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　　現(xiàn)場(chǎng)總線很簡(jiǎn)單。如此簡(jiǎn)單，也許您會(huì)問(wèn)，到底現(xiàn)場(chǎng)總線是什么呢。本文將會(huì)關(guān)注于在過(guò)程控制中兩種基本的現(xiàn)場(chǎng)總線：PROFIBUSPA和FOUNDATIONfieldbus™H1。我們將會(huì)談到現(xiàn)場(chǎng)總線如何工作，如何連接到儀器。也會(huì)解釋——大多數(shù)情況下——為什么你不能像廣告所宣稱的可以在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線主干線上連接32個(gè)設(shè)備。
　　
　　我們也會(huì)談到PROFIBUS、基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線和FISCO的不同。實(shí)體上安全的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，安裝冗余的主干線，以及EDDL和FDT比較。
　　
　　現(xiàn)場(chǎng)是怎么工作的？
　　
　　在模擬控制系統(tǒng)中，設(shè)備生成4－20mA的輸出信號(hào)，通過(guò)雙絞線從遠(yuǎn)程分裂蒸餾塔、液體灌和過(guò)程單元一路傳送到控制室、集成架、遠(yuǎn)程I/O集成器或是遠(yuǎn)程終端設(shè)備。相似的，4－20mA的控制信號(hào)從控制室到閥執(zhí)行裝置、泵和其它一些控制設(shè)備。數(shù)百有時(shí)甚至數(shù)千的電纜通過(guò)電纜盤(pán)、終端架、配電柜、場(chǎng)地和管道迂回前進(jìn)。
　　
　　低消耗的有效性、適合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的強(qiáng)大的處理器開(kāi)拓了消除大量的電纜同時(shí)增強(qiáng)了工廠數(shù)據(jù)的有用性的道路。
　　
　　圖1傳統(tǒng)的4－20mA的現(xiàn)場(chǎng)布線往往把電線、電纜、終端變的亂糟糟的
　　
　　圖2安裝現(xiàn)場(chǎng)總線大大簡(jiǎn)化了布線
　　
　　不同于使用大量的獨(dú)立電纜，現(xiàn)場(chǎng)總線允許大量設(shè)備只使用一根電纜，叫做主干線（圖2）；每個(gè)設(shè)備作為一個(gè)分支連接到電纜上。當(dāng)然，每個(gè)設(shè)備都會(huì)有連接到主干線的現(xiàn)場(chǎng)總線接口，并運(yùn)行某些軟件來(lái)提供現(xiàn)場(chǎng)總線通訊。
　　
　　每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線的主干線——無(wú)論是基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線H1還是PROFIBUSPA——是一個(gè)簡(jiǎn)單的雙絞線，傳輸數(shù)字信號(hào)和直流電源，連接32個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備（溫度、流量、水平位置、和壓力傳感器、智能閥、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）到DCS或是相似的控制系統(tǒng)。大多數(shù)裝置是雙線總線驅(qū)動(dòng)電流是10mA到20mA，但是，也會(huì)有4線現(xiàn)場(chǎng)總線裝置，通常在需要電流特別高的地方。
　　
　　在控制系統(tǒng)，一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線主干線開(kāi)始于一個(gè)接口設(shè)備。在一個(gè)FOUNDATION現(xiàn)場(chǎng)總線H1（FF）系統(tǒng)，接口被叫做H1卡；在PROFIBUSPA系統(tǒng)，它是PROFIBUSDP/PA主干線適配器。在主干線上根據(jù)信號(hào)布線和電能需求方式，F(xiàn)F和PA在以下幾點(diǎn)上是一致的：
　　
　　●zui小設(shè)備操作電壓9V；
　　
　　●zui大總線電壓32V；
　　
　　●zui大總線長(zhǎng)度1900米（屏蔽雙絞線）。
　　
　　總線所需要的直流電源通常是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線供電，或是直流電壓調(diào)節(jié)器短路時(shí)所引起的高頻信號(hào)。典型的功率調(diào)節(jié)器可以在350mA到500mA之間有效，通常會(huì)在主干線－主干線之間防止干擾。對(duì)于PA，主干線適配器通常協(xié)調(diào)電源調(diào)節(jié)器的因素。在FF主干線電源調(diào)節(jié)器從H1接口卡上分離出來(lái)，通常被安裝在多余的雙絞線上，用來(lái)改善整體的可靠性。圖3顯示了典型的現(xiàn)場(chǎng)總線的主干線。
