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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1第第第第2 2 2 2章章章章 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2 2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自问世以来，正以磅礴之势在连续工业过程控制中掀起了应用高潮。在中国，据不完全统计，几百个大中项目遍及大江南北，其中不乏世界级大项目，如上海赛科工程、广东惠州中海壳牌石化工程和正在建设
2、中的福建炼油乙烯工程，其规模之大让世人震惊。其实，基金会现场总线不仅仅在规模上可以适应大中小规模上的变化，在控制类型上也正在把高速总线HSE扩展到连续过程控制以外的断续和批量控制中。应用领域包括石油天然气、炼油、石化、化工、冶金、制药、电力等现场总线基金会对用户的承诺正在变成现实。3 32.1.1 2.1.1 基金会现场总线发展背景、特点及应基金会现场总线发展背景、特点及应用情况用情况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2.1 概述4 4FFFF总线的前身是总线的前身是ISPISP和和WordFIPWordFIP标准标准，ISPI
3、SP协议是以美国协议是以美国Fisher-Fisher-RousemountRousemount公司为首，联合公司为首，联合FoxboroFoxboro、横河、横河、ABBABB、西门子等、西门子等8080家公司制订的；家公司制订的；WordFIPWordFIP协议是以协议是以HoneywellHoneywell公司为首，联合欧洲等地的公司为首，联合欧洲等地的150150家公司制订的。家公司制订的。FFFF的最大特色在于它的最大特色在于它不仅是一种总线，而是一个系统不仅是一种总线，而是一个系统。它。它既既是网络系统也是自动化系统是网络系统也是自动化系统。FFFF总线的低速部分除了实现现场总线信
4、号的数字通信外，总线的低速部分除了实现现场总线信号的数字通信外，FF-H1FF-H1具有适用于过程自动化的一些特点：支持总线供电、具有适用于过程自动化的一些特点：支持总线供电、支持本质安全、采用令牌总线访问机制等。支持本质安全、采用令牌总线访问机制等。2.1.1 2.1.1 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6 62.1.1 2.1.1 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、特点及应用情况基金会现场总线发展
5、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(续续续续)基于以太网的高速部分基于以太网的高速部分HSEHSE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网技术；以太网技术；HSEHSE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，HSEHSE现场设备支持现场设备支持标准的标准的FOUNDATIONFOUNDATION功能模块功能模块，例如，例如AIAI、AOAO和和PIDPID，也也包括新的、具体应用于离散控制和包括新的、具体应用于离散控制和I/OI/O子系统集成的子系统集成的“柔性柔性功能模块功能模块”；所有或部分的所有或部分的HSEHSE网络和设
6、备可实现冗余网络和设备可实现冗余，以适应应用中，以适应应用中容错的需要。容错的需要。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。在过程控制领域，的应用在中、小系统中。在过程控制领域，FFFF已成为公认已成为公认的第一流技术。的第一流技术。7 72.1.22.1.22.1.22.1.2一个典型的工程实例一个典型的工程实例一个典型的工程实例一个典型的工程实例项项目概况：目概况：上上海海拜拜耳耳漕漕泾泾园园区区(Bayer(Bayer Material Material Science)Science)下下属属的的涂涂料料
7、厂厂、公公用用工工程程厂厂和和聚聚酯酯厂厂已已于于20062006年年建建成成投投产产。该该项项目目选选用用了了FFFF基基金金会会现现场场总总线线，特特别别是是聚聚酯酯厂厂，使使用用的的FFFF现现场场总总线线仪仪表表较多。较多。1.1.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 6套套艾艾默默生生的的DeltaVDeltaV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用用了了DeltaV7.4DeltaV7.4版版本本和和大大量量的的FFFF设设备备；涂涂料料厂厂为为600600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
8、厂为为300300台台(另外有另外有HARTHART设备在单元包中设备在单元包中)；聚脂厂为；聚脂厂为22002200台。台。2.2.网段设计网段设计 塑料厂网段布局中，在塑料厂网段布局中，在1 1个个H1H1例段上接两个子网段，聚酯厂例段上接两个子网段，聚酯厂网段布局为网段布局为FFFF设备最大安装数量为设备最大安装数量为8 8台，每个网段的最大阀门台，每个网段的最大阀门安装数为安装数为2 2台台(阀门定位器为阀门定位器为2 2个个)，每个网段的备用的分支数为，每个网段的备用的分支数为2 2个，每个分支上的个，每个分支上的FFFF设备为设备为1 1台，也就是台，也就是8 8：2 2：2 2：
9、1 1模式。模式。8 84.4.现场仪表选型现场仪表选型（1）流量）流量仪仪表：表：科里奥利流量科里奥利流量计计：E+H Promass；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+H Prowirl；电电磁流量磁流量计计：E+H Promag；超声波流量超声波流量计计：E+H Prosonic Flow；（2）压压力力仪仪表：表：E+H CerabarDeltabar；艾默生；艾默生3051；Siemens Sitrans P；（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；Wika 5350；（4）料料位位
