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1、第第2 2章章 基金会现场总线基金会现场总线2.1 2.1 概述概述2.2 2.2 基金会现场总线网络设备与安装基金会现场总线网络设备与安装2.3 2.3 基金会现场总线组态基础基金会现场总线组态基础2.4 2.4 基金会现场总线仪表及应用基金会现场总线仪表及应用曹隘头标将偏绵域瞧鹿自躺遇雁众非芭虐厌砖襄优筋盐阐瓢椭课灾侯懒袖现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线第第2 2章章 基金会现场总线基金会现场总线基金会现场总线（基金会现场总线（FF）从自控系统的设计、安装、开车从自控系统的设计、安装、开车运行和维护的整个过程中都体现了优越性。运行和维护的整个过程中都体现
2、了优越性。FF系统结构简化，系统结构简化，节省了控制设备。节省了控制设备。FF高度分散性与现场设备的自治性，使系统高度分散性与现场设备的自治性，使系统运行性能提高，对现场设备的诊断可随时进行，使系统可靠性运行性能提高，对现场设备的诊断可随时进行，使系统可靠性大大改善。大大改善。FF系统的开放性与互操作性系统的开放性与互操作性，把从多个厂商处购，把从多个厂商处购买部件而集成系统的权利交给用户。买部件而集成系统的权利交给用户。FF是是仪仪表表和和过过程程控控制制向向数数字字化化通通讯讯方方向向发发展展而而形形成成的的技技术术。它它不不同同于于其其他他通通讯讯协协议议，仅仅仅仅实实现现数数据据的的数
3、数字字化化传传输输，而而是是用用来来完完成成整整个个过过程程控控制制系系统统的的设设计计。本本书书介介绍绍现现场场总总线线技技术术，使使您您了了解解它它的的优优势势和和长长处处，并并进进而而将将这这种种杰杰出出而而可可靠靠的的技技术术应应用到您的控制系统中去。用到您的控制系统中去。园椽靛蚌柯潞丝肠擦绳玻松哎汉帘怂园卤替搅辙蚊船县贸桅填术绵唱苗玫现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线FF目目前前已已经经应应用用在在石石化化、炼炼油油、化化工工、石石油油天天然然气气、热热电电厂厂、冶冶金金矿矿山山、水水处处理理、造造纸纸、公公用用（含含电电站站）、食食品品饮饮料料、制
4、制药药、电电力力、钢钢铁铁和和水水泥泥等等领领域域，FF技技术术已已经经运运用用得得非非常成熟。常成熟。据报道，目前已经在使用的据报道，目前已经在使用的FF总线系统的最大规模已经总线系统的最大规模已经达到达到12000台仪表。我国广西惠州新建的大型石化装置约采用台仪表。我国广西惠州新建的大型石化装置约采用数千台数千台FF总线仪表，自动化的总投资达到总线仪表，自动化的总投资达到5000万美元。上海万美元。上海SECCO新建的石化装置也全部采用新建的石化装置也全部采用FF总线技术和仪表，合总线技术和仪表，合同金额达到同金额达到3000万美元。万美元。 恕狙吟娇凹睬航剪哼隙儡通闹摔史也吩霜魏陶疑比喂
5、杀敬秧指膝杭凹菇赎现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线2.1 2.1 概述概述2.1.1 2.1.1 基金会现场总线发展背景、特基金会现场总线发展背景、特点及应用情况点及应用情况2.1.2 2.1.2 一个典型的工程实例一个典型的工程实例2.1.3 2.1.3 技术分析技术分析馏广榷迭辗傀强挤昭怂骏给屋烟荷皆喂尊冰骗搀渝异蛮珠句鹊磕始整苦萄现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线2.1 2.1 概述概述基金会现场总线基金会现场总线FF（FoudationFieldbus）在过程自动）在过程自动化领域得到广泛支持和应用，并具有良好发展前
6、景。化领域得到广泛支持和应用，并具有良好发展前景。FF总线由低速总线由低速(FF-H1)和高速和高速(FF-HSE)两部分组成，其两部分组成，其中中FF-H1网络以网络以ISO/OSI模型为基础，取其物理层、数据链路模型为基础，取其物理层、数据链路层和应用层，并在应用层之上增加了用户层，构成了四层结层和应用层，并在应用层之上增加了用户层，构成了四层结构的通信模型。构的通信模型。FF-H1传输速率为传输速率为31.25Kbps，通信距离可达，通信距离可达1900m（与传输介质有关，可加中继器延长），可支持总线（与传输介质有关，可加中继器延长），可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。供电，支持本质
7、安全防爆环境。FF-H1主要用于过程工业（连续控制）的自动化。主要用于过程工业（连续控制）的自动化。FF-HSE则采用基于则采用基于Ethernet(IEEE802.3)+TCP/IP的六层结构，的六层结构，其通信距离为其通信距离为750m和和500m。物理传输介质可支持双绞线、。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射，协议符合光缆和无线发射，协议符合IEC61158-2标准。标准。FF-HSE主要用主要用于制造业于制造业(离散控制离散控制)自动化以及逻辑控制、批处理和高级控自动化以及逻辑控制、批处理和高级控制等场合。制等场合。灶估缴庚赵垦断产肤梦槽沼亿规字团睹啸骗仍婆围阳腐埂闲范禄逾落吠拙
8、现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线2.1.1 2.1.1 基金会现场总线发展背景、特点及应用情况基金会现场总线发展背景、特点及应用情况1FF总线的前身是总线的前身是ISP和和WordFIP标准，标准，ISP协议是以美国协议是以美国Fisher-Rousemount公司为首，联合公司为首，联合Foxboro、横河、横河、ABB、西门子等西门子等80家公司制订的；家公司制订的；WordFIP协议是以协议是以Honeywell公公司为首，联合欧洲等地的司为首，联合欧洲等地的150家公司制订的。迫于用户压力家公司制订的。迫于用户压力和市场需求，和市场需求，1994年年
9、9月两大集团合并，成立了现场总线基月两大集团合并，成立了现场总线基金会。现场总线基金会致力于开发出国际上统一的现场总线金会。现场总线基金会致力于开发出国际上统一的现场总线协议。它以协议。它以ISO/OSI开放系统互连模型为基础，取其物理层、开放系统互连模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次，并在应用通信模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。层上增加了用户层。玄卷刷睛葫脏羊厅括凝卸各杂扼术京可猴牌玫慑狗茧粒淄吉帧淖仙援蚁棵现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线2FF的的最最大大特特色色在在于于它它不不仅仅是是一一种
10、种总总线线，而而是是一一个个系系统统。它它既既是是网网络络系系统统也也是是自自动动化化系系统统。作作为为新新型型自自动动化化系系统统，区区别别于于以以前前各各种种自自动动化化系系统统的的特特征征在在于于它它所所具具有有的的开开放放型型数数字字通通信信能能力力，使使自自动动化化系系统统具具备备了了网网络络化化特特征征；而而作作为为一一种种通通讯讯网网络络，有有别别于于其其它它网网络络系系统统的的特特征征则则在在于于它它位位于于工工业业现现场场，其网络通信是围绕完成各种自动化任务进行的。其网络通信是围绕完成各种自动化任务进行的。FF总总线线的的低低速速部部分分FF-H1是是参参考考了了ISO/OS
11、I参参考考模模型型,并并在在此此基基础础上上根根据据过过程程自自动动化化系系统统的的特特点点进进行行演演变变而而得得到到的的。除除了了实实现现现现场场总总线线信信号号的的数数字字通通信信外外，FF-H1具具有有适适用用于于过过程程自自动动化化的的一一些些特特点点：支支持持总总线线供供电电、支支持持本本质质安安全全、采采用用令牌总线访问机制等。令牌总线访问机制等。穷磺闰痢然惊做全抄影歉茨葬豹美经津饰模垃步冕汕穷须变榷侠条明欣暮现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线 基于以太网的高速部分基于以太网的高速部分HSE充分利用低成本和商业可用的充分利用低成本和商业可用的以太
12、网技术，并以以太网技术，并以100Mbit/s到到1Gbit/s或更高的速度运行。或更高的速度运行。HSE支持所有的支持所有的FF总线低速部分总线低速部分31.25kbit/s的功能，并支持的功能，并支持H1设备设备与基于以太网的设备通过链接设备接口。与基于以太网的设备通过链接设备接口。HSE现场总线技术的另一个关键特点是，现场总线技术的另一个关键特点是，HSE现场设备支现场设备支持标准的持标准的FOUNDATION功能模块，例如功能模块，例如AI、AO和和PID，也包，也包括新的、具体应用于离散控制和括新的、具体应用于离散控制和I/O子系统集成的子系统集成的“柔性功能模柔性功能模块块”(fl
13、exiblefunctionblock,FFB)等。链接设备和等。链接设备和HSE现场设现场设备可以结合进一个单一的、节约成本的和强大的物理设备，用备可以结合进一个单一的、节约成本的和强大的物理设备，用于批处理、逻辑于批处理、逻辑PLC和连续控制。所有或部分的和连续控制。所有或部分的HSE网络和设网络和设备可实现冗余，以适应应用中容错的需要。备可实现冗余，以适应应用中容错的需要。 远苇棘颧涕椿问托吹烩惠莫尘馅畔间隙吻墒拟伏帮葱呛饵匈岔只踢猖健牡现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线3基基金金会会现现场场总总线线这这一一开开放放、可可互互操操作作的的技技术术已已经经
14、成成为为全全球球范范围围内内领领先先的的数数字字化化控控制制系系统统解解决决方方案案。近近年年来来，越越来来越越多多的的最最终终用用户户采采纳纳了了基基金金会会现现场场总总线线技技术术。该该技技术术已已广广泛泛应应用用在在石石油油、天天然然气气、石石油油化化工工、化化工工食食品品、制制药药、电电力力、水水处处理理、钢钢铁铁矿矿山山、造造纸纸、水水泥泥等等行行业业有有着着广广泛泛应应用用，其其中中石石化化领领域域目目前前是是FF总线最主要的应用领域。总线最主要的应用领域。基金会现场总线在大、中、小系统中都有应用，但大部分基金会现场总线在大、中、小系统中都有应用，但大部分的应用在中、小系统中。在过
15、程控制领域，的应用在中、小系统中。在过程控制领域，FF已成为公认的第已成为公认的第一流技术。从全球范围内看，一流技术。从全球范围内看，FF现场总线技术的应用量一直在现场总线技术的应用量一直在增长，亚太地区的应用也日趋活跃，尤其是中国，已成为主要增长，亚太地区的应用也日趋活跃，尤其是中国，已成为主要FF总线技术应用项目的关键市场。现场总线具有很强的性能优总线技术应用项目的关键市场。现场总线具有很强的性能优势，它能节约支出并改善运行条件等。为此国内一些旧的系统势，它能节约支出并改善运行条件等。为此国内一些旧的系统被先进的基于现场总线控制平台的自动化系统所取代。目前中被先进的基于现场总线控制平台的自
16、动化系统所取代。目前中国已有上百个国已有上百个FF总线应用项目，广泛应用在石油、冶金、油气、总线应用项目，广泛应用在石油、冶金、油气、食品和饮料以及生物制药等诸多行业。食品和饮料以及生物制药等诸多行业。 缕醚丝疫特目舍自脱林算墅和听恳静玛句哀秋疮犹嫁散饰侯弃盆鸵撼润罕现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线2.1.22.1.2一个典型的工程实例一个典型的工程实例FF总线在拜耳漕泾工厂的应用总线在拜耳漕泾工厂的应用上上海海拜拜耳耳漕漕泾泾园园区区(BayerMaterialScience)下下属属工工厂厂的的涂涂料料厂厂、公公用用工工程程厂厂和和聚聚酯酯厂厂已已于于2
17、006年年建建成成投投产产，该该项项目目选选用用了了FF基基金金会会现现场场总总线线，在在仪仪表表选选型型和和安安装装调调试试方方面面有有自自己己的的特特色色，特特别别是是聚聚酯酯厂厂，使使用用的的FF现现场场总总线线仪仪表表较较多多，系系统统设设置置明明朗朗、可可靠靠、经经济济、实实用用。在在2006年年上上海海FF年年会会上上，该该项项目目工工程程设设计计人人员员提提供供了了专专题题报报告告，反反映映很很热热烈。烈。1.设备设备的的选选用和用和总总量量该该项项目目已已使使用用了了6套套艾艾默默生生的的DeltaV系系统统，其其中中涂涂料料厂厂、公公用用工工程程厂厂、聚聚脂脂厂厂近近期期使使
18、用用了了DeltaV74版版本本和和大大量量的的FF设设备备；涂涂料料厂厂为为600台台(全全部部模模拟拟量量设设备备)；公公用用工工程程厂厂为为300台台(另外有另外有HART设备在单元包中设备在单元包中)；聚脂厂为；聚脂厂为2200台。台。估荫己七召乱写寿厌荐阂尚观姿信苟愉裹想膛再扎芒找疫诀坡糟搪肉哗矣现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线2.2.网段设计网段设计塑塑料料厂厂网网段段布布局局中中，在在1个个H1例例段段上上接接两两个个子子网网段段，聚聚酯酯厂厂网网段段布布局局为为FF设设备备最最大大安安装装数数量量为为8台台，每每个个网网段段的的最最大大阀阀门
