現(xiàn)場總線很簡單。如此簡單，也許您會問，到底現(xiàn)場總線是什么呢。本文將會關(guān)注于在過程控制中兩種基本的現(xiàn)場總線：PROFIBUSPA和FOUNDATIONfieldbus™H1。我們將會談到現(xiàn)場總線如何工作，如何連接到儀器。也會解釋——大多數(shù)情況下——為什么你不能像廣告所宣稱的可以在一個現(xiàn)場總線主干線上連接32個設(shè)備。
　　
　　我們也會談到PROFIBUS、基金會現(xiàn)場總線和FISCO的不同。實體上安全的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，安裝冗余的主干線，以及EDDL和FDT比較。
　　
　　現(xiàn)場是怎么工作的？
　　
　　在模擬控制系統(tǒng)中，設(shè)備生成4－20mA的輸出信號，通過雙絞線從遠(yuǎn)程分裂蒸餾塔、液體灌和過程單元一路傳送到控制室、集成架、遠(yuǎn)程I/O集成器或是遠(yuǎn)程終端設(shè)備。相似的，4－20mA的控制信號從控制室到閥執(zhí)行裝置、泵和其它一些控制設(shè)備。數(shù)百有時甚至數(shù)千的電纜通過電纜盤、終端架、配電柜、場地和管道迂回前進。
　　
　　低消耗的有效性、適合現(xiàn)場設(shè)備的強大的處理器開拓了消除大量的電纜同時增強了工廠數(shù)據(jù)的有用性的道路。
　　
　　圖1傳統(tǒng)的4－20mA的現(xiàn)場布線往往把電線、電纜、終端變的亂糟糟的
　　
　　圖2安裝現(xiàn)場總線大大簡化了布線
　　
　　不同于使用大量的獨立電纜，現(xiàn)場總線允許大量設(shè)備只使用一根電纜，叫做主干線（圖2）；每個設(shè)備作為一個分支連接到電纜上。當(dāng)然，每個設(shè)備都會有連接到主干線的現(xiàn)場總線接口，并運行某些軟件來提供現(xiàn)場總線通訊。
　　
　　每個現(xiàn)場總線的主干線——無論是基金會現(xiàn)場總線H1還是PROFIBUSPA——是一個簡單的雙絞線，傳輸數(shù)字信號和直流電源，連接32個現(xiàn)場總線設(shè)備（溫度、流量、水平位置、和壓力傳感器、智能閥、執(zhí)行機構(gòu)等）到DCS或是相似的控制系統(tǒng)。大多數(shù)裝置是雙線總線驅(qū)動電流是10mA到20mA，但是，也會有4線現(xiàn)場總線裝置，通常在需要電流特別高的地方。
　　
　　在控制系統(tǒng)，一個現(xiàn)場總線主干線開始于一個接口設(shè)備。在一個FOUNDATION現(xiàn)場總線H1（FF）系統(tǒng)，接口被叫做H1卡；在PROFIBUSPA系統(tǒng)，它是PROFIBUSDP/PA主干線適配器。在主干線上根據(jù)信號布線和電能需求方式，F(xiàn)F和PA在以下幾點上是一致的：
　　
　　●zui小設(shè)備操作電壓9V；
　　
　　●zui大總線電壓32V；
　　
　　●zui大總線長度1900米（屏蔽雙絞線）。
　　
　　總線所需要的直流電源通常是通過現(xiàn)場總線供電，或是直流電壓調(diào)節(jié)器短路時所引起的高頻信號。典型的功率調(diào)節(jié)器可以在350mA到500mA之間有效，通常會在主干線－主干線之間防止干擾。對于PA，主干線適配器通常協(xié)調(diào)電源調(diào)節(jié)器的因素。在FF主干線電源調(diào)節(jié)器從H1接口卡上分離出來，通常被安裝在多余的雙絞線上，用來改善整體的可靠性。圖3顯示了典型的現(xiàn)場總線的主干線。
　　
　　計算一個現(xiàn)場總線的主干線上可以安裝多少個設(shè)備時，用戶必須把每臺設(shè)備所需要的zui大電流、主干線長度（因為電壓會在電纜傳輸過程中衰減）、和其它因素考慮進去。這個計算是簡單的歐姆定律的問題，目的在于當(dāng)把所有的電壓衰減因素考慮進去之后，顯示zui少9V可以傳輸?shù)街鞲删€的終端。例如，每個需要320mA的設(shè)備以驅(qū)動20mA驅(qū)動16個設(shè)備，所以如果主干線是基于18AWG的電纜，并用25V的電源協(xié)調(diào)器供電，如果保證傳到終端的電壓為9V，則zui大的電纜長度是1000米。注意，許多用戶在9V之上了一個zui小的操作電壓，來允許意外的電流負(fù)載，以及未來的附加設(shè)備。
　　
　　圖3一個現(xiàn)場總線主干線開始于H1接口卡，基金會現(xiàn)場總線的一個電源，或是PROFIBUS主干線適配器。在一個主干線可以支持32個設(shè)備。方框中顯示“T”的代表終端。
　　
　　連接設(shè)備
　　
　　如所表述的那樣，每個現(xiàn)場總線設(shè)備以并列的方式連接到主干線。每個簡單的分支連接成為一個“T”。簡單的“T”連接（圖4）的問題就是，如果其中的一個設(shè)備出現(xiàn)問題，整個主干線將不能工作。在維修設(shè)備的時候，就會可能發(fā)生短路，現(xiàn)場的一些事故，可能會導(dǎo)致電氣問題或是主機的一些其它問題。所以要保證現(xiàn)場總線的成功實施，短路保護是一個必要條件。
　　
