Temprano Los sistemas de DDC estuvieron usados sobre todo por motivos económicos — el regulador digital costó menos que los reguladores de lazo que esto sustituyó.

Sin embargo, pocas compañías arriesgarían operaciones en este ordenador control sin reserva análoga del 100 %, con eficacia quitar la mayor parte de la justificación de coste y enormemente añadiendo a el coste del sistema. Finalmente, DDC proporcionó una plataforma para desarrollo de reguladores más complejos no realmente prácticos o hasta posible con control análogo. Control de ordenador no se hizo demasiado popular, pero estuvo usado en el acero, aluminio, industrias químicas, y de petróleo.

El DCS (sistema de control distribuido) fue introducido en 1976 y hacia 1980 se había hecho la estrategia de control preferida para prácticamente todas las aplicaciones de control del proceso de producción. DCS tomó ventaja del microprocesador esencialmente para hacer DDC para un

pequeño número de lazos en un regulador autónomo, con muchos reguladores en cada sistema. Esto también introdujo redes en sistemas de control, redes primitivas al principio, pero finalmente redes de alto rendimiento para unir a reguladores a cada uno otro y a las unidades HMI que sirven como las consolas de operador. El problema consistía en que tempranamente DCS no podía depender de datos el cronometraje de acceso entre reguladores, y no permitió cascadas relaciones para ser construidas entre reguladores.

El trabajo de la capa de usuario de control del proceso de producción SP50 era ordenar y tomar la tecnología del DCS y trasladarlo de manera inteligente (contiene un microprocesador) a los instrumentos de campaña (también llamado sensores) y válvula de control positioners (también llamado accionadores.) siempre se creía que habría el fieldbus para unir instrumentos y válvulas de control juntos. El los problemas se asociaron con transportar sincrónicamente un proceso variable de un sensor a la posición del regulador en exactamente el momento oportuno fueron solucionados por la lógica LAS. Durante muchos años, los instrumentos de campaña han hecho el proceso medidas variables y convertido ellos a un sin dimensiones fracción de escala representada por cualquiera 3 a 15 psig señal neumática o un 4-20 análogo de corriente continua mA señal electrónica. Con la disponibilidad de un microprocesador en sensores de campaña, transmisores, y accionadores, S50.02 y Fundación Fieldbus las especificaciones piden la transmisión de datos digitales en unidades técnicas escaladas. Además, los datos frescos del sensor son tratados del mismo modo cuando DCS realiza la señal procesamiento. Los elementos necesarios del procesamiento de señal fresca son como sigue:

• Allanamiento, por lo general usando un allanamiento exponencial o un algoritmo medio móvil

• Linearización; extracción de raíz cuadrada para flujos de orificio

• Conversión a unidades técnicas

• Límite Despertador que comprueba varios límites

Un concepto importante en la Fundación Fieldbus es que el tiempo de exploración para dispositivos de sensor es independiente del procesamiento el tiempo para lazos de control, que no es por lo general el caso para DCS. A menudo los sensores/transmisores exploran sus entradas al menos dos veces como rápido y a menudo diez veces más rápido que la señal , esto ha sido necesario para procesamiento de lazo de control. Esto permite la calidad allanamiento para ocurrir sin retrasar la variable de proceso. Como las entradas de sensor son tratadas por un AI (entrada análoga) funcione el bloque (AI llamado aun si el dispositivo actual es puramente digital), cada bloque de función tiene su propio tiempo de procesamiento de exploración ciclo.

