第四章 FF总线
FF现场总线的配电与短路保护及其防爆模版
FF现场总线的配电与短路保护及其防爆模版FF现场总线是一种用于工业自动化领域的现场总线通信协议，它具有高可靠性、高实时性和高扩展性的特点。
在实际应用中，为了保证FF现场总线系统的稳定运行和安全性，需要进行配电与短路保护，并采用防爆模版来防止火灾事故的发生。
一、FF现场总线的配电与短路保护1.供电方式FF现场总线系统的供电方式通常采用分布式供电方式。
即将电源分布到现场设备附近，减少电缆长度和功耗，提高供电的可靠性和稳定性。
常见的分布式供电方式有两线供电和三线供电。
其中，两线供电只需要两根导线进行供电和通讯，适用于简单的现场设备。
三线供电需要三根导线，其中一根用于供电，另外两根用于通讯，适用于复杂的现场设备。
2.配电保护配电保护是为了保护FF现场总线系统的设备和电源，并防止发生电路短路和过载等异常情况。
通常采用保险丝、熔断器和过载保护开关等保护装置进行配电保护。
保险丝和熔断器根据设备的功率和电流需求选择，起到短路保护的作用。
过载保护开关可以监测电流并在超过额定电流时切断电源，保护设备正常工作。
3.短路保护短路保护是为了防止FF现场总线系统的电缆发生短路而导致设备故障和火灾的发生。
通常采用保护器和保护盒进行短路保护。
保护器安装在电缆的起始端和末端，用于监测电流是否超出安全范围，并在短路发生时迅速切断电源。
保护盒安装在每段电缆的接口处，用于检测电缆的短路情况，并进行报警和切断电源。
二、FF现场总线的防爆模版由于FF现场总线系统通常应用于有爆炸危险的环境中，为了防止火灾和爆炸事故的发生，需要采用防爆模版来保护设备和电缆。
防爆模版是一种防爆外壳，具有防护等级、耐腐蚀能力和防爆能力等特点。
1.防护等级防爆模版的防护等级是指其对外部固体物体和液体的防护能力。
根据实际需求可选择不同的防护等级，如IP65、IP66等。
防护等级越高，防护效果越好。
2.耐腐蚀能力FF现场总线系统通常应用于腐蚀介质的场合，因此防爆模版需要具有较好的耐腐蚀能力。
集散控制系统-FF总线简介
成。
通讯协议
H1协议体系
HSE是一种基于Ethernet+TCP/IP 协议、运行在100Base-T以太网上的 高速现场总线。它能支持低速总线 H1的所有功能,是对H1的补充和增强。 HSE模型采用了OSI参考模型中 物理层、数据链路层、网络层、传 输层和应用层,并在应用层上增加了
用户层 应用层
简介
基金会现场总线FF（Fieldbus Foundation）以 ISO/OSI开放系统互联模式为基础，取其物理层、 数据链路层、应用层为FF通信模型的相应层次， 并在应用层上增加了用户层。用户层主要针对自 动化测控应用的需要，定义了信息存取的统一规 则，采用设备描述语言规定了通用的功能块集。 FF总线由低速(FF H1)和高速(FF HSE)两部分组
辑控制、批处理和高级控制等场合。
网络拓扑
HSE设备分为4类:主机设备、链接设备、网关设 备和以太网现场设备,其功能分别为对系统进行组 态、监控和管理,将H1总线段链入FF-HSE网络,实现
与其它标准总线通信,连接高速I/O设备或PLC。HSE
可直接使用以太网的交换设备、路由器等,通过双
绞线或光纤等将HSE设备连接起来,建立HSE总线控
接口和主机系统,其中的链接部件DF51将控制温度、水位的H1 控制链路接入HSE网络。在上层监控站,通过SYSCON软件进行 系统逻辑和控制策略组态;采用支持OPC技术(OLE for ProcessControl)的AIMAX组态软件开发人机界面。
水位、温度控制系统结构图
谢谢！
制网络。
HSE网络拓扑
应用实例
以下给出一个FF-HSE现场总线用于水位和温度控制的例 子,系统结构如图4—1所示,整个系统采用Smar公司的FF现场 总线控制设备与软件。在系统中,通过10/100M的交换机,将 DFI302、管理计算机和监控站连入到HSE网络中。DFI302是结
FF现场总线协议分析软件的分析与实现（
第一章引言第一章引言在当前的控制领域，通信和网络技术正在迅速覆盖从现场设备到控制、管理的各个层次，覆盖从工段、车间、工Ｊ一、企业乃至世界各地的市场。
信息技术的飞速发展，引起了自动化结构的变革，逐步形成了以网络控制系统为基础的企业信息系统。
现场总线（Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）就是顺应这一形势发展起来的新技术。
现场总线技术使单个分散的现成设备通过现成总线连接成可以相互沟通信息、共同完成任务的网络系统和控制系统，形成控制功能完全下放到现场的全分布式新型控制系统，使控制系统更趋近智能化、分布化。
因此，现场总线系统必将为信息时代的工业自动化带来前所未有的技术革命，给仪表工业带来勃勃生机。
