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1、基金会现场总线网段设计和辅助设备,主机系统 EEx-i 现场总线隔栅 和调节器,危险区,机柜,总线连接器,电缆,接线盒,连接器和附件,预制线,浪涌保护器,仪表插座,网段设计时要考虑的问题 仪表的功能性 仪表的位置 过程控制的要求 可靠性要求,配线设计 网段的拓扑结构 电缆类型 端子设备和连接件 模块化连线,FF 网络/网段拓扑 点对点 分支 树型 混合型 菊花链型,主干和分支 ISA S50.02的定义 Trunk主干：是指两个终端器之间的接线 Spur分支：分支是一种与主干线相连的H1支线，是一个终结的电路环，长度1m120m 接头是一种从主干网延伸出去的长度小于1m的连接方式 现场总线允许
2、接头或分支,FF网络/网段拓扑,20-35VDC,20-35VDC,点对点,该拓扑只包含两个设备 此种方案不经济，不要采用,20-35VDC,20-35VDC,树型拓扑 (鸡爪型),FF网络/网段拓扑,FF网络/网段拓扑 树型拓扑由一个与公共接线盒相连的现场总线段组成。可用于主干线电缆的末端 采用树型拓朴应注意分支的电缆长度限制 树型拓朴特别适合现场仪表密集安装区域 对现有电缆再利用时，首选树型拓扑结构,20-35VDC,20-35VDC,分支拓扑,多站型分支拓朴在技术上可行但未必经济 比较适合仪表安装分散的场合所有分支应有短路保护和限流,FF网络/网段拓扑,20-35VDC,20-35VDC
3、,组合型拓朴是树型和多站型拓朴的组合。这种拓朴可以较好地发挥前两种拓朴的优势，而克服它们各自的局限性,混合型拓扑,FF网络/网段拓扑,该拓扑的网段由设备连接到下一个设备，连接位于设备的端部 运行时，如果不中断其它设备的服务，就不能添加或删除设备,20-35VDC,20-35VDC,菊花链拓扑,FF网络/网段拓扑,控制网络,现场总线的安装应采用树型、分支型或组合型拓朴。避免采用菊花链拓朴,FF网络/网段拓扑,FF 电缆,IEC物理层标准的典型FF电缆特性,现场总线电缆的技术规格,FF 电缆 A型为推荐优先选用的电缆，特别适于在新安装系统中使用。其次推荐使用的是多双绞线对、外层全屏蔽的B型电缆。当
4、用户工厂中同一地区有多条现场总线时，新的安装工程和改造安装工程中均可选用这种类型的电缆 C、D两种电缆主要应用于改造工程中。相对A，B而言，C，D在使用长度上有许多限制，因此在某些特定场合中，要避免使用C，D两种电缆 当接线盒采用电缆插座连接件时，分支可采用预制接插件的电缆,FF 电缆 FF电缆采用屏蔽双绞线，可降低由线缆引入的信号噪声。屏蔽可进一步降低噪声灵敏度 可采用多对的双绞线电缆。各对双绞线应单独屏蔽。多对电缆还另须总屏蔽 为增强电缆的防护，可采用铠装电缆 实际应用经验不足时，应采用符合IEC物理层标准之典型电缆特性的FF专用电缆 采用其他电缆前应进行测试。测试电缆长度为实际应用长度的
5、125 FF电缆可与4-20mA电缆有颜色区分。方法为在电缆末端采用热收缩标记套 与具有价格优势的标准托盘电缆相比，特殊设计的FF电缆的优势并不总是很突出,预制线（Cordset） 已知各段总线长度 对安装时间要求非常紧 需要经常插拔,仪表插座（Gland） 作为仪表与网络连接的接口 导线与仪表内部接线端子相连 通过螺纹与仪表相连 针式或孔式,接插件 用于部件之间快速、可靠的连接 直线型和直角型 可在现场进行接线 针式和孔式,“T”型插头 用于总线网络的分支,接线盒 将若干分支集中连接到主干网上，有4分支、6分支和8分支等规格可选,即插即用 快速、准确、方便,接线盒,端子式接线盒 高防护等级,