El dispositivo de campaña lógico para la posición del PID el bloque de función de lazo de control es la válvula de control positioner. Las válvulas de control del proceso de producción son dispositivos no muy lineales en cual hay un servomecanismo electrónico o neumático para moverse el enchufe de válvula a una posición deseada determinado por la salida de un regulador PID. Aunque una diapositiva de nueva transmisión alambre para la posición de tallo de válvula ha estado mucho tiempo disponible para el panel montado, reguladores y DCS, ha estado raramente usado dentro de un lazo de control. La válvula de control positioners es clásicamente reguladores proporcionales y únicos, o al menos cerca de esto. Después un período de uso, las válvulas de control exponen la histéresis, como ilustrado por la figura 4.12f. Histéresis, pegajosidad de válvula a menudo llamada o sticktion, finalmente se hace tan malo que la válvula aparece insensible a las señales de regulador, causando lazo de control inactividad. Si el regulador es templado para una velocidad más alta respuesta, el lazo de control puede hacerse inestable. El problema es la insensible de la válvula de control debido a la histéresis. La utilización del mismo microprocesador que está usado para la Fundación Bloques de función de Fieldbus, la válvula de control moderna positioners puede use el algoritmo PID lleno para su lazo servopositioning local y también puede incluir la compensación de la histéresis, que puede sólo sea medido en la válvula sí mismo. Una vez la válvula de control se hace sensible a la salida de posición del lazo primario regulador, en general controle la interpretación es mejorado. Esto es el que ejemplo primario del potencial para interpretación aumentada de control en la Fundación de utilización de campo Fieldbus. La configuración de bloques de función de control del proceso de producción es hecha sin saber necesariamente donde cada bloque de función va ser ejecutado. Mientras los bloques de función son seleccionados del conjunto estándar. Fundación Fieldbus funciona en bloques, ellos pueden ser ejecutados en cualquiera de los dispositivos de la red donde tiene sentido de dirigir aquel bloque de función. Lo que hace no tienen sentido debe dirigir el bloque de AI en un nodo que no hace tenga aquella entrada primaria. También no tiene sentido de correr los AO (salida análoga) funcionan el bloque en un nodo sin a válvula de control o un paseo de velocidad variable. Por otra parte, el bloque de función de PID puede ser dirigido en cualquier nodo de el la red, aun si esto no tiene ningunas entradas o salidas.

Diagrama de Bloque de Función que Programa

El bloque de función diagramming (FBD) es uno del estándar lenguas de IEC 61131-3, “Lenguajes de programación para Controladores lógicos programables. ”Mientras el título cita PLCs, la lengua es absolutamente general y es incluida sobre todo porque es el lenguaje de programación gráfico acostumbrado para construya estrategias de control. Temprano DCSs no sabía nada sobre esto estándar, pero tenía modos patentados de dibujar y definir el control estrategias. La mayor parte

de DCS modernos y PRIMOGENITURA (tratan la automatización el sistema) usan ahora estándares que se conforman FBD lenguas para construir estrategias de control del proceso de producción.

Construir una estrategia con la mayor parte de la programación de FBD software, es necesario seleccionar un bloque de función de a la biblioteca de plantilla, rastra esto a una posición de pantalla, luego hace clic en el bloque para conseguir un menú caer para configuración del bloque detalles — cada bloque en la cadena unida de la estrategia de control, comenzando con el AI se obstruye para tratar los datos de proceso, a alguno bloques de cálculo necesarios, los PID controlan el bloque, y finalmente los AO se obstruyen para entregar la posición deseada al control válvula. Las flechas son dibujadas de la fuente de datos a las entradas de cada bloque de función, y de cada salida a la entrada del siguiente bloque de función. La mayor parte de paquetes de software gráficos permita al usuario, que no es un artista gráfico, para localizar la función bloques de cualquier modo agradable y a flechas de ruta automáticamente para el mejor efecto.

Uno de los problemas con la forma de FBD de programación es esto no hay ningún “lenguaje original universalmente aceptado,” como un código fuente no es especificado en el estándar. Por suerte, los diagramas de bloque de control son familiares para controlar los ingenieros, y son fácilmente copiados entre sistemas. Fundación Fieldbus especifica que el hardware de instrumentación de campaña en un sistema fieldbus sí mismo tienen un bloque de transductor. El nombre "el bloque" es inoportuno cuando los bloques de transductor no hacen compórtese como bloques de función cuando ellos son atados al actual posiciones de hardware. También hay “bloques de recurso” asociados con los dispositivos de hardware de instrumentación de campaña. Ambos el transductor y los bloques de recurso realmente tienen una estructura de datos estática la definición de la fuente de datos de variable de proceso y la válvula salida para control. Note que los bloques de función de AI podrían generalmente siempre sea considerado actuar en la correspondencia transductor de medida, pero esto a menudo no es el caso.