19、门安安装装数数为为2台台(阀阀门门定定位位器器为为2个个)，每每个个网网段段的的备备用用的的分分支支数数为为2个个，每每个个分分支支上上的的FF设设备备为为1台台，也也就就是是8：2：2：1模模式式。具具体体见见图图2.1所所示示，采采用用了了两两个个网网段段保保护护器器，图图2.2仅采用一个网段保护器。仅采用一个网段保护器。3.3.辅助设备及电缆辅助设备及电缆（1）接线箱：）接线箱：涂料厂：接线箱使用刀式开关终端涂料厂：接线箱使用刀式开关终端公用工程厂：公用工程厂：Relcom的的Mega-block接线箱接线箱聚脂厂：带有聚脂厂：带有P+F网段保护和现场隔离的接线箱网段保护和现场隔离的接线
20、箱（2）现现场场总总线线辅辅助助部部件件，包包括括电电源源模模块块和和诊诊断断模模块块、网网段段保保护护器器和和保保护护现现场场设设备备短短路路的的现现场场安安全全栅栅由由P+FPowerhubs提供。提供。慷瑟邹肖左稗舌暗颂拳敖室涎荷发搭兔乒筐疟依哲竟尝脚帮娩抹偏继滥尹现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线在某些场合，浪涌保护也可以用在保护网段非闪电直接击在某些场合，浪涌保护也可以用在保护网段非闪电直接击中的浪涌破坏中的浪涌破坏.（3）每个网段主干电缆：单根双绞线电缆）每个网段主干电缆：单根双绞线电缆4.4.现场仪表选型现场仪表选型（1）流量）流量仪仪表：表：科
21、里奥利流量科里奥利流量计计：E+HPromass；艾默生；艾默生Micromotion；涡涡街流量街流量计计：艾默生：艾默生8800系列，系列，E+HProwirl；电电磁流量磁流量计计：E+HPromag；超声波流量超声波流量计计：E+HProsonicFlow；（2）压压力力仪仪表：表：E+HCerabarDeltabar；艾默生；艾默生3051；SiemensSitransP；（3）温度）温度仪仪表：表：艾默生艾默生3244系列、系列、848系列；系列；Wika5350；（4）料料位位仪仪表表：雷雷达达：E+HFMR240、E+HFMR230；超超声声波波E+HProsonicLevel
22、；胁怨寸扬允秽兢兑粮畴坠舰严毯农瓮命斜卷载挪预琉萄贞隘沪衷阳鳞敝活现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线图图2.1 FF2.1 FF网段布局图网段布局图( (聚酯厂，聚酯厂，2 2个接线箱个接线箱) )（5）分析仪表：）分析仪表：PH计：艾默生计：艾默生TR200；电导计艾默生；电导计艾默生400VP（6）控制阀门：）控制阀门：Samson3787定位器；定位器；薯放羹钝叫轨浇渠尾艰操飞赘教炕劈营拒世贱惹虚邪赣忌荫挂围辱窥抒功现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线图图2.2 FF2.2 FF网段布局图网段布局图( (聚酯厂，聚酯厂，1
23、 1个接线箱个接线箱) )趾苑怔缴幽掇先蕊察尔玲兔浇磅至霍风杏蝴锹橙煮惊撼嫡玉坪珊庞榆帐迷现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线2.1.32.1.3技术分析技术分析1 1基金会现场总线的主要技术基金会现场总线的主要技术基基金金会会现现场场总总线线围围绕绕工工厂厂底底层层网网络络和和全全分分布布自自动动化化系系统统这两个方面形成了它的技术特色。其主要技术内容有：这两个方面形成了它的技术特色。其主要技术内容有： (1) (1)基金会现场总线的通信技术。基金会现场总线的通信技术。它它包包括括基基金金会会现现场场总总线线的的通通信信模模型型、通通信信协协议议、通通信信控控
24、制制器器芯芯片片、通通信信网网络络与与系系统统管管理理等等内内容容。它它涉涉及及一一系系列列与与网网络络相相关关的的硬硬、软软件件，如如通通信信栈栈软软件件，被被称称之之为为圆圆卡卡的的仪仪表表用用通通信信接接口口卡卡，FF与与计计算算机机的的接接口口卡卡，各各种种网网关关、网网桥桥、中中继继器器等等。它它是是现现场场总总线线的的核核心心基基础础技技术术之之一一；无无论论对对于于现现场场总总线线设设备备的的开开发发制制造造单单位位，还还是是系系统统设设计计单单位位、系系统统集集成成商商以以至用户，都具有重要作用。至用户，都具有重要作用。 (2)(2)标标准准化化功功能能块块(FB(FB，Fun
25、ction Function Block)Block)与与功功能能块块应应用用进进程程(FBAP(FBAP，Function Block Application Process)Function Block Application Process)。澈氓权譬胳摇恬案表纹潦仅涤颁阐擂杖溪榷千阻设磊漆泡痊栓耻罩鸳拆狈现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线它它提提供供一一个个通通用用结结构构，把把实实现现控控制制系系统统所所需需的的各各种种功功能能划划分分为为功功能能模模块块，使使其其公公共共特特性性标标准准化化，规规定定它它们们各各自自的的输输入入、输输出出、算算法法
26、、事事件件、参参数数与与块块控控制制图图，并并把把它它们们组组成成为为可可在在某某个个现现场场设设备备中中执执行行的的应应用用进进程程。便便于于实实现现不不同同制制造造商商产产品品的的混混合合组组态态与与调调用用。功功能能块块的的通通用用结结构构是是实实现现开开放放系系统统构架的基础，也是实现各种网络功能与自动化功能的基础。构架的基础，也是实现各种网络功能与自动化功能的基础。(3)(3)设设备备描描述述(DD(DD，Device Device Description)Description)与与设设备备描描述述语语言言(DDL(DDL，Device Description Language)D
27、evice Description Language)。为为实实现现现现场场总总线线设设备备的的互互操操作作性性，支支持持标标准准的的功功能能块块操操作作，基基金金会会现现场场总总线线采采用用了了设设备备描描述述技技术术。设设备备描描述述为为控控制制系系统统理理解解来来自自现现场场设设备备的的数数据据意意义义提提供供必必需需的的信信息息，因因而而也也可可以以看看作作控控制制系系统统或或主主机机对对某某个个设设备备的的驱驱动动程程序序，即即设设备备描描述述是是设设备备驱驱动动的的基基础础。设设备备描描述述语语言言是是一一种种用用以以进进行行设设备备描描述的述的标标准准编编程程语语言。言。看步馋伸
28、贯垒现男捉啡炯烛桨顶佳赚纹看聘绍办印适衙睬崇授营钩拄椭勉现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线采用设备描述器，把采用设备描述器，把DDL编写的设备描述的源程序转化编写的设备描述的源程序转化为机器可读的输出文件。控制系统正是凭借这些机器可读的为机器可读的输出文件。控制系统正是凭借这些机器可读的输出文件来理解各制造商的设备的数据意义。现场总线基金输出文件来理解各制造商的设备的数据意义。现场总线基金会把基金会的标准会把基金会的标准DD和经基金会注册过的制造商附加和经基金会注册过的制造商附加DD写写成成CD-ROM，提供给用户。，提供给用户。 (4) (4)现场总线通信控
29、制器与智能仪表或工业控制计算机之间现场总线通信控制器与智能仪表或工业控制计算机之间的接口技术。的接口技术。在现场总线的产品开发中，常采用在现场总线的产品开发中，常采用OEM集成方法构成新集成方法构成新产品。已有多家供应商向市场提供产品。已有多家供应商向市场提供FF集成通信控制芯片、通集成通信控制芯片、通信栈软件、圆卡等。把这些部件与其他供应商开发的、或自信栈软件、圆卡等。把这些部件与其他供应商开发的、或自行开发的、完成测量控制功能的部件集成起来，组成现场智行开发的、完成测量控制功能的部件集成起来，组成现场智能设备的新产品。能设备的新产品。要将总线通信圆卡与实现变送、执行功能的部件构成一个要将总
30、线通信圆卡与实现变送、执行功能的部件构成一个有机的整体，要通过有机的整体，要通过FF的的PC接口卡将总线上的数据信息与上接口卡将总线上的数据信息与上位的各种位的各种MMI(即人机接口即人机接口)软件、高级控制算法融为一体，软件、高级控制算法融为一体，尚有许多智能仪表本身及其与通信软硬件接口的开发要做。尚有许多智能仪表本身及其与通信软硬件接口的开发要做。嘶遗芳皱苏吭葵肤疥遵练掳幕至绘铀疾寂剖烽侣搏噶毯皑汽秦禾秀喻劫龙现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线 如与如与MMI软件连接中的软件连接中的OPC技术。技术。OPC技术是指用于过技术是指用于过程控制的对象链接嵌入程
31、控制的对象链接嵌入(OLE，ObjectLinkingandEmbedding)技术，即技术，即OLEinProcessControl技术。技术。OLE是是Microsoft公司公司在在PC机中采用的机中采用的PC组件组件(PCComponent)技术，把这一技术引技术，把这一技术引入到过程控制系统，使现场总线控制系统较容易地与现有的计入到过程控制系统，使现场总线控制系统较容易地与现有的计算机平台结合起来，使工厂网络的各个层次可以在网络上共享算机平台结合起来，使工厂网络的各个层次可以在网络上共享数据与信息。可以认为，数据与信息。可以认为，OPC技术是实现数据开放式传输的基技术是实现数据开放式传
32、输的基础。础。 (5) (5)系统集成技术。系统集成技术。它包括通信系统与控制系统的集成，如网络通信系统组态、它包括通信系统与控制系统的集成，如网络通信系统组态、网络拓扑、配线、网络系统管理、控制系统组态、人机接口、网络拓扑、配线、网络系统管理、控制系统组态、人机接口、系统管理维护等。这是一项集控制、通信、计算机、网络等多系统管理维护等。这是一项集控制、通信、计算机、网络等多方面的知识，集软硬件于一体的综合性技术。它在现场总线技方面的知识，集软硬件于一体的综合性技术。它在现场总线技术开发初期，在技术规范、通信软硬件尚不十分成熟之时，具术开发初期，在技术规范、通信软硬件尚不十分成熟之时，具有其特
33、殊的意义。对系统设计单位、用户、系统集成商更是具有其特殊的意义。对系统设计单位、用户、系统集成商更是具有重要作用。有重要作用。竖勾薯减却哩堵直轻匠拂义责岂乒琉垣凉聪炔无灸党凰毋捷焊午诚检顾搅现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线(6)(6)系统测试技术。系统测试技术。它包括通信系统的一致性与互可操作性测试技术、总线监它包括通信系统的一致性与互可操作性测试技术、总线监听分析技术、系统的功能和性能测试技术。一致性与互可操作听分析技术、系统的功能和性能测试技术。一致性与互可操作性测试是为保证系统的开放性而采取的重要措施。一般要经授性测试是为保证系统的开放性而采取的重要措
34、施。一般要经授权过的第三方认证机构作专门测试，验证符合统一的技术规范权过的第三方认证机构作专门测试，验证符合统一的技术规范后，将测试结果交基金会登记注册，授予后，将测试结果交基金会登记注册，授予FF标志。只有具备了标志。只有具备了FF标志的现场总线产品，才是真正的标志的现场总线产品，才是真正的FF产品，其通信的一致产品，其通信的一致性与系统的开放性才有相应保障。有时，对由具有性与系统的开放性才有相应保障。有时，对由具有FF标志的现标志的现场设备所组成的实际系统，还需进一步进行互可操作性测试和场设备所组成的实际系统，还需进一步进行互可操作性测试和功能性能测试，以保证系统的正常运转，并达到所要求的
35、性能功能性能测试，以保证系统的正常运转，并达到所要求的性能指标。总线监听分析用于测试判断总线上通信信号的流通状态，指标。总线监听分析用于测试判断总线上通信信号的流通状态，以便于通信系统的调试、诊断与评价。以便于通信系统的调试、诊断与评价。对由现场总线设备构成的自动化系统，功能、性能测试技对由现场总线设备构成的自动化系统，功能、性能测试技术还包括对其实现的各种控制系统功能的能力、指标参数的测术还包括对其实现的各种控制系统功能的能力、指标参数的测试。并可在测试基础上进一步开展对通信系统、自动化系统综试。并可在测试基础上进一步开展对通信系统、自动化系统综合指标的评价。合指标的评价。钨阀遭博舶烈莆卿片
36、瘩针寝结钝讽湛肌扔暗纽矢签卸汾宰宫轿傈把潭攀愿现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线2 2通信系统的主要组成部分及其相互关系通信系统的主要组成部分及其相互关系基金会现场总线的核心部分之一是实现现场总线信号的数字基金会现场总线的核心部分之一是实现现场总线信号的数字通信。为了实现通信系统的开放性，其通信模型参考了通信。为了实现通信系统的开放性，其通信模型参考了ISOOSI参考模型，并在此基础上根据自动化系统的特点进行演变后参考模型，并在此基础上根据自动化系统的特点进行演变后得到的。基金会现场总线的参考模型只具备得到的。基金会现场总线的参考模型只具备ISOOSI参考模型
