1 FF現(xiàn)場總線物理層（IEC61158-2）簡介

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　　現(xiàn)場總線是指以工廠內的測量和控制機器間的數(shù)字通訊為主的網(wǎng)絡，也稱現(xiàn)場網(wǎng)絡。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行特化的網(wǎng)絡。原來這些機器間的主體配線是ON/OFF、接點信號和模擬信號，通過通訊的數(shù)字化，使時間分割、多重化、多點化成為可能，從而實現(xiàn)高性能化、高可靠化、保養(yǎng)簡便化、節(jié)省配線（配線的共享）。是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(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)場的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機構等現(xiàn)場設備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設備和高級控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問題。

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　　基金會現(xiàn)場總線（Foundation Fieldbus）通常簡稱為FF現(xiàn)場總線，它分為H1和H2兩級總線。H1采用符合 IEC 61158-2標準的現(xiàn)場總線物理層；H2則采用高速以太網(wǎng)為物理層。本文只討論FF之H1現(xiàn)場總線的配電、短路保護和防爆技術。

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　　H1現(xiàn)場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；驅動電壓：9～32VDC；信號電流：±9mA；電纜型式：屏蔽雙絞線；接線拓撲結構：線形、樹形、星形及其復合形；電纜長度：小于等于1900m（無中繼器時）；分支電纜的長度：30～120m；掛接設備數(shù)量：小于等于32臺（無中繼器時）；可用中繼器數(shù)；小于等于4臺；適用防爆方法：本質安全型防爆方法等。

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　　2 FF現(xiàn)場總線的配電

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　　H1現(xiàn)場總線在一根屏蔽雙絞線電纜上完成對多臺現(xiàn)場儀表供電和雙向數(shù)字通訊?？刂葡到y(tǒng)所配備的H1網(wǎng)卡通常只負責與現(xiàn)場儀表的雙向通訊。而總線的配電則需由專門的FF配電承擔，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。每臺H1網(wǎng)卡通常有兩個或4個端口。每段總線需配1臺FF配電器。每段總線的兩端需各配一個網(wǎng)端（又稱終端電阻），以消除高頻信號的回聲。

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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)場總線儀表了。根據(jù)FF協(xié)議的有關可互操作性的規(guī)定，任何總線基金會注冊的現(xiàn)場儀表均應該可以掛接在H1總線上。

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　　隨著科學技術的快速發(fā)展，過程控制領域在過去的兩個世紀里發(fā)生了巨大的變革。150多年前出現(xiàn)的基于5－13psi的氣動信號標準（PCS，Pneumatic Control System氣動控制系統(tǒng)），標志著控制理論初步形成，但此時尚未有控制室的概念；20世紀50年代，隨著基于0－10mA或4－20mA的電流模擬信號的模擬過程控制體系被提出并得到廣泛的應用，標志了電氣自動控制時代的到來，三大控制論的確立奠定了現(xiàn)代控制的基礎，設立控制室、控制功能分離的模式也一直沿用至今；20世紀70年代，隨著數(shù)字計算機的介入，產生了“集中控制”的中央控制計算機系統(tǒng)，而信號傳輸系統(tǒng)大部分是依然沿用4－20mA的模擬信號，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，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)）；微處理器的普遍應用和計算機可靠性的提高，使分布式控制系統(tǒng)得到了廣泛的應用，由多臺計算機和一些智能儀表以及智能部件實現(xiàn)的分布式控制是其最主要的特征，而數(shù)字傳輸信號也在逐步取代模擬傳輸信號。隨著微處理器的快速發(fā)展和廣泛的應用，數(shù)字通信網(wǎng)絡延伸到工業(yè)過程現(xiàn)場成為可能，產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備。設備之間彼此通信、控制，在精度、可操作性以及可靠性、可維護性等都有更高的要求。由此，導致了現(xiàn)場總線的產生。

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　　每段H1總線可以掛接多少臺現(xiàn)場儀表，而總線電纜又能設置多長呢？通常H1網(wǎng)卡的供應商會說明每段所掛接儀表的極限數(shù)量（如16臺）和推薦數(shù)量。

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　　設配電器配電能力：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)場總線A型電纜分布電阻：44Ω/km。

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　　1） 現(xiàn)場儀表掛接數(shù)量

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　　變送器：400÷17.5 = 22.8（臺）

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　　定位器：400÷26 = 15.3（臺）

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　　因此，每根總線可掛接22臺變送器或15臺閥位定位器。實踐中，每段H1總線通常掛接16臺現(xiàn)場儀表，其中閥門定位器為4到8臺。

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　　2） 電纜長度：假設總線上掛接8臺變送器和8臺閥門定位器。

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　　則現(xiàn)場儀表耗電總額為

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　?。?×17.5）＋（8×26）= 348 （mA）

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　　允許總線電纜的壓降為