Biblioteca de Bloque de Función

Los bloques de función son pequeños modulos de software creados que tienen entradas y salidas y una función no intervenible que relaciona ambos.

Una de las utilidades más importantes de la capa de usuario de Fieldbus es encontrada en sus ricas bibliotecas de bloques de función. Por ejemplo, el bloque de función de AO es querido ser apoyado en dispositivos de accionamiento, pero no tener que ser apoyado en dispositivos de sensado. No todos los dispositivos traen el mismo número de bloques, sino que traen una base minima

Si uno desea y el fabricante lo permite se puede copiar (instance) un bloque al dispositivo para agregarle una funcionalidad, esto se llama instantation , por ej. Agregarle un segundo P&ID a una valvula de control.

Como los bloques de función básicos deben ser apoyados en todos los sistemas, los parámetros o los atributos deben ser conocidos a todos sistemas. La Fundación Fieldbus proporciona un método al completo la definición de una función se obstruye en términos de sus atributos: el tipo de datos, nombre, y los valores máximos y mínimos de ser asignado. Esto está contenido en un DD, una definición de datos bloque, un para cada tipo de Fundación función de Fieldbus bloque, básico, ampliado, o costumbre. De esta manera, los proveedores pueden desarrolle nuevos bloques de función sin los cuales alguien puede usar saber algo sobre el internals y realización detalles de aquel bloque de función. El único otro artículo se requiere usar un bloque de función es la descripción del contenido algoritmo o función de transferencia del bloque, y cada uno de el bloquee atributos o parámetros en un documento descriptivo. El los bloques de función básicos y ampliados son documentados por el La Fundación de Fieldbus en la función bloquea especificaciones, y por el proveedor de bloque en su función bloquean especificaciones.

Entrada Análoga Es el bloque de entrada básico de control del proceso de producción. La fuente de datos para el bloque de AI es el valor de entrada de datos del bloque de transductor del dispositivo de sensor. El bloque de AI es por lo general localizado en el mismo dispositivo que el bloque de transductor. El objetivo del bloque de AI es a realice el procesamiento de señal en la variable de proceso básica la señal recibida por el bloque de transductor. El primer paso es a determine del bloque de transductor si hay alguno activo falta con la variable de proceso. De ser

así, entonces el estado es puesto a MAL indicando una de las ocho causas posibles de fracaso identificado por el hardware de transductor, y ningún procesamiento adicional ocurre. El siguiente paso debe realizar el allanamiento o la filtración de operación usando los parámetros estáticos del exponencial algoritmo de allanamiento, o el algoritmo medio móvil, de ser seleccionado. El siguiente paso debe convertir el filtrado trate el valor variable a unidades técnicas usando la conversión ecuación especificada en configuración y la variable estática valores de la ecuación de conversión. Las variables de temperaturas son utilización convertida de un método de consulta de mesa con interpolación lineal entre puntos de la mesa. Finalmente, una serie entera de las pruebas de límite ocurren usando tanto límites dinámicos como estáticos como mostrado en la Tabla 4.12i. Un valor de bandamuerta es aplicado abajo límites altos y encima de límites bajos y también al precio de cambio el límite, de modo que los valores cerca de estos límites no causen el estado para mostrar violaciones de límite con pequeños cambios del valor actual.