§１．１现场总线技术概述现场总线是应用与生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，是～种开放的、数字化的、多点通信的底层控制网络。
现场总线技术将专用的微处理器置于传统的测量控制仪表中，使它们各自都具有数字计算和数字通信能力。
通过总线把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按公开的、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。
…控制系统的结构经历了基地式气动仪表控制系统，电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统等各种形式。
虽然集中式数字控制系统与常规仪表控制系统相比，在各方面都有显著的优势，但前者的可靠性低，一旦计算机发生故障，将导致生产过程的全面瘫痪，于是出现了集散控制系统ＤＣＳ。
ＦＦ现场总线协泌分析软件的研究与实现操作站线开放的现场．（ａ】ＤＣＳ系统（ｂ）ＦＣＳ系统图卜１ＤＣＳ和ＦＣＳ系统结构的比较集散控制系统ＤＣＳ把数字调节器、ＰＬＣ以及多个计算机组成集中与分散相结合的控制系统，实现了装置级、车间级的优化控制。
这是今天被许多企业采用的控制系统结构形式。
然而，ＤＣＳ对集中型控制系统的改造是不彻底的，ＤＣＳ有时被称为分布式系统，但其基本调节器以微机为核心构成，难以实现真正的分布控制，也就难以完全避免集中型的缺点”３。
FF总线简介
引言基金会现场总线(foundation fieldbus)通常称为FF现场总线,它分为H1和H2两种总线。
它分为H1和H2两种总线。
H1采用符合IEC 61158-2标准的现场总线物理层;H2则采用高速以太网为其物理层。
H1现场总线物理层的主要电气特性如下：采用位同步数字化传输方式;传输波特率为31.25kbps;驱动电压9~32VDC;信号电流±9mA;电缆式屏蔽双绞线;接线拓扑结构可采用线形、树形、星形或者符合形;电缆长度≤1900m(无中继器时);分支电缆的长度30~120m;挂接设备数量≤32台(无中继器时);可用中继器≤4台;适用防爆方法有本质安全防爆方法等。
一、FF现场总路线安装和测试要点赛科项目的现场总线使用经验表明现场总线回路故障的主要原因之一是来自网段上的干扰，而干扰的主要原因是现场总线网段和总线设备的不良安装，赛科项目的经验是：①现场总线网段对绝缘要求很高，为了防爆和防止总线回路受潮，规定采用增安型(EExe)接线箱，电缆穿入接线箱时使用防爆电缆时使用防爆电缆密封接头。
采用FF总线专用端子块与各总线现场设备连接。
每个总线专用端子块具有短路保护作用，短路时指示灯亮，保证一个支路短路时不影响其它支路的正常工作，短路保护器将限制每支路的短路电流不超过60mA。
②电缆屏蔽层的连接注意事项。
在现场总线设备上，支线电缆的屏蔽线要剪断，并要用绝缘带包好，不能与表壳接地螺丝连接。
各段总线电缆的屏蔽线应在接线箱内通过接地端子连接起来，屏蔽线只能在机柜侧(marshalling)的端子接地，中间任何地方对地绝缘要良好，不能有多点接地情况，这样可以起到防止静电感应和低频(50Hz)干扰的作用。
如果干线电缆是多芯电缆，则不同总线网段的分屏蔽线不应在接线箱(JB)内被互相连接在一起，也不能与总屏蔽线连在一起。
③现场总线电缆和现场设备安装之后应该经过严格测试，电缆线间绝缘电阻，对地绝缘，线间和对地电容以及总线信号的波形测试等应该符合FF基金会总线系统工程指南中的技术要求，各端子的连接必须紧固。
FF总线简介
FF（Fieldbus Foundation）现场总线简介FF总线系统体系结构FF现场总线基金会是由WORLDFIP NA（北美部分，不包括欧洲）和ISP Foundati on于1994年6月联合成立的，它是一个国际性的组织，其目标是建立单一的、开放的、可互操作的现场总线国际标准。
这个组织给予了IEC现场总线标准起草工作组以强大的支持。
这个组织目前有l00多成员单位，包括了全世界主要的过程控制产品及系统的生产公司。
1997年4月这个组织在中国成立了中国仪协现场总线专业委员会（CFC）。
致力于这项技术在中国的推广应用。
FF成立的时间比较晚，在推出自己的产品和把这项技术完整地应用到工程上相对于Profibus和WORLDFIP要晚。
但是正由于FF是1992年9月成立的，是以Fisher Rosemount公司为核心的ISP（可互操作系统协议）与WORLDFIP NA两大组织合并而成的，因此这个组织具有相当实力：目前FF在IEC现场总线标准的制订过程中起着举足轻重的作用。