　　
　　計(jì)算一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線的主干線上可以安裝多少個(gè)設(shè)備時(shí)，用戶必須把每臺(tái)設(shè)備所需要的zui大電流、主干線長(zhǎng)度（因?yàn)殡妷簳?huì)在電纜傳輸過(guò)程中衰減）、和其它因素考慮進(jìn)去。這個(gè)計(jì)算是簡(jiǎn)單的歐姆定律的問(wèn)題，目的在于當(dāng)把所有的電壓衰減因素考慮進(jìn)去之后，顯示zui少9V可以傳輸?shù)街鞲删€的終端。例如，每個(gè)需要320mA的設(shè)備以驅(qū)動(dòng)20mA驅(qū)動(dòng)16個(gè)設(shè)備，所以如果主干線是基于18AWG的電纜，并用25V的電源協(xié)調(diào)器供電，如果保證傳到終端的電壓為9V，則zui大的電纜長(zhǎng)度是1000米。注意，許多用戶在9V之上了一個(gè)zui小的操作電壓，來(lái)允許意外的電流負(fù)載，以及未來(lái)的附加設(shè)備。
　　
　　圖3一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線主干線開(kāi)始于H1接口卡，基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的一個(gè)電源，或是PROFIBUS主干線適配器。在一個(gè)主干線可以支持32個(gè)設(shè)備。方框中顯示“T”的代表終端。
　　
　　連接設(shè)備
　　
　　如所表述的那樣，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備以并列的方式連接到主干線。每個(gè)簡(jiǎn)單的分支連接成為一個(gè)“T”。簡(jiǎn)單的“T”連接（圖4）的問(wèn)題就是，如果其中的一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，整個(gè)主干線將不能工作。在維修設(shè)備的時(shí)候，就會(huì)可能發(fā)生短路，現(xiàn)場(chǎng)的一些事故，可能會(huì)導(dǎo)致電氣問(wèn)題或是主機(jī)的一些其它問(wèn)題。所以要保證現(xiàn)場(chǎng)總線的成功實(shí)施，短路保護(hù)是一個(gè)必要條件。
　　
　　圖4“T”配置是現(xiàn)場(chǎng)總線zui簡(jiǎn)單的連接方式。然而一旦一個(gè)設(shè)備失敗或是“短路”，它將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)主干“癱瘓”。
　　
　　另外一種方式就是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線接線。通常會(huì)涉及到“設(shè)備適配器”——例如MooreHawke™TG200TRUNKGUARD™（圖5）——這就允許多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備連接到一個(gè)位置。典型的情況是，用戶會(huì)安裝一個(gè)設(shè)備適配器，把附近的設(shè)備與之連接?，F(xiàn)場(chǎng)總線那電纜將會(huì)與其它設(shè)備適配器連接。一個(gè)多設(shè)備主干可能會(huì)有幾個(gè)設(shè)備適配器。
　　
　　在設(shè)備適配器中使用兩種典型的電子分支短路保護(hù)方法。“電流極限”和“反向保護(hù)”兩種方法都可以防止主干上的分支短路錯(cuò)誤，兩種方法都可以消除錯(cuò)誤自動(dòng)回復(fù)正常。
　　
　　電流極限技術(shù)短路電路的功率量，可以達(dá)到40mA到60mA（不同廠家各異）。但是它會(huì)在主干上持續(xù)保持這個(gè)錯(cuò)誤。盡管這個(gè)設(shè)計(jì)保護(hù)了主干免于初始短路，額外的電流消耗將會(huì)剝奪其它設(shè)備從主干電源獲得電能，將會(huì)可能導(dǎo)致主干災(zāi)難性故障。
　　
　　當(dāng)短路保護(hù)剝奪了其它設(shè)備的電能以后，某些設(shè)備就會(huì)因?yàn)闆](méi)有足夠的電能進(jìn)行主要操作而失效。因而，當(dāng)電流極限保護(hù)方法使用在設(shè)備適配器上時(shí)，許多終端用戶要保留一個(gè)安全裕量。也就是說(shuō)不要安裝主干理論上所允許多個(gè)的設(shè)備，要保留一些空余分支。
　　
　　例如，一個(gè)用戶如果期望主干可以在有兩個(gè)出錯(cuò)設(shè)備的情況下繼續(xù)工作——失敗的設(shè)備可以占用120mA的電流——主干計(jì)算時(shí)就應(yīng)該假設(shè)zui大電流可用值350mA減去120mA作為輸出時(shí)的電流，即230mA。