10、仪仪表表：雷雷达达：E+H FMR240、E+H FMR230；超超声声波波 E+H Prosonic Level；（5）分析）分析仪仪表：表：PH计计：艾默生：艾默生TR200；电导计电导计艾默生艾默生400VP（6）控制）控制阀门阀门：Samson3787定位器；定位器；2.1.22.1.22.1.22.1.2一个典型的工程实例一个典型的工程实例一个典型的工程实例一个典型的工程实例1010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)2.1.22.1.22.1.22.1.2一个典型的工程实例一个典型的工程实例一个典型的工程实例一个典型的工程实例1
11、1112.1.32.1.32.1.32.1.3技术分析技术分析技术分析技术分析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这两两个方面形成了它的技术特色。个方面形成了它的技术特色。(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、通通信信控控制制器芯片、通信网络与系统管理等内容。器芯片、通信网络与系统管理等内容。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
12、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，FFFF与与计计算算机机的的接接口口卡卡，各各种种网网关、网桥、中继器等。关、网桥、中继器等。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至用用户户，都具有重要作用。都具有重要作用。13132.1.32.1.32.1.32.1.3技术分析技术分析技术分析技术分析(3)(3)设备描述设备描述DDDD与设备描述语言与设备描述语言DDLDDL 为实现现场总线设备的互操作性，支持标准的功能
13、块为实现现场总线设备的互操作性，支持标准的功能块操作，基金会现场总线采用了设备描述技术。操作，基金会现场总线采用了设备描述技术。设备描述为控制系统理解来自现场设备的数据意义提设备描述为控制系统理解来自现场设备的数据意义提供必需的信息，因而也可以看作控制系统或主机对某个设供必需的信息，因而也可以看作控制系统或主机对某个设备的驱动程序，即设备描述是设备驱动的基础。备的驱动程序，即设备描述是设备驱动的基础。设备描述语言是一种进行设备描述的标准编程语言。设备描述语言是一种进行设备描述的标准编程语言。采用设备描述器，把采用设备描述器，把DDLDDL编写的设备描述的源程序转化为编写的设备描述的源程序转化为
14、机器可读的输出文件。机器可读的输出文件。现场总线基金会把基金会的标准现场总线基金会把基金会的标准DDDD和经基金会注册和经基金会注册过的制造商附加过的制造商附加DDDD写成写成CD-ROMCD-ROM，提供给用户。，提供给用户。1515(4)(4)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。接口技术。常采用常采用OEM集成方法构成新产品。把这些部件与其他供集成方法构成新产品。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，组成现场智能设备的新产品。起
15、来，组成现场智能设备的新产品。要通过要通过FF的的PC接口卡将总线上的数据信息与上位的各种接口卡将总线上的数据信息与上位的各种MMI(即人机接口即人机接口)软件、高级控制算法融为一体，尚有许多软件、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智能仪表本身及其与通信软硬件接口软硬件接口的开发要做。的开发要做。如与如与MMI软件连接中的软件连接中的OPC技术，它是实现数据开放式技术，它是实现数据开放式传输的基础。传输的基础。2.1.32.1.32.1.32.1.3技术分析技术分析技术分析技术分析16162 2 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通信系
16、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参考模型基金会现场总线的参考模型只具备只具备ISOISOOSIOSI参考模型七层中的三层参考模型七层中的三层，即物理层、数据链路层和应用层，并按照现场总线的实际要求，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，把应把应用层划分为两个子层用层划分为两个子层-总线访问子层与总线报文规范子层总线访问子层与总线报文规范子层。省去了中间。省去了中间的的3 36 6层，即不具备网络层、传输层、会话层与表示层。层，即不具备网络层、传输层、会话层与表示层。FFFF在在ISOISOOSIOSI参考模型第七层应用层之上增加了
17、新的一层参考模型第七层应用层之上增加了新的一层-用户层。用户层。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，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、系统管理等。如规定标准的功能块、设备管理，实现网络管理、系统管理等。在相应软硬件开发的过程中，往往把除去最下端的物理层和最上端的
18、在相应软硬件开发的过程中，往往把除去最下端的物理层和最上端的用户层之后的中间部分作为一个整体，统称为通信栈。这时，现场总用户层之后的中间部分作为一个整体，统称为通信栈。这时，现场总线的通信参考模型可看作三层。线的通信参考模型可看作三层。1818OSIOSI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 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363
19、6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2 2 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1919图图2.4 2.4 通信模型的主要组成部分及其相互关系通信模型的主要组成部分及其相互关系2 2 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202
20、0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要主要组组成部分。成部分。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块应用用进进程程。各各部部分分之之间间通通过
