现场总线给自动化技术带来的深刻变革.ppt

Richard J. Timoney 理查德.蒂莫尼 President & CEO 主席和总裁 Fieldbus Foundation 现场总线基金会,Fieldbus Foundation 现场总线基金会 “Changing the Playing Field” “自动化技术的深刻变革”,当前工业展望,最终用户寻求开发性的自动化结构以便实现信息集成 排除封闭的自动化技术带来的障碍 挖掘工厂的潜能 最终用户盼望得到真正的 规模可变控制方案 能够集成现有的设备 能够和现有的旧系统共存 能够保护以有的投资,新技术和旧技术的对比,你会买一辆1985技术的新车吗? 12 MPG, 没有安全气囊, 化油器, 要不断试验看到故障才能解决问题，路边的小维修店,还是买一辆2007技术的新车? 混合动力 45 MPG, 前座和侧面气囊, 电喷, 助力, GPS, 电脑自动检测, 4S店专业的维修服务,现场总线基金会的技术是集数据、通讯、工厂资产和事件管理的一体化的自动化结构。它在实现设备和控制系统互操作的同时，将控制功能高度分散到工厂的各个层面。,现场总线基金会的技术真正实现了一体化的自动化结构 这是目前最先进和灵活的技术之一.,它不只是简单的用数字信号替代现场4-20mA 信号. 它的技术不为某家供应商所独有，它是基于国际标准的技术。在过程自动化领域，它为用户提供了一个通用的技术平台，利用这个平台，用户可以实现最佳的业务运作和持续不断地提高工厂的效益,现场总线Ff带来自动化技术的深刻变革,丰富的功能块模型 统一的数据格式 时间的同步 控制的精确性 信息的发布和预定模式 具有极高的可用性 采用国际标准的控制网络 可靠的网络管理功能,现场总线基金会的技术涵盖了ARC定义的协作式过程自动化系统的各个关键方面.,现场总线Ff带来自动化技术的深刻变革,现场总线基金会的技术采用功能块的结构，这使得在现场的控制变成可能。在现场的控制可以提高控制回路的完整性和可靠性。 现场总线基金会的网络管理功能和链路活动管理器的技术可以确保网络的连续运行。冗余的技术从上到下都可以实现。 现场总线基金会的安全仪表系统 (SIS)的概念将给仪表安全系统和特殊控制系统带来革命性的变革。,根据NIST (美国国家标准和技术委员会)的统计, 由于由于控制系统的失灵和操作人员对控制危机状况的解决不力而对美国经济造成的损失，每年高达200亿美元。,现场总线Ff带来自动化技术的深刻变革,现场总线基金会已经发布的技术规范,H1 现场总线 (31.25 KBIT/S) 网络管理 数据链接服务 数据链接协议 现场总线信息规范 现场总线访问子层 系统管理 规范,功能块 功能块部分1 功能块模型 功能块部分2 基本功能块 功能块部分3 高级功能块 功能块部分4 多输入、输出功能块 功能块部分5 柔性功能块,系统结构 系统结构,高速以太现场网总线 (100 MBIT/S) 以太网形态 现场设备访问 系统管理 冗余 网络管理 规范,设备描述 设备功能文档 设备描述语言 (DDL),工具 公共下载工具,现场总线安全仪表系统（SIS）的测试,推动现场总线SIS关键产品的开发 编写最佳实践和使用指南 量化分析使用现场总线SIS的成本节约 资本收益 硬件更少, 用电更少,占地更小, 调试更快 运行收益 先进的诊断、缩短测试间隔、改善资产管理,测试地点 BP 德国盖尔森基兴 Chevron 加拿大里齐蒙得 沙特阿美Aramco 沙特阿拉拍达兰 壳牌Shell 阿姆斯特丹,现场总线安全仪表系统（SIS） 测试时间表,2006 全体小组成员开工会 由阿姆斯特丹壳牌全球方案主持 4月 全体小组成员会议 由阿姆斯特丹壳牌全球方案主持 9月 SIS 管理小组网络会议 11月 2007 SIS 管理小组网络会议 1月 SIS管理小组网络会议 2月 SIS管理小组网络会议 3月 SIS管理小组网络会议 4月 全体小组成员会议 由在意大利 Lenno的ABB 仪表公司主持 5月 SIS测试设备送交最终用户测试点 4季度 2008 在阿姆斯特丹进行演示并对外公布 5月 完成实验室测评 年中 首台经FF认证的SIS设备产生 3季度 完成沙特美和壳牌公司现场测评 12月,基本过程控制,先进过程控制,H1 + 高速以太网（HSE）,功能块,SIS扩大了现场总线的应用领域,EDDL,Basic Function Blocks Analog Input Analog Output Bias & Gain