Salida Análoga Corresponde a la señal básica de procesamiento para los actuadores de salida. Los bloques de control, como el PID generan una señal posicional para la salida en términos sin dimensiones, entre 0 y el 100 % apertura de válvula. Intrínsecamente, las válvulas de control son dispositivos no lineales en que las levas de hardware solían ser insertadas para hacerlos trabajo con una señal inicial lineal. El bloque de AO proporciona a serie “de LEVAS electrónicas” para válvulas de control de los diferentes tipos, como ilustrado en la Cifra 4.12j. La entrada para el bloque de AO es por lo general la salida de un bloque de control. La salida del AO el bloque es a un bloque de transductor del dispositivo de accionador, el más a menudo una válvula de control positioner. Varias alarmas pueden ser levantadas por un bloque de AO también. Cuando la reacción actual de la válvula de control positioner indica que la posición de tallo de válvula es llena abierto o lleno cerrado, entonces se dice que la válvula de control está en "la saturación",

significar que el regulador realmente no sirve por la espera de acción correctiva adicional por la válvula. Aunque es posible con la Fundación Fieldbus PID función bloques para configurarlos para no terminar, la mejor solución debe corregir la saturación de causando de condición.

Las válvulas de control del proceso de producción tienen otra característica llamada la histéresis o la pegajosidad de válvula, el que significa que la válvula tendrá una posición de tallo diferente mientras esto se abre, que esto tendrá mientras esto se cierra. Esto es ilustrado en la figura 4.12f. Las nuevas válvulas por lo general exponen pequeñas cantidades de la histéresis, pero las válvulas más viejas pueden tener una cantidad considerable de la histéresis. El efecto en el regulador PID es seguir a trate de sacar más alto y valores más altos como el término integral liquidación de causas. Aunque sea posible limitar la liquidación de reinicio con algunas opciones PID, la inestabilidad causada por la histéresis es una de las causas primarias de la inestabilidad de lazo de control. El más de la Fundación Fieldbus controlan la válvula positioners hoy informe sobre la histéresis de la válvula de control adjunta como un de las funciones del bloque de AO.

Bias En una adición aritmética simple o función de substracción.

Seleccionador de Control Usado cuando dos estrategias de control diferentes debe ser configurado para la misma función de control, pero basado en condiciones diferentes. La selección de la estrategia de control estar usado puede ser del operador de proceso, una receta de batch, o basado en una condición de proceso. Una situación en cual el el seleccionador de control estaría usado es para calentarse y enfriarse de reacciones de exothermic. Durante la parte temprana de tal proceso, es necesario calentar los contenido de un reactor que requiere a la estrategia de controlar el vapor calienta el flujo a una chaqueta de reactor. Cuando un cierto punto en la reacción es alcanzado, la reacción genera caliéntese y ahora requiere el agua que se enfría en la chaqueta de reactor. Estas dos estrategias son similares, y están basadas en el mismo sensor de temperaturas, pero exigen la afinación de control muy diferente y válvulas de salida. El seleccionador de control está localizado después el AO para la temperatura de reactor y rutas el PV a el corrija al regulador para PID seleccionado. En este caso, el no seleccionado PID es colocado en el Manual.

Entrada Discreta Esta simple función de bloque permite sobre leer sobre 16 los bits binario. Cuando los valores de 16 bits son configurado, cada uno puede ser dado un nombre de etiqueta y tratado como un valor estatal lógico Verdadero o Falso individual. También es posible configurar cualquier grupo de estos trozos como un valor escalar solo esto podría venir de un thumbwheel o de un instrumento. Las conversiones de datos para estos valores de cadena de bits son aseguradas cadenas de bits que leen en binario, BCD, o código Gris. También es posible unir el valor escalar que resulta a una función de AI obstrúyase de modo que el procesamiento de señal convencional pueda ser realizado con el valor.

Proporción un bloque de función relativamente simple para proveer el multiplique la función. Usado en mezcla y otros procesos a establezca a un operador o valor de juego de receta como un maestro, y a esclavo muchos valores de punto de juego diferentes basados en el maestro. En mezclándose, un flujo de maestro es puesto como una constante con otros flujos proporcionado al flujo de maestro. Un bloque de proporción sería configurado delante de cada punto de juego del flujo controlan lazos para cada ingrediente mezclado. Cuando el flujo de maestro es cambiado, cada flujo de ingrediente será cambiado entonces en la proporción constante al flujo de maestro.