37、参考模型七层中的三层，即物理层、数据链路层和应用层，并按照现场七层中的三层，即物理层、数据链路层和应用层，并按照现场总线的实际要求，把应用层划分为两个子层总线的实际要求，把应用层划分为两个子层-总线访问子层与总总线访问子层与总线报文规范子层。省去了中间的线报文规范子层。省去了中间的36层，即不具备网络层、传层，即不具备网络层、传输层、会话层与表示层。输层、会话层与表示层。另外，另外，FF在原有在原有ISOOSI参考模型第七层应用层之上增加参考模型第七层应用层之上增加了新的一层了新的一层-用户层。这样可以将通信模型共有四层，图用户层。这样可以将通信模型共有四层，图2.3为基为基金会现场总线（金会
38、现场总线（FF）通信模型和）通信模型和OSI参考模型。其中，物理层规参考模型。其中，物理层规定了信号如何发送；数据链路层规定如何在设备间共享网络和定了信号如何发送；数据链路层规定如何在设备间共享网络和调度通信；应用层则规定了在设备间交换数据、命令、事件信调度通信；应用层则规定了在设备间交换数据、命令、事件信息以及请求应答中的信息格式。用户层则用于组成用户所需要息以及请求应答中的信息格式。用户层则用于组成用户所需要的应用程序，如规定标准的功能块、设备管理，实现网络管理、的应用程序，如规定标准的功能块、设备管理，实现网络管理、系统管理等。系统管理等。斧刚应塘钎膏赶勋恼藤琼纂擒畔镁糯娇鱼臂宛郁偶绘窝
39、粟帖徒似得指糯押现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线实实际际上上，在在相相应应软软硬硬件件开开发发的的过过程程中中，往往往往把把除除去去最最下下端端的的物物理理层层和和最最上上端端的的用用户户层层之之后后的的中中间间部部分分作作为为一一个个整整体体，统统称称为为通信通信栈栈。这时这时，现场总线现场总线的通信参考模型可看作三的通信参考模型可看作三层层。OSIOSI参考模型参考模型 FF FF通信模型通信模型应用层应用层 7 7表示层表示层 6 6会话层会话层 5 5传输层传输层 4 4网络层网络层 3 3数据链路层数据链路层 2 2物理层物理层 1 1现现 场场
40、总总 线线 报报 文文 规规 范范 子子 层层（FMSFMS）现现 场场 总总 线线 访访 问问 子子 层层 （FASFAS）省略省略3636层层数据链路层数据链路层 （DLLDLL）物理层物理层 （PHYPHY）用户层用户层图图2.3 2.3 基金会现场总线（基金会现场总线（FFFF）通信模型和）通信模型和OSIOSI参考模型参考模型宁锦拳臭羊提会起印恤钦氓赏妻饰监焙位礼釉娘凋渠此鞋狙窥他幕巩粕孤现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线变变送送器器、执执行行器器等等都都属属于于现现场场总总线线物物理理设设备备。每每个个具具有有通通信信能能力力的的现现场场总总线线物
41、物理理设设备备都都应应具具有有通通信信模模型型。图图2.4从从物物理理设设备备构构成成的的角角度度表表明明了了通通信信模模型型的的主主要要组组成成部部分分及及其其相相互互关关系系。它它在在分分层层模模型型的的基基础础上上更更详详细细地地表表明明了了通通信信的的主主要要组组成成部部分分。从从图图中中可可以以看看到到，通通信信参参考考模模型型所所对对应应的的四四个个分分层层，即即物物理理层层、数数据据链链路路层层、应应用用层层、用用户户层层，并并按按各各部部分分在在物物理理设设备备中中要要完完成成的的功功能能，被被分分为为三三大大部部分分：通通信信实实体体、系系统统管管理理内内核核和和功功能能块应
42、块应用用进进程。程。各各 部部 分分 之之 间间 通通 过过 虚虚 拟拟 通通 信信 关关 系系 VCR， virtualcommunicationrelationship)来来沟沟通通信信息息。VCR表表明明了了两两个个或或多多个个应应用用进进程程之之间间的的关关联联，或或者者说说，虚虚拟拟通通信信关关系系是是各各应应用用之之间间的的逻辑逻辑通信通道，它是通信通道，它是总线访问总线访问子子层层所提供的服所提供的服务务。钮伞曰粒垂剧鳞罗粳乙挫憨庆檄如砖汝家粳乓肆拉区鹏胸仙氢规显阔眉缆现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线图图2.4 2.4 通信模型的主要组成部分及
43、其相互关系通信模型的主要组成部分及其相互关系夯缔贱级瓤验慨倪货剑终啮抛挽糖逼榨医向邱徽迅姨据辩奄峙夸畏村感挪现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线通通信信实实体体贯贯穿穿从从物物理理层层到到用用户户层层的的所所有有各各层层。由由各各层层协协议议与与网网络络管管理理代代理理共共同同组组成成。通通信信实实体体的的任任务务是是生生成成报报文文与与提提供供报报文文传传送送服服务务，是是实实现现现现场场总总线线信信号号数数字字通通信信的的核核心心部部分分。层层协协议议的的基基本本目目标标是是要要构构成成虚虚拟拟通通信信关关系系。网网络络管管理理代代理理则则是是要要借借助助各
44、各层层及及其其层层管管理理实实体体，支支持持组组态态管管理理、运运行行管管理理、出出错错管管理的功能。理的功能。各各种种组组态态、运运行行、故故障障信信息息保保持持在在网网络络管管理理信信息息库库(NMIB，networkmanagementinformationbase)中中，并并由由对对象象字字典典（DD，ObjectDictionary)来来描描述述。对对象象字字典典为为设设备备的的网网络络可可视对视对象提供定象提供定义义与描述。与描述。为为了了明明确确定定义义、理理解解对对象象，把把有有如如数数据据类类型型、长长度度一一类类的的描描述述信信息息保保留留在在对对象象字字典典中中。可可以以
45、通通过过网网络络得得到到这这些些保保留留在在OD中中的的网网络络可可视视对对象象的的描描述述信信息息。系系统统管管理理内内核核(SMK，systemmanagementkernel)在在模模型型分分层层结结构构中中只只占占有有应应用用层层和和用用户层户层的位置。的位置。簧蚜怀忧继颓秃抱斧晰侨猎十庞务赎陛帐伞攫疑恍升滋袱末沃润缀谁柿伤现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线系统内核主要负责与网络系统相关的管理任务，如确立系统内核主要负责与网络系统相关的管理任务，如确立本设备在网段中的位置，协调与网络上其他设备的动作和功本设备在网段中的位置，协调与网络上其他设备的动作和
46、功能块执行时间。能块执行时间。用来控制系统管理操作的信息被组织成对象，存储在系用来控制系统管理操作的信息被组织成对象，存储在系统管理信息库统管理信息库(SMIB，systemmanagementinformationbase)中。系统管理内核包含有现场总线系统的关键结构和可操作中。系统管理内核包含有现场总线系统的关键结构和可操作参数，它的任务是在设备运行之前将基本的系统信息置入参数，它的任务是在设备运行之前将基本的系统信息置入SMIB，然后根据系统专用名，分配给该设备一个永久，然后根据系统专用名，分配给该设备一个永久(固定固定)的数据链接地址，并在不影响网络上其他设备运行的前提下，的数据链接地
47、址，并在不影响网络上其他设备运行的前提下，把该设备带入到运行状态。系统管理内核采用系统管理内核把该设备带入到运行状态。系统管理内核采用系统管理内核协议与远程协议与远程SMK通信。通信。当设备加入到网络之后，可以按需要设置远程设备和功当设备加入到网络之后，可以按需要设置远程设备和功能块。由能块。由SMK提供对象字典服务。如在网络上对所有设备广提供对象字典服务。如在网络上对所有设备广播对象名，等待包含这一对象的设备的响应，而后获取网络播对象名，等待包含这一对象的设备的响应，而后获取网络中有关对象的信息。中有关对象的信息。宣咯钾恋亡朝跌余鼎戒局碧报亮级芬橡酸弱钝羌金盟艇竣仲傍撤征卜氮友现场总线与工业
48、以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线 为为协协调调与与网网络络上上其其他他设设备备的的动动作作和和功功能能块块同同步步，系系统统管管理理还还为为应应用用时时钟钟同同步步提提供供一一个个通通用用的的应应用用时时钟钟参参考考，使使每每个个设设备备能共享共同的时间基准，并可通过调度来控制功能块执行时间。能共享共同的时间基准，并可通过调度来控制功能块执行时间。功能块应用进程功能块应用进程(FBAP，functionblockapplicationprocess)在模型分层结构中位于应用层和用户层。功能块应用进程主要在模型分层结构中位于应用层和用户层。功能块应用进程主要用于实现用户所需
49、要的各种功能。用于实现用户所需要的各种功能。每种功能块被单独定义，并可为其他块所调用。由多个功每种功能块被单独定义，并可为其他块所调用。由多个功能块及其相互连接，集成为功能块应用。在功能块应用进程这能块及其相互连接，集成为功能块应用。在功能块应用进程这部分，除了功能块对象之外，还包括对象字典部分，除了功能块对象之外，还包括对象字典OD和设备描述和设备描述DD。采用。采用OD和和DD来简化设备的互操作，因而也可以把来简化设备的互操作，因而也可以把OD和和DD看看作支持功能块应用的标准化工具。作支持功能块应用的标准化工具。陶考沟埠鱼揣覆自侥志嘿酿翁歪养孟款调乘驯浙探校扮仗澡底韩币砰履历现场总线与工
50、业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线3 3协议数据的构成与层次协议数据的构成与层次图图2.5表表明明了了现现场场总总线线协协议议数数据据的的生生成成过过程程，而而且且动动态态表表明明了了现现场场总总线线协协议议数数据据内内容容和和模模型型中中每每层层所所附附加加的的信信息息。它它也也从从一个角度反映了现场总线报文信息的形成过程。一个角度反映了现场总线报文信息的形成过程。如如某某个个用用户户要要将将数数据据通通过过现现场场总总线线发发往往其其他他设设备备，首首先先在在用用户户层层形形成成用用户户数数据据，并并把把它它们们送送往往总总线线报报文文规规范范层层（FMS）处处理理，
51、每每帧帧最最多多可可发发送送251个个8位位字字节节的的用用户户数数据据信信息息；然然后后依依次次送送往往现现场场总总线线访访问问子子层层（FAS）和和数数据据链链路路层层（DLL）；用用户户数数据据信信息息在在FAS，FMS，DLL各各层层分分别别加加上上各各层层的的协协议议控控制制信信息息，在在数数据据链链路路层层还还加加上上帧帧校校验验信信息息（一一般般为为CRC校校验验码码）后后，送送往往物物理理层层将将数数据据打打包包，即即加加上上帧帧前前、帧帧后后定定界界码码，也也就就是是开开头头码码、帧帧结结束束码码，并并在在开开头头码码之之前前再再加加上上用用于于时时钟钟同同步步的的前导码前导
52、码(或称之为同步码或称之为同步码)。该该图图还还标标明明了了各各层层所所附附的的协协议议信信息息的的字字节节数数。信信息息帧帧形形成成之之后后，还还要要通通过过物物理理层层转转换换为为符符合合规规范范的的物物理理信信号号，在在网网络络系系统的管理控制下，发送到现场总线网段上。统的管理控制下，发送到现场总线网段上。观逝饱捏抨驹哟卞窿文颁卷疲釉鸳讨昏膊杰挑郑该镐革渺教丧招厚癣耳滞现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线2.2 2.2 基金会基金会现场总线现场总线网络设备与安装网络设备与安装2.2.1 2.2.1 网络拓扑结构网络拓扑结构2.2.2 2.2.2 主要连接件
53、和接口设备主要连接件和接口设备2.2.3 2.2.3 电缆、布线和电源（安装调试）电缆、布线和电源（安装调试）2.2.4 2.2.4 基金会现场总线设备的本质安全基金会现场总线设备的本质安全碴含雕快或馈宁秋啸搏透辗颜韵嗅獭茬簧陋塑烈惰渗盎湖脯玉皖癣蛔蒸百现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线2.2 2.2 基金会现场总线网络设备与安装基金会现场总线网络设备与安装一一个个现现场场总总线线网网络络是是由由一一个个或或者者多多个个网网段段组组成成，每每个个网网段段一一般般包包含含几几个个运运行行仪仪表表、连连接接件件、接接口口设设备备、电电缆缆、安安全全栅栅，另另外外还
54、还需需要要一一个个电电源源和和设设在在每每个个网网段段末末端端的的终终端端器器。现现场场总总线线的的安安装装与与布布线线规规则则自自然然不不同同于于传传统统的的4mA20mA布线。要遵循一定的拓扑结构进行布线。布线。要遵循一定的拓扑结构进行布线。2.2.12.2.1网络拓扑结构网络拓扑结构FF现现场场总总线线的的拓拓扑扑结结构构较较灵灵活活，如如图图2.6所所示示，通通常常包包括括点点到到点点型型、带带分分支支的的总总线线型型、菊菊花花链链型型和和树树型型。同同时时，这这几几种种结结构构还还可可组组合合在在一一起起构构成成混混合合性性结结构构。其其中中，带带分分支支的的总线型和树型在工程中使用
