FF總線的通信技術(shù)

通信是基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）技術(shù)的主要組成部分。首先要強(qiáng)調(diào)和明確指出的是，基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線是定位于重要的（missioncritical）過(guò)程控制應(yīng)用，因此要求時(shí)間的確定性（timecritical），這是對(duì)它性能要求的出發(fā)點(diǎn)。基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)包括兩個(gè)部分，即H1和HSE。各種基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)有各自的特點(diǎn)，但H1總線都遵守同樣的規(guī)則。
H1總線應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(xù)過(guò)程變量參數(shù)）。
傳輸距離：主干和分支合計(jì)1900米（滿足大部分過(guò)程工廠的現(xiàn)狀要求）。
總線供電：支持，9-32V電壓，電源應(yīng)冗余配置（繼承原過(guò)程工廠中儀表的傳統(tǒng)連接習(xí)慣）。
本安防爆：支持，同時(shí)推出了FISCO、FNICO等新概念（過(guò)程工廠中經(jīng)常有易燃易爆環(huán)境）。
應(yīng)當(dāng)特別指出，H1總線的通信速率31.25kbps是連續(xù)過(guò)程控制的最佳通信速率。速率的選擇要兼顧傳輸距離、被測(cè)參量變量周期長(zhǎng)短、傳輸介質(zhì)損耗、信息輻射和介質(zhì)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?yàn)橛辛随溌氛{(diào)度器功能的設(shè)置，保證了網(wǎng)段重要設(shè)備的冗余，因而在H1總線上不再設(shè)置線路冗余。初期人們對(duì)此總有擔(dān)心。事實(shí)上H1總線重要設(shè)備的使命，在很大程度上用設(shè)備冗余代替了?；饡?huì)工程規(guī)范說(shuō)，一條H1網(wǎng)段可以掛接6到12臺(tái)設(shè)備，但對(duì)于I級(jí)關(guān)鍵的重要位置，一條H1總線只需掛3臺(tái)設(shè)備（例如一個(gè)串級(jí)控制回路的兩臺(tái)變送器和一臺(tái)閥門(mén)）。慶幸的是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)只有一小部分環(huán)節(jié)有這種高度風(fēng)險(xiǎn)性。既然有這種簡(jiǎn)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(dāng)然，在特別重要的H1和設(shè)備，HSE高速總線可以設(shè)置H1的介質(zhì)冗余，能更有效的保證了通訊的正常進(jìn)行。
現(xiàn)在許多設(shè)備有總線極性不敏感的性能（即可不分正負(fù)），但總線供電設(shè)備是分正負(fù)極的。
H1總線長(zhǎng)達(dá)百米以上就應(yīng)該按“傳輸長(zhǎng)線”對(duì)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(tǒng)的連接點(diǎn)應(yīng)該在一側(cè)匹配器距離120米以內(nèi)。
應(yīng)該說(shuō)H1總線的布線的要求并沒(méi)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(diǎn)是不容讓步的。不要指望存在進(jìn)水、漏電、到處接地等問(wèn)題，系統(tǒng)還是高度可靠。

檢查H1總線布線除了傳統(tǒng)的萬(wàn)用表外，還應(yīng)該配備示波器和電纜電容測(cè)量?jī)x。還有專門(mén)的H1總線測(cè)量?jī)x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?lái)并不像理論上那樣“規(guī)矩”。當(dāng)然波形也不可以任意的變差，當(dāng)波形已近似正弦波時(shí)，曼徹斯特解碼就可能發(fā)生相位錯(cuò)誤。另外要通過(guò)示波器Y軸注意波形幅值大小，通常應(yīng)該在0.75-1Vp-p（峰-峰值）。雖然標(biāo)準(zhǔn)有很大的寬容度（信號(hào)不小于0.15Vp-p，同時(shí)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(yuǎn)了，可以用中繼器（最多4次）加以整形。對(duì)H1總線電纜的要求也不苛刻，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)類似美標(biāo)AWG18#規(guī)格電纜都可用，當(dāng)然不同規(guī)格電纜可能限制最遠(yuǎn)傳輸距離，具體可以參考有關(guān)資料。
H1總線防雷技術(shù)和傳統(tǒng)通信和儀表的防雷技術(shù)是一樣的


H1總線信號(hào)和Profibus-PA總線信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)一樣，所以凡只用于物理層的設(shè)備都可以通用，如阻抗匹配器、電源調(diào)理器和安全柵等。.
H1總線通信關(guān)系不是簡(jiǎn)單的“主-從”，它的機(jī)理是這樣設(shè)計(jì)的：
每條總線都必須有一個(gè)設(shè)備來(lái)管理這條總線上的通信，這個(gè)功能稱為鏈路活動(dòng)調(diào)度器（LAS-LinkActiveScheduler）。有LAS功能的設(shè)備稱為鏈路主設(shè)備，沒(méi)有此功能的稱為基本設(shè)備。鏈路主設(shè)備通常由主系統(tǒng)或接口來(lái)承擔(dān)。因?yàn)榉浅Ｖ匾?，鏈路主設(shè)備應(yīng)冗余設(shè)置，許多設(shè)備都可以通過(guò)系統(tǒng)組態(tài)來(lái)指定它成為后備的鏈路主設(shè)備。
總線通信被分為受調(diào)度通信和不受調(diào)度通信兩大類。前者是嚴(yán)格周期定時(shí)的，用于重要過(guò)程控制信息。后者也稱背景通信，是插縫進(jìn)行的，用于和人機(jī)界面等進(jìn)行實(shí)時(shí)性不高的通信。兩者共同構(gòu)成一個(gè)“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(shí)間設(shè)置應(yīng)占50%以上。可以推斷宏周期由總線所掛設(shè)備數(shù)量（背景通信量）和設(shè)備間鏈接通信次數(shù)（受調(diào)度通信量）來(lái)決定，根據(jù)過(guò)程要求通常選擇200-1000ms范圍。反過(guò)來(lái)說(shuō)，希望總線控制速度快就要少掛設(shè)備和鏈接簡(jiǎn)單。所以一條總線（H1網(wǎng)段）上所能掛設(shè)備的數(shù)量主要受制于控制速度和前面所說(shuō)的風(fēng)險(xiǎn)度，要求高的可以只掛3臺(tái)，要求不高的可以掛8-12臺(tái)。
總線設(shè)備的通信也被用三種“虛擬通信關(guān)系VCR”來(lái)描述。發(fā)布方/接收方型VCR是和受調(diào)度通信相對(duì)應(yīng)的，報(bào)告分發(fā)類型VCR與客戶/服務(wù)器型VCR則是和背景通信相對(duì)應(yīng)。每臺(tái)掛在總線上的設(shè)備都需要5個(gè)基本的VCR，這還沒(méi)包括設(shè)備間的通信所需要另外的VCR。而總線上可用的虛擬通信關(guān)系資源是有限的。
HSE是在通用商用以太網(wǎng)的平臺(tái)上增加基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線“用戶層”協(xié)議，并進(jìn)行了商標(biāo)注冊(cè)。HSE和其他一些快速應(yīng)用的以太網(wǎng)不同，主要是面對(duì)過(guò)程控制應(yīng)用。它的實(shí)時(shí)性要求在100-1000毫秒，100兆以太網(wǎng)和智能交換機(jī)對(duì)此而言基本上可以認(rèn)為是“實(shí)時(shí)”的。所以沒(méi)有必要再對(duì)以太網(wǎng)再進(jìn)行額外的改造。在此就不再對(duì)以太網(wǎng)進(jìn)行詳細(xì)的敘述了。