21、过虚虚拟拟通通信信关关系系VCR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之用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。2 2 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2121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理代理共同管理代理共同组组成。成。通通信信实实体
22、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总线场总线信号数字通信的核心部分。信号数字通信的核心部分。层协议层协议的基本目的基本目标标是要构成虚是要构成虚拟拟通信关系。通信关系。网网络络管管理理代代理理则则是是要要借借助助各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、运行管理、出理、运行管理、出错错管理的功能。管理的功能。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中中，并并由由对对象象字字典典DD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视对对象象提提供定供定义义与
23、描述。与描述。2 2 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2222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。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。为协调与网络上其他设备的动作和功能块同步，系统管理还为为协调与网络上其他设备的动作和功能块同步，系统管理还为应用时钟同步提供一个通用的应用时钟参考。应用时钟同步提供一个通用的应用时钟参考。功能块应用进程功能块应用进程FBAP位于应用层和用户层位于应用层和用户层,主要用于实现用户主要用于实现用户所需要的各种功能。所需要的
24、各种功能。每种功能块被单独定义，并可为其他块所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。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部分，除了功能块对象之外，还包括对象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，因来简化设备的互操作，因而也可以把而也可以把OD和和DD看作支持功能块应用的标准化工具。看作支持功能块应用的标准化工具。2 2 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通信系统的主要组成部分及其相
25、互关系通信系统的主要组成部分及其相互关系2424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，每帧最多可发送理，每帧最多可发送251个个8位字节的用户数据信息；位字节的用户数据信息；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
26、校校验验信信息息（一一般般为为CRC校校验验码）后，送往物理层将数据打包；码）后，送往物理层将数据打包；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，在网络系统的管理控制下，发送到现场总线网段上。号，在网络系统的管理控制下，发送到现场总线网段上。3 3 3 3协议数据的构成与层次协议数据的构成与层次协议数据的构成与层次协议数据的构成与层次2525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2626一一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
27、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，另外还需要一个电源和设在每个网段末端的终端器。另外还需要一个电源和设在每个网段末端的终端器。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4mA4mA20mA20mA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 FFFF现现场场总总线线的的拓拓扑扑结结构构较较灵灵活活，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。带带分分支支的的总总线线型型和和树树型型在在工工程中使
28、用较多。程中使用较多。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网桥实现互连。网桥实现互连。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2828 图图2.6 FF2.6 FF总线拓扑结构总线拓扑结构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2929表表表表2.1 H12.1 H12.1 H12.1 H1总线网段的主要特性参数总线网段的主要特性参数总线网段的主要特性参数总线网段的主要特性
29、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/树型树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232112263131接接口口卡卡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现场设备间的信息通道和通信指
30、挥调度中心。现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板上背板上;也可以是插在计算机里的一块卡。也可以是插在计算机里的一块卡。1 1接口卡接口卡接口卡接口卡3232 PCI卡卡与与现现场场总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1 1接口卡接口卡接口卡接口卡3333链链路
31、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直直接接和和主主站，站，这样就不需要这样就不需要I/O子系统的接口模板了。子系统的接口模板了。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的差别。度的差别。图图2.9 DFI3022.9 DFI302现场总线现场总线(FF)/(FF)/以太网以太网(Et
