1 FF現(xiàn)場(chǎng)總線物理層（IEC61158-2）簡(jiǎn)介

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　　現(xiàn)場(chǎng)總線是指以工廠內(nèi)的測(cè)量和控制機(jī)器間的數(shù)字通訊為主的網(wǎng)絡(luò)，也稱現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。也就是將傳感器、各種操作終端和控制器間的通訊及控制器之間的通訊進(jìn)行特化的網(wǎng)絡(luò)。原來(lái)這些機(jī)器間的主體配線是ON/OFF、接點(diǎn)信號(hào)和模擬信號(hào)，通過(guò)通訊的數(shù)字化，使時(shí)間分割、多重化、多點(diǎn)化成為可能，從而實(shí)現(xiàn)高性能化、高可靠化、保養(yǎng)簡(jiǎn)便化、節(jié)省配線（配線的共享）。是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。主要解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問(wèn)題。

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　　基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（Foundation Fieldbus）通常簡(jiǎn)稱為FF現(xiàn)場(chǎng)總線，它分為H1和H2兩級(jí)總線。H1采用符合 IEC 61158-2標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線物理層；H2則采用高速以太網(wǎng)為物理層。本文只討論FF之H1現(xiàn)場(chǎng)總線的配電、短路保護(hù)和防爆技術(shù)。

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　　H1現(xiàn)場(chǎng)總線物理層的主要電氣特征如下：

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　　數(shù)據(jù)傳輸方式：數(shù)字化，位同步；傳輸波特率：31.25kbit/s；驅(qū)動(dòng)電壓：9～32VDC；信號(hào)電流：±9mA；電纜型式：屏蔽雙絞線；接線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：線形、樹形、星形及其復(fù)合形；電纜長(zhǎng)度：小于等于1900m（無(wú)中繼器時(shí)）；分支電纜的長(zhǎng)度：30～120m；掛接設(shè)備數(shù)量：小于等于32臺(tái)（無(wú)中繼器時(shí)）；可用中繼器數(shù)；小于等于4臺(tái)；適用防爆方法：本質(zhì)安全型防爆方法等。

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　　2 FF現(xiàn)場(chǎng)總線的配電

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　　H1現(xiàn)場(chǎng)總線在一根屏蔽雙絞線電纜上完成對(duì)多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表供電和雙向數(shù)字通訊?？刂葡到y(tǒng)所配備的H1網(wǎng)卡通常只負(fù)責(zé)與現(xiàn)場(chǎng)儀表的雙向通訊。而總線的配電則需由專門的FF配電承擔(dān)，如圖1所示。

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　　H1總線以“段（Segment）”為單位組成總線網(wǎng)絡(luò)。每臺(tái)H1網(wǎng)卡通常有兩個(gè)或4個(gè)端口。每段總線需配1臺(tái)FF配電器。每段總線的兩端需各配一個(gè)網(wǎng)端（又稱終端電阻），以消除高頻信號(hào)的回聲。

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　　配備了H1網(wǎng)卡、FF配電器、網(wǎng)端之后，就可以在該段總線上掛接FF現(xiàn)場(chǎng)總線儀表了。根據(jù)FF協(xié)議的有關(guān)可互操作性的規(guī)定，任何總線基金會(huì)注冊(cè)的現(xiàn)場(chǎng)儀表均應(yīng)該可以掛接在H1總線上。

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　　隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，過(guò)程控制領(lǐng)域在過(guò)去的兩個(gè)世紀(jì)里發(fā)生了巨大的變革。150多年前出現(xiàn)的基于5－13psi的氣動(dòng)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)（PCS，Pneumatic Control System氣動(dòng)控制系統(tǒng)），標(biāo)志著控制理論初步形成，但此時(shí)尚未有控制室的概念；20世紀(jì)50年代，隨著基于0－10mA或4－20mA的電流模擬信號(hào)的模擬過(guò)程控制體系被提出并得到廣泛的應(yīng)用，標(biāo)志了電氣自動(dòng)控制時(shí)代的到來(lái)，三大控制論的確立奠定了現(xiàn)代控制的基礎(chǔ)，設(shè)立控制室、控制功能分離的模式也一直沿用至今；20世紀(jì)70年代，隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)的介入，產(chǎn)生了“集中控制”的中央控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，而信號(hào)傳輸系統(tǒng)大部分是依然沿用4－20mA的模擬信號(hào)，不久人們也發(fā)現(xiàn)了伴隨著“集中控制”，該系統(tǒng)存在著易失控、可靠性低的缺點(diǎn)，并很快將其發(fā)展為分布式控制系統(tǒng)（DCS，Distributed Control System分布式控制系統(tǒng)）；微處理器的普遍應(yīng)用和計(jì)算機(jī)可靠性的提高，使分布式控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，由多臺(tái)計(jì)算機(jī)和一些智能儀表以及智能部件實(shí)現(xiàn)的分布式控制是其最主要的特征，而數(shù)字傳輸信號(hào)也在逐步取代模擬傳輸信號(hào)。隨著微處理器的快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)延伸到工業(yè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)成為可能，產(chǎn)生了以微處理器為核心，使用集成電路代替常規(guī)電子線路，實(shí)施信息采集、顯示、處理、傳輸以及優(yōu)化控制等功能的智能設(shè)備。設(shè)備之間彼此通信、控制，在精度、可操作性以及可靠性、可維護(hù)性等都有更高的要求。由此，導(dǎo)致了現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生。

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　　每段H1總線可以掛接多少臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表，而總線電纜又能設(shè)置多長(zhǎng)呢？通常H1網(wǎng)卡的供應(yīng)商會(huì)說(shuō)明每段所掛接儀表的極限數(shù)量（如16臺(tái)）和推薦數(shù)量。

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　　設(shè)配電器配電能力：24VDC/400mA；

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　　FF總線變送器耗電：9V/17.5mA；

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　　FF總線閥門定位器耗電：9V/26mA；

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　　FF現(xiàn)場(chǎng)總線A型電纜分布電阻：44Ω/km。

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　　1） 現(xiàn)場(chǎng)儀表掛接數(shù)量

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　　變送器：400÷17.5 = 22.8（臺(tái)）

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　　定位器：400÷26 = 15.3（臺(tái)）

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　　因此，每根總線可掛接22臺(tái)變送器或15臺(tái)閥位定位器。實(shí)踐中，每段H1總線通常掛接16臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表，其中閥門定位器為4到8臺(tái)。

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　　2） 電纜長(zhǎng)度：假設(shè)總線上掛接8臺(tái)變送器和8臺(tái)閥門定位器。

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　　則現(xiàn)場(chǎng)儀表耗電總額為

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　　（8×17.5）＋（8×26）= 348 （mA）

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　　允許總線電纜的壓降為