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　　24－9 ﹦15（V）

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　　允許電纜總電阻為

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　　15V÷348mAv = 43.1Ω

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　　電纜長(zhǎng)度為

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　　43.1÷44 = 0.980（km）

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　　因此，當(dāng)總線上掛接8臺(tái)變送器加8臺(tái)閥門(mén)定位器時(shí)，電纜長(zhǎng)度可達(dá)980 m。

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　　3 FF現(xiàn)場(chǎng)總線配電的冗余

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　　由于每段現(xiàn)場(chǎng)總線將掛接多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表，如果FF配電器失效，所有儀表均無(wú)法工作，因此FF的冗余配電越來(lái)越受到重視。

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　　那么，一段總線上可否直接配備兩臺(tái)FF配電器呢？不可以。因?yàn)镕F配電器所含有FF總線適配電路，如專(zhuān)用的濾波電路和網(wǎng)端等，并不允許簡(jiǎn)單地并聯(lián)使用。

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　　如圖2所示，F(xiàn)F配電器可被分解為配電電路和FF適配電路兩部分。由于FF適配電路難以冗余，因此FF的冗余配電方案通常將配電和FF適配分成獨(dú)立的模塊，并采用配電模塊的冗余，如圖3所示。

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　　市場(chǎng)上的產(chǎn)品有兩種。一是每FF適配器模塊均配備冗余的配電模塊，組成單段的FF配電組合。二是采用一對(duì)冗余的配電模塊，與多臺(tái)FF適配模塊組成多段（如4段）的FF配電組合。

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　　4 FF現(xiàn)場(chǎng)總線的短路保護(hù)

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淺談FF現(xiàn)場(chǎng)總線的配電與短路保護(hù)及其防爆(2)

時(shí)間:2011-09-02 來(lái)源:未知 作者:電氣自動(dòng)化技術(shù)網(wǎng) 點(diǎn)擊:174次 字體設(shè)置: 大 中 小

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　　實(shí)踐表明，F(xiàn)F現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)際應(yīng)用中，配電故障還是比較少見(jiàn)的。最常見(jiàn)的故障是現(xiàn)場(chǎng)總線的短路。在FF總線的應(yīng)用中必須充分重視FF總線的短路問(wèn)題。這是因?yàn)椋浩湟?，F(xiàn)F總線是在一對(duì)屏蔽雙絞線上掛接了多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表，任何其中一臺(tái)儀表的短路，都會(huì)導(dǎo)致整段總線的短路。當(dāng)在線維護(hù)儀表時(shí)，拆裝儀表電纜的操作很難避免電纜頭觸碰儀表機(jī)殼，從而造成短路。即使這種短路是短暫的，也會(huì)危害整段總線的正常工作；其二，由于一段總線上任何一點(diǎn)的短路，都造成整段的短路，使得查找和排除短路故障比較困難。比如，某段總線掛接了8臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表，末尾還有一臺(tái)網(wǎng)端。這8臺(tái)表的安裝位置可能相距30 m或3層平臺(tái)。當(dāng)該段總線發(fā)生短路時(shí)，儀表維護(hù)人員無(wú)法直觀地判斷是哪臺(tái)表發(fā)生短路，也無(wú)法判斷是只有一個(gè)短路點(diǎn)，還是不止一個(gè)。

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　　解決短路保護(hù)問(wèn)題，最直接有效的辦法是采用具有總線各分支短路保護(hù)功能的現(xiàn)場(chǎng)接線盒。這種短路保護(hù)接線盒可以使得任何一臺(tái)儀表的短路都不影響本總線段其他儀表的工作，而且使得儀表維護(hù)人員在控制室內(nèi)便可對(duì)短路故障點(diǎn)一目了然。

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　　5 FF現(xiàn)場(chǎng)總線在非防爆場(chǎng)合下的的典型應(yīng)用

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　　圖4所示為目前最受歡迎的非防爆場(chǎng)合的FF總線應(yīng)用框圖。圖中沒(méi)有標(biāo)出網(wǎng)端，因?yàn)樵谶@種實(shí)際應(yīng)用中，冗余的配電組合中含有一臺(tái)網(wǎng)端，短路保護(hù)型接線盒中也含有一臺(tái)網(wǎng)端，所以應(yīng)用時(shí)無(wú)需另配網(wǎng)端。

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　　6 FF現(xiàn)場(chǎng)總線的防爆

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　　自從FF現(xiàn)場(chǎng)總線開(kāi)始在易燃易爆的危險(xiǎn)場(chǎng)合應(yīng)用以來(lái)，F(xiàn)F現(xiàn)場(chǎng)總線的防爆技術(shù)一直在發(fā)展變化當(dāng)中。