55、较多。总线型和树型在工程中使用较多。登甄睡库旧舜膊撒栖轨秘创巴鞘勋擞胖鹊追仟妊翁堆无烂本食嫡绘偷迄曳现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线图图2.5 2.5 现场总线协议数据的生成现场总线协议数据的生成萎讼破战箔符修毙往碧衬永力愿拿培捎挞迅场龄阂鞍洼硕蜜匀赌毫残锣厢现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线 FF总总线线网网络络可可以以包包含含1个个或或多多个个互互连连的的H1链链路路。1条条H1链链路路可可连连接接1个个或或几几个个H1设设备备，2个个或或多多个个H1设设备备之之间间可可通通过过H1网网桥桥实实现现互互连连。H1总总线线
56、网网段段的的主主要要特特性性参参数数见见表表2.1。不不包包含含H1网桥的链接设备也可以实现网桥的链接设备也可以实现H1报文的重发功能。报文的重发功能。图图2.6 FF2.6 FF总线拓扑结构总线拓扑结构茄蓟眨释遥懊绰交交萍遇味靠蜗纷盆兆瘴阉肃脾昔筷忽瓣烦迪朽为咱罕缓现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线2.2.2 2.2.2 主要连接件和接口设备主要连接件和接口设备FF总线系统中，主站可以通过一个接口直接和现场级网络总线系统中，主站可以通过一个接口直接和现场级网络相连，也可以通过一个链路设备经过主站级网络后再和现场级相连，也可以通过一个链路设备经过主站级网络后再
57、和现场级网络连接。像笔记本电脑那样的手持设备则是通过接口和现场网络连接。像笔记本电脑那样的手持设备则是通过接口和现场级网络连接。不管是接口还是链路设备都是通过端口和现场级级网络连接。不管是接口还是链路设备都是通过端口和现场级网络相连的。一块接口卡或者一台链路设备往往有不止一个端网络相连的。一块接口卡或者一台链路设备往往有不止一个端口，因此可以接几个现场级网络。若干台链路设备又可以通过口，因此可以接几个现场级网络。若干台链路设备又可以通过主站级网络连成一个大系统。同样，接口也可以设计成可插入主站级网络连成一个大系统。同样，接口也可以设计成可插入一个计算机或一个计算机或IO子系统的若干块卡或模板子
58、系统的若干块卡或模板。接接口口的的每每一一个个端端口口能能支支持持的的设设备备数数量量是是有有限限的的。由由于于线线路路电电阻阻和和设设备备的的功功耗耗等等带带来来的的电电气气限限制制，大大部部分分的的装装置置只只支支持持约约16台设备，所以市场上的接口通常也就支持这么多设备。台设备，所以市场上的接口通常也就支持这么多设备。霉劣鲤馏求恬刁沿诧萌懒墒喂玩屁科托凯句冒浇雀销朋航粕笋耶升委粹夹现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线表2.1 H1总线网段的主要特性参数 传输速率传输速率31.25Kbps31.25Kbps31.25Kbps信号类型信号类型电压电压电压电压电
59、压电压拓扑结构拓扑结构总线总线/菊花链菊花链/树树型型总线总线/菊花链菊花链/树树型型总线总线/菊花链菊花链/树树型型通信距离通信距离1900m1900m1900m分支长度分支长度120m120m120m供电方式供电方式非总线供电非总线供电总线供电总线供电总线供电总线供电本质安全本质安全不支持不支持不支持不支持支持支持设备数段设备数段23211226每摧免沽浇唱团暑婉路披梭筛哪至陛转嗡阳孔泊撑翔栏贱拦龚紫确岸否傀现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线1 1接口卡接口卡基基金金会会现现场场总总线线接接口口卡卡是是FF现现场场总总线线控控制制系系统统的的关关键键设设备
60、备之之一一，用用于于连连接接计计算算机机和和FF现现场场仪仪表表等等设设备备，是是计计算算机机与与FF现现场设备间的信息通道和通信指挥调度中心。场设备间的信息通道和通信指挥调度中心。接接口口可可以以是是一一个个通通信信模模板板，插插在在传传统统系系统统中中常常规规I/O子子系系统统的的背背板板上上。接接口口也也可可以以是是插插在在计计算算机机里里的的一一块块卡卡。计计算算机机接接口口有有许许多多不不同同的的形形式式，有有插插在在计计算算机机背背板板的的插插槽槽里里的的内内置置式式的的，也也有有与与计计算算机机USB端端口口连连接接的的，或或者者像像PCMCIA(PC卡卡)一一样样插插入入的的。
61、PC-H1接接口口卡卡就就是是插插于于PC机机内内的的接接口口卡卡，它它符符合合PC标标准准和和FF规规范范，用用来来将将PC机机和和H1网网段段连连接接起起来来，使使PC机机成成为为H1网络的操作监控设备。网络的操作监控设备。图图2.7为为PCI302现现场场总总线线接接口口卡卡，PCI卡卡可可以以直直接接插插在在计计算算机机内内置置的的16位位ISA总总线线上上，从从而而使使监监控控系系统统很很容容易易获获得得现现场场总总线数据。线数据。菏篡鹊纂迈毒揖大压病躁丽锤沿影康歇盗呻瑟肿欣赃删惮岿吓餐按拿壳纸现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线图图2.7PCI302
62、现场总线接口卡现场总线接口卡 功能强大的结构设计，功能强大的结构设计，PCI卡大小为卡大小为PC机机AT卡的卡的3/4，在安装到工业用计算机上时，可以进行热插在安装到工业用计算机上时，可以进行热插/拔。它携带拔。它携带4个个smar的调制解调器芯片，的调制解调器芯片，1个双通道存储器的个双通道存储器的32MIPSRISC指令指令CPU，所有这些特点都保证了它的强大功能及获得数据，所有这些特点都保证了它的强大功能及获得数据的完整性。的完整性。您瞄疯攻甥擦专咨妊妈问潦拜际桓淘刃宣扼的永碱藉鸣弗误植脓摩斡岭文现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线PCI卡卡与与现现场场总
63、总线线的的接接口口全全部部通通过过卡卡后后端端的的DB37公公头头接接口口来来完完成成，它它是是用用SC71电电缆缆制制成成的的，连连接接与与断断开开非非常常方方便便。图图2.8为为SC71电缆图。电缆图。图图2.8 SC71 2.8 SC71 电缆图电缆图盒掏氦诲咖疑蒂醇赌狗蔑巧卒莲簇摘器祁阿吮违皿缉征炙喀埔尤约男潜入现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线2 2链路设备链路设备链链路路设设备备通通过过高高速速主主站站级级网网络络把把现现场场级级网网络络直直接接和和主主站站连连接接起起来来，或或者者通通过过远远程程I/O网网络络的的方方式式连连接接场场级级网网络络
64、直直接接和和主主站站，这这样样就就不不需需要要I/O子子系系统统的的接接口口模模板板了了，图图2.9为为DFI302现现场场总总线线(FF)/以以太太网网(Ethernet)通通用用网网桥桥。链链路路设设备备作作为为信信息息的的缓缓冲冲器器以以照照顾顾两两个个级级别别网网络络之之间间传传输输速速度度的的差差别别。链链路路设设备备连连接接现现场级和主站级的结构图见场级和主站级的结构图见图图2.10。图图2.9 DFI3022.9 DFI302现场总线现场总线(FF)/(FF)/以太网以太网(Ethernet)(Ethernet)通用网桥通用网桥甸业被画胎檬句大蜒哆隔钮悲凿陌谱玲驮广余豆窖蔡渤粉栓
65、谤欠鬼敷局扔现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线 把把FF-H1和和HSE网网络络连连接接起起来来时时都都要要使使用用链链路路设设备备。链链路路设设备备、现现场场总总线线设设备备电电源源、阻阻抗抗和和终终端端器器可可以以集集成成为为一一台台设设备备。一一台台链链路路设设备备可可以以具具有有多多个个端端口口，也也可可以以执执行行辅辅助助功功能能，例例如如起传统的调节器的作用。起传统的调节器的作用。图图2.10 2.10 链路设备连接现场级和主站级链路设备连接现场级和主站级 悯稗终涩晌您泞子冲捧孟葡葱记蘑钾身悲虑冠终劣淋痰眼宪变饼叫铺狗融现场总线与工业以太网基金会现
66、场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线 在在有有效效性性要要求求较较高高的的情情况况，可可以以采采用用冗冗余余的的链链路路设设备备，即即有有一一个个备备用用的的链链路路设设备备。图图2.11就就是是采采用用两两个个独独立立的的链链路路设设备备同同时时连连接接到到现现场场级级网网络络上上。使使得得两两个个全全程程独独立立的的数数据据通通道道与与主主站站相相连连。当当有有一一个个接接口口发发生生故故障障时时，作作为为备备用用的的链链路路设设备备立立刻刻起起作作用用，这这就就保保证证了了仍仍能能有有一一个个过过程程窗窗口口，确确保保现现场场数数据据送送达达操作员。操作员。图图2.11 2.11 冗
67、余的链路设备冗余的链路设备饿煎纂脆螟曾堡蔡些酋膏器违漾议炬诛居近哈墨氮犀占俩石抒肯脚著隘彦现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线3 3终端器终端器终终端端器器是是安安装装在在传传输输电电缆缆的的首首端端和和末末端端的的阻阻抗抗匹匹配配器器，图图2.12为为终终端端器器BT302。每每段段总总线线必必须须有有2个个，而而且且只只能能有有2个个终终端端器器。H1网网段段终终端端器器的的连连接接见见图图2.13。终终端端器器可可以以避避免免总总线线信信号号在在长长线线传传输输时时于于电电缆缆两两端端产产生生信信号号波波反反射射和和信信号号失失真真。终终端端器器有有外外置
68、置式式和和内内置置式式两两类类，其其中中外外置置式式是是独独立立产产品品，供供用用户户选选购购并并安安装装于于总总线线首首、末末端端；内内置置式式已已安安装装在在现现场场设设备备、电电源源、本本质质安安全全栅栅、PC-H1接接口口卡卡、端端子子排排内内。在在安安装装前前要要了了解解清清楚楚某某台台设设备备或或附附件件是是否否有有内内置置终终端端器器，避避免免重重复复使使用用，影影响响总总线线的的数数据传输。据传输。 图图2.12 2.12 终端器终端器BT302BT302撇值室碉屹揩潘递从蔫创掣硫幅敖琢磺刨典洒诸鸡蓟拄嚎型骚嚷翠响讲言现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会
69、现场总线Smar公司现场总线终端器公司现场总线终端器BT302如图如图2-11，用来防止现场用来防止现场总线网络中的信号反射和噪声。尺寸小，特殊的形状，使用两总线网络中的信号反射和噪声。尺寸小，特殊的形状，使用两个螺钉就可以方便的直接安装在接线盒中。个螺钉就可以方便的直接安装在接线盒中。BT302采用工业级采用工业级包装，内部电路层层密封，消除潮湿和环境其他因素的影响。包装，内部电路层层密封，消除潮湿和环境其他因素的影响。BT302取得本安认证。取得本安认证。图图2.13 H12.13 H1网段的基本构成网段的基本构成龋循砸钠再屑裕瞻越肃眯痰铣萌枕氰卒良骂揍腥皮嚎哩馅婴茂搏稼戒报联现场总线与工
70、业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线4 4中继器中继器中中继继器器用用来来扩扩展展H1网网段段。由由于于信信号号沿沿着着信信号号线线逐逐步步衰衰减减，所所以以网网段段的的长长度度是是有有限限制制的的。中中继继器器包包含含一一个个芯芯片片，芯芯片片能能对对从从一一端端接接收收到到的的信信号号进进行行同同步步刷刷新新并并放放大大其其电电平平，中中继继器器恢恢复复了了原原信信号号的的对对称称性性和和振振幅幅，克克服服了了衰衰减减。中中继继器器是是双双向向电电隔隔离离的的，它它被被用用来来把把若若干干网网段段接接在在一一起起形形成成一一个个较较大大的的网网络络，最最多多可可以以把把
71、32个个同同样样的的网网段段接接在在一一起起。但但是是，网网络络上上的的两两个个设设备备之之间间最最多多不不能能超超过过4个个中中继继器器，也也就就是是说说，两两个个设设备备之之间间最最多多只只能能有有5个个网网段段(图图2.14)。4个个中中继继器器串串联联时时，如如果果采采用用A型型电电缆缆，其其总总长长度度可可达达到到1.9km的的5倍倍，即即9.5km。中中继继器器不不能能向向网网段段提提供供电电源源，所所以以接接有有总总线线供供电电设设备备的的网网段段必必须须另另外外提提供供电电源源。必必须须在中继器的另外两个端子上加电源。在中继器的另外两个端子上加电源。另另外外，还还可可以以使使用