FF(HSE) 现场总线即为IEC定义的H2总线，它由Fieldbus Foundation(FF)组织负责开发，并于1998年决定全面采用已广泛应用于IT产业的高速以太网（highspeed etherne t HSE）标准。
该总线使用框架式以太网（Shelf Ethernet）技术，传输速率从100Mbps到1Gbps或更高。
HSE完全支持IEC 61158现场总线的各项功能，诸如功能块和装置描述语言等，并允许基于以太网的装置通过一种连接装置与H1装置相连接。
连接到一个连接装置上的H1装置无须主系统的干予就可以进行对等层通信。
连接到一个连接装置上的H1装置同样无须主系统的干预也可以与另一个连接装置上的H1装置直接进行通信。
HSE总线成功地采用CSMA/CD链路控制协议和TCP/IP传输协议，并使用了高速以太网IEEE802.3μ标准的最新技术。
现场总线--FF现场总线资料
应用
这种网络控制系统特别适合于过程自动化生产， 它既可以完成全分布式自动化系统的主要功能即 对工业生产过程的各个参数进行测量、信号变送 、控制、显示、计算等，而它所具有的网络通信 能力又使它的各项自动化功能是通过网络节点间 的信息传输、连接、各部分的功能集成而共同完 成的，更有效、方便地实现生产过程地安全、稳 定、经济运行，并进一步实现管控一体化。另外 ，还可以实现总线供电。
总结
基金会总线技术作为过程控制自动化的一个 先进技术，经过了十多年的发展，到目前已 经进入了成熟应用的阶段。通过长兴这个项 目证明，在玻璃行业应用没有问题。 由于FF项目与常规项目使用有所不同，对于 施工方法及维护的理念存在差异，所以对工 程及维护人员的培训非常重要。
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系统测试技术包括通信系统的一致性于互操 作性测试技术，总线监听分析技术，系统的 功能、性能测试技术等。一致性与互可操作 性测试是为保证系统的开放性而采取的重要 措施，一般要经授权的第三方认证机构做专 门测试，验证其符合统一的技术规范后，将 测试结果交基金会登记注册，授予FF标志。
FF现场总线技术
DeltaV 9.3 系统规模1400DST 大规模采用总线系统设备 FF DP Modbus AMS 智能设备管理软件
现场仪表概况Fra bibliotekRosemount® 罗斯蒙特 变送器 848T多点温度变送器 Fisher® 费希尔阀门和总 线型数字阀门定位器 (DVC) MicroMotion ® 高准质量 流量计
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在现场总线的产品开发中，常采用OEM集 成方法构成新产品，即吧FF集成通信控制芯 片、通信栈软件、圆卡等部件集中起来，组 成现场智能设备。
如何设计和使用FF总线
如何设计和使用FF总线FF总线是一种用于数据传输和通信的串行总线协议，它被广泛应用于工业自动化领域。
设计和使用FF总线涉及硬件设计和软件编程两个方面，以下是设计和使用FF总线的基本步骤和注意事项。
1.硬件设计：（1）确定总线拓扑结构：根据系统需求确定总线的物理拓扑结构，如线性、星型、环形或混合拓扑。
（2）选择传输介质及物理接口：根据系统需求选择合适的传输介质，如电缆、光纤等，并选择相应的物理接口。
（3）确定主从设备：确定系统中的主设备和从设备，并分配它们在总线上的唯一地址。
（4）确定电气特性：确定总线的电气特性，如总线电压、通信速率等。
（5）确定总线控制电路：设计总线控制电路，包括时钟、使能信号以及总线访问协议的控制。
（6）选择适当的保护电路：为了防止总线电气特性的干扰或破坏，需要设计适当的保护电路，如隔离器、保险丝等。
2.软件设计：（1）确定通信协议：根据系统需求选择合适的通信协议，FF总线协议主要采用串行通信、异步传输和轮询的方式。
（2）定义数据格式：根据系统需求定义数据帧的格式，包括帧头、帧尾、地址、数据长度和校验等信息。
（3）实现主设备控制程序：编写主设备控制程序，包括发送数据帧、接收应答帧、处理异常情况等功能。
（4）实现从设备响应程序：编写从设备响应程序，包括接收数据帧、处理命令、发送应答帧等功能。
（5）实现错误检测和纠正：在数据传输过程中，通过添加校验位、奇偶校验、CRC等方式进行错误检测和纠正。
3.总线使用：（1）总线初始化：在启动系统时，进行总线的初始化工作，包括配置总线控制电路、设置主设备和从设备的地址等。
（2）主设备通信：主设备通过发送数据帧来与从设备通信，包括发送命令请求、读取从设备响应等操作。
（3）从设备响应：从设备接收到主设备的命令请求后，根据命令执行相应的操作，并发送应答帧给主设备。