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　　在早期，只允許采用本質(zhì)安全型防爆方法。這是因?yàn)?，只有本安防爆才能充分滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)總線儀表在不停電的條件下進(jìn)行安裝和維護(hù)的要求。其他防爆方法如隔爆型、增安型或無(wú)火花型防爆方法都必須斷電維護(hù)。

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　　a） 現(xiàn)場(chǎng)總線隔離柵

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　　在H1網(wǎng)卡與現(xiàn)場(chǎng)儀表之間，設(shè)置一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)總線隔離柵，既給無(wú)源的H1網(wǎng)卡配電，又給本安防爆的現(xiàn)場(chǎng)總線配電。如圖5所示。

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　　圖5所示方案在現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用初期比較受用戶(hù)歡迎。主要是因?yàn)檫@種方法比較簡(jiǎn)單、直觀，與傳統(tǒng)模擬量回路的隔離柵應(yīng)用也比較類(lèi)似，容易被用戶(hù)接受。

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　　這一方案在FF現(xiàn)場(chǎng)總線總應(yīng)用的推廣過(guò)程中，反映出兩個(gè)先天不足。

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　　1） 總線隔離柵大幅度限制了H1網(wǎng)卡掛接現(xiàn)場(chǎng)儀表的能力。因?yàn)槊慷蜨1總線只能配置1臺(tái)總線隔離柵，而每臺(tái)隔離柵只能掛接3至4臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表。

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　　2） 由于這種總線隔離柵對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的配電含有內(nèi)阻，使現(xiàn)場(chǎng)總線電纜的長(zhǎng)度最長(zhǎng)只能是220 m。大大限制了其應(yīng)用范圍。

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　　不過(guò)，當(dāng)時(shí)FF總線的應(yīng)用規(guī)模很小，基本是實(shí)驗(yàn)性的，因此此方案的弊病并不突出。

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　　b） 現(xiàn)場(chǎng)總線本安中繼器

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　　隨著應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，為了克服總線隔離柵的不足，現(xiàn)在越來(lái)越多的用戶(hù)傾向于采用現(xiàn)場(chǎng)總線本安中繼器的方案。如圖6所示。每段H1網(wǎng)卡最多配置4臺(tái)安中繼器，既給無(wú)源的H1網(wǎng)卡配電，又分別給本安防爆的現(xiàn)場(chǎng)總線配電。由于各個(gè)國(guó)家各個(gè)公司的利益之爭(zhēng)，雖然早在1984年國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)/國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（IEC/ISA）就著手開(kāi)始制定現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)，至今統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)仍未完成。很多公司也推出其各自的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，但彼此的開(kāi)放性和互操作性還難以統(tǒng)一。

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　　設(shè)本安中繼器配電能力：不小于12.8VDC/100mA；FF總線變送器耗電：9V/17.5mA；FF總線閥門(mén)定位器耗電：9V/26mA；FF現(xiàn)場(chǎng)總線A型電纜分布電阻：44Ω/km。則

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　　1） 現(xiàn)場(chǎng)儀表掛接數(shù)量

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　　變送器：100÷17.5 = 5.7（臺(tái)）

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　　定位器：100÷26 = 3.8（臺(tái)）

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　　因此，每根本安總線可掛接5臺(tái)變送器；或4臺(tái)變送器加1臺(tái)閥門(mén)定位器；或2臺(tái)變送器加2臺(tái)定位器；或1臺(tái)變送器加3臺(tái)定位器。

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　　2） 電纜長(zhǎng)度

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　　假設(shè)總線上掛接4臺(tái)變送器和1臺(tái)閥門(mén)定位器，則現(xiàn)場(chǎng)儀表耗電總額為（4×17.5）+（1×26） = 96（mA）

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　　允許總線電纜的壓降為 12.8-9 = 3.8 V

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　　允許電纜總電阻為 3.8÷96 mA = 39.5Ω

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　　電纜長(zhǎng)度為39.5÷44 = 0.898（km）

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　　因此，當(dāng)總線上掛接4臺(tái)變送器加1臺(tái)定位器時(shí)，電纜長(zhǎng)度可達(dá)898 m。

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　　這種方案仍存在兩個(gè)不足。第一，每段總線需要放多根電纜到現(xiàn)場(chǎng)，本安中繼器和現(xiàn)場(chǎng)附件的數(shù)量仍較多，所占應(yīng)用成本的比重較大；第二，冗余配電和短路保護(hù)的要求還沒(méi)有得到滿(mǎn)足。

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　　c） 無(wú)火花型和隔爆型防爆

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　　當(dāng)FF總線的應(yīng)用規(guī)模達(dá)到一個(gè)項(xiàng)目成千上萬(wàn)點(diǎn)以后，應(yīng)用成本和系統(tǒng)的可運(yùn)行性問(wèn)題就非常突出了。一方面要求FF總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)化，附件精簡(jiǎn)；另一方面要求FF總線實(shí)現(xiàn)冗余配電和短路保護(hù)。

