FF總線(xiàn)的通信技術(shù)

通信是基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)（FF）技術(shù)的主要組成部分。首先要強調和明確指出的是，基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)是定位于重要的（missioncritical）過(guò)程控制應用，因此要求時(shí)間的確定性（timecritical），這是對它性能要求的出發(fā)點(diǎn)?；?wbr />金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)通信技術(shù)包括兩個(gè)部分，即H1和HSE。各種基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統有各自的特點(diǎn)，但H1總線(xiàn)都遵守同樣的規則。
H1總線(xiàn)應用于現場(chǎng)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(guò)程變量參數）。
傳輸距離：主干和分支合計1900米（滿(mǎn)足大部分過(guò)程工廠(chǎng)的現狀要求）。
總線(xiàn)供電：支持，9-32V電壓，電源應冗余配置（繼承原過(guò)程工廠(chǎng)中儀表的傳統連接習慣）。
本安防爆：支持，同時(shí)推出了FISCO、FNICO等新概念（過(guò)程工廠(chǎng)中經(jīng)常有易燃易爆環(huán)境）。
應當特別指出，H1總線(xiàn)的通信速率31.25kbps是連續過(guò)程控制的最佳通信速率。速率的選擇要兼顧傳輸距離、被測參量變量周期長(cháng)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(mǎn)足需求上看，FF總線(xiàn)的通信周期為500mS，此速率足可以勝任通信的需求。
H1總線(xiàn)因為有了鏈路調度器功能的設置，保證了網(wǎng)段重要設備的冗余，因而在H1總線(xiàn)上不再設置線(xiàn)路冗余。初期人們對此總有擔心。事實(shí)上H1總線(xiàn)重要設備的使命，在很大程度上用設備冗余代替了?；饡?huì )工程規范說(shuō)，一條H1網(wǎng)段可以?huà)旖?到12臺設備，但對于I級關(guān)鍵的重要位置，一條H1總線(xiàn)只需掛3臺設備（例如一個(gè)串級控制回路的兩臺變送器和一臺閥門(mén)）。慶幸的是工業(yè)現場(chǎng)只有一小部分環(huán)節有這種高度風(fēng)險性。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？當然，在特別重要的H1和設備，HSE高速總線(xiàn)可以設置H1的介質(zhì)冗余，能更有效的保證了通訊的正常進(jìn)行。
現在許多設備有總線(xiàn)極性不敏感的性能（即可不分正負），但總線(xiàn)供電設備是分正負極的。
H1總線(xiàn)長(cháng)達百米以上就應該按“傳輸長(cháng)線(xiàn)”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(xiàn)反射使波形畸變。而且注意，和主系統的連接點(diǎn)應該在一側匹配器距離120米以?xún)取?wbr />
應該說(shuō)H1總線(xiàn)的布線(xiàn)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(xiàn)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，系統還是高度可靠。

檢查H1總線(xiàn)布線(xiàn)除了傳統的萬(wàn)用表外，還應該配備示波器和電纜電容測量?jì)x。還有專(zhuān)門(mén)的H1總線(xiàn)測量?jì)x表，如MTL的FBT-5/6等。用示波器直接觀(guān)察波形是方便和直觀(guān)的方法。
圖2示波器上用兩種掃描速度顯示的H1總線(xiàn)波形?？磥?lái)并不像理論上那樣“規矩”。當然波形也不可以任意的變差，當波形已近似正弦波時(shí)，曼徹斯特解碼就可能發(fā)生相位錯誤。另外要通過(guò)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(shí)噪聲不大于0.075Vp-p）但幅值不正常往往表示總線(xiàn)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(xiàn)電纜的要求也不苛刻，國內外大多數類(lèi)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(guān)資料。
H1總線(xiàn)防雷技術(shù)和傳統通信和儀表的防雷技術(shù)是一樣的


H1總線(xiàn)信號和Profibus-PA總線(xiàn)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(xiàn)通信關(guān)系不是簡(jiǎn)單的“主-從”，它的機理是這樣設計的：
每條總線(xiàn)都必須有一個(gè)設備來(lái)管理這條總線(xiàn)上的通信，這個(gè)功能稱(chēng)為鏈路活動(dòng)調度器（LAS-LinkActiveScheduler）。有LAS功能的設備稱(chēng)為鏈路主設備，沒(méi)有此功能的稱(chēng)為基本設備。鏈路主設備通常由主系統或接口來(lái)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(guò)系統組態(tài)來(lái)指定它成為后備的鏈路主設備。
總線(xiàn)通信被分為受調度通信和不受調度通信兩大類(lèi)。前者是嚴格周期定時(shí)的，用于重要過(guò)程控制信息。后者也稱(chēng)背景通信，是插縫進(jìn)行的，用于和人機界面等進(jìn)行實(shí)時(shí)性不高的通信。兩者共同構成一個(gè)“宏周期”，它表征了總線(xiàn)控制速度的快慢。在宏周期中背景通信時(shí)間設置應占50%以上?？梢酝茢嗪曛芷谟煽偩€(xiàn)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(lái)決定，根據過(guò)程要求通常選擇200-1000ms范圍。反過(guò)來(lái)說(shuō)，希望總線(xiàn)控制速度快就要少掛設備和鏈接簡(jiǎn)單。所以一條總線(xiàn)（H1網(wǎng)段）上所能掛設備的數量主要受制于控制速度和前面所說(shuō)的風(fēng)險度，要求高的可以只掛3臺，要求不高的可以?huà)?-12臺。
總線(xiàn)設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是和受調度通信相對應的，報告分發(fā)類(lèi)型VCR與客戶(hù)/服務(wù)器型VCR則是和背景通信相對應。每臺掛在總線(xiàn)上的設備都需要5個(gè)基本的VCR，這還沒(méi)包括設備間的通信所需要另外的VCR。而總線(xiàn)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)的平臺上增加基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)“用戶(hù)層”協(xié)議，并進(jìn)行了商標注冊。HSE和其他一些快速應用的以太網(wǎng)不同，主要是面對過(guò)程控制應用。它的實(shí)時(shí)性要求在100-1000毫秒，100兆以太網(wǎng)和智能交換機對此而言基本上可以認為是“實(shí)時(shí)”的。所以沒(méi)有必要再對以太網(wǎng)再進(jìn)行額外的改造。在此就不再對以太網(wǎng)進(jìn)行詳細的敘述了。