（4）错误处理：在通信过程中，可能会出现数据错误、丢失、超时等情况，需要及时处理并进行相应的纠正。
FF总线概述范文
FF总线概述范文FF总线（Flexible-Firm总线）是一种高速数据传输总线，可用于连接不同的硬件设备和外围设备，以实现数据的传输和通信。
该总线具有高度灵活性和可拓展性，非常适用于用于构建先进的基于数字信号处理的实时系统。
下面将对FF总线进行详细的概述。
FF总线的目标是提供高速、可靠的数据传输和通信。
它的设计目标是满足实时性和带宽要求，支持多种通信协议，并且具有低延迟和高吞吐量。
FF总线采用了分布式计算和通信的体系结构，可以连接多个设备和外围设备，使得数据能够在这些设备之间高效地传输。
FF总线的架构灵活，可以通过修改物理、信令和协议层来适应不同的应用需求。
它可以通过串行或并行方式进行通信，支持各种数据传输速率和信号类型。
总线结构非常灵活，支持点对点、广播和多播等通信方式。
总线的带宽和时隙可以通过软件进行配置，以适应不同应用场景的需求。
FF总线的物理接口包括传输线、连接器和接口电路。
传输线可以是同轴电缆、双绞线或光纤，可以满足高速数据传输的要求。
连接器和接口电路用于将总线连接到设备和外围设备的接口上，提供可插拔的连接方式，方便设备的安装和拆卸。
FF总线的信令层包括时钟、数据和控制信号。
时钟信号用于同步数据传输和通信，确保数据在设备之间的传输和接收是同步的。
数据信号用于传输实际的数据，可能是数字信号、模拟信号或混合信号。
控制信号用于控制数据的传输和通信过程，包括传输开始、传输结束、错误检测和纠正等功能。
FF总线的协议层定义了数据传输的格式和规则。
它定义了数据帧的结构、消息的格式、命令和响应的格式等。
协议层还包括错误检测和纠正机制，以确保数据的可靠传输。
FF总线支持多种通信协议，如CAN、Ethernet、USB等，可以满足不同应用领域的需求。
FF总线的应用非常广泛，可以用于工业自动化、智能电网、物联网等领域。
在工业自动化领域，FF总线可以应用于机器人控制、工艺控制和监控系统等。
在智能电网领域，FF总线可以用于电力传感器、智能电表和电力监测系统等。
FF现场总线的设计和应用
FF现场总线的设计和应用FF（FlexRay Fault-tolerant）现场总线是一种高性能、实时性强、容错性好、安全可靠的汽车总线协议。
它被广泛应用于现代汽车电子系统中，为汽车电子控制单元（ECU）之间提供高效的通信和数据交换。
本文将详细介绍FF现场总线的设计原理和应用场景。
1. 高带宽和实时性：FF现场总线通过采用双通道、高速、串行通信方式，实现了高带宽和实时性要求。
其中，每个通道的最大带宽可达10 Mbps，保证了数据传输的快速和可靠性。
2.容错性和可靠性：为了保证通信的可靠性，FF现场总线采用了多种容错技术，如冗余计算、重传机制、状态监测等。
这些技术能够及时检测和纠正通信中的错误，提高系统的容错性和可靠性。
3.灵活性和可扩展性：FF现场总线支持灵活的通信组网结构，通过主从模式和同步控制方式，实现了多个ECU之间的数据交换和消息传递。
同时，FF现场总线还提供了扩展能力，可以根据实际需求添加新的设备和功能模块。
1.高级驾驶辅助系统（ADAS）：FF现场总线可以作为ADAS系统中各个ECU之间的通信方式，实现传感器数据的快速采集和处理。
通过FF现场总线，各个ECU可以实时交换数据和指令，提高驾驶辅助系统的性能和可靠性。
2.发动机控制系统：FF现场总线可以用于发动机控制系统中各个ECU 之间的数据交互和联动控制。
通过FF现场总线，发动机控制单元可以实时监测和调整发动机的工作状态，以提高燃油效率和排放性能。
3.刹车系统：FF现场总线可以用于汽车刹车系统中刹车控制单元和刹车执行器之间的通信。
通过FF现场总线，刹车控制单元可以实时控制刹车执行器的工作，提高刹车系统的响应速度和稳定性。
4.转向系统：FF现场总线可以用于汽车转向系统中转向控制单元和转向执行器之间的通信。
通过FF现场总线，转向控制单元可以实时调节转向执行器的工作，提高转向系统的灵活性和安全性。
综上所述，FF现场总线作为一种高性能、实时性强、容错性好、安全可靠的汽车总线协议，被广泛应用于现代汽车电子系统中。
ff现场总线的特点和在工程中的应用
ff现场总线的特点和在工程中的应用一、FF现场总线的概述FF现场总线是一种数字通信协议，它是Foundation Fieldbus（FF）组织制定的。
FF现场总线在工业自动化领域得到了广泛应用，它可以实现设备之间的数据交换和控制指令传输。
与传统的模拟信号传输方式相比，FF现场总线具有更高的可靠性和稳定性。
二、FF现场总线的特点1. 可靠性高：FF现场总线采用数字通信方式，数据传输稳定可靠，不受干扰。