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　　圖7所示為基于上述考慮采用的防爆方案。其中，F(xiàn)F配電采用冗余配電組合。H1總線的主干線按照無(wú)火花防爆的要求敷設(shè)到危險(xiǎn)區(qū)2區(qū)。短路保護(hù)型接線盒采用無(wú)火花型防爆（Ex nA），安裝在危險(xiǎn)區(qū)2區(qū)。

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　　這一方案雖然簡(jiǎn)化了FF總線配置，降低了成本，而且提高了可靠性。但是也帶來(lái)了新的問(wèn)題。其一，降低了系統(tǒng)的防爆安全性級(jí)別。無(wú)火花型防爆是所有防爆方法中安全性最低的，所以只被允許應(yīng)用在危險(xiǎn)區(qū)2區(qū)。而隔爆型防爆方法也比不上本安型防爆來(lái)得更安全。其二，無(wú)火花型防爆和隔爆型防爆方法，均不允許對(duì)儀表進(jìn)行帶電在線維護(hù)。由于每段總線上掛接許多儀表，如果某臺(tái)儀表故障，必須對(duì)整段總線停電檢修，不僅將對(duì)工廠的正常生產(chǎn)造成影響，還將提高工廠的管理風(fēng)險(xiǎn)和管理成本。

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　　這是德國(guó)P+F公司最新推出的FF總線防爆應(yīng)用方案。其核心產(chǎn)品為集本安防爆、中繼器、短路保護(hù)接線盒、網(wǎng)端等諸多功能于一身的FF現(xiàn)場(chǎng)安全柵模盒。應(yīng)用方案如圖8所示。

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　　首先，FF的配電采用冗余配電組合。然后H1主干總線電纜采用增安型防爆方法可敷設(shè)到現(xiàn)場(chǎng)的危險(xiǎn)區(qū)1區(qū)。FF現(xiàn)場(chǎng)安全柵模盒本身采用膠封型防爆主體、增安型防爆主干線端子、4路本安型防爆的輸出，可安裝在危險(xiǎn)區(qū)1區(qū)。相互隔離的4路輸出為本安防爆（EX ia），并具有短路保護(hù)功能?，F(xiàn)場(chǎng)儀表采用本安型防爆，可安裝在危險(xiǎn)區(qū)0區(qū)。

　　與前一個(gè)方案相比，其一，本方案顯著提高了系統(tǒng)的防爆安全級(jí)別，FF現(xiàn)場(chǎng)安全柵模盒可安裝在1區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)儀表可安裝在0區(qū)?，F(xiàn)場(chǎng)儀表采用本安防爆，從而允許進(jìn)行帶電的在線維護(hù)。其二，本方案的應(yīng)用十分簡(jiǎn)潔。每段總線只敷設(shè)一根主干電纜去現(xiàn)場(chǎng)，盡可能靠近裝置的危險(xiǎn)區(qū)1區(qū)。

　　總之，FF現(xiàn)場(chǎng)總線的配電，短路保護(hù)和防爆的應(yīng)用已經(jīng)找到了比較理想的實(shí)用方案。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是控制、計(jì)算機(jī)、通訊技術(shù)的交叉與集成，幾乎涵蓋了所有連續(xù)、離散工業(yè)領(lǐng)域，如過(guò)程自動(dòng)化、制造加工自動(dòng)化、樓半自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化等等。它的出現(xiàn)和快速發(fā)展體現(xiàn)了控制領(lǐng)域?qū)档统杀?、提高可靠性、增?qiáng)可維護(hù)性和提高數(shù)據(jù)采集的智能化的要求?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)為兩個(gè)方面：一個(gè)是低速現(xiàn)場(chǎng)總線領(lǐng)域的不斷發(fā)展和完善；另一個(gè)是高速現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展。而目前現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品主要是低速總線產(chǎn)品，應(yīng)用于運(yùn)行速率較低的領(lǐng)域，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能要求不是很高。從實(shí)際應(yīng)用狀況看，大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線，都能較好地實(shí)現(xiàn)速率要求較低的過(guò)程控制。因此，在速率要求較低的控制領(lǐng)域，誰(shuí)都很難統(tǒng)一整個(gè)市場(chǎng)。就目前而言，由于FF基金會(huì)幾乎集中了世界上主要自動(dòng)化儀表制造商，其全球影響力日益增加，但其在中國(guó)市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)力度似乎不足，市場(chǎng)份額不是很高，LonWorks形成了全面的分工合作體系，在國(guó)內(nèi)有一些實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化、智能通信產(chǎn)品等方面，LonWorks則具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。