　　
　　雖然理論上主干可以驅(qū)動(dòng)32個(gè)設(shè)備，每個(gè)設(shè)備10mA，但是實(shí)際上，它只能支持23個(gè)這樣的設(shè)備。在實(shí)際應(yīng)用中，一些用戶在使用電流極*十分謹(jǐn)慎，只在每個(gè)主干上使用16個(gè)設(shè)備以防止大規(guī)模的主干失敗。
　　
　　MooreHawke的TRUNKGUARD設(shè)備適配器，應(yīng)用了反向保護(hù)技術(shù)，從主干上斷開(kāi)了短路的分支，防止整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的損失。反向保護(hù)技術(shù)在每個(gè)分支上有一個(gè)邏輯電路（圖6），檢測(cè)每個(gè)分支或是設(shè)備上的短路情況，從主干上斷開(kāi)分支，并有紅燈閃爍，以提醒維修人員。
　　
　　有了反向保護(hù)設(shè)備適配器，用戶可以不再為分支失敗擔(dān)心，可以放心的在現(xiàn)場(chǎng)總線主干線上放置更多的設(shè)備。因?yàn)镠1卡的花費(fèi)（2500美元）和其它主干硬件的昂貴花銷(xiāo)，在一個(gè)主干上放置更多的設(shè)備可以節(jié)省用戶不少的開(kāi)支。
　　
　　主干終端
　　
　　每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線為了通訊需要先要被兩個(gè)終端中止，如果主干沒(méi)有很好的中止，就會(huì)發(fā)生由于信號(hào)反射引起的通訊錯(cuò)誤。許多設(shè)備使用手動(dòng)開(kāi)/關(guān)DIP開(kāi)關(guān)來(lái)中止適配器，在一個(gè)主干中，zui后一個(gè)設(shè)備適配器，應(yīng)包含一個(gè)終端器，所有的位于zui后一個(gè)適配器和H1卡之間的適配器應(yīng)該把他們的終端器開(kāi)關(guān)扳到關(guān)。
　　
　　圖5一個(gè)設(shè)備適配器允許多個(gè)設(shè)備連接到現(xiàn)場(chǎng)總線主干線。每個(gè)分支有一個(gè)短路保護(hù)，它不會(huì)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)造成危害。每個(gè)主干上可以使用多個(gè)適配器。
　　
　　圖6反向短路保護(hù)有一個(gè)可以檢測(cè)短路的邏輯電路，從主干上移除短路部分，并閃爍紅燈。防止短路危及整個(gè)主干。
　　
　　在圖3和圖5中標(biāo)有“T”的方框顯示了一個(gè)典型的主干合適的中止位置。
　　
　　在啟動(dòng)過(guò)程中運(yùn)行時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題是判斷終端器的位置是否正確。在安裝現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備時(shí)，DIP終端器的開(kāi)關(guān)有時(shí)候沒(méi)有在正確位置，就會(huì)在啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生問(wèn)題。設(shè)備可能會(huì)運(yùn)行不正常，不明原因的退出主干，通常會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞——所有這些都是因?yàn)榻K端器沒(méi)有設(shè)置正確。
　　
　　要檢查這個(gè)錯(cuò)誤經(jīng)常要對(duì)每個(gè)設(shè)備適配器進(jìn)行物理檢查，來(lái)判斷整個(gè)主干的設(shè)備適配器是否設(shè)置正確。
　　
　　在TRUNKGUARD設(shè)備適配器中所使用的自動(dòng)主干終端，簡(jiǎn)化了運(yùn)行和啟動(dòng)。當(dāng)設(shè)備適配器在判斷它是否是zui后一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備適配器時(shí)，它會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)；如果是，它就會(huì)自動(dòng)把主干中止。如果不是，它不會(huì)自動(dòng)中止主干，下游的設(shè)備適配器將會(huì)執(zhí)行這個(gè)任務(wù)。安裝人員沒(méi)有必要再進(jìn)行設(shè)置DIP開(kāi)關(guān)這樣的工作來(lái)設(shè)置主干終端了。
　　
　　冗余現(xiàn)場(chǎng)總線
　　
　　現(xiàn)場(chǎng)總線有一個(gè)zui大的問(wèn)題就是，所有的通訊和供電都基于一個(gè)簡(jiǎn)單的雙絞線電纜。一旦這個(gè)電纜發(fā)生問(wèn)題，它將會(huì)一次性的導(dǎo)致主干上所連接的所有設(shè)備失敗。不但主干失去了對(duì)其上的設(shè)備的控制