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FF H1现场总线的配电、连接与防爆 |
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| http://www.iianews.com 现场总线 2009年11月30日 |
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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，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。
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。
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 ÷ 17.5 = 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，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，独创推出了更切合实际的FPC+冗余配电的新方案，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。
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