基金会现场总线网段设计练习

基金会现场总线网段设计练习内容FF拓扑结构及设计网段设计计算练习现场网段测试练习FF总线的连接和安装Designafieldbussegment总线段设计DesignateTerminatorlocations终端器位置设计Specifycabletyperequirements电缆类型及计算Specifypowerrequirements电源Specifygroundingpractices接地Specifyshieldingpractices屏蔽H1网段拓扑构成主设备总线设备可以连接在支线上现场设备终端器终端器总线现场总线供电电源最长1900M电源调理器H1网络拓扑结构干线（Trunk）:H1网段中通信主干线，作为其他线路（支线）主要传输源，是网络中任何两个设备间最长的电缆路径。支线（Spur）:H1网络干线上的分支，每条支线上可接1-4台现场设备。长度范围1-200m。接头（Splices）:长度小于1m的分支。段：被它的特性阻抗（通过终端器）所终结的现场总线的一个部分（终端器连接到总线的H1卡）。

ControlRoomEquipmentJunctionBoxSpursTrunkSplices拓扑结构

ControlRoomEquipmentJunctionBoxSpurTrunkCableTypeABCD

H1TotalLength*1900m/6234ft1200m/3937ft400m/1312ft200m/656ft#ofDevices25-3219-2415-1813-142-12

MaxSpurLength**0m/0ft30m/98ft60m/197ft90m/295ft120m/394ftFieldDevices*TOTALlengthincludingallspurs**Maximumlengthofanyspurassumingonedeviceperspur.Subtract30mforeachadditionaldeviceperspur.Spur支线H1传输导线的性能参数电缆类型名称型号截面积传输速率最大传输距离TypeA屏蔽双绞线#18WG0.80mm231.25kbit/s1900mTypeB屏蔽多股双绞线#22WG0.32mm231.25kbit/s1200mTypeC无屏蔽多股双绞线#26WG0.13mm231.25kbit/s400mTypeD多芯，非双绞线全屏蔽#16WG1.25mm231.25kbit/s200m

JunctionBox接线盒Daisy-Chain菊花链型BuswithSpurs总线型Point-to-Point单点型ControlNetworkTree树型H1总线拓扑结构H1H1H1现场总线接口I/OH1总线物理信号波形与网络配置VoltageTimeDCbias9to32Volts0.75to1.0Vp-p现场总线信号DeviceCurrent+0ReceivingTransmitting现场设备15to20mAp-p100OhmPowerSupply100Ohm现场总线网络CC信号波形31.25Kbit/s

传统模拟量安装4-20mA模拟仪表时，用2条线把一个信号送至现场或取自现场，该线对中的电流或电压只代表一个过程变量.在现场总线安装时，这一对线就成为一个段。+ControlSystemCurrent

ToA/DConverterWirePair+-Analog4-20mAFieldDevice现场总线段H1fieldbusInterfaceTT24VDCBulk+-

PowerSupply++--现场总线设备现场总线接口终端器这一对线通过以下改变成为现场总线网络：

模拟量接口由现场总线接口

取代.由H1卡取代控制系统的模拟量卡增加24VDC电源和供电由数字现场设备取代模拟现场设备增加终端器网段的扩展当网段需要扩展时，如增加的设备都位于在一段展开的长度小于100m的电缆上时，终端器不需移动，当增加设备的电缆大于100m时，则移动到最远的设备上。TTNewdevicesH1fieldbusInterface网段的扩展终端器设置的准则可以灵活掌握.上图中右端终端器，位于联接盒处，我们可以假设所有现场设备与联接盒距离相等，但如果某一设备比其它的电缆明显长很多，就应将终端器移到此设备上去。TTH1fieldbusInterface电缆长度的计算每段的总长度限制在1900m.其计算公式为: TotalSegmentLength（总长度）=Trunk（干线）+AllSpurs（支线） TotalSegmentLength=950 Trunk=800（干线） Spurs=50+20+20+60（支线）TT120m280m50m400m20m20m60mH1fieldbusInterface电缆混合使用举例ExistingdevicesandCableTypeDNewdevicesandCable100m940mMaxlengthA-1900mB-1200mC-400mD-200mH1fieldbusInterface在增加设备时，电缆类型可能不同.上图中,需增加940m

的B型电缆.混用电缆时，两种电缆的最大长度由以下公式决定：LX/MAXX+LY/MAXY<1电缆混合使用举例LX/MAXX+LY/MAXY<1其中: LX=lengthofcableX使用X型电缆的长度 LY=lengthofcableY使用Y型电缆的长度 MAXX=maximumlengthforXaloneX型电缆单独使用时的长度 MAXY=maximumlengthforYaloneY型电缆单独使用时的长度举例:(100mTypeD)and(940mTypeB) 100/200+940/1200<1 .5+.78<1 1.28<1不推荐使用!举例:(100mTypeD)and(940mTypeA) 100/200+940/1900<1 .5+.49<1 .99<1允许使用总线供电与网络配置两线制总线设备(总线供电)需要9-32VDC驱动.网络配置时应考虑下述条件: 每台设备耗电量设备在网络中的位置电源在网络中的位置每段电缆的电阻电源电压TT+-++--H1fieldbusInterface24VDCBulk

PowerConditioner设计分析举例：网段最大距离计算假设：电源位于网段一端，设备位于另一端；

电源供电电压Vo=19VDC@350ma

设备最低工作电压=9VDC

电缆最大压降=10VDC

电缆阻抗(TypeA)=22Ohms/kmx2(loop)=44Ohms/km

电流消耗=20ma/Device则：最大距离(km)=允许线路压降/线路电流/每公里线路阻抗当设备数为10时，最大网段距离：

(10Volts/.2Amps)/44Ohms/km=1.136km=1136metersDC电路分析DeltaVH1TT19V1.0kmDevices8-1312.14V9.68V+-++--24VDCBulk

PowerSupplyDevices1-60.6km上图中，在