Salida Discreta un bloque de función simple para permitir hasta 16 el bit binario valora para ser escrito. Cada salida de trozo es configurada con un nombre de etiqueta y puede ser lógicamente tratado como cualquiera a Valor lógico verdadero o Falso. Cualquier serie de trozos puede ser tratada como un valor escalar también con los contenido expresados en binario, BCD, o código Grey.

Cargador Manual un bloque de función de salida escalar simple para proveer un lugar para una función de conjunto de manual de operador para ser integrada en el sistema. El cargador manual es un bloque de control capaz de todas las funciones de un control se obstruyen excepto el cálculo.

Proporcional/Derivado (PD) una variación del tradicional el control de retroalimentación funciona en este bloque, el cual con la ausencia de término Integral de modo que esto no pueda terminar. Los ciertos procesos han encontrado que el bloque de LIBRA sea muy sensible y bastante exacto para el escalamiento de proceso. Note esto para todos los valores de ganancia de la LIBRA además de la unidad, habrá alguna compensación del deseado punto de juego. En la forma de LIBRA de control, la ganancia proporcional el término no es multiplicado por la ganancia derivada como en el estándar PID con juego de ganancia integral a cero.

Proporcional/Integral/Derivado el clásico y tradicional la forma de control del proceso de producción del algoritmo de control que simula la acción de un regulador neumático. La ganancia proporcional el término es multiplicado tanto por la ganancia integral como por derivada términos. Esta forma de la ecuación PID ha estado usada en total DCS y reguladores de lazo solo digitales. Una de la primaria motivos de seguir el uso de esta forma de la ecuación PID es esto el cuerpo de procedimientos que sintonizan, tanto manual como programado, además está basado en el método Ziegler Nichols desarrollados en los años 1930 en reguladores neumáticos. El algoritmo PID asegura varios opciones necesarias para varias estrategias de control. Hay la reacción externa para prevenir liquidación de reinicio cuando la salida es o no reelegido por un control bloque escogido, o en unos otro estrategia de control alternativa. El término derivado puede estar basado en el error o basado sólo en PV cambian para eliminar los efectos del operador pone el cambio de punto en la acción derivada. Lo siguiente es los bloques de función ampliados no requerido para toda la Fundación dispositivos de Fieldbus. Las descripciones y los títulos de estos bloques de función pueden variar entre sistemas, pero se obstruye similar a éstos han existido durante años en DCS.

El Seleccionador de Señal de Salida un interruptor solía seleccionar uno de dos estrategias de control diferentes como parte de una estrategia de control total. También llamado “Auto Select” en algún DCSs, esto a menudo tiene sido recomendado en el control de calderas y unos otro procesos. En calderas, la mayor parte del tiempo el flujo de apagador de aire el lazo de control está basado en el oxígeno excedente en el gas de conducto de humos, pero durante transiciones de caldera, la posición de apagador de aire debería ser basado en el flujo de combustible ya que el oxígeno excedente tiene demasiado tiempo muerto . El seleccionador de señal de salida es colocado típicamente justo antes del apagador de aire AO se obstruyen y toma la válvula la posición señala de ambos el oxígeno excedente control de PID obstrúyase y el bloque de control de flujo de combustible. Uno de estos bloques será seleccionado, en este caso el más alto de los dos (configuración es alto escogido), y el AO es puesto en consecuencia. Es fuertemente recomendado que el término de reacción externo de ambos PIDs ser unidos a la salida de la salida señalan al seleccionador bloque para permitir corrección automática del regulador no seleccionado prevenir liquidación de reinicio.

El Divisor Usado para el rango de división, controla con tres o dos vias válvula de control . Otra opción para el control de un proceso solo para dos control diferente los mecanismos pueden usar el bloque de función de Divisor. Por ejemplo, control de un reactor solo que requiere tanto calefacción como refrigeración a la chaqueta de reactor puede usar un bloque de control de PID y tener su salida pasa por un divisor para seleccionar a cualquiera la calefacción válvula de control (vapor) o refrescante (de agua).