32、hernet)(Ethernet)通用网桥通用网桥 2 2链路设备链路设备链路设备链路设备3434 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，例例如如起起传传统统的的调调节节器的作用。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2 2链路设备链路设备链路设备链路设备3535 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。当当有一个接口发生故障
33、时，作为备用的链路设备立刻起作用。有一个接口发生故障时，作为备用的链路设备立刻起作用。图图2.11 2.11 冗余的链路设备冗余的链路设备2 2链路设备链路设备链路设备链路设备3636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。每每段段总总线必须有线必须有2个，而且只能有个，而且只能有2个终端器。个终端器。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射和信号失真。反射和信号失真。终端器有外置式和内置式两类。终端器有外置式和内置式两类。在在安安装装前前要要了了解解清清楚楚某某台台设
34、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，避避免免重复使用，影响总线的数据传输。重复使用，影响总线的数据传输。图图2.12 2.12 终端器终端器BT302BT3023 3终端器终端器终端器终端器3737中继器用来扩展中继器用来扩展H1网段。网段。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个较大的网络，最多可以把一个较大的网络，最多可以把32个同样的网段接在一起。个同样的网段接在一起。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，两个设备之间最多只能有两个设备之间最多
35、只能有5个网段。个网段。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，即倍，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须另外提供电源。必须在中继器的另外两个端子上加电源。必须另外提供电源。必须在中继器的另外两个端子上加电源。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台设备外还可再增加这台设备外
36、还可再增加31台现场设备。台现场设备。4.4.中继器中继器中继器中继器3838图图2.13 H12.13 H1网段的基本构成网段的基本构成4 4中继器中继器中继器中继器3939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台台中中继继器器，实实际际可可扩扩展到展到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 4 4中继器中继器中继器中继器4040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
37、于于两两个个不不同网络的设备可以互相通话。同网络的设备可以互相通话。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备不会被混淆。备不会被混淆。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
38、卡的的一一个个组成部分。组成部分。5 5网桥网桥网桥网桥4141 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 5 5网桥网桥网桥网桥4242 FFFF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。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了可以和仪表中常用的电缆型号兼容。考虑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
39、度和总线上可挂仪表数量的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。主要因素。布线的原则和电源的选取同样重要。布线的原则和电源的选取同样重要。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）电缆、布线和电源（安装调试）电缆、布线和电源（安装调试）43431 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 A A型型电电缆缆是是符符合合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，为为新新安装系统中推荐使用的电缆。安装系统中推荐使用的电缆。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
40、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中，在那里，多条现场总线在同一个区域中运行。目中，在那里，多条现场总线在同一个区域中运行。另另一一种种推推荐荐使使用用的的电电缆缆是是未未加加屏屏蔽蔽的的单单对对或或多多双双绞绞线线的的电电缆缆，即即C C型电缆。型电缆。最后一种是没有双绞的，但外层全屏蔽的多芯电缆，即最后一种是没有双绞的，但外层全屏蔽的多芯电缆，即D D型电型电缆。缆。C C、D D两种电缆主要应用于改造，一般不推荐采用。两种电缆主要应用于改造，一般不推荐采用。2.2.3.1 2.2.3.1 基金会现场总线电缆类型基金会现场总线电缆类型基金会现场总线电缆类型基金会现场总线电
41、缆类型4444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4545基金会现场总线支持多种传输介质：双绞线、电缆、光缆、基金会现场总线支持多种传输介质：双绞线、电缆、光缆、无线介质。目前应用较为广泛的是前两种。无线介质。目前应用较为广泛的是前两种。H1H1标准采用的电缆类型可分为无屏蔽双绞线、屏蔽双绞线、标准采用的电缆类型可分为无屏蔽双绞线、屏蔽双绞线、屏蔽多对双绞线、多芯屏蔽电缆几种类型。屏蔽多对双绞线、多芯屏蔽电缆几种类型。在不同传输速率下，信号的幅度、波形与传输介质的种类、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。导线屏蔽
