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FF H1现场总线的配电、连接与防爆

2004.04.01阅读 7774

  现场总线的驱动与防爆只涉及到现场总线的物理层。在本文中所讨论的现场总线CONTROL ENGINEERING China版权所有,特指其物理层符合IEC61158-2标准的现场总线, 如:Foundation Fieldbus (以下简称FF) 的H1.

  FF现场总线的配电
  FF总线的H1网卡分为有源网卡和无源网卡两种。在非防爆的应用场合,有源H1网卡可直接向现场总线配电来驱动现场仪表,而无需额外配电。如图1所示。

  但是多数DCS系统只提供无源的H1网卡。此时,现场总线的配电需要采用专用的现场总线配电器,如图2所示。

  P+F公司的KLD2-STR-1.24.400.IEC是 一款典型的现场总线配电器。其总线配电能力为24VDC/400mA。具有挂接现场仪表数量多,传送距离远的特点。
  例1:现场总线配电器应用中,现场总线挂接现场仪表数量和电缆长度的估算。
  配电器:KLD2-STR-1.24.400.IEC
  配电能力:24VDC/400mA
  FF总线变送器耗电:9V/17.5mA
  FF总线阀门定位器耗电:9V/26mA
  FF现场总线A型电缆分布电阻:44欧姆/km
  1)现场仪表挂接数量:
  变送器:400 ÷ 1
7.5 = 22.8
  定位器:400 ÷26 = 15.3
  所以,每根总线可挂接22台变送器或15台阀门定位器。实践中,DCS通常规定每段H1总线挂接现场仪表的数量,如16台,其中阀门定位器为4到8台。
  2)电缆长度:假设总线上挂接8台变送器和8台阀门定位器。
  则现场仪表耗电总额为
  ( 8 x 17.5 ) + ( 8 x 26 ) = 348mA
  允许总线电缆的压降为
  24 - 9 = 15V
  允许电缆总电阻为
  15V ÷ 348mA = 43.1欧姆
  电缆长度为
  43.1 ÷ 44 = 0.980 km
  所以,当总线上挂接8台变送器加8台阀门定位器时,电缆长度可达980米。
  FF现场总线的高可靠性配电
  由于每段现场总线上的十多台仪表由共同的配电器配电,用户很自然的会担心配电器的可靠性。

  问题1:为什么需要适配电路?普通稳压电源能不能直接给FF的H1总线供电呢?
  不能。因为如果将稳压电源接在H1总线上,则稳压电源的负载稳压作用会努力将H1总线上的通讯信号抑制掉www.cechina.cn,从而破坏FF的通讯。FF适配电路中的主要部件就是低通滤波器,用于隔断FF通讯信号与稳压电路的联系。
  问题2:能不能将两台FF配电器直接并联在H1总线上来实现冗余配电呢?
  不能。因为两台配电器一旦并联,其中各自的低通滤波电路也就并联了,这将改变滤波特性,并破坏阻抗匹配。
  FF高可靠性配电方案一:冗余的有源FF适配器

  如图4所示的FF冗余配电方案中,两个FF适配器始终相互监测,判断当前是只有一台适配器在工作还是两台适配器同时工作,并随时调整自己的滤波特性和阻抗特性,使之满足H1总线的要求。显然,这种适配器的电路是比较复杂的,从而使其单台的可靠性比图3所示FF配电器更低。完全依靠冗余来实现对FF总线的高可靠性配电。
  FF高可靠性配电方案二:FPC+冗余配电

  P+F公司根据用户寻求高可靠性FF配电的最终目标控制工程网版权所有,独创推出了更切合实际的FPC+冗余配电的新方案控制工程网版权所有,如图5所示。这一方案的核心创意是将FF适配器从FF配电器中分离出来,采用高可靠性的无源器件制成独立的、具有足够高可靠性的FF电源适配器FPC。同时配合冗余的稳压电源的和相应的配电附件。最终使整个FF配电方案达到用户的实际要求。
  本方案中,非冗余的FPC为无源适配器,型号为KLD2-PC-1.1.IEC,具有5000年MTBF的超高可靠性。电源模块KFD2-EB.R4A.B-Y44151是配合冗余的稳压电源的配电附件,功能为将冗余的稳压支流电下装到电源轨道(PR-03)上,通过FPC给H1总线供电。
  本方案的配电能力可大大超越图3和图4方案中的配电器。KLD2-PC-1.1.IEC的配电电流为1A,电压可高达32VDC。可见这个方案在提供高可靠性配电的同时,还进一改善了FF现场总线的应用条件。
  现场总线的连接结构及相关技术
  现场仪表的连接结构、连接器件的功能和连接施工质量对现场总线的应用和维护起着至关重要的作用。因为60%以上的应用问题和通讯故障可能与现场总线仪表的连接有关。与传统模拟量仪表连接结构比较,现场总线仪表的连接具有以下诸方面的特殊课题。
  一、总线网端(又称终端电阻)
  在现场总线主干线的两端必须设置网端。IEC61158-2中描述的标准测试总线网端为电阻100W串联电容1mF。
  作为独立产品,网端有DIN轨安装型的和螺纹安装的。但是,为了简化应用,现在人们更倾向于将网端集成在其他现场总线产品中,以避免单独购买。在控制室一端www.cechina.cn,通常将网端集成在配电产品,如FF适配器、FF中继器、


































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