　　圖4“T”配置是現(xiàn)場總線zui簡單的連接方式。然而一旦一個設(shè)備失敗或是“短路”，它將會導(dǎo)致整個主干“癱瘓”。
　　
　　另外一種方式就是通過現(xiàn)場總線接線。通常會涉及到“設(shè)備適配器”——例如MooreHawke™TG200TRUNKGUARD™（圖5）——這就允許多個現(xiàn)場總線設(shè)備連接到一個位置。典型的情況是，用戶會安裝一個設(shè)備適配器，把附近的設(shè)備與之連接?，F(xiàn)場總線那電纜將會與其它設(shè)備適配器連接。一個多設(shè)備主干可能會有幾個設(shè)備適配器。
　　
　　在設(shè)備適配器中使用兩種典型的電子分支短路保護方法。“電流極限”和“反向保護”兩種方法都可以防止主干上的分支短路錯誤，兩種方法都可以消除錯誤自動回復(fù)正常。
　　
　　電流極限技術(shù)短路電路的功率量，可以達到40mA到60mA（不同廠家各異）。但是它會在主干上持續(xù)保持這個錯誤。盡管這個設(shè)計保護了主干免于初始短路，額外的電流消耗將會剝奪其它設(shè)備從主干電源獲得電能，將會可能導(dǎo)致主干災(zāi)難性故障。
　　
　　當(dāng)短路保護剝奪了其它設(shè)備的電能以后，某些設(shè)備就會因為沒有足夠的電能進行主要操作而失效。因而，當(dāng)電流極限保護方法使用在設(shè)備適配器上時，許多終端用戶要保留一個安全裕量。也就是說不要安裝主干理論上所允許多個的設(shè)備，要保留一些空余分支。
　　
　　例如，一個用戶如果期望主干可以在有兩個出錯設(shè)備的情況下繼續(xù)工作——失敗的設(shè)備可以占用120mA的電流——主干計算時就應(yīng)該假設(shè)zui大電流可用值350mA減去120mA作為輸出時的電流，即230mA。
　　
　　雖然理論上主干可以驅(qū)動32個設(shè)備，每個設(shè)備10mA，但是實際上，它只能支持23個這樣的設(shè)備。在實際應(yīng)用中，一些用戶在使用電流極*十分謹(jǐn)慎，只在每個主干上使用16個設(shè)備以防止大規(guī)模的主干失敗。
　　
　　MooreHawke的TRUNKGUARD設(shè)備適配器，應(yīng)用了反向保護技術(shù)，從主干上斷開了短路的分支，防止整個網(wǎng)絡(luò)的損失。反向保護技術(shù)在每個分支上有一個邏輯電路（圖6），檢測每個分支或是設(shè)備上的短路情況，從主干上斷開分支，并有紅燈閃爍，以提醒維修人員。
　　
　　有了反向保護設(shè)備適配器，用戶可以不再為分支失敗擔(dān)心，可以放心的在現(xiàn)場總線主干線上放置更多的設(shè)備。因為H1卡的花費（2500美元）和其它主干硬件的昂貴花銷，在一個主干上放置更多的設(shè)備可以節(jié)省用戶不少的開支。
　　
　　主干終端
　　
　　每個現(xiàn)場總線為了通訊需要先要被兩個終端中止，如果主干沒有很好的中止，就會發(fā)生由于信號反射引起的通訊錯誤。許多設(shè)備使用手動開/關(guān)DIP開關(guān)來中止適配器，在一個主干中，zui后一個設(shè)備適配器，應(yīng)包含一個終端器，所有的位于zui后一個適配器和H1卡之間的適配器應(yīng)該把他們的終端器開關(guān)扳到關(guān)。
　　
　　圖5一個設(shè)備適配器允許多個設(shè)備連接到現(xiàn)場總線主干線。每個分支有一個短路保護，它不會對整個網(wǎng)絡(luò)造成危害。每個主干上可以使用多個適配器。
　　
　　圖6反向短路保護有一個可以檢測短路的邏輯電路，從主干上移除短路部分，并閃爍紅燈。防止短路危及整個主干。
　　
　　在圖3和圖5中標(biāo)有“T”的方框顯示了一個典型的主干合適的中止位置。
　　
　　在啟動過程中運行時經(jīng)常會遇到的問題是判斷終端器的位置是否正確。在安裝現(xiàn)場總線設(shè)備時，DIP終端器的開關(guān)有時候沒有在正確位置，就會在啟動過程中產(chǎn)生問題。設(shè)備可能會運行不正常，不明原因的退出主干，通常會產(chǎn)生嚴(yán)重破壞——所有這些都是因為終端器沒有設(shè)置正確。
　　
　　要檢查這個錯誤經(jīng)常要對每個設(shè)備適配器進行物理檢查，來判斷整個主干的設(shè)備適配器是否設(shè)置正確。
　　
　　在TRUNKGUARD設(shè)備適配器中所使用的自動主干終端，簡化了運行和啟動。當(dāng)設(shè)備適配器在判斷它是否是zui后一個現(xiàn)場總線設(shè)備適配器時，它會自動啟動；如果是，它就會自動把主干中止。如果不是，它不會自動中止主干，下游的設(shè)備適配器將會執(zhí)行這個任務(wù)。安裝人員沒有必要再進行設(shè)置DIP開關(guān)這樣的工作來設(shè)置主干終端了。
　　
　　冗余現(xiàn)場總線
　　
　　現(xiàn)場總線有一個zui大的問題就是，所有的通訊和供電都基于一個簡單的雙絞線電纜。一旦這個電纜發(fā)生問題，它將會一次性的導(dǎo)致主干上所連接的所有設(shè)備失敗。不但主干失去了對其上的設(shè)備的控制