6、端子式接线盒 低防护等级,接线盒 建议所有主干线和分支都在接线盒中连接。也可以用快速插头接在带插座的接线盒上 接线盒的外壳材料如铝合金、不锈钢、玻璃纤维增强型塑料等。根据应用场合的防腐要求选择,接线盒 接线盒必须防风雨。防护等级不应低于IP65 主干线的进出和所有分支应设独立的接线端子或接插件，主干线和分支接线端子可插拔 分支端子应集成短路保护功能，并根据应用区域等级和网段允许的电流，限制分支的最大输出电流 短路保护功能是防止某一分支的短路导致整个网段崩溃 LED显示分支短路和主干线供电,EEx nAL IIC T4 Zone 2,EEx meia IIC T4 Zone 1,接线盒 建危险区
7、Zone 2应用时，Ex n IIC 认证（在中国需NEPSI认证） 危险区Zone 1/0应用时，Ex ia IIC或Ex me ia IIC认证（在中国需NEPSI认证）,终端器 终端器是连接在总线末端或末端附近的阻抗匹配元件。每个总线段上需要两个。终端器能够起到使信号少受衰减与畸变的作用 通常将终端器内置在接线盒、电源、总线接口卡等设备内,20-35VDC,终端器,集成在FFPS中的终端器,终端器 主干两端各有一个终端电阻 一个终端器包括一个100电阻和一个1F电容 终端器不允许集成在主机或现场设备中，但是可以集成在 FFPS或接线盒中,中继器,中继器 中继器是总线供电或非总线供电的设备
8、，主要用来扩展现场总线网络。一个中继器开启一个新网段，从而增加连接到H1卡上的设备的数量 在现场总线网络的任何两个设备之间最多允许使用4个中继器。当使用4个中继器时，网络中两个设备之间的最大距离可以达到9500米,主配电电源和电源调节器 典型的现场总线结构,控制室,现场,T,主干,分支,接线盒,现场设备,主供电 电源,主机控制系统,电源调节器,T,终端器,主配电电源（Bulk Power Supply）,220/110VAC,220/110VAC,20-30VDC,20-30VDC,主配电电源冗余配置，应采用两路独立的供电电路，可以由UPS或备用电池供电 主配电电源负责将240/120VAC转
9、换为24VDC的供电电源，并提供过流保护 由主配电电源提供的DC电源需要通过FPC调节后提供给H1网段,FF电源调节器（FFPS） 根据基金会现场总线物理层的规范，现场总线基金会规定了如下几种型号的总线供电电源： 131型 给安全栅供电的非本安电源，输出电压与安全栅的额定值有关 132型 不能给安全栅供电的普通非本安电源，输出电压最大值为直流32V 133型 符合推荐的本安参数的本安型电源 FFPS 测试规范 FF - 831 唯一权威认证 不断提高FFPS的互操作性 FFPS/调节器通过测试后进行注册并使用 FF-831标志 推荐使用隔离电源,FF电源调节器（FFPS）,冗余带隔离的电源调节
10、器,25V, 350mA 输出,无需断电更换电源组件,冗余 24Vdc 电源输入,电源输入或电源模块故障报警,多网段应用时的电源跨线,FF电源调节器（FFPS）,电源调节器 FFPS包括低通滤波电路、阻抗匹配电路、限压限流电路 网段受限于总线电源的额定功率 大部分设备使用总线电源，即使是四线制设备 网段上只允许连接一个有源设备，也就是说每个网段上只允许有一个经调节的供电电源 过多负载的长距离网段会导致在设备端的低电压情况,提高电源可靠性的要求 在满足可靠性指标的前提下，采用单FFPS可以控制成本 主供电和FFPS冗余，可以避免所有单点故障，在网段不断电的情况下能够更换电源组件 本安和隔爆型FF
11、PS不能实现冗余 主配电、隔离组件、FFPS故障报警必须通知主系统 主配电和电源调节器隔离,电源调节器,现场总线设备,现场总线主机系统,H1 现场总线,Single points of failure,单点故障,主供电电源,-,+,单FFPS配置,电源调节器,主供电电源 A,现场总线设备,现场总线主站系统,H1 现场总线,电源调节器,主供电电源 B,-,+,-,+,故障报警,故障报警,故障报警,故障报警,冗余FFPS配置,冗余的主配电电源和带隔离的调节器,主电源供电 A,现场总线设备,现场总线主机系统,H1 现场总线,250Vac rms,主电源供电 B,-,+,-,+,故障报警,故障报警,限
