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《现场总线基金会系统工程指南》网段设计及其辅助设备应用指南

李劭,P+F公司上海办事处2004.12.20阅读 4846

  为方便用户和工程设计人员正确应用基金会现场总线技术,现场总线基金会出版了《现场总线基金会系统工程指南》。该《指南》的中文版也已经由FF中国市场委员会(FFCMC)翻译完成。
  为进一步方便读者实际运用《指南》,作者从对《指南》的理解出发,结合国内外实际工程的实施经验和市场上切实可行的解决方案,谨就FF总线的网段设计及其辅助设备的应用,提供指导意见。
  FF网段的辅助设备
  所谓网段的辅助设备,指的是除FF主机设备和现场仪表设备以外的、用以支持网段正常工作和可靠连接的设备。这些设备包括主配电电源系统、H1网段的电源调节器、终端器(或称终端电阻)、中继器、支持整个H1网段本质安全防爆的FF隔离栅和本安中继器以及FISCO配电器、FNICO配电器、电缆、现场接线盒、避雷栅或浪涌保护器等。
  ■主配电电源系统
  主配电电源指的是为所有FF网段提供电能量的电源系统,实际上就是标称24V的直流稳压电源系统。这与非总线的传统控制系统所使用的电源并无区别。所以,如果工厂已存在统一的24VDC供电系统,则可以用作FF的主配电电源。如果工厂的统一供电是220VAC,就必须采用标称24VDC输出的稳压
电源。
  FF仪表设备所要求的H1网段供电电压为9~32VDC。为保证H1网段的电压,主配电电源的稳压电压输出通常在20~35VDC范围内。主配电电源的容量,应在保证对所有现实FF网段供电要求的前提下www.cechina.cn,留有充分的余量。
  由于主配电电源牵涉所有的FF网段,主配电电源应该冗余配置。当然,主配电电源所输入的220VAC也应该采用相互独立的冗余配置。
  为得到不间断的供电,主配电电源所输入的220VAC应来自UPS。否则,主配电电源应配备电池。
  ■FF电源调节器
  FF电源调节器是FF现场总线所独有的、功能特殊的辅助设备。
  上述主配电电源(24VDC稳压电源)并不能直接为H1网段配电。这是因为稳压电源的输出电压负反馈功能将严重破坏FF总线通讯信号的波形。所以,在主配电电源和H1网段之间必须设置FF电源调节器。其基本功能是在允许主配电电源的直流电压传送到H1网段的同时,阻断H1总线上的通讯脉冲信号与稳压电源的联系。
  FF电源调节器内最基本的电路是低通滤波和阻抗匹配。FF总线的技术规范规定,一个FF的H1网段中,只允许有一个有源设备。也就是说,每个H1网段只允许有一个经调节的供电。考虑到任何滤波器或电路阻抗的并联,都不可避免地改变滤波参数和阻抗值,FF作此规定是很容易理解的。
  实践中,为了提高H1网段的品质和可靠性,人们又在FF电源调节器中添加新的功能。如为了避免网段之间的相互干扰(Crosstalking),在调节器中添加隔离电路;为了避免隔离电路降低电源调节器的配电效率和引起谐波共振,又发明了抑制网段间干扰和共振的Crest技术,用于FF电源调节器;为了避免主机H1网卡的短路故障导致整个网段崩溃www.cechina.cn,又在电源调节器中增加了主机短路保护电路等。
  由于FF电源调节器牵涉到整个网段的运行,人们特别关注其可靠性指标。当电源调节器的可靠性指标不能满足用户要求时,应采用冗余的电源调节器。注意控制工程网版权所有,不论冗余电源调节的两个调节器是同时工作,还是一个故障、一个工作,H1网段上必须始终只有一个经过调节的供电,如前所述。也就是说,不管调节器模块是否冗余,电源调节器系统中始终会有与网段直接相连的一部分电路不可能冗余。
  可见,冗余的电源调节器系统是比较复杂的和高成本的。随着工艺技术的发展,高可靠性的单体FF电源调节器已经问世。其可靠性指标MTBF可达1000年至5000年。如果能够满足用户要求控制工程网版权所有,采用高可靠性的单体电源调节器可以降低系统成本。
  基金会已发布了FF电源调节器的测试规范FF-831,并对FF配电系统和电源调节器进行注册。
  ■ FF总线的终端器
  终端器,又称终端电阻,设置在网段的两端,用以消除高频信号在电缆末端可能产生的回声。终端器由一个100降牡缱韬鸵桓 1F的电容串联组成。
  终端器不应该集成在主机或现场仪表中。终端器可作为独立的设备控制工程网版权所有,也可以和其他辅助设备合成在一体。如主机一侧的终端器可集成在配电系统中;现场一侧的终端器可集成在接线盒中。
  ■  FF总线中继器
  中继器开启一个新的网段。该新网段的两端同样需要各安装一只终端器。该终端器也可以集成在中继器之中。
  中继器的应用可支持H1网络挂接更多的FF设备。但是,实际应用中,主机的H1段口和网络调度将成为挂接设备数量的瓶颈。
  每台中继器可将总线电缆长度扩展1900米。然而在实践中,这种应用并不常见。
  带有本安接口的中继器可在本质安全防爆的应用中扩展挂接设备的数量。例如,Entity认证的本安网段只能挂接3~4台现场设备。应用4台本安中继器,便可使整个网络挂接16台现场设备。
  ■ FF总线电缆
























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