Fieldbus Foundation™
Freedom to choose. Power to integrate
Italia
Approfondimenti Tecnici
e
Dimostrazione Pratica
Relatore: M.Romagnoli
Approfondimenti Tecnici
Italia
• I Blocchi Funzione (Function Blocks)
• La Funzione ‘LAS’ (Link Active Scheduler)
• I tipi di comunicazioni FF
• Il Macrociclo ed il Determinismo
• I files DD e CFF
Cagliari 11-Giugno-09- GIORNATA DI STUDIO
Copyright Fieldbus Foundation, February 2005
Function Blocks….. Cosa sono e cosa fanno?
Italia
I Function Blocks sono “pezzi” di software che:
1- ricevono una o più variabili (misure) in ingresso….
2- ....che vengono usate in formule/algoritmi di calcolo….
3- ….per produrre dei risultati in uscita
Function Block model
Inputs
Algorithms
Outputs
Mode Structure
(Manual, Auto, etc...)
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Function Blocks….
Quali e quanti sono?
Italia
Standard Function Blocks
Input Class
•
•
•
•
•
AI
DI
MAI
MDI
PUL
analog input
discrete input
multiple analog input
multiple discrete input
pulse input
Control and Calculate Class
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
PID PID control
EPID enhanced PID
APID advanced PID
ARTHarithmetic
SPLT splitter
CHAR signal characterizer
INTG integrator/totalizer
AALM analog alarm
ISEL input selector
SPG setpoint ramp generator
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
TIME timer and logic
LLAG lead-lag
OSDL output selector / dynamic limiter
DENS density
CT constant
FFET flip-flop and edge trigger
MBCS modbus control slave
MBSS modbus supervision slave
MBCM modbus control master
MBSM modbus supervision master
Output Class
•
•
•
•
•
AO analog output
DO discrete output
MAO multiple analog output
MDO multiple discrete output
STEP step output PID
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Function Blocks…..
Come si usano?
Italia
• I Function Blocks possono risiedere nel Controllore
(tradizionale) e/o negli strumenti da campo come Trasmettitori
o Posizionatori
• I Function Blocks di controllo contenuti in uno strumento,
possono essere usati anche da altri strumenti connessi sullo
stesso segmento/rete
• Collegando virtualmente tra loro (link) diversi Function Blocks
residenti negli strumenti si progetta una strategia di controllo
distribuita in campo
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Function Blocks… Alcune applicazioni tipiche
Italia
AI
DI
M
AI
AI
AI
Input
DO
Output
AI
AO
Feedback Control
AO
AO
PID
Manual
Control
R
Ratio
Control
AI
PID
AI
AI
AI
PID
PID
PID
AO
AI
BG
BG
CS
AO
AO
AO
AI
PID
Cascade
Control
PID
PID
DI
AO
Feedforward AO
Control
Split Range
Control
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Override
Control
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Function Blocks…..Ma cosa cambia per gli
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strumenti?
• Gli strumenti FF non sono valutati solo per la loro
funzione tradizionale di misura ma anche per la loro
capacità di calcolo
• Il numero & tipi di Function Blocks residenti in uno
strumento FF ed i relativi ‘Execution time’ connotano la
sua completa funzionalità e la sua adeguatezza per
essere usato in applicazioni dove si vuole distribuire il
controllo in campo
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LAS (Link Active Scheduler)….. Cos’è e a cosa serve?