2. 灵活性强：FF现场总线可以实现多种类型的设备之间的数据交换和控制指令传输。
3. 扩展性好：FF现场总线可以根据需要进行扩展或升级，支持多种不同类型的设备连接。
4. 易于维护：由于采用数字通信方式，故障排查和维护更加方便快捷。
三、FF现场总线在工程中的应用1. 控制系统：在控制系统中，使用FF现场总线可以实现各个设备之间的数据交换和控制指令传输。
例如，在化工厂中，使用FF现场总线可以将各个过程变量（如温度、压力、流量等）传输到控制室的控制系统中，实现对生产过程的监控和控制。
2. 仪表系统：在仪表系统中，使用FF现场总线可以实现各个仪表之间的数据交换和控制指令传输。
例如，在炼油厂中，使用FF现场总线可以将各个流量计、压力计、温度计等仪表的测量值传输到控制室的监视系统中，实现对生产过程的监视和调节。
3. 电力系统：在电力系统中，使用FF现场总线可以实现各个设备之间的数据交换和控制指令传输。
例如，在发电厂中，使用FF现场总线可以将各个变压器、开关柜等设备的状态信息传输到运行监视系统中，实现对电力系统运行状态的监视和调节。
四、FF现场总线在应用中需要注意的问题1. 设备兼容性问题：由于不同厂家生产的设备可能存在兼容性问题，因此在选择设备时需要注意其是否支持FF现场总线协议。
2. 网络拓扑结构问题：在设计网络拓扑结构时需要考虑网络带宽、延迟等因素，并根据具体应用需求进行合理规划。
3. 安全问题：由于FF现场总线采用数字通信方式，数据的安全性需要得到保障。
第四章 FF总线讲解
现场设备 +
15 to 20 mA p-p
0
Receiving Transmitting
Power Supply
100 Ohm C 现场总线网络
100 Ohm C
信号波形
31.25 Kbit/s
现场总线信号
0.75 to 1.0 V p-p DC bias 9 to 32 Volts
Time
备之间最多可以使用4台中继器。（A型电缆，最大距离 9500m)
2019/8/4
FF的通信关系VCR
Virtual Communication Relationships (VCRs) FF网络通信中,现场设备的信息传送，是通过应用进程之间的
逻辑上的连接进行的，这种通信连接称为虚拟通信关系VCR。
Physical Layer 物理层 Data Link Layer 数据链路层 Application Layer 应用层 User Layer 用户层
2019/8/4
基金会现场总线（FF）通信模型
OSI参考模型
H1
用户层
FF通信模型
用户层
HSE
应用层
7
表示层
6
会话层
5
传输层
4
网络层
FOUNDATION fieldbus Ff 基金会现场总线技术 FIELDBUS FOUNDATION FF 现场总线基金会
2019/8/4
Ff总线控制系统示意图
供电
工作站 HSE 链路设备
电源调节器
终端电阻 接线盒 H1 Bus 电缆
H1 Bus
变送器
人机界面 以太网电缆
终端电阻
FF现场总线应用总结
案例二：电力行业应用
总结词
安全、稳定、远程监控
详细描述
在电力行业中，FF现场总线为变电站和发电厂的自动化控制提供了安全稳定的解决方 案。通过远程监控功能，电力工程师可以实时监测设备的运行状态，及时发现并处理故
障，确保电力供应的稳定性和安全性。
案例三：石油化工行业应用
总结词
防爆、抗干扰、高精度详细描述Fra bibliotek需求。
06
结论
ff现场总线的重要性和价值
灵活性
互操作性
FF总线系统具有高度的灵活性，允许设备 之间进行快速、可靠的通信，适应各种不 同的应用场景。
FF总线系统具有良好的互操作性，使得不 同制造商的设备可以相互连接和通信，降 低了集成成本和复杂性。
可靠性
成本效益
FF总线系统具有很高的可靠性，能够保证 数据传输的准确性和稳定性，减少了故障 和停机时间。
ff现场总线的产生
为了解决传统现场总线存在的不足，ff 现场总线应运而生，它具有高可靠性 、实时性强、传输速率快等优点，被 广泛应用于工业自动化领域。
ff现场总线概述
ff现场总线是一种通信协议，用于工业自动化领域中的现场设备之间的通信。它 采用总线型拓扑结构，通过电缆将各个设备连接起来，实现设备之间的数据传输 和控制。
FF总线系统的成本相对较低，能够降低整 个系统的成本，同时提供高性能和可靠性 。
对未来发展的展望和思考
进一步标准化
随着技术的不断发展，FF总线系 统需要不断进行标准化和改进， 以适应更多的应用场景和需求。
集成化与智能化
未来FF总线系统将更加集成化 和智能化，能够实现更高级的 功能和应用。
安全性与隐私保护
ff现场总线具有高可靠性、实时性强、传输速率快等优点，能够满足工业控制领 域的需求。同时，它还具有互操作性、可扩展性、易于维护等优点，使得不同厂 商的设备可以相互连接、协同工作。