12、制条件的检查 距离限制 分支长度 电源消耗 电压降 通信处理,距离限制 如果没有中继器，A型电缆的最大允许总长度为1900m。电缆总长度为主干线电缆长度与分支电缆长度之和 主干线采用单对的屏蔽双绞线还是多对的屏蔽双绞线，取决于目的接线箱内的网段数量 主干线采用多对的屏蔽双绞线时，可酌情设置备用量，如10，至少一对 利用旧设备原有电缆做FF总线电缆时，应测试其是否可以利用 在同一网段中不同电缆类型可以混用,分支长度 接头是一种从主干网延伸出去的长度1m的连接方式 分支时一种从主干网延伸出去1m120m长度的连接方式 多个设备在同一分支上时其连接的电缆应小于1m 单个分支上可以连接设备的数量取决于
13、接线技术方案的采用,电源消耗 对于总线供电设备，需计算所有设备消耗的电流之和，并将其与特定系统配置中可获得的电流相比较，应保证足够 对于外部供电设备，除计算各设备的静止电流之和，还必须加上等于系统中任何设备接收与发送信号之间的最大电流差的附加电流 电压降 电压降的计算 “15/15规则” 15个或更少的设备、1500英尺或更少、采用A类电缆，无需详细的电压降计算,FF网段的防爆 FF现场仪表常用的防爆方法包括隔爆（增安）型、本质安全型、无火花限能型 确定现场仪表的防爆方法，并依此设计网段中其他设备的防爆方案。 FF应用指南推荐采用本质安全型防爆（危险区Zone 1/0；Division 1）和
14、无火花限能型防爆（危险区Zone2；Division 2）。其理由是从防爆方法上保证在无需特别许可的情况下能够对现场仪表进行带电操作。,本质安全模型 - ENTITY和FISCO 防爆方法 本质安全原理 FF遵循现行的仪器仪表防爆标准。由现行的防爆认证机构认证,本质安全现场设备,本安总线Entity规范的安全要求： Ui Uo Ii Io Pi Po Ci+CL Co Li+LL Lo 本安总线电缆应遵循本安电缆的规范，如绝缘和护套颜色要求 当整个网段采用本安设计，上述能量的限制将制约网段挂接仪表的能力。当要求分支短路保护时，短路保护的额外耗电使这种制约将更显突出,本安总线FISCO规范的安全
15、要求： Ui Uo Ii Io Pi Po 最多连接仪表：10台 仪表电容Ci不大于5nF; 电感Li不大于10H FISCO电缆安全参数( EEx ia IIC )： R 15 150 / km L 0.4 1 mH C 80 200 nF FISCO网段电缆长度( EEx ia IIC )：1000m；分支电缆不长于30m FISCO网段终端器参数： R 90 100 C 0 2.2F,本质安全现场设备,采用本质安全主干线的得失 主干线可以带电维护 FISCO网段所受到的本安限能的制约较Entity网段宽松，但依然明显存在 通过降低安全栅本安防爆指标（如把EEx ia IIC降级为EEx
16、ib IIB）可进一步放宽制约。但应用时必须审查仪表和安全栅的参数是否满足上述不等式 从Ex ia降到Ex ib：现场仪表丢失1.5倍的安全系数 从IIC降到IIB：限制了在炼油厂（氢气环境）和氯碱厂（乙炔环境）的应用 没有冗余、高可靠型配电 FISCO认证的仪表与Entity认证的仪表不能混装在一个网段中,安全栅 Fieldbarrier适用于Zone 1/0应用场合 主干线采用增安型防爆完全满足Zone 1防爆要求，对实际应用并无不便，因为主干线没必要带电服务操作 增安主干线使网段可供足够电能量。所用FF配电系统与非防爆时相同。挂接仪表数量和电缆长度的应用指南与非本安网段相同 本安分支支持仪表的热操作 本安分支同时支持分支的短路保护,
