现场总线入门

作者：时间：2012-11-02来源：网络收藏

现场总线很简单。如此简单，也许您会问，到底现场总线是什么呢。本文将会关注于在过程控制中两种基本的现场总线：PROFIBUS PA和FOUNDATION fieldbus™ H1。我们将会谈到现场总线如何工作，如何连接到仪器。也会解释——大多数情况下——为什么你不能像广告所宣称的可以在一个现场总线主干线上连接32个设备。
我们也会谈到PROFIBUS、基金会现场总线和FISCO的不同。实体上安全的现场总线系统，安装冗余的主干线，以及EDDL和FDT比较。

现场是怎么工作的？
在模拟控制系统中，设备生成4－20mA的输出信号，通过双绞线从远程分裂蒸馏塔、液体灌和过程单元一路传送到控制室、集成架、远程I/O集成器或是远程终端设备。相似的，4－20mA的控制信号从控制室到阀执行装置、泵和其它一些控制设备。数百有时甚至数千的电缆通过电缆盘、终端架、配电柜、场地和管道迂回前进。
低消耗的有效性、适合现场设备的强大的处理器开拓了消除大量的电缆同时增强了工厂数据的有用性的道路。

图1 传统的4－20mA的现场布线往往把电线、电缆、终端变的乱糟糟的

图2 安装现场总线大大简化了布线

不同于使用大量的独立电缆，现场总线允许大量设备只使用一根电缆，叫做主干线（图2）；每个设备作为一个分支连接到电缆上。当然，每个设备都会有连接到主干线的现场总线接口，并运行某些软件来提供现场总线通讯。
每个现场总线的主干线——无论是基金会现场总线H1还是PROFIBUS PA——是一个简单的双绞线，传输数字信号和直流电源，连接32个现场总线设备（温度、流量、水平位置、和压力传感器、智能阀、执行机构等）到DCS或是相似的控制系统。大多数装置是双线总线驱动电流是10mA到20mA，但是，也会有4线现场总线装置，通常在需要电流特别高的地方。
在控制系统，一个现场总线主干线开始于一个接口设备。在一个FOUNDATION现场总线H1（FF）系统，接口被叫做H1卡；在PROFIBUS PA系统，它是PROFIBUS DP/PA 主干线适配器。在主干线上根据信号布线和电能需求方式，FF和PA在以下几点上是一致的：
● 最小设备操作电压9V；
● 最大总线电压32V；
● 最大总线长度1900米（屏蔽双绞线）。

总线所需要的直流电源通常是通过现场总线供电，或是直流电压调节器短路时所引起的高频信号。典型的功率调节器可以在350mA到500mA之间有效，通常会在主干线－主干线之间防止干扰。对于PA，主干线适配器通常协调电源调节器的因素。在FF主干线电源调节器从H1接口卡上分离出来，通常被安装在多余的双绞线上，用来改善整体的可靠性。图3显示了典型的现场总线的主干线。
计算一个现场总线的主干线上可以安装多少个设备时，用户必须把每台设备所需要的最大电流、主干线长度（因为电压会在电缆传输过程中衰减）、和其它因素考虑进去。这个计算是简单的欧姆定律的问题，目的在于当把所有的电压衰减因素考虑进去之后，显示最少9V可以传输到主干线的终端。例如，每个需要320mA的设备以驱动20mA驱动16个设备，所以如果主干线是基于18AWG的电缆，并用25V的电源协调器供电，如果保证传到终端的电压为9V，则最大的电缆长度是1000米。注意，许多用户在9V之上指定了一个最小的操作电压，来允许意外的电流负载，以及未来的附加设备。