Control Selector Discrete Input Discrete Output Manual Loader PD Control PID Control Ratio Control,Advanced Function Blocks Analog Alarm Arithmetic Deadtime Device Control Input Selector Integrator Lead/Lag Setpoint Ramp Generator Signal Characterizer Splitter Timer,Flexible Function Blocks - Basic Multiple Input/Output - 8 Channel I/O Discrete and Analog Remote I/O and Data Acquisition Flexible Function Blocks -Application Specific Batch/Discrete/Hybrid Control Sequencing Startup/Shutdown Variable Speed Drive Control Gateways to Other Protocols Supervisory Data Acquisition Advanced I/O Interfacing Multivariable Control and Optimization,通过与OPC基金会的结盟，将OPC UA技术集成到基金会技术方案当中，大量的自诊断信息可以应用在许多方面，比如：业务流程、生产管理、资产管理以及企业上层的应用。 现场总线基金会技术还提供增强的跟踪、追溯、验证以及对法规遵循的能力，为连续和批量/混合过程工业服务。,现场总线基金会采用信息发布/预定的技术，实现企业的各个层面商业智能的高度集成。,商业智能化,现场总线Ff带来自动化技术的深刻变革,Ff在诊断方面有什么独特之处呢?,其它总线技术 可能有类似的诊断技术，但是只能通过要求获得。如果你通过缓慢的网络要求获得工厂所有设备的自诊信息，网络的瓶颈问题就会发生 基金会现场总线 诊断信息是在每次传递信息时就自动发布，而不是被动查询得到。这就使得预测维护（维护预警信息）成为可能。,实时通讯 + Email + 地图 + 管理器 + 其它.,标准的转换模块,压力变送器的最终标准转换模块已经完成，并且通过了ITK5.0测试 即将公布最终规范的模块 温度变送器 将进行规范的模块 (2007) 流量 具有部份行程测试功能的定位器 标准化诊断功能 (根据NE107的要求),EDDL 合作组织,第一阶段任务- 已完成 图形 采用 EDDL 实现静态Y-t 和 XY数据的图形显示 图表 采用 EDDL 实现现场设备实时数据的图形显示 更好的用户界面 采用EDDL来描述屏幕版面 更好的数据存储- 采用 EDD能够将数据安全地存储于主机中,EDDL 合作组织 第一阶段的任务,第一阶段的技术规范是 IEC 61804-3 第一阶段的互操作指南是 IEC 61804-4,图表,图片,更好的用户界面,图形,更好的数据存储,用户应用,OPC UA 服务器,复杂设备,网络服务,OPC UA 客户端,组态/ 维护,趋势/历史 资产管理,EDDL 合作组织 第二阶段的任务,操作员人机界面,远程I/O,访问多个模块 离线组态 模块化的设备,OPC UA 协议,OPC UA 协议,EDD,第1步 获得数据,第2步 用户界面,HSE, ProfiNet 协议,HSE, ProfiNet协议,加强了对复杂设备访问的功能,EDDL 合作组织,竞争对手也加入进来了,2007年3月6日: FDT组织与 ECT达成一致，共同致力于开发统一的设备集成方案。 FDT将加入ECT，并成为ECT组织里具有投票权的会员。