Tiempo Muerto (DT) Usado en simulación de proceso, simulación dinámica, y en control de lazo feedforward, la función de tiempo improductivo obstrúyase retrasa la entrada por el período de tiempo designado. DT no es sólo una función con retraso tal que existe en PLCs. DT es una "pila de retraso” de brigada de balde llena. Cada dato firmado la pila en el intervalo de muestreo es de vuelta después el retraso en la misma orden que entrado. Esto es necesario en modelado de procesos de tiempo improductivo verdaderos.

Retraso de Plomo el instrumento de modelado dinámico para verdaderos procesos. Proporciona un fácil de usar, modelo de retraso de segunda orden del proceso.

La Salida Análoga Compleja Proporciona un buffer simultáneo para las salida de hasta ocho señales análogas.

El Control de Dispositivo Asegura la construcción del relay ladder lógico para el enganche de controles discretos.

La Alarma Análoga Asegura el límite para alarmas que prueban y testean a las señaales AI y se obstruyen para cualquier valor escalar.

La Alarma Discreta Asegura pruebas de alarma hasta ocho valores discretos.

La Aritmética Proporciona varia aritmética preprogramada funciones (ecuaciones) para entradas escalares.

La Entrada de Pulso Crea un valor escalar de una cuenta de pulso digital entrada.

La Salida Digital Compleja Proporciona un buffer simultáneo a la salida digital, de hasta ocho señales discretas, valora a digital bloques de salida, o para uso en cualquier otra lógica.

El Bloque de Cálculo Proporciona una capacidad parecida a una calculadora.

El Interfaz Humano Análogo Proporciona la capacidad de conducir a demostración local para un valor escalar solo.

El Interfaz Humano Discreto Proporciona la capacidad de conducir a demostración local para un valor discreto solo.

Generador de Punto de Juego Proporciona una rampa-y-remojón basada en el tiempo ciclo necesario en tratamiento de calor y control de procesamiento por lotes. El punto de juego trepar es una función calculada capaz de ser sostenido en valores constantes con una entrada distinta. El remojón es un asimiento calculado en valor constante.

Integrador En el intervalo de muestra, añade el valor corriente de una entrada escalar que crea una adición basada en el tiempo.

Characterizer Convierte na entrada escalar a una salida escalar la utilización de consulta de mesa e interpolación. Esto es similar a la señal caracteristica usado en el control de válvula en el bloque de AO salvo que cualquier mesa de entrada y valores de salida puede estar usada.

Las Funciones de Control de Paso el mismo como un AO se obstruyen, excepto que el dispositivo de salida sea conducido como un motor de pulso o como como una salida calculada funciona en cuanto a accionadores conducidos por el motor eléctrico. El cambio de salida por pulso o por período de tiempo debe ser definido.

Conceptos de Control de Cascada que Construyen una estrategia de control implica la unión de bloques de función. Hay dos clases de relaciones para bloques de función: cascada y control. Cascada las relaciones son totalmente bidireccionales y son queridas para hacer pasar datos con información de estado. Un encadenamiento de control es simplemente un de dirección única mande la relación usando datos distintos y acostumbrado típicamente para cambie el estado de un bloque de función. El concepto del control de cascada es tan viejo como el control sí mismo. Los reguladores neumáticos serían piped para permitir la salida de un, río arriba regulador, para cambiar el punto de juego de el regulador río abajo. ¿Por qué querría alguien hacer esto? La cascada más típica implica el uso de una fuerza de motivo esto tiene alta velocidad, pero características algo ruidosas o salvajes. Un regulador es necesario para controlar esta corriente, pero el actual el valor controlado es de poco interés. Río arriba controlan el lazo es la variable que debe ser controlada, y el río abajo el lazo es sólo un medio por el cual el control puede ser efectuado. Esto es mejor ilustrado con un ejemplo. La variable controlada puede ser la temperatura entonces un lazo de control es construido del PID funcione el bloque para realizar la acción de control por la manipulación de un vapor fluyen la válvula de control. Lamentablemente, el vapor el flujo sí mismo varía debido a perturbaciones en el jefe de vapor como otros procesos usan el vapor, que causa la temperatura a varíe aunque no haya ningún movimiento en la válvula de control. Un lazo de control secundario o río abajo es construido entonces a flujo de vapor de medida y control esto con un PID funciona el bloque la utilización de la salida del lazo de control de temperaturas como su juego punto. Esto es la temperatura muy común caída en cascada para fluir lazo de control de cascada. Una de las cosas que permite el control de cascada es que el la salida del bloque de función de PID es un número sin dimensiones la indicación “de una posición de válvula deseada,” pero también puede ser interpretada como “deseado punto de juego” pero en términos sin dimensiones. Con control análogo, todo era sin dimensiones, pero en digital control de campo de fieldbus, sólo las salidas de regulador son sin dimensiones, y todo lo demás tiene dimensiones de unidades técnicas. Por lo tanto, es por lo general necesario proporcionar una conversión de dimensión constante a mandos de cascada.