42、、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、波形等方面的要求，必须对在不同工作环境下作为传幅度、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横截面、允许的最大传输距离等做出规定。输介质的导线横截面、允许的最大传输距离等做出规定。2.2.传输介质传输介质传输介质传输介质4646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 2.2.传输介质传输介质传输介质传输介质4747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，以导线为媒体的现场
43、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，对低于进行测试时，对低于63Hz63Hz的低频场合，测量到的绝缘阻抗的低频场合，测量到的绝缘阻抗应该大于应该大于250k250k。一般通过在设备与地之间增加绝缘，或在主干电缆与设备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。2.2.传输介质传输介质传输介质传输介质4848 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
44、使得得现现场场总总线线控控制制系系统统的布线与安装与传统的模拟控制系统有很大区别。的布线与安装与传统的模拟控制系统有很大区别。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，因因而而对对布布线线和和安装有许多新的要求与特点。安装有许多新的要求与特点。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 图图2.17 2.17 基金会现场总线网
45、段的基本构成基金会现场总线网段的基本构成 4949(1)现场总线现场总线网段网段的基本构成部件的基本构成部件作为链路主管、组态器和人机界面的作为链路主管、组态器和人机界面的PC机；机；符合符合FF通信规范要求的通信规范要求的PC接口卡；接口卡；网段上挂接的现场设备；网段上挂接的现场设备；总线供电电源；总线供电电源；连接在网段两端的终端器；连接在网段两端的终端器；电缆或双绞线以及连接端子。电缆或双绞线以及连接端子。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1900米时，可采用中继器延长米时，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设备数。还可采用
46、网桥或网网段长度；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、不同协议的网段连接；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配有本质安全防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。爆栅。2.2.3.2 2.2.3.2 现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现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5050网段上连接的现场设备有两种：网段上连接的现场设备有两种：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。总线供电电源就是
47、为这种设备准备的。总线供电电源就是为这种设备准备的。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上获获取取其其工工作电源。作电源。2.2.3.2 2.2.3.2 现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现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5151(2)FF总线网络的扩充总线网络的扩充扩充设备扩充设备工工程程中中，相相对对A、B型型电电缆缆而而言言，C、D型型在在使使用用长长度度上上要要短短。在在某某些特定场合中，要避免使用些特定场合中，要避免使用C、D两种电缆。两种电缆。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
48、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使用用4 4个个中中继继器器。使使用用4 4个个中继器时，网络中两个设备间的最大距离可达中继器时，网络中两个设备间的最大距离可达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理层，如金属线、光导纤维等的现场总线网段。物理层，如金属线、光导纤维等的现场总线网段。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
49、向其他通信协议的网段，如以太网，向其他通信协议的网段，如以太网，LonWorksLonWorks网段，网段，RS485RS485等。等。2.2.3.2 2.2.3.2 现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现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5252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值(m)(m)扩充方案扩充方案 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络设设备备而而实实现现的的。网网络络扩扩充充应应遵遵循循一一定定的的规规则则，或或者者说说应应受受到到某某些些限限制制。如
50、如网网段段上上的的主主干干长长度度和和分分支支线线长长度度的的总总线线是是受受到到限限制制的的。不不同同类类型型的的电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。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。2.2.3.2 2.2.3.2 现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现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5353 长长度度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、现场设备的种类和个数而有