第4章-基金会现场总线FF-讲课教案
3
F集成；简化操作和维护；灵活的拓朴结构；实现与地点无关 的控制；对等实体间高速通信；真正的可互操作性；完善的售后服务与技术支持
4
FF 通信模型
每个具有通信能力的现场总线物理设备都应具有通信模型。
基金会现场总线的核心部分之一是实现现场总线信号的数字通信。
功能块应用 与设备描述
物理层 FF现场总线
1 去除前导码、 定界码 2 数据解码
H1区域
物理层用于实现现场物理设备与总线之间的连接，为现场
设备与通信传输媒体的连接提供机械和电气接口，为现场
设备对总线的发送或接收提供合乎规范的物理信号。
物理层作为电气接口，一方而接受来自数据链路层的信息，把
它转换为物理信号，并传送到现场总线的传输媒体上，起到发
国际电工委员会（International Electro technical Commission，简称IEC）
主要内容
20
1 概述 2 物理层 3 数据链路层 4 用户层及功能块
5 设备描述DD与DDL 6 通信控制器
3 数据链路层DLL
21
数据链路层位于物理层PHY与总线访问 子层FAS之间，为系统管理内核和总线 访问子层FAS访问总线媒体提供服务。
17
FF 现场总线类型
/H2
18
低速现场总线H1 传输速率 31.25Kbps 31.25Kbps 31.25Kbps
高速现场总线H2
1Mbps
1Mbps
1Mbps
信号类型 拓朴结构
通信距离 分支长度 供电方式
本质安全
电压
总线/菊花 链/树型
1900m
电压
总线/菊花 链/树型
1900m
FF总线简介
FF总线简介引言基金会现场总线(foundation fieldb us)通常称为FF现场总线,它分为H1和H2两种总线。
它分为H1和H2两种总线。
H1采用符合IEC 61158-2标准的现场总线物理层; H2则采用高速以太网为其物理层。
H1现场总线物理层的主要电气特性如下：采用位同步数字化传输方式;传输波特率为31.25kbps;驱动电压9~32VDC;信号电流±9mA;电缆式屏蔽双绞线;接线拓扑结构可采用线形、树形、星形或者符合形;电缆长度≤1900m(无中继器时);分支电缆的长度30~120m;挂接设备数量≤3 2台(无中继器时);可用中继器≤4台;适用防爆方法有本质安全防爆方法等。
一、FF现场总路线安装和测试要点赛科项目的现场总线使用经验表明现场总线回路故障的主要原因之一是来自网段上的干扰，而干扰的主要原因是现场总线网段和总线设备的不良安装，赛科项目的经验是：①现场总线网段对绝缘要求很高，为了防爆和防止总线回路受潮，规定采用增安型(EExe)接线箱，电缆穿入接线箱时使用防爆电缆时使用防爆电缆密封接头。
采用FF总线专用端子块与各总线现场设备连接。
每个总线专用端子块具有短路保护作用，短路时指示灯亮，保证一个支路短路时不影响其它支路的正常工作，短路保护器将限制每支路的短路电流不超过60mA。
②电缆屏蔽层的连接注意事项。
在现场总线设备上，支线电缆的屏蔽线要剪断，并要用绝缘带包好，不能与表壳接地螺丝连接。
各段总线电缆的屏蔽线应在接线箱内通过接地端子连接起来，屏蔽线只能在机柜侧(marshalling)的端子接地，中间任何地方对地绝缘要良好，不能有多点接地情况，这样可以起到防止静电感应和低频(50Hz)干扰的作用。
如果干线电缆是多芯电缆，则不同总线网段的分屏蔽线不应在接线箱(JB)内被互相连接在一起，也不能与总屏蔽线连在一起。
③现场总线电缆和现场设备安装之后应该经过严格测试，电缆线间绝缘电阻，对地绝缘，线间和对地电容以及总线信号的波形测试等应该符合FF基金会总线系统工程指南中的技术要求，各端子的连接必须紧固。
FF现场总线的配电与短路保护及其防爆模版（四篇）
FF现场总线的配电与短路保护及其防爆模版FF现场总线是一种用于工业自动化领域的数字通信协议，它能够实现工控系统中各个设备之间的高效通信和数据传输。
配电和短路保护是FF现场总线系统中非常重要的一部分，它能够保证系统的稳定性和安全性。
接下来将详细介绍FF现场总线的配电与短路保护以及相应的防爆模版。
1. 配电系统配电系统是FF现场总线系统中的一个重要组成部分，它负责将电源供应到各个设备和模块，并提供相应的控制和保护功能。
在FF现场总线系统中，配电系统需要满足以下要求：1.1 安全性配电系统需要具备良好的安全性，防止电流过载、短路以及其他可能的故障。
为了实现这一点，配电系统应该采用合适的保险丝或断路器，以及相应的熔断器。
此外，还可以采用瞬态电压抑制器来保护设备免受过高的电压损害。
1.2 可靠性配电系统需要具备良好的可靠性，以确保系统的正常运行。
为了实现这一点，配电系统应该采用优质的电缆和连接器，以及高品质的电源模块。