,前排: Hans Georg Kumpfmueller (西门子), Ron Helson (HART基金会), Flavio Tolfo (FDT组织), Martin Zielinski (艾默生), Dieter Schaudel (E+H) 后排: Edgar Kuester (Profibus基金会), Klaus Peter Lindner (E+H), Richard Timoney (现场总线基金会), Thomas Burke (OPC基金会), Achim Laubenstein (ABB) 未出席者: Hartmut Wuttig (ABB), Helmut Walraffs (Invensys),目前的状况,独立平台 鲁棒性 方便使用 感观一致,灵活 功能不受限制 独特的性能 嵌套式的通讯结构,两种技术意味着双倍的投入,未来设备集合的框架,图形用户界面,数据 & 状态模型,先进用户功能,DOM,OPC UA 服务器,信息模型,OPC UA 客户端应用程序,基本设备方法,DIM,DOM: 设备运行模型; DIM: 设备整合模型,为什么要联合起来?,将双方的优势相结合成为一个标准,程序 + 描述,独立的平台 鲁棒性 方便使用 感观一致,灵活性 功能不受限制 独特的性能 嵌套式的通讯结构,一种方案意味着投入也只要一次,FDI的共同目标,采用OPC-UA 客户机/服务器的技术 要不受操作系统及平台之约束 可向后与现有基于EDDL及DTM的设备描述兼容 可应用于任何现场设备通讯技术 可应用于各种网络拓朴结构 目标是将此开放规范变成唯一的国际标准,时间表及所有权,将成立技术小组以根据用户的应用案例来编写应用规范 目标是拟定一个规范草案并在2008年前完成初稿 ECT对其拥有所有权，并将继续发展未来的设备整合模型,HSE是现场总线基金会技术实现规模可变的关键，这是因为它提供了一种供多个H1网段连接的机制，而且在H1和HSE之间无需网关。目前H1具有的所有功能，HSE也同样可以实现。 现场总线基金会的系统不需要停车，就可进行扩展。 设备可以在线增加，或进行“热”切换；现场总线基金会技术支持在线软件下载和升级。,基金会技术没有规模的限制，从最小的到最大的过程自动化系统都能适用。 基金会技术的开放性，以及它不依赖于特定的操作系统或供应商平台的特点， 使它能够很容易地采用新建立的标准。,开放的、规模可变的集成,现场总线Ff带来自动化技术的深刻变革,系统集成和维护（SIM）工作组织,HIST支持 ITK 4.6和5.0 (和将来的版本) 对强制属性和选项属性的HIST 属性/分类 DD技术的互操作性和版本指南 增强型DD技术的介绍包括: ITK5.0支持新的DD后缀 (增强型测试) HIST支持新的DD后缀 (增强型测试) 开发 HIST改进版的方案,高速以太网HSE-远传 I/O,编写使用案例和高速以太网远传I/O（HSE-RIO）的技术要求。包括离散I/O和与低层网络（如HART, Profibus, Modbus, ASI, DeviceNet等）连接的网关，它们通过功能块和EDDL进行互操作。工作小组还将完成使用案例和相关应用要求。 拟定HSE-RI/O的项目计划 获得技术促进委员会（TSC）的批准然后执行项目计划 在最终用户工厂进行HSE-RI/O设备的互操作测试,无线概念的研究,编写有关功能块和EDDL在监测、控制和安全应用上进行设备无线通讯并实现互操作性的使用案例和要求。同时还将编写例如手持组态和维护设备等主机无线应用的使用案例和要求。 拟定实施计划，它包括: 寻找可使无线通讯技术的使用案例和要求能够符合ISA SP100和今后的IEC标准的一种方案。这个方案包括设备互操作和网络组态。 开发和确认规范 设备互操作测试和注册程序的发展,实现卓越运营的自动化结构,现场总线Ff带来自动化技术的深刻变革,市场份额,是谁带来自动化技术的深刻变革？,最新的市场调研,ARC 分析报告: 在过程工业现场总线协议中基金会现场总线占主导地位 调研显示现场总线已成为主流技术 过程现场总线市场在2006年达到了8.317亿美元 调研范围包括IEC 61158 标准内所有的通讯协议 基金会技术覆盖了2/3的过程现场总线市场,最新市场调研,ARC 分析报告: 现场总线的主要优势在于维护和运行方面 技术本身并不省钱，但它提高了设备管理的效率 大大降低了运行成本 提高了运行性能,最新市场调研,ARC分析报告: 巴西,俄罗斯, 印度和中国将是发展最快的国家 亚太将成为现场总线发展的引擎 估计年均增长率为 32% 拉美对于IEC协议的接受程度也在迅速上升 估计年均增长率为 34%,最新市场调研,ARC分析报告: 现场总线的价值在连续和离散混合工业中越来越得到认可 食品与饮料 制药 技术对于低速现场设备网络与高速控制网络的集成非常重要,应用的行业,850,000 台设备,超过 10,000 套系统,全球,市场分布,亚太,拉美,南美,中东,市场分布,工业,数据以百万美元计,不同通讯协议为过程工业提供现场总线方案的对比表,已注册设备,设备类型分布,284 类设备 425 件设备已经注册,区域培训中心,中