Los reguladores existen en varios estados, pero sólo un estado en a tiempo. La Fundación Fieldbus y el TR50.02 define un muy estructura compleja llamada MODO. EL MODO De un regulador describe dos cosas: (1) con./desc. estado del cálculo de control (y 2) donde el cálculo de control consigue su juego punto. Los estados reconocidos de toda la Fundación función de Fieldbus dan bloques en la Mesa 4.12k. Hay sólo ocho estados o modos, pero claramente el más podría haber sido definido.

Sólo estos ocho están usados, sin embargo. Cuando los lazos de control son definidos, ellos son inicializados en el modo manual. Esto permite que el operador cambie el válvula de control del proceso de producción a mano. Hay dos opciones para yendo a automático del manual que son configurados en cada uno Regulador de PID: bumpless y nonbumpless. Transferencia de Bumpless del manual a automático significa que el valor corriente del PV (tratan la variable) es instalado como el punto de juego. Entonces, en la transferencia a automático, nada pasa. Para nonbumpless configuraciones, el punto de juego permanece donde es como puesto por el el operador y la acción de control del proceso de producción mueven el proceso a aquel punto de juego según los cálculos del regulador PID. Normalmente, en transferencia de control, toda la acción derivada es suprimido porque no hubo ningún cambio agudo de la variable de proceso. Otra opción del PID suprime todos la acción de control debida de poner el cambio de punto, que también ocurre en esta transferencia. Esto significa que nonbumpless correctamente configurado la transferencia sólo se moverá gradualmente al juego fijo punto en control únicamente de integral, un estado deseado.

Del modo automático, el operador puede avanzar en el control cerrando la relación de cascada que ha sido establecida ya cambiando el modo para caer en cascada. Entonces, el modo cambios para caer en cascada, a fin de conseguir transferencia de bumpless, la utilización de las mismas reglas en cuanto a bumpless se traslada para cualquier regulador esto es configurado de esta manera. Bumpless se trasladan para el regulador de cascada supone que el punto de juego del río arriba el regulador debe ser backcalculated de modo que su salida no haga cambio. La salida del regulador es puesta al juego corriente señale el valor del lazo río abajo, y su propio punto de juego debe ser calculado-a proceso llamado la inicialización de cascada.

Todos los métodos y opciones para inicialización de cascada, como bien como los métodos usados para la función se obstruye para comunicarse río arriba y río abajo, son totalmente definidos en la Fundación Fieldbus funcionan especificaciones de bloque. Éstos son también detallado para estos conceptos, pero son muy completos y son Variable basado en el trabajo de TR50.02.

Es importante entender aquella provisión es hecha en estas reglas de cascada para "un de supervisor" u ordenador de "DDC", significando un DCS, funcionar con su propio juego de bloques de función que no son la Fundación Fieldbus compatible. Esto es la razón de la cascada remota y modos de salida remotos. Se hace muchísimo más fácil cuando el DCS dirige bloques de función de control que son completamente compatible con la Fundación Fieldbus funcionan bloques. Entonces, salida de cascada y remota remota no son necesarios en absoluto.