1.3 灵活性配电系统需要具备良好的灵活性，以适应不同的应用需求。
为了实现这一点，配电系统应该具备可调节的电流和电压输出，以及可自定义的保护参数。
2. 短路保护短路保护是FF现场总线系统中的一个重要功能，它能够防止电流过大而导致设备损坏或火灾等安全事故。
在FF现场总线系统中，短路保护需要满足以下要求：2.1 快速响应短路保护需要能够快速地检测到短路故障，并采取相应的措施进行保护。
为了实现这一点，短路保护应该具备快速的响应时间，一般应在毫秒级别。
2.2 可靠性短路保护需要具备良好的可靠性，以确保系统的正常运行。
为了实现这一点，短路保护应该采用高品质的保护设备，如熔断器或断路器，并且需要经过严格的测试和验证。
2.3 自动恢复短路保护应该具备自动恢复的功能，以便在短路故障排除后，系统可以自动恢复正常工作。
为了实现这一点，短路保护应该具备自动重启或复位的功能。
3. 防爆模版由于FF现场总线系统中的一些设备可能在易燃或易爆环境中使用，所以防爆模版非常重要。
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2014-3-27
FF的通信关系VCR
Virtual Communication Relationships (VCRs) FF网络通信中,现场设备的信息传送，是通过应用进程之间的 逻辑上的连接进行的，这种通信连接称为虚拟通信关系VCR。
2014-3-27
数据传输的三种方式
发布/预定
天津职业技术师范大学 第六章 FF总线
刘玉亮 jsjkz@
2014-3-27
主要内容 Ff总线基本概念 Ff总线的优势 Ff总线关键技术 Ff总线应用系统
2014-3-27
现场总线基金会(Fieldbus Foundation )
1. 2. 3. 4. 5. 成立于1994年 北美的WorldFIP和ISP两大集团合并为FF 非营利为目的组织 约300多个著名仪表供应商和最终用户加盟 开放互联，其技术成果由现场总线基金会拥有 和控制 6. 1996年发布FF通信协议第一版H1（31.25kbps)
2014-3-27
Ff主要技术内容 1. 2. 3. 4. 通信技术 标准化功能块（FB）与功能块应用进程（FBAP） 设备描述（DD）与设备描述语言（DDL） 通信控制器与智能仪表或工控机之间的接口技 术 5. 系统集成技术 6. 系统测试技术
2014-3-27
通信技术 基金会现场总线的通信技术包括基金会现场总 线的通信模型、通信协议、通信控制器芯片、 网络与系统管理等内容。它涉及一系列与网络 相关的硬软件，例如通信准软件、被称之为圆 卡的仪表用通信接口卡、FF与计算机的接口卡、 各种网关、网桥叫继器等。它是现场总线的核 心基础技术之一。
7. 2000年11月1日公布 HSE（100Mbps高速以太网）
2014-3-27
基金会现场总线 现场总线基金会 (FIELDBUS FOUNDATION) 组织开 发的基金会现场总线标准 Ff ( FOUNDATION fieldbus) 成为IEC61158总线国际标准的类型1 和类型5，是通信技术和DCS技术的综合。是针 对自动化控制的现场总线。
2014-3-27
现场总线Ff带来自动化技术的深刻变革
• 现场总线基金会的技术采用功能块的结构， 这使得在现场的控制变成可能。在现场的控 制可以提高控制回路的完整性和可靠性。
• 现场总线基金会的网络管理功能和链路活动 管理器的技术可以确保网络的连续运行。
过程完整性
• 现场总线基金会的安全仪表系统 (SIS)的概 念将给仪表安全系统和特殊控制系统带来革 命性的变革。
2014-3-27
设备描述(DD)与设备描述语言(DDL)
为实现现场总线设备的互操作性，支持标准的功能块操 作，基金会现场总线采用了设备描述技术。设备描述是 控制系统为理解来自现场设备的数据意义提供必需的信 息，因而也可以将其看作控制系统或主机对某个设备的 驱动程序，即设备描述是设备驱动的基础。 设备描述语言是一种用以进行设备描述的标准编程语言。 采用设备描述编程器，把DDL编写的设备描述的源程序 转化为机器可读的输出文件。控制系统正是凭借这些机 器可读的输出文件来理解来自各制造商的设备的数据意 义。现场总线基金会把基金会的标准DD和经基金会注册 过的制造商附加DD写成CD-ROM，提供绍用户。
2014-3-27
现场总线Ff带来自动化技术的深刻变革
• 丰富的功能块模型 • 统一的数据格式 • 时间的同步 • 控制的精确性
• 信息的发布和预定模式
• 具有极高的可用性 • 采用国际标准的控制网络
• 可靠的网络管理功能
现场总线基金会的技术涵盖了ARC定义的协作式过程自动化系统的各 个关键方面.