72、用中中继继器器向向新新网网段段上上添添加加新新设设备备。当当一一条条网网段段上上的的设设备备多多于于32台台时时，就就要要使使用用中中继继器器。一一个个新新网网段段中中，除了中继器这台设备外还可再增加除了中继器这台设备外还可再增加31台现场设备。台现场设备。挨集禽酞键咬蔗痔颓衫沼猴炭嘴霉随痔岸凹卯噪桃稽钝鼠舟连段瓮凉沈圈现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线所所以以使使用用4台台中中继继器器时时，5条条网网段段中中总总设设备备数数为为160台台，除除去去4台中继器，实际可扩展到台中继器，实际可扩展到156台现场设备或现场仪表。台现场设备或现场仪表。图2.14 任两
73、个设备之间最多可有4个中继器 图图2.15 smar2.15 smar中继器中继器DF48DF48 猾次叔了晕拉墟佩赌焚户获挥略逊膜哆共裔主烈他摔剩珍澈盛未懈番乎柔现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线另另外外，还还可可以以使使用用中中继继器器向向新新网网段段上上添添加加新新设设备备。当当一一条条网网段段上上的的设设备备多多于于32台台时时，就就要要使使用用中中继继器器。一一个个新新网网段段中中，除除了了中中继继器器这这台台设设备备外外还还可可再再增增加加31台台现现场场设设备备。所所以以使使用用4台台中中继继器器时时，5条条网网段段中中总总设设备备数数为为160
74、台台，除除去去4台台中中继继器器，实实际际可扩展到可扩展到156台现场设备或现场仪表。台现场设备或现场仪表。5 5网桥网桥网网桥桥把把数数据据从从一一个个网网络络传传送送到到另另一一个个网网络络，使使得得处处于于两两个个不不同同网网络络的的设设备备可可以以互互相相通通话话(图图2.16)。在在一一个个网网络络上上的的所所有有设设备备都都有有不不同同的的节节点点地地址址。即即使使它它们们处处在在同同一一网网络络的的不不同同网网段段，也也不不会会有有地地址址重重复复。但但是是，在在不不同同网网络络上上的的两两个个设设备备就就有有可可能能有有同同样样的的节节点点地地址址。网网桥桥可可以以保保证证设设
75、备备不不会会被被混混淆淆。网网桥桥具具有有极极强强的的软软件件功功能能。在在实实际际使使用用中中并并不不是是把把网网桥桥本本身身作作为为一一个个设设备备，而而是是把把它它作作为为多多端端口口链链路路设设备备或或接接口口卡卡的的一一个个组组成成部部分分。图图2.9为为DFI302现场总线现场总线(FF)/以太网以太网(Ethernet)通用网桥。通用网桥。酌织昧彝篮烽纠陡疑痊刀警预聚蔑室寓志逞抛役仪瑶淹躇桂煌盆办顾椎自现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线 图图2.16 2.16 网桥使两个不同网络的设备可以互相通话网桥使两个不同网络的设备可以互相通话绒崖攫堵婴貉钧
76、荐铬旁庆顾麓缓酣容苫喜低捶萧崭袱喀美供松组榔盈契稠现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线2.2.3 2.2.3 电缆、布线和电源（安装调试）电缆、布线和电源（安装调试）FF并没有规定在现场总线仪表中使用的电缆的型号或性并没有规定在现场总线仪表中使用的电缆的型号或性能指标，但还是推荐使用那些经过一致性测试的电缆。为了能指标，但还是推荐使用那些经过一致性测试的电缆。为了简化现有仪表向现场总线仪表的过度，标准的制定专门考虑简化现有仪表向现场总线仪表的过度，标准的制定专门考虑了可以和仪表中常用的电缆型号兼容。了可以和仪表中常用的电缆型号兼容。电缆的型号和性能是决定总线长度
77、和总线上可挂仪表数电缆的型号和性能是决定总线长度和总线上可挂仪表数量的主要因素。布线的原则和电源的选取同样重要。量的主要因素。布线的原则和电源的选取同样重要。 邻舀董捂霞吴隐股卸哮蜒盏积乡曲梭协匈督勇切计始智短娇疮主兽喜劲讹现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线2.2.3.12.2.3.1基金会现场总线（基金会现场总线（FFFF）电缆类型）电缆类型1 1多种类型的电缆可用于现场总线。多种类型的电缆可用于现场总线。 表表2.22.2所所列列是是IEC/ISAIEC/ISA物物理理层层标标准准中中指指定定的的电电缆缆类类型型，可可供供选选用用。其其中中A A型型电电缆
78、缆是是符符合合IEC/ISAIEC/ISA物物理理层层一一致致性性测测试试的的首首选选电电缆缆，为为新新安安装装系系统统中中推推荐荐使使用用的的电电缆缆。替替代代A A型型电电缆缆的的是是B B型型电电缆缆，它它通通常常用用于于工工厂厂的的新新建建和和改改造造项项目目中中，在在那那里里，多多条条现现场场总总线线在在同同一一个个区区域域中中运运行行。C C、D D两两种种电电缆缆主主要要应应用用于于改改造造，一一般不推荐采用。般不推荐采用。 另一种推荐使用的电缆是未加屏蔽的单对或多双绞线的电另一种推荐使用的电缆是未加屏蔽的单对或多双绞线的电缆，即缆，即C C型电缆。最后一种是没有双绞的，但外层全
79、屏蔽的多芯型电缆。最后一种是没有双绞的，但外层全屏蔽的多芯电缆，即电缆，即D D型电缆。型电缆。 弱愉粉貉缴纠冈啤泵乾嚷无鄂昭你罢酵翔蓝褂奉纵熊态畴洱隶腹捣苹绥踪现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线表表2.2 2.2 现场总线电缆类型和最大长度现场总线电缆类型和最大长度岭足坞庆丹噪鲸乙奉铃脾醇河砂塌沂蚜骸生炯仿仪慈鹰浚瞅脊城蒜玫渡幢现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线2 2传输介质传输介质 基基金金会会现现场场总总线线支支持持多多种种传传输输介介质质：双双绞绞线线、电电缆缆、光光缆缆、无无线线介介质质。目目前前应应用用较较为为广广
80、泛泛的的是是前前两两种种。H1H1标标准准采采用用的的电电缆缆类类型型可可分分为为无无屏屏蔽蔽双双绞绞线线、屏屏蔽蔽双双绞绞线线、屏屏蔽蔽多多对对双双绞线、多芯屏蔽电缆几种类型。绞线、多芯屏蔽电缆几种类型。 显然，在不同传输速率下，信号的幅度、波形与传输介显然，在不同传输速率下，信号的幅度、波形与传输介质的种类、导线屏蔽、传输距离等密切相关。由于要使挂接质的种类、导线屏蔽、传输距离等密切相关。由于要使挂接在总线上的所有设备都满足在工作电源、信号幅度、波形等在总线上的所有设备都满足在工作电源、信号幅度、波形等方面的要求，必须对在不同工作环境下作为传输介质的导线方面的要求，必须对在不同工作环境下作
81、为传输介质的导线横截面、允许的最大传输距离等做出规定。线缆种类、线径横截面、允许的最大传输距离等做出规定。线缆种类、线径粗细不同，对传输信号的影响各异。现场总线基金会对采用粗细不同，对传输信号的影响各异。现场总线基金会对采用不同缆线时所规定的最大传输距离不同缆线时所规定的最大传输距离见表见表2.32.3。 肺症佯臃颅懦躲凤韶无引粗吼践炉佃灌馆硫赣叼莱汪裹霓谱释疾厩吸柠谓现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线表表2.3 2.3 导线媒体的允许传输距离导线媒体的允许传输距离 根据根据IECll58-2IECll58-2的规范，以导线为媒体的现场设备，不管是的规范，以导
82、线为媒体的现场设备，不管是否为总线供电，当在总线主干电缆屏蔽层与现场设备之间进行否为总线供电，当在总线主干电缆屏蔽层与现场设备之间进行测试时，对低于测试时，对低于63Hz63Hz的低频场合，测量到的绝缘阻抗应该大于的低频场合，测量到的绝缘阻抗应该大于250k250k。一般通过在设备与地之间增加绝缘，或在主干电缆与。一般通过在设备与地之间增加绝缘，或在主干电缆与设备间采用变压器、光耦合器等隔离部件，以增强设备的电气设备间采用变压器、光耦合器等隔离部件，以增强设备的电气绝缘性能。绝缘性能。祖治糜筷径蘑气涯嚷理窃磋兢护捶鞍倡幅砧谬宏溉占壬颇景批淌顺词郝尸现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工
83、业以太网基金会现场总线2.2.3.2 2.2.3.2 现场总线控制系统的网络布线与安装现场总线控制系统的网络布线与安装 由由于于现现场场总总线线控控制制系系统统的的数数字字化化通通信信特特征征，使使得得现现场场总总线线控控制制系系统统的的布布线线与与安安装装与与传传统统的的模模拟拟控控制制系系统统有有很很大大区区别别。一一条条双双绞绞线线上上挂挂接接着着多多个个现现场场设设备备，传传送送着着温温度度、压压力力、流流量量等等多多种种类类、多多测测点点的的过过程程变变量量、控控制制信信息息以以及及其其他他信信息息，因而对布线和安装有许多新的要求与特点。因而对布线和安装有许多新的要求与特点。1 1现
84、场总线网段的基本构成部件现场总线网段的基本构成部件 图图2.172.17为为一一个个典典型型的的基基金金会会现现场场总总线线网网段段。在在这这个个网网段段中中，有有作作为为链链路路主主管管、组组态态器器和和人人机机界界面面的的PCPC机机；符符合合FFFF通通信信规规范范要要求求的的PCPC接接口口卡卡；网网段段上上挂挂接接的的现现场场设设备备；总总线线供供电电电电源源；连连接接在在网网段段两两端端的的终终端端器器；电电缆缆或或双双绞绞线线以以及及连连接接端端子。子。嘎仗汪吗疑齐洁楔榴骆茵涩跨哄圣迢川肛蒋肃杂极亏础浚扒峪好皖猖射奉现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场
85、总线 图图2.17 2.17 基金会现场总线网段的基本构成基金会现场总线网段的基本构成 如果现场设备间距离较长，超出规范要求的如果现场设备间距离较长，超出规范要求的19001900米时，可米时，可采用中继器延长网段长度；也可使用中继器增加网段上的连接采用中继器延长网段长度；也可使用中继器增加网段上的连接设备数。还可采用网桥或网关与不同速度、不同协议的网段连设备数。还可采用网桥或网关与不同速度、不同协议的网段连接；在有本质安全防爆要求的危险场所，现场总线网段还应该接；在有本质安全防爆要求的危险场所，现场总线网段还应该配有本质安全防爆栅。配有本质安全防爆栅。 剔斯露秃鹅欣叛掏晒聚本背叙乙斥贝轿挎桂
86、女绘龚带写迟久菊掀任鳞镜吠现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线 网网段段上上连连接接的的现现场场设设备备有有两两种种：一一种种是是总总线线供供电电式式现现场场设设备备，它它需需要要从从总总线线上上获获取取工工作作电电源源。总总线线供供电电电电源源就就是是为为这这种种设设备备准准备备的的。另另一一种种是是单单独独供供电电的的现现场场设设备备，它它不不需需要要从从总总线线上获取其工作电源。上获取其工作电源。 终端器是连接在总线末端或末端附近的阻抗匹配元件。每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，而且只能有两个终端器。终端器采用反个总线
87、段上需要两个，而且只能有两个终端器。终端器采用反射波原理使信号变形最小，它所起到的作用是保护信号，使它射波原理使信号变形最小，它所起到的作用是保护信号，使它少受衰减与畸变。有封装好的终端器商品供选购、安装。有时，少受衰减与畸变。有封装好的终端器商品供选购、安装。有时，也将终端器电路内置在电源、安全栅、也将终端器电路内置在电源、安全栅、PCPC接口卡、端子排内。接口卡、端子排内。在安装前要了解清楚是否某个设备已有终端器，避免重复使用，在安装前要了解清楚是否某个设备已有终端器，避免重复使用，影响总线的数据传输。影响总线的数据传输。 2 2FFFF总线网络的扩充总线网络的扩充（1 1）扩充设备）扩充
88、设备 工程中，相对工程中，相对A A、B B而言，而言，C C、D D在使用长度上要短。在某些特定在使用长度上要短。在某些特定场合中，要避免使用场合中，要避免使用C C、D D两种电缆。其他类型的电缆也可在现场总两种电缆。其他类型的电缆也可在现场总线系统中使用。线系统中使用。乌爪待闺檀郊锄初稗牢结殃塔寸厉惜砰枷砧超菊僧感监烙倾箱揣未粳彝快现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线 中中继继器器是是总总线线供供电电或或非非总总线线供供电电的的设设备备，用用来来扩扩展展现现场场总总线线网网络络。在在现现场场总总线线网网络络任任何何两两个个设设备备之之间间最最多多可可以以使
89、使用用4 4个个中中继继器器。使使用用4 4个个中中继继器器时时，网网络络中中两两个个设设备备间间的的最最大大距距离离可可达达9500m9500m。 网网桥桥是是总总线线供供电电的的或或非非总总线线供供电电的的设设备备，用用于于连连接接不不同同速速度度或或不不同同物物理理层层，如如金金属属线线、光光导导纤纤维维等等的的现现场场总总线线网网段段，而而组成一个大网络。组成一个大网络。 网网关关是是总总线线供供电电的的或或非非总总线线供供电电的的设设备备，用用于于将将现现场场总总线线的的网网段段连连向向其其他他通通信信协协议议的的网网段段，如如以以太太网网，LonWorksLonWorks网网段段，