Italia
• La funzione LAS è il MASTER di una rete FF
• La sua funzione è anche chiamata “H1 BUS Arbiter” e può essere vista
come quella di “direttore d’orchestra” dove gli strumenti sono gli
“orchestrali” che devono seguire uno “spartito” (Macrociclo)
• Il LAS si occupa di
• Auto-rilevazione degli strumenti connessi sul bus (live List)
• Assegnamento automatico dell’indirizzo di rete e ricerca con TAG
• Gestione delle comunicazioni Scheduled and Unscheduled
• Time Distribution (Sincronizzazione fra gli strumenti)
La funzione LAS in forma ridotta può essere sviluppata
anche negli strumenti da campo (Backup LAS)
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Tipi di Comunicazioni
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• Unscheduled
– Client Server (one to one)
– Report Distribution (one to many)
• Scheduled
– Publisher Subscriber (one to many)
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Client/Server (one to one)
Italia
Engineer IT
Ethernet TCP/IP
Operate IT
Control IT
AC800M
Read AI_Out_Scale_Unit
Write
AI_Out_Scale
= m3/h
Linking
Device
AI_Out_Scale
OK
= 780.0
0.0
PS
L/h
Field IT
Comunicazioni NON Schedulate
Usate per messaggi da operatore per la
Configurazione/Parametrizzazione/
Manutenzione degli strumenti
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Termination
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Report Distribution (one to many)
Italia
Engineer IT
Error = Electronic memory Fail
Operate IT
Ethernet TCP/IP
Control IT
AC800M
Error = Electronic memory Fail
PASS TOKEN
Linking
Device
PS
Field IT
TB_error/bit 5 = set
Comunicazioni NON Schedulate
Usate per la Notifica di Eventi/Allarmi
e per la trasmissione di Trend
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Fail
Termination
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Publisher Subscriber (one to many)
ItaliaComunicazioni
Schedulate
Usate per la pubblicazione/scambio LAS
di dati tra Function Blocks necessari
per il Controllo di Processo
Linking
Device
Field IT
PS
Termination
Termination
DISP
AI
PID
AO
Device 1
AI
AI
OUT
Process
Device 2
OUT
Device 3
IN
PID
BK_CAL IN
Device 4
IN
AI
OUT
IN
DISP
IN
BK_CAL OUT
CAS_IN
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AO
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il Macrociclo
Italia
Device 1
AI
OUT
Device 2
OUT
IN
Device 3
PID
BK_CAL IN
Device 4
IN
AI
IN
OUT
DISP
BK_CAL OUT
IN
CAS_IN
VCR2
DISP
UNSCHEDULED
AOUT
AIN
PID
VCR1
AIN
AO
Request/Response
Communication
(Unscheduled)
MacroCycle
t
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Sistema Deterministico
Italia
Unscheduled
DISP
AIN
DISP
AIN
AIN
AO
AO
PID
PID
AIN
DISP
AIN
AO
AIN
DISP
AO
PID
AIN
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PID
AIN
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Funzione di LAS Backup
Italia
Sistema Multimaster
FF distingue 2 tipi di strumentazione: “Link Master“ e “Basic“
Solo strumenti “Link Master“ supportano la funzione di Backup-LAS
FOUNDATION HSE
Linking
Device
LAS
FOUNDATION Fieldbus-H1
Basic
Device
Basic
Device
Link Master
Device
Basic
Device
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Basic
Device
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Funzione di LAS Backup
Italia
Sistema Multimaster
La funzione LAS Backup negli strumenti da campo E’ di fatto una ridondanza
funzionale perchè mantiene ‘vive’ le operazioni di controllo anche nel caso il
Master (Primary LAS) fallisce
FOUNDATION HSE
Linking
Device
LAS
FOUNDATION Fieldbus-H1
Basic
Device
Basic
Device
Link Master
Device (Backup)
Basic
Device
Basic
Device
LAS
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Device Description (DD)
Italia
Il Device Description è una descrizione estesa di ogni oggetto/parametro all’interno
dello strumento, da rendere disponibile attraverso il bus per letture/scritture
Il DD consente ad ogni Host FF di riconoscere ed utilizzare, in modo automatico, il
corrispondente Field Device
(E’ da considerarsi come il driver di una stampante)
+
⇒ ON-LINE
configuration
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Capability File (CFF)
Italia
Il Capability File descrive le risorse dello strumento tipo:
Numbero e tipi di Function Blocks
Tempo d‘esecuzione dei Function Blocks (Execution Time)
Settaggio di default dei parametri/oggetti deiFunction blocks……..
+
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⇒ OFF-LINE
configuration
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Device Description e Capability File
Italia
• DD&CFF sono files obbligatori per ogni prodotto registrato FF
• Nel sito web dell’organizzazione FF sono pubblicati tutti i prodotti
registrati con le loro caratteristiche ed i loro DD&CFF da scaricare
http://www.fieldbus.org/ProductsAndServices/RegisteredProducts/
• I files DD&CFF sono gli elementi essenziali perchè ogni strumento
registrato FF possa essere usato da ogni Host registrato FF.
• Comunque, indipendentemente dalla registrazione FF, ogni HOST
vendor per sicurezza e garanzia dell’utilizzatore esegue dei propri
test specifici con strumenti registrati di altre compagnie prima che
questi possano essere connessi al loro sistema.
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Obiettivo del Demo (1)
Italia
Mantenere costante la temperatura superficiale del vetro.
Per raggiungere lo scopo abbiamo bisogno di:
Un sensore di temperatura
Un controllore per regolare la temperatura generata dalla lampada
Un attuatore che agendo sul potenziometro che alimenta
elettricamente la lampada ne varia luminosità e temperatura
Dei collegamenti necessari
Aria compressa
220 V c.a.
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Obiettivo del Demo (2)
Italia
Realizzare il controllo con tecnologia FF distribuito in campo
ed in grado di rimanere “vivo” anche nel caso il Master fallisca.