200 150 100 50 0 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
2014-3-27
应用于各行各业
68% 的项目选择 基金会现场总线技术
超过 10,500 套总线系统
2014-3-27
Ff技术特色 Ff不仅是一种总线，而且是一个系统，是网络 系统，也是自动化系统。可以理解为是DCS+网 络。，它使系统即具有自动控制能力，又具有 网络化数字通信能力。其网络通信围绕自动化 任务进行。 Ff系统是全分布式自动化系统。 Ff系统是通信网络，而各种自动化设备作为其 网络节点，实现信息共享和自动化功能。节点 具有通信能力、控制功能。 Ff总线能够通过网关与管理信息系统对接，为 管控一体化提供条件。
User Layer 用户层
2014-3-27
基金会现场总线（FF）通信模型
FF通信模型 OSI参考模型
用户层
H1
用户层
HSE
应用层 7 表示层 6 会话层 5 传输层 4 网络层 3 数据链路层 2
2014-3-27
现场总线报文规范子层（FMS） 现场总线访问子层（FAS） 省略3-6层
FMS/FDA
2014-3-27
通信控制器与智能仪表或工控机之间的接口技术 在现场总线的产品开发中，常采用OEM集成方法 构成新产品，即把FF集成通信控制芯片、通信 栈软件、圆卡等部件与完成测量控制功能的部 件集成起来，组成现场智能设备。
2014-3-27
系统测试技术 系统测试技术包括通信系统的一致性与互可操 作性测试技术，总线监听分析技术，系统的功 能、性能测试技术等。 一致性和互可操作性是保证系统开放性而采取 的重要措施。
2014-3-27
2014-3-27
FF通信设备类型
按照设备的通信能力，Ff将通信设备分为三种类型：
链路主设备（Link Master Device）：有能力成为链路活 动调度器LAS（Link Active Scheduler）的设备，包括主 机接口或某些基本设备。 基本设备Basic Device：具备基本通信能力，即只能接受 总线命令作出响应的总线设备，不具备LAS能力。 网桥Bridge：用于连接不同传输速率或不同传输介质的设 备，比如将下游各个H1网段连接在一起的设备，同时也是 H1和HSE接口设备，它必须成为链路主设备。
FOUNDATION fieldbus Ff 基金会现场总线技术 FIELDBUS FOUNDATION FF 现场总线基金会
2014-3-27
Ff总线控制系统示意图
供电
工作站 HSE 链路设备
人机界面
电源调节器 终端电阻 接线盒 H1 Bus 电缆 变送器
以太网电缆 H1 Bus 终端电阻
阀门定位器
根据NIST (美国国家标准和技术学会)的统计, 由于由于控制系统的失灵和 操作人员对控制危机状况的解决不力而对美国经济造成的损失，每年高达 200亿美元。
2014-3-27
现场总线Ff带来自动化技术的深刻变革
• 支持商业应用 • 生产管理
• 资产管理
• 企业上层应用
商业智能化
• 丰富的诊断信息 • 现场总线基金会技术还提供增强的 跟踪、追溯、验证以及合规的能力
2014-3-27
Ff总线分类及拓扑结构
FF现场总线两种类型，即H1和HSE HSE--高速现场总线，通信速率为100Mbps， 采用冗余技术， 只有总线型拓扑结构. H1--用于过程自动化的低速总线,通信速率为31.25kbps,可 以总线供电,并提供本质安全.H1的拓扑结构可采用总线型, 树型和菊花链型拓扑结构,在同一网段可以是混合型拓扑结 构. HSE和H1之间通过链路设备LD连接.
定制
• 周期
客户/服务器
非定制
• 用户发起
报告分发
非定制
• 报警和事件
实时 点对点 由LAS管理
LAS
非实时
非实时 时间戳
2014-3-27
数据通信 (VCR)
客户-服务器
FT FC
报告分发
发布-预订
Device must open communication channels to talk to remote devices.
通信栈
数据链路层
物理层
- 通信支持和管理
现场设备和连线
现场总线
2014-3-27
H1 总线物理信号波形与网络配置
现场设备
Device Current
+ 15 to 20 mA p-p 0
Receiving Transmitting
信号波形
31.25 Kbit/s
现场总线信号
0.75 to 1.0 V p-p Voltage
基金会技术没有规模的限制，从最小的到最大的过程自动化系统都能适用。 基金会技术的开放性，以及它不依赖于特定的操作系统或供应商平台的特点， 使它能够很容易地采用新建立的标准。
2014-3-27
开放的、规模可变 的集成
已经认证的总线设备
500 450 400 350 300 250
Number of R eg is tered Devic es
基金会现场总线技术采用“客户机/服务器的技术，实现企业的各个层面
商业智能的高度集成。
2014-3-27
现场总线Ff带来自动化技术的深刻变革
• 不论是HSE还是H1总线，基金会 现场总线技术的功能块都是一样 的 • 基金会现场总线的系统不需要停 车，就可进行扩展。 • 设备可以在线增加，或进行“热” 切换； • 现场总线基金会技术支持在线软 件下载和升级。
2014-3-27
基金会现场总线技术-FF(H1)通信模型
FF(H1)通信模型符合国际标准化组织ISO定义的开 放系统互连OSI参考模型，采用7层参考模型中的3 层，并增加了用户层，按层次分为四层，即：
Physical Layer 物理层 Data Link Layer 数据链路层
Application Layer 应用层