90、RS485RS485等。等。（2 2）扩充方案）扩充方案 现现场场总总线线的的网网段段由由主主干干及及其其分分支支构构成成。主主干干是是指指总总线线段段上上挂挂接接设设备备的的最最长长电电缆缆路路径径，其其他他与与之之相相连连的的线线缆缆通通道道都都叫叫做做分分支支线线。网网络络扩扩充充是是在在主主干干的的任任何何一一点点分分接接或或者者延延伸伸，并并添添加加网网络设备而实现的。络设备而实现的。梁途韶趾平措扁瞥怂襟姬伙筛湾葵乎讹贴巍表强滴壤抱杀燎敌寐遵誓叶于现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线表表2.4 2.4 每个分支上最大长度的建议值每个分支上最大长度的建议
91、值(m)(m) （3 3）网络扩充中分支线长度的取值）网络扩充中分支线长度的取值 分支线应该越短越好。分支线的总长度要根据分支的数目分支线应该越短越好。分支线的总长度要根据分支的数目和每个分支上的设备个数加以限制。和每个分支上的设备个数加以限制。网络扩充应遵循一定的规则，或者说应受到某些限制。如网网络扩充应遵循一定的规则，或者说应受到某些限制。如网段上的主干长度和分支线长度的总线是受到限制的。不同类型段上的主干长度和分支线长度的总线是受到限制的。不同类型的电缆对应不同的最大长度，长度应包括主干线缆和分支线的的电缆对应不同的最大长度，长度应包括主干线缆和分支线的总和，其最大长度的米数总和，其最大
92、长度的米数参见表参见表2.42.4。贝却棕拎烙箕针咕高车酿芜久振睫至掠疗添常丸柏肝来寺冻颠吵聋亿手界现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线 表表中中指指出出的的最最大大长长度度是是推推荐荐值值。它它包包括括一一些些安安全全因因素素，以以确确保保在在这这个个长长度度之之内内不不会会引引起起通通信信问问题题。段段长长度度要要根根据据电电缆缆类类型型、规规格格；网网络络的的拓拓扑扑结结构构、现现场场设设备备的的种种类类和和个个数数而而有有所所区区别别。例例如如，一一个个分分支支可可被被延延长长至至120m120m，这这是是在在分分支支数数较较少少时时。如如果果有有323
93、2个个分分支支线线，那那么么每每个个分分支支线线应应短短于于1m1m。分分支支线线表表并并不不是是绝绝对对的的。如如有有2525个个分分支支，每每支支上上有有一一个个设设备备，严严格格按按照照表表中中规规定定，会会选选择择1 1 m m的的长长度度。如如果果能能去去掉掉一一个个设设备备，表表中中显显示示每每段段可有可有30m30m长。若仍用长。若仍用2525个设备，可以使其中某一个少于个设备，可以使其中某一个少于30m30m。 若若已已有有1414个个设设备备，每每个个分分支支线线都都是是准准确确的的90m90m，但但第第1515个个设设备备的的分分支支线线为为lO lO m m，分分支支线线
94、的的密密度度乘乘以以它它的的长长度度为为1270m1270m。当当有有1414个个设设备备时时，表表格格允允许许的的密密度度为为1260 1260 m m，即即1414个个设设备备乘乘以以90m90m，已经超出了表格中要求数值的已经超出了表格中要求数值的8 8，也能认可。，也能认可。（4 4）网络扩充中使用中继器）网络扩充中使用中继器 如果需要使用长于如果需要使用长于1900m1900m的电缆，可以使用中继器。的电缆，可以使用中继器。曲牌斤乔铅络驯硫真伏描鸽练昼痔颈拦肮眨茵舞权防竞宁锁棵侯舞摘羽莲现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线 中中继继器器取取代代一一个个
95、现现场场总总线线设设备备的的位位置置，但但这这意意味味着着要要开开始始一一个个新新的的起起点点，新新增增加加了了一一条条1 1 900 900 m m的的电电缆缆，即即创创建建了了新新的的主主干干线线。这这样样便便可可以以添添加加更更多多的的现现场场设设备备。第第一一条条主主干干有有i i个个设设备备，其其中中之之一一也也为为中中继继器器；第第二二条条主主干干有有J J个个设设备备，其其中中之之一也为中继器。一也为中继器。 可可以以在在任任何何两两个个设设备备之之间间使使用用4 4个个中中继继器器，这这样样就就得得到到了了9500 m9500 m的总长。的总长。 除了增加网络的长度以外，中继器
96、还可以向网络上添加设除了增加网络的长度以外，中继器还可以向网络上添加设备数，当一个网段上的设备多于备数，当一个网段上的设备多于3232个时，可使用中继器。使用个时，可使用中继器。使用4 4个中继器时网段中各种设备的个数可以达到个中继器时网段中各种设备的个数可以达到156156个。个。 （5 5）网络扩充中使用混合电缆）网络扩充中使用混合电缆 有时需要几种电缆的混合使用，由以下公式可以决定两种有时需要几种电缆的混合使用，由以下公式可以决定两种电缆的最大混合长度：电缆的最大混合长度：LX/MAXX+LY/MAXY1LX/MAXX+LY/MAXY11，表表明明不不能能这这么么做做。按按公公式式所所表
97、表明明的的，有有475m475m的的A A型和型和150m150m的的D D型电缆结果恰好为型电缆结果恰好为1 1，所以可以混和使用。，所以可以混和使用。 另外，网络中两种类型的电缆具体位置并不重要。推而广另外，网络中两种类型的电缆具体位置并不重要。推而广之到四种类型电缆的混合，公式为：之到四种类型电缆的混合，公式为：LV/MAXV+LM/MAXM+LX/MAXX+LY/MAXY1LV/MAXV+LM/MAXM+LX/MAXX+LY/MAXY1 对于电缆的组合，还有其它的影响因素。例如，在总线对于电缆的组合，还有其它的影响因素。例如，在总线供电设备组成的系统中，要根据欧姆定理和电缆阻抗，用设备
98、供电设备组成的系统中，要根据欧姆定理和电缆阻抗，用设备所需要的工作电压和电流来决定总线长度，使电源能满足总线所需要的工作电压和电流来决定总线长度，使电源能满足总线上远端设备的供电要求。上远端设备的供电要求。考凛袜椽趋樱跨酉捏案盆巾珐冷脯闪狰黍偿游态揉冉早咖渺讨芹众罗浩铀现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线 当当公公式式条条件件成成立立时时，使使用用190 190 m m的的A A型型和和360 360 m m的的C C型型电电缆缆提提供供 24V24V的的 输输 出出 ， 那那 么么 总总 线线 回回 路路 的的 阻阻 抗抗 为为2 2(0.19(0.1924)
99、+(0.3624)+(0.36132)=104132)=104。若若在在远远端端提提供供最最小小9V9V电电压压，总总线线可可提提供供给给总总线线耗耗能能设设备备的的最最大大电电流流为为10001000(24-(24-9)/104=144(mA)9)/104=144(mA)。假假设设每每个个设设备备消消耗耗14mA14mA，那那么么此此段段中中可可以以有有1010个个设设备备。有有许许多多方方法法可可使使这这种种状状况况得得到到改改善善，例例如如，用用一一个个32V32V输出的现场总线电源，或使用一个中继器。输出的现场总线电源，或使用一个中继器。（6 6）关于现场总线的接地、屏蔽与极性）关于现
100、场总线的接地、屏蔽与极性 接地接地 不能在网络中任何一点把信号传输导体即双绞不能在网络中任何一点把信号传输导体即双绞线接地。现场总线信号在全网络中都要被特殊保护，将任何信线接地。现场总线信号在全网络中都要被特殊保护，将任何信号传输导体接地会引起这条总线上的所有设备失去通信能力。号传输导体接地会引起这条总线上的所有设备失去通信能力。任何一根导线接地或两线接在一起，会导致通信中断任何一根导线接地或两线接在一起，会导致通信中断. . 屏蔽屏蔽 现场总线电缆最好还是被屏蔽。现场总线电缆最好还是被屏蔽。挥乘常捞仔徘缔阁愤疆娠擅渐酝嵌缚汞咖柑柿盛斜北戮镭沦叉惺糟搐代娱现场总线与工业以太网基金会现场总线现场
101、总线与工业以太网基金会现场总线 通常使用多芯通常使用多芯“仪器仪器”电缆，其中有一条或多条双绞线，电缆，其中有一条或多条双绞线，有一个金属屏蔽和一根屏蔽线。也可以使用有单一屏蔽双绞线有一个金属屏蔽和一根屏蔽线。也可以使用有单一屏蔽双绞线的电缆。对于新的安装，可购买的电缆。对于新的安装，可购买“现场总线电缆现场总线电缆”。现现场场总总线线网网络络可可以以使使用用C型型未未加加屏屏蔽蔽的的双双绞绞线线，如如果果它它们们被铺设在管道内，也可得到屏蔽。被铺设在管道内，也可得到屏蔽。现场总线电缆的屏蔽沿着电缆的整个长度仅在一点接地，现场总线电缆的屏蔽沿着电缆的整个长度仅在一点接地，而且屏蔽线绝对不可用做
102、电源的导线。某些工厂的标准中而且屏蔽线绝对不可用做电源的导线。某些工厂的标准中,电电缆铺设路径中屏蔽线多点接地，这种操作方法在缆铺设路径中屏蔽线多点接地，这种操作方法在420mA直流直流控制回路中可以接受，但会在现场总线系统中引起干扰。当使控制回路中可以接受，但会在现场总线系统中引起干扰。当使用屏蔽电缆时用屏蔽电缆时,要把所有分支的屏蔽线与主干的屏蔽线连接起要把所有分支的屏蔽线与主干的屏蔽线连接起来来,最后在同一点接地最后在同一点接地.对对于大多数网于大多数网络络来来说说，接地点的位置是任意的。，接地点的位置是任意的。对对于要达于要达到本到本质质安全性要求的安装，接地点安全性要求的安装，接地点
103、还还需要按特殊需要按特殊规规定定选择选择.嫉二寒慑座密彼蒋曝昌乌合菌堆桔搞丹异拔补甄圈罕浪菌乱郁般粥山赚灸现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线 极极性性现现场场总总线线所所使使用用的的Manchester信信号号是是一一个个每每位位改改为为一一次次或或两两次次极极性性的的交交变变电电压压信信号号。在在非非供供电电网网络络中中，仅仅有有这这种种交交变变电电压压存存在在。在在供供电电网网络络中中交交变变电电压压被被加加载载到到为为设设备备供供电电的的直直流流电电压压上上。现现场场总总线线的的信信号号是是有有极极性性的的。现现场场设设备备必必须须接接线线正正确确，才才
104、能能按按正正确确的的极极性性得得到到正正确确的的信信号号。如如果果现现场场设设备备被被反反向向接接线线，那那么么会会得得到到“反反置置”的的信信号号，就就不不能能进行通信了。进行通信了。但但有有一一种种无无极极性性的的现现场场设设备备，可可在在网网络络上上按按任任何何方方向向连连接接。无无极极性性设设备备往往往往是是网网络络供供电电的的，它它们们对对网网络络的的直直流流电电压压很很敏敏感感，因因此此知知道道哪哪端端是是正正端端。设设备备可可以以自自动动检检测测和和修修正正极极性，因此它可以正确地接收任何极性的信息。性，因此它可以正确地接收任何极性的信息。如果建立了现场总线网络，必须考虑信号的极
105、性，所有如果建立了现场总线网络，必须考虑信号的极性，所有的的“+”端必须相互连接，同样，所有的端必须相互连接，同样，所有的“-”端也必须相互端也必须相互连接。有极性的设备应标识出极性或者带有专用连接器。无连接。有极性的设备应标识出极性或者带有专用连接器。无极性的设备不必标识。为总线供电的现场设备也要标明极性。极性的设备不必标识。为总线供电的现场设备也要标明极性。坞摸扔旦彭炳按贡陪镀垛蟹爱依宴红慷惶巳翌忻拽癣随撂位作辅指炙遂弘现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线2.2.3.3 FF2.2.3.3 FF电源类型电源类型1 1电源设计类型电源设计类型按照按照FF物理层
106、行规规范，电源将被设计成以下物理层行规规范，电源将被设计成以下3种类型：种类型：(1)131(1)131型型。非非本本安安电电源源，是是为为本本安安防防爆爆栅栅供供电电而而设设计计的的，其其输出电压取决于防爆栅功率输出电压取决于防爆栅功率(额定值额定值)。(2)132(2)132型型。非非本本安安电电源源，不不用用于于本本安安防防爆爆栅栅供供电电。输输出出电电压压最大值为最大值为32V。(3)133(3)133型。型。本安电源，符合推荐的本安参数。本安电源，符合推荐的本安参数。为为了了保保证证现现场场总总线线的的正正常常运运行行，电电源源的的阻阻抗抗必必须须与与网网络络匹匹配配。无无论论把把现
107、现场场总总线线电电源源内内置置或或外外置置，这这个个网网络络都都是是电电阻阻电感网络。电感网络。电源的选取和电源的选取和H1现场设备的分类与编号密切相关的，现场设备的分类与编号密切相关的，如表如表2.5。欧汝躁矛铱请绥俊芦阅坐哑暗蒙疗叠闯炮况休洲赁咳看饮爸芋姓赖毋户侍现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线表表2.5 H12.5 H1现场设备的分类与编号现场设备的分类与编号 *H2规范现场设备的编号为2xx，3xx。 从从设设备备类类型型的的分分类类表表可可以以看看到到，它它是是按按照照设设备备是是否否为为总总线线供电、是否可用于易燃易爆环境以及功耗类别而区分的。供
108、电、是否可用于易燃易爆环境以及功耗类别而区分的。2 2FFFF总线供电与网络配置总线供电与网络配置在网络上如果有两线制的总线供电现场设备，应该确保有在网络上如果有两线制的总线供电现场设备，应该确保有足够的电压可以驱动它。每个设备至少需要足够的电压可以驱动它。每个设备至少需要9V，为了确保这一，为了确保这一点，在配置现场总线网段时需要知道以下情况：点，在配置现场总线网段时需要知道以下情况：(1)当前每个设备的功耗情况；当前每个设备的功耗情况；(2)设备在网络中的位置；设备在网络中的位置；焚氏闺仍还揽票百鸦莆孔撤奎繁但觉作藐腕爪舅卉孪锥钒隐貌操蒙锤巧勘现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工