1- Selezionare Strumenti FF che abbiano le funzioni di controllo necessarie
- Verificare nelle specifiche degli strumenti FF la lista dei Function Blocks
disponibili al loro interno (PID, Arithmetic, Bias/Gain, Split Range…….)
2- Selezionare almeno uno strumento di categoria ‘Link Master’ cioè che
possa anche funzionare come backup del controllore (LAS back-up)
- Controllare dalle specifiche se gli strumenti sono di categoria ‘Basic’
(No funzione LAS) o ‘Link Master’ (Si funzione LAS)
3- Sulla base dell’impianto stabilire topologia di rete e relativi accessori
come cavi, alimentatori, connettori, scatole di giunzione, barriere di
sicurezza etc….
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Fieldbus Data Sheet (example)
Tag Number:_______________________________
Basic Fieldbus Function Blocks
Italia Analog Input (AI)
Number
Advanced Function Blocks
Segment Information
Pulse Input (PI)
Device:
Execution Time (msec)
_________ Execution Time (msec)
Discrete Input (DI)
Number
Bias (B)
Execution Time (msec)
Segment #:
Complex Discrete Output (CDO)
Execution Time (msec)
Execution Time (msec)
LAS Capable: YES NO Device Control (DC)
Execution Time (msec)
Manual Loader (ML)
Integrator (I)
Execution Time (msec)
Device Minimum Voltage:
Execution Time (msec)
Proportional/Integral/Derivative (PID)
Number
Device capacitance:
Analog Human Interface (AHI)
Execution Time (msec)
Analog Output (AO)
Device current draw (mA):
Execution Time (msec)
Polarity Sensitive: YES NO Input Selector (IS) ____ Execution Time (msec)
Segment terminator location:
Lead Lag Controller (LL)
VCR’s:
Execution Time (msec)
Discrete Output (DO)
___ Number
Execution Time (msec)
DD Revision:
Signal Splitter (SS)
Execution Time (msec)
CCF Revision:
Timer (T)
Execution Time (msec)
ITK Version:
Arithmetic (A)
Execution Time (msec)
Notes
Digital Alarm (DA)
Execution Time (msec)
Calculate (C)
Execution Time (msec)
Analog Alarm (AA)
Execution Time (msec)
Execution Time (msec)
Control Selector (CS)
Execution Time (msec)
Proportional/Derivative (PD)
Execution Time (msec)
Ratio (R)
Execution Time (msec)
Deadtime (D)
Execution Time (msec)
Complex Analog Output (CAO)
Time (msec)
Execution
Complex Analog Output (CAO)
Execution Time (msec)
Set Point Ramp Generator (SRG)
Execution Time (msec)
Signal Characterizer (SC)
Execution Time (msec)
Digital Human Interface (DHI)
Execution Time (msec)
______________
______ Execution Time (msec)
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Segmento Demo - Topologia
Italia
Stazione di
Ingegneria
-Design di rete
-Design del Loop di Controllo
-Configuration/parametrizzazione degli strumenti
Ethernet
Trasmettitore di
temperatura
DCS con scheda
d’interfaccia FF
#1
FF-HSE
Junction
Box
Linking Device
Strumento
“LAS”
#2
H1 Power
T
conditioner
T
FF-H1
Convertitore e
attuatore
#3
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www.fieldbus.org
Italia
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Selezione Strumenti
Italia
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Segmento Demo - Topologia
Italia
-Design di rete
-Design del Loop di Controllo
-Configuration/parametrizzazione degli strumenti
Ethernet
Trasmettitore di
temperatura
#1
FF-HSE
Strumento
“LAS”
Linking Device
#2
FF-H1
Convertitore e
attuatore
#3
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HSE CARD
Italia
LAS backup
Indicatore FF
FF-HSE
FF-H1 Trunk
Linking
Device
Spurs
Power
Conditioner
all’Attuatore
Junction
Box
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Trasmettitore
Temperatura
Alla PT100
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Passi da svolgere
Italia
• Scaricare dal sito FF org oppure da sito dei fornitori stessi i
drivers/files DD e CFF degli strumenti selezionati
• Installare DD e CFF nella stazione di ingegneria
• Progettare il segmento H1 con gli strumenti necessari
• Progettare il loop di controllo con i Function Blocks degli strumenti
• Selezionare lo strumento che dovrà funzionare come LAS Backup
(se necessario)
• Scaricare il progetto (download dell’applicazione)
• Configurare/parametrizzare gli strumenti.
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Il controllo distribuito in campo
Italia
#2
#1
#3
Interfaccia operatore
SP
PV
CO
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La funzione di “Backup LAS”
Italia
La funzione di LAS viene trasferita al dispositivo di
back-up quando il LAS primario fallisce
H1 Fieldbus
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