FF總線的通信技術

通信是基金會現場總線（FF）技術的主要組成部分。首先要強調和明確指出的是，基金會現場總線是定位于重要的（missioncritical）過程控制應用，因此要求時間的確定性（timecritical），這是對它性能要求的出發點?；?nbsp;    金會現場總線通信技術包括兩個部分，即H1和HSE。各種基金會現場總線控制系統有各自的特點，但H1總線都遵守同樣的規則。 
H1總線應用于現場設備，我們不打算羅列它所有條文，只列舉它的主要性能有： 
  通信速率：波特率31.25kbps（主要傳輸連續過程變量參數）。 
  傳輸距離：主干和分支合計1900米（滿足大部分過程工廠的現狀要求）。 
  總線供電：支持，9-32V電壓，電源應冗余配置（繼承原過程工廠中儀表的傳統連接習慣）。 
  本安防爆：支持，同時推出了FISCO、FNICO等新概念（過程工廠中經常有易燃易爆環境）。 
 應當特別指出，H1總線的通信速率31.25kbps是連續過程控制的最佳通信速率。速率的選擇要兼顧傳輸距離、被測參量變量周期長短、傳輸介質損耗、信息輻射和介質易受干擾的程度等綜合因素決定。從滿足需求上看，FF總線的通信周期為500mS，此速率足可以勝任通信的需求。 
  H1總線因為有了鏈路調度器功能的設置，保證了網段重要設備的冗余，因而在H1總線上不再設置線路冗余。初期人們對此總有擔心。事實上H1總線重要設備的使命，在很大程度上用設備冗余代替了?；饡こ桃幏墩f，一條H1網段可以掛接6到12臺設備，但對于I級關鍵的重要位置，一條H1總線只需掛3臺設備（例如一個串級控制回路的兩臺變送器和一臺閥門）。慶幸的是工業現場只有一小部分環節有這種高度風險性。既然有這種簡單的解決方法，為什么還要去追求成本更高的電纜冗余呢？當然，在特別重要的H1和設備，HSE高速總線可以設置H1的介質冗余，能更有效的保證了通訊的正常進行。 
  現在許多設備有總線極性不敏感的性能（即可不分正負），但總線供電設備是分正負極的。 
  H1總線長達百米以上就應該按“傳輸長線”對待，即在“兩端”連接阻抗匹配器。這樣可以防止傳輸波沿總線反射使波形畸變。而且注意，和主系統的連接點應該在一側匹配器距離120米以內。 
  應該說H1總線的布線的要求并沒有什么特別困難和怪異之處。正確和物理健康的布線是良好使用的必須條件。這一點是不容讓步的。不要指望存在進水、漏電、到處接地等問題，系統還是高度可靠。 

檢查H1總線布線除了傳統的萬用表外，還應該配備示波器和電纜電容測量儀。還有專門的H1總線測量儀表，如MTL的FBT-5/6等。用示波器直接觀察波形是方便和直觀的方法。  
圖2示波器上用兩種掃描速度顯示的H1總線波形?？磥聿⒉幌窭碚撋夏菢印耙幘亍?。當然波形也不可以任意的變差，當波形已近似正弦波時，曼徹斯特解碼就可能發生相位錯誤。另外要通過示波器Y軸注意波形幅值大小，通常應該在0.75-1Vp-p（峰-峰值）。雖然標準有很大的寬容度（信號不小于0.15Vp-p，同時噪聲不大于0.075Vp-p）但幅值不正常往往表示總線上少接了或多接了匹配器等故障的存在。如果是距離太遠了，可以用中繼器（最多4次）加以整形。對H1總線電纜的要求也不苛刻，國內外大多數類似美標AWG18#規格電纜都可用，當然不同規格電纜可能限制最遠傳輸距離，具體可以參考有關資料。  
H1總線防雷技術和傳統通信和儀表的防雷技術是一樣的  

H1總線信號和Profibus-PA總線信號的標準一樣，所以凡只用于物理層的設備都可以通用，如阻抗匹配器、電源調理器和安全柵等。.

H1總線通信關系不是簡單的“主-從”，它的機理是這樣設計的：

每條總線都必須有一個設備來管理這條總線上的通信，這個功能稱為鏈路活動調度器（LAS-Link Active Scheduler）。有LAS功能的設備稱為鏈路主設備，沒有此功能的稱為基本設備。鏈路主設備通常由主系統或接口來承擔。因為非常重要，鏈路主設備應冗余設置，許多設備都可以通過系統組態來指定它成為后備的鏈路主設備。

總線通信被分為受調度通信和不受調度通信兩大類。前者是嚴格周期定時的，用于重要過程控制信息。后者也稱背景通信，是插縫進行的，用于和人機界面等進行實時性不高的通信。兩者共同構成一個“宏周期”，它表征了總線控制速度的快慢。在宏周期中背景通信時間設置應占50%以上?？梢酝茢嗪曛芷谟煽偩€所掛設備數量（背景通信量）和設備間鏈接通信次數（受調度通信量）來決定，根據過程要求通常選擇200-1000ms范圍。反過來說，希望總線控制速度快就要少掛設備和鏈接簡單。所以一條總線（H1網段）上所能掛設備的數量主要受制于控制速度和前面所說的風險度，要求高的可以只掛3臺，要求不高的可以掛8-12臺。

總線設備的通信也被用三種“虛擬通信關系VCR”來描述。發布方/接收方型VCR是和受調度通信相對應的，報告分發類型VCR與客戶/服務器型VCR則是和背景通信相對應。每臺掛在總線上的設備都需要5個基本的VCR，這還沒包括設備間的通信所需要另外的VCR。而總線上可用的虛擬通信關系資源是有限的。

HSE是在通用商用以太網的平臺上增加基金會現場總線“用戶層”協議，并進行了商標注冊。HSE和其他一些快速應用的以太網不同，主要是面對過程控制應用。它的實時性要求在100-1000毫秒，100兆以太網和智能交換機對此而言基本上可以認為是“實時”的。所以沒有必要再對以太網再進行額外的改造。在此就不再對以太網進行詳細的敘述了。

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