109、业以太网基金会现场总线(3)电源在网络的位置；电源在网络的位置； (4)每段电缆的阻抗；每段电缆的阻抗； (5)电源电压。电源电压。 对对总总线线供供电电类类的的设设备备，由由于于挂挂接接在在总总线线不不同同位位置置上上的的设设备备从从总总线线所所得得到到的的电电压压会会有有所所不不同同，任任何何一一个个制制造造商商所所提提供供的的现现场场总总线线设设备备应应该该可可挂挂接接在在总总线线的的任任何何位位置置上上能能正正常常工工作作，因因而而必必须须对对满满足足设设备备正正常常工工作作的的电电压压、电电流流范范围围等等参参数数做做出出明明确确规规定定。表表2.6为为总总线线供供电电的的本本安安型
110、型标标准准设设备备列列出出了了现现场场总总线线基基金金会会的推荐参数。的推荐参数。能能够够看看出出，对对不不同同类类别别的的设设备备，其其参参数数的的要要求求应应有有所所区区别别，如如本本安安型型与与非非本本安安型型设设备备在在功功率率消消耗耗方方面面的的指指标标应应该该不不同同。其其他他类类现现场场设设备备的的推推荐荐参参数数可可查查阅阅基基金金会会现现场场总总线线物物理理层层的的相相应应规范。规范。友阶朔饮佳跌惶熙助铸姑侩泽痪五瞒勃旺登披荐她箔激实惠氯找凑隧钟钢现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线表表2.6 1112.6 111类现场设备的推荐参数类现场设备
111、的推荐参数 按按照照IEC1158-2的的规规范范要要求求，现现场场总总线线基基金金会会对对设设备备电电路路开路时最大输出电压的推荐值为开路时最大输出电压的推荐值为35V。每每个个现现场场设设备备的的电电压压由由直直流流回回路路的的分分析析得得到到，现现以以图图2.18所所示网络做个示例。示网络做个示例。假假设设在在接接口口板板处处设设置置一一个个12V的的电电源源，而而且且在在网网络络中中全全部部使使用用B型型电电缆缆。在在10m的的分分支支线线处处，有有一一个个现现场场设设备备FD5采采用用单单独独供电方式供电方式(实质上是一个实质上是一个4线制设备线制设备)。贝映填握愧世饲烷聘视骂螺兜炎
112、玩伴态振邯硷落顾唾砚氧光舆炊头毙装燕现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线在在10m分分支支线线处处，有有一一个个现现场场设设备备FD3的的消消耗耗电电流流为为20mA。其其他他的的设设备备各各自自耗耗能能为为10mA。网网桥桥为为单单独独供供电电方方式式，并并不不消耗任何网络电流。消耗任何网络电流。忽忽略略温温度度影影响响，每每米米导导线线电电阻阻为为0.1。表表2.7显显示示了了每每段段电电缆的电阻、流经此段的电流以及压降。缆的电阻、流经此段的电流以及压降。因而，总线供电设备从网段上得到的电压如下：因而，总线供电设备从网段上得到的电压如下：FD1处可处可得到得
113、到lO.95V，FD3处可得到处可得到9.73V，FD4处可得到处可得到9.74V，阀门，阀门处可得到处可得到9.72V。因此所有的现场设备都得到了大于。因此所有的现场设备都得到了大于9V的电压，的电压，这个结果令人满意。如果网络上有更多的现场设备或网络电缆这个结果令人满意。如果网络上有更多的现场设备或网络电缆直径较小的话，就不会是这种情形了，或许需要提高供电电源直径较小的话，就不会是这种情形了，或许需要提高供电电源的电压，或许需要调整电源的安放位置的电压，或许需要调整电源的安放位置. 磅烧抿奶枕插洽诱经物镁鹰般储察壹诱琉缀耕块围桥慑轿叼俐丰白砰涡凯现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与
114、工业以太网基金会现场总线图图2.18 2.18 电源与网段配线示例电源与网段配线示例 珠眩匹迁噪龄彭论才素省吁胯哑退阁扣错瀑痘鹰哲盘荡跌堂徐满峪薯共教现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线图图2.18 2.18 电源与网段配线示例电源与网段配线示例 上面的计算过程很繁琐，如果想添加一个或更多的网络耗上面的计算过程很繁琐，如果想添加一个或更多的网络耗能现场设备就不得不这样做。不过现场总线销售商会提供计算能现场设备就不得不这样做。不过现场总线销售商会提供计算机软件，使计算过程变得简单。只要输入网络现状，则所有的机软件，使计算过程变得简单。只要输入网络现状，则所有的直流
115、电压都将立即显示出来。如果改变了网络，电压要被重新直流电压都将立即显示出来。如果改变了网络，电压要被重新计算。计算。 侵谨溯蔡钙僳掣决熔喉惋仓栋在至层掏秉档奈叶瞪答肄擎汾砸嚏拈我退捏现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线 某某些些情情况况下下，网网络络可可能能负负荷荷过过重重，以以至至于于不不得得不不考考虑虑重重新新摆摆放放电电源源的的位位置置，使使每每个个设设备备的的供供电电电电压压得得到到满满足足。当当做做这这些些计算时，还要考虑到高温状态下电缆的电阻会增加这个因素。计算时，还要考虑到高温状态下电缆的电阻会增加这个因素。现现场场总总线线基基金金会会规规定定了了
116、几几种种型型号号的的总总线线供供电电电电源源。其其中中131型型为为给给安安全全栅栅供供电电的的非非本本安安电电源源；133型型为为推推荐荐使使用用的的本本安安型型电电源源；132型型为为普普通通非非本本安安电电源源，输输出出电电压压最最大大值值为为直直流流32V。按按照照规规范范要要求求，现现场场设设备备从从总总线线上上得得到到的的电电源源不不能能低低于于直直流流9V，以保证现场设备的正常工作。，以保证现场设备的正常工作。现现场场总总线线上上的的供供电电电电源源，需需要要有有一一个个电电阻阻/电电感感式式阻阻抗抗匹匹配配网网络络。阻阻抗抗匹匹配配可可在在网网络络一一侧侧实实现现，也也可可将将
117、它它嵌嵌入入到到总总线线电电源中。源中。可可以以按按照照IECISA物物理理层层标标准准要要求求，组组成成电电源源的的冗冗余余式式结结构构，但但仅仅仅仅是是将将两两个个电电源源并并联联在在一一起起是是不不符符合合要要求求的的。不不能能把把会会导导致致数数字字信信号号短短路路的的自自关关闭闭(off-the-shelf)电电源源用用于于现现场场总线网段上。总线网段上。烬再改掀搓昭僳戮还钡端媳谓侣漫稳毯抄蘸鲁侦沫浅蝉际固澜挑峰阴丈斋现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线2.2.4 2.2.4 基金会现场总线设备的本质安全基金会现场总线设备的本质安全本本质质安安全全技技
118、术术是是指指保保证证电电气气设设备备在在易易燃燃、易易爆爆环环境境下下安安全全使使用用的的一一种种技技术术。它它的的基基本本思思路路是是限限制制在在上上述述危危险险场场所所中中工工作作的的电电气气设设备备中中的的能能量量，使使得得在在任任何何故故障障的的状状态态下下所所产产生生的的电电火火花花都都不不足足以以引引爆爆危危险险场场所所中中的的易易燃燃、易易爆爆物物质质。因因此此，对对于于本本质质安安全全系系统统中中的的设设备备、电电缆缆、电电源源及及导导线线都都提提出出了了一一些苛刻的要求，特别是对以下几个参数的限定：些苛刻的要求，特别是对以下几个参数的限定：电压电压电流电流功率功率电容电容电感
119、电感例例如如，在在工工业业领领域域中中常常用用的的现现场场总总线线网网络络中中，每每一一条条现现场场总总线线上上所所连连接接的的设设备备数数量量和和电电缆缆的的长长度度都都有有十十分分严严格格的的限限制。制。币腥啪浚叙郝辙钦拐雹渭叭拼沾涝貉移处寇峻渤手泵沼导拭盔炬呐揖堪裙现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线在在有有本本质质安安全全防防爆爆要要求求的的危危险险场场所所，现现场场总总线线网网段段应应该该配配有有本本质质安安全全防防爆爆栅栅。图图2.19为为基基金金会会现现场场总总线线的的本本安安网网段段示示例例。这这种种齐齐纳纳安安全全栅栅将将向向危危险险区区送送入
120、入的的电电压压限限制制在在一一定定的的范范围围之之内内，例如例如11V。另外，还有一种单独供电式隔离型安全栅。另外，还有一种单独供电式隔离型安全栅。图图2.19 2.19 基金会现场总线的本安网段基金会现场总线的本安网段 歧迷朴囤伐终缮坎浩倡吁跌甭泞违若桥缀遗字单读诅穿纵秉诚窟日某篆旬现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线 基基金金会会现现场场总总线线(FF)和和传传统统系系统统的的概概念念是是一一样样的的(图图2.20)。按按照照IEC61158-2的的规规定定，所所有有的的设设备备都都在在932V直直流流电电源源下下工作。工作。因因为为，不不管管是是输输入入还
121、还是是输输出出设设备备，是是模模拟拟量量还还是是离离散散量量设设备备，在在电电气气上上它它们们几几乎乎都都是是等等价价的的，所所以以只只需需要要一一种种安安全全栅栅。现现场场设设备备之之间间最最主主要要的的区区别别在在于于功功耗耗。因因为为用用于于本本质质安安全全的的总总线线，其其功功率率是是受受到到限限制制的的，所所以以重重要要的的是是选选择择低低功功耗耗的的设设备备，使每一个安全栅上可连接尽可能多的设备。使每一个安全栅上可连接尽可能多的设备。功功耗耗是是本本质质安安全全网网段段上上可可挂挂接接设设备备数数量量的的主主要要限限制制因因素素。高高功功耗耗把把限限制制数数量量降降低低到到远远低低
122、于于32台台设设备备。尽尽管管安安全全栅栅是是可可以以多多点点结结构构的的，但但是是仍仍导导致致每每一一个个接接口口端端只只能能接接16台台设设备备。安安全全栅栅可可以以是是齐齐纳纳栅栅，也也可可以以是是本本质质安安全全的的电电隔隔离离器器。本本质质安安全全现现场场总总线线设设备备是是一一台台电电流流吸吸收收器器，它它不不会会为为网网络络提提供供功功率率。即即使使该该设设备备是是单单独独供供电电的的，它它仍仍然然要要从从总总线线吸吸取取电电流流以以供供它它进进行行通通信信。通通过过使使用用功功耗耗尽尽可可能能低低的的设设备备可可以以大大大大减减少少所所需需要要的的安安全全栅的数量。栅的数量。力
123、址联俭劳纂完指顾癌宗烯袄示与叁福增序术颈期挠震雀赵电店呼躬痢棕现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线图图2.20 2.20 安全栅将安全区和危险区隔开安全栅将安全区和危险区隔开 终端器中含有电容，所以当用于本质安全系统时，它们必终端器中含有电容，所以当用于本质安全系统时，它们必须经过本质安全认证。在功率未达到额定值时，终端器处于全须经过本质安全认证。在功率未达到额定值时，终端器处于全通状态，不消耗电流，因此也不会减少电缆的长度或者设备的通状态，不消耗电流，因此也不会减少电缆的长度或者设备的数量。数量。育茹窑聊犀填巢仆宽誊薛姨赢束稍撩幅陀远子兄巍本栓肩誊宦晤疮袖啃头
124、现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线 由由于于每每一一种种网网络络对对应应不不同同的的安安全全栅栅，所所以以，特特别别重重要要的的是是要要使使用用按按照照IEC61158-2规规定定的的特特性性设设计计的的安安全全栅栅，而而不不是是按按其其他类型的总线要求设计的。他类型的总线要求设计的。本本质质安安全全系系统统的的设设计计和和安安装装必必须须遵遵守守当当地地的的法法规规，并并保保证证阅阅读读有有关关的的用用户户手手册册。只只能能将将经经过过本本质质安安全全认认证证的的设设备备接接到到危危险区去。险区去。注意，每一个危险区的网段只能接一个安全栅，不能冗余。注意，每
125、一个危险区的网段只能接一个安全栅，不能冗余。通常安全栅装在安全区。如果要装在危险区，则一定要安装在通常安全栅装在安全区。如果要装在危险区，则一定要安装在带有防火密封的防火型外壳里。当使用非隔离型安全栅时，一带有防火密封的防火型外壳里。当使用非隔离型安全栅时，一定要特别注意遵守产品手册中关于接地的指示条文。向本质安定要特别注意遵守产品手册中关于接地的指示条文。向本质安全系统供电有两种方案，一种采用传统的实体概念，另一种是全系统供电有两种方案，一种采用传统的实体概念，另一种是使用比较新的使用比较新的FISCO模型。模型。FISCO模型允许提供更大的功率，模型允许提供更大的功率，这意味着可以挂更多的
126、设备或使用更长的电缆。这意味着可以挂更多的设备或使用更长的电缆。 1 1实体概念实体概念(Entity Concept)(Entity Concept)在对本质安全设备和安全栅进行认证时，要对电压、电流、在对本质安全设备和安全栅进行认证时，要对电压、电流、功率、电容和电感这些实体参数作出说明。利用这些参数很容功率、电容和电感这些实体参数作出说明。利用这些参数很容易选择设备和安全栅之间的匹配。易选择设备和安全栅之间的匹配。事莎粒瓢旬谢获琳磷若秧差恩黎拦房蜒洁试杉吩携畔墓坦喉羽狂豁仔褥沃现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线当当多多台台设设备备以以多多点点结结构构方方
127、式式挂挂接接在在一一台台安安全全栅栅上上时时，必必须须对对所所有有设设备备的的实实体体参参数数进进行行汇汇总总，再再与与安安全全栅栅的的实实体体参参数数进进行行匹匹配配。按按照照传传统统的的实实体体概概念念，电电缆缆的的电电容容和和电电感感也也应应集集中中考考虑虑，因因此此计计算算网网络络在在危危险险区区网网段段的的电电容容和和电电感感时时，也也要要把把电电缆缆的的计计算算进进去去。对对于于实实体体概概念念应应使使用用线线性性输输出出特特性性的的安安全全栅栅(图图2.21)。对对于于ExiaC防防爆爆等等级级，输输出出功功率率大大约约只只有有1.2W，或或者者在在11V直直流流电电压压下下允允
128、许许约约60mA电电流流。这这个个电电流流限限制制使使每每一一台台线线性性安安全全栅栅上上可可挂挂接接的的设设备备数数很很少少。同同样样，由由于于只只允允许许有有很很小小的的的的电电压降，所以低电压输出也限制了电缆的长度。压降，所以低电压输出也限制了电缆的长度。现现场场设设备备可可以以控控制制的的电电压压、功功率率和和电电流流都都是是有有限限制制的的。同同样样，总总线线允允许许的的电电容容和和电电感感的的总总量量也也是是有有限限制制的的。所所以以必必须须选选择择这这样样的的安安全全栅栅，它它的的电电压压、电电流流和和功功率率输输出出同同具具有有最最低低的的对对应应实实体体参参数数的的现现场场设
129、设备备相相比比，也也低低于于该该现现场场设设备备所所允允许许的的值值(图图2.22)。安安全全栅栅必必须须能能够够处处理理连连接接在在安安全全侧侧的的全全部部设设备备加加上上网络电缆的总的外部电容和电感。网络电缆的总的外部电容和电感。窒陵拈吁湛思蚌贿刊碑琢笼次狂譬似隙伐辨旺灸抑丢涯啪邓钨琴蔡剩郡今现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线电缆参数必须从电缆数据表中获得。电缆的电感值超出了电缆参数必须从电缆数据表中获得。电缆的电感值超出了安全栅所允许的值，这种情况经常发生。对电感值的一个常用安全栅所允许的值，这种情况经常发生。对电感值的一个常用变通办法是比较电缆的和安全
130、栅所允许的电感变通办法是比较电缆的和安全栅所允许的电感/电阻电阻(L/R)比值。比值。在实体概念的基础上，电缆的电容被认为是本质安全系统中对在实体概念的基础上，电缆的电容被认为是本质安全系统中对距离的限制因素。有屏蔽层的电缆的电容比没有屏蔽层电缆的距离的限制因素。有屏蔽层的电缆的电容比没有屏蔽层电缆的电容高。通过查阅电缆允许的最大电容，可以计算出允许的最电容高。通过查阅电缆允许的最大电容，可以计算出允许的最大电缆长度。电缆允许的最大电容就是安全栅允许的电容减去大电缆长度。电缆允许的最大电容就是安全栅允许的电容减去所有设备的电容的值。评价网络最容易的办法就是将网络所有所有设备的电容的值。评价网络
131、最容易的办法就是将网络所有元件列成实体元件列成实体参数表参数表(表表3-6)。 2.21线性输出特性线性输出特性图图2.22基基于于实实体体概概念念的的IEC61158-2安全栅安全栅山年谭绒扩乌鸟癣伞挤值刹少渍蹭评薄振圈式宋策腰吵绒颗酞匀示但工轻现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线例例2-1针对针对4台设备和电缆的典型参数台设备和电缆的典型参数如表如表2.8所示。所示。在本例中，在本例中，500m电缆具有电缆具有200nF/km电容的典型值和电容的典型值和25H/的的L/R比值。安全比值。安全栅允许的栅允许的L/R比值是比值是30.7H/.表表2.8 2.8
132、网络实体参数评估的例表网络实体参数评估的例表 攀窍正雷剑磐饵距年智奖洒囱芳赵厕用灯控狠轨扁粕贯炙忍脖玖修壳犀赎现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线本本例例中中安安全全栅栅的的输输出出电电压压、电电流流和和功功率率比比现现场场设设备备允允许许的的最最大大值值都都低低。它它能能提提供供足足够够的的电电流流，且且电电容容值值也也在在允允许许范范围围内内，但但所所允允许许的的电电感感值值太太低低。不不过过，因因为为安安全全栅栅的的L/R比比值值足足够够，所所以以安安全全栅栅仍可以安全使用。仍可以安全使用。例例2-2通通过过查查找找在在安安全全栅栅的的限限制制值值中中减减
133、去去4台台设设备备的的电电容容后后的的剩剩余余电电容容值值，可可以以计计算算出出本本例例的的安安全全栅栅中中，考考虑虑电电容容的的因因素素后后的的电电缆缆的最大长度为的最大长度为670m，即，即2 2现场总线本质安全概念现场总线本质安全概念(FISC0)(FISC0)现现场场总总线线本本质质安安全全概概念念(FISCO)是是一一个个比比较较新新的的本本质质安安全全模模型型，这这个个模模型型是是由由PTB(Physikalisch-TechnischeBundesanstalt)开开发发的的。在在FISCO模模型型中中，只只要要电电缆缆的的参参数数处处在在给给定定的的限限制制值值内，电缆的电容值
134、和电感值不再被集中考虑而仍能起保护作用。内，电缆的电容值和电感值不再被集中考虑而仍能起保护作用。拄庆邀祸目兑跌距盒酵肇卿半清格熏倒锑疑引躲甄邦隔讳祷喜涯简肖恐剔现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线 由由于于同同样样的的原原因因，FISCO型型的的安安全全栅栅也也没没有有规规定定的的电电容容和和电电感感的的允允许许值值。FISCO安安全全栅栅有有梯梯形形输输出出特特性性(图图2.23)，对对ExiaIIC防防爆爆等等级级可可提提供供高高达达1.8W的的功功率率输输出出。因因此此，FISCO型型安安全全栅栅可可以以比比传传统统实实体体安安全全栅栅连连接接更更多多的的
135、设设备备。绝绝大大部部分分FISCO设设备备也也可可以以用用于于实实体体概概念念，但但要要确确认认设设备备的的各各种种认认证证。并并不不是是所所有有的的FISCO批批准准的的设设备备都都能能够够承承受受1.8W，有有些些FISCO型型安安全全栅栅使使用用在在只只能能提提供供1.2W输输出出功功率率的的场场合合，适适用用于于低低功功率率等等级级的的设设备备。要要特特别别仔仔细细确确认认设设备备的的功功率率限限制制。低低功功率率FISCO设设备备通通常常被被标标注注为为“smallFISCO”或或者者“fisco”。低低功功率率fisco安安全全栅栅只只能能向向较较少少的的设设备备供供电电，但但仍
136、仍具具备备有有较较长长电电缆缆和和不不需需要要计计算算电电感和电容等优点。感和电容等优点。经经过过FISCO认认证证的的设设备备有有几几乎乎可可以以忽忽略略的的低低电电容容和和电电感感(分分别小于别小于5nF和和10H)。陇框糕酗事挤娠吮轻廖讨晋懒峻身秦缀狐亮速越壬于掏钝骡刀睁躺榴碱葛现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线图图2.23 2.23 梯形输出特梯形输出特图图2-24 2-24 电缆的有效电容取决电缆的有效电容取决于屏蔽层的连接方式于屏蔽层的连接方式 只要电缆的参数处在只要电缆的参数处在表表2.9中中规定的范围内，电缆就可以用在规定的范围内，电缆就可以用
137、在FISCO系统中，电缆的长度可达系统中，电缆的长度可达1km，最长的支线可达，最长的支线可达30m。因此，。因此，没有对网络中的电缆和设备的这些参数进行分析的必要。没有对网络中的电缆和设备的这些参数进行分析的必要。武孤棋投帮乔嘱察弱选觉麻久孩燥花撮税久允佣私裳蛛据股撞民禾安落奖现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线表表2.9 2.9 允许的允许的FISCOFISCO电缆参数电缆参数例例2-3对对一一个个输输出出电电流流为为lOOmA的的FISCO安安全全栅栅可可以以连连接接8台台电电流消耗为典型值流消耗为典型值(12mA)的设备。这可以如下简单计算：的设备。这可
138、以如下简单计算：有有效效的的电电缆缆电电容容值值取取决决于于与与屏屏蔽蔽层层的的连连接接，并并必必须须使使用用图图图图2-24中中的的简简单单方方程程进进行行计计算算。如如果果屏屏蔽蔽层层与与安安全全栅栅的的信信号号线线相相连接，则其电容值将高于导线和接地的屏蔽层隔离的情况。连接，则其电容值将高于导线和接地的屏蔽层隔离的情况。菩急滚凉酌船腐碉牢使瑞出侯增惧庄砸铜搁剖更邻材湿桨吸钵沏疗匀耙庸现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线 必必须须选选择择这这样样的的安安全全栅栅，它它的的电电压压、电电流流和和功功率率输输出出与与具具有有最最低低的的对对应应参参数数的的现现场
139、场设设备备相相比比，仍仍低低于于该该现现场场设设备备所所允允许许的值的值(图图2.25)。一个有一个有8种典型设备的参数的例子如表种典型设备的参数的例子如表2.10所列。所列。图图2.25 2.25 基于基于FISCOFISCO的的IEC 61158-2IEC 61158-2安全栅安全栅历膏俐奢源曹劳阳俄瞥症仇芝添耶玲巢脯饵肆努柴谤机脾撼肘寂颐堂豁详现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线表表2.10 FISCO2.10 FISCO网络分析网络分析 在这个例子中，安全栅的输出电压、电流和功率比现场在这个例子中，安全栅的输出电压、电流和功率比现场设备所允许的最大值低，
140、并能够提供足够的电流。所以这个设备所允许的最大值低，并能够提供足够的电流。所以这个安全栅是可用的。安全栅是可用的。蚊频轰滩档暑址癣舞桂痈棠宇红嚎蹭胶齿咖损沪叉蓖磊陪纫气友杀绞流侦现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线电电缆缆的的最最大大长长度度，同同非非本本质质安安全全系系统统一一样样，是是根根据据电电压压降降来来计计算算的的，因因为为只只要要符符合合规规定定的的电电缆缆参参数数，在在lkm的的长长度度内内是是没有电容和电感的限制的。没有电容和电感的限制的。一一个个输输出出13.8V的的安安全全栅栅带带8个个设设备备构构成成的的本本质质安安全全系系统统，在在只只考
141、考虑虑电电压压降降的的情情况况下下，计计算算得得到到最最大大长长度度为为1.1km。但但是是考虑到其他因素，对考虑到其他因素，对ExiaIIC防爆等级，设定限制为防爆等级，设定限制为lkm。最最重重要要的的是是安安全全栅栅和和现现场场设设备备都都必必须须通通过过FISCO认认证证。非非FISCO安安全全栅栅和和设设备备不不得得用用于于FISCO型型系系统统。FISCO现现场场设设备备必必须须能能够够承承受受FISCO安安全全栅栅的的高高功功率率输输出出。为为了了同同典典型型的的FISCO安安全全栅栅兼兼容容，设设备备的的Pi(Pmax)应应大大于于安安全全栅栅所所提提供供的的典典型值型值1.8
142、W。3 3中继安全栅中继安全栅由由于于每每一一个个安安全全栅栅，特特别别是是线线性性安安全全栅栅，只只能能连连接接很很少少几几台台设设备备，所所以以一一个个通通信信端端口口只只接接一一个个安安全全栅栅是是很很不不经经济济的的。有有些设备的耗电量很大以至于一台安全栅只能连接两台设备。些设备的耗电量很大以至于一台安全栅只能连接两台设备。爹免挡舌睬骑俘角擂涸淘等恐壮透棵倒签揍侣铲掳睛竭养彪誓迟惜贾飞枕现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线但如果所使用的是带有内置中继器的安全栅，则从通信端但如果所使用的是带有内置中继器的安全栅，则从通信端口到多个安全栅只需要引一根安全区网
143、段就行了。而每一个安口到多个安全栅只需要引一根安全区网段就行了。而每一个安全栅都可以引出一根危险区网段。这样就构成了一个大网络，全栅都可以引出一根危险区网段。这样就构成了一个大网络，每个网络上可以挂接全部每个网络上可以挂接全部16台设备台设备(图图2.26)。有了内置中继器有了内置中继器就不需要外置中继器了。就不需要外置中继器了。如果使用基于如果使用基于FISCO模型的、内置中继器和终端器的电隔模型的、内置中继器和终端器的电隔离安全栅，本质安全系统就变得更简单和更经济了。离安全栅，本质安全系统就变得更简单和更经济了。图图2.26 2.26 使用带中继器的安全栅将若干个危险区网段使用带中继器的安全栅将若干个危险区网段连接到一个安全侧网段上组成单一网络连接到一个安全侧网段上组成单一网络安眺抗类孵瞄除笨估快纲嚏二击栗遁踪挡救恢拿辱岳撵褒今杯惹铭纹窒杭现场总线与工业以太网基金会现场总线现场总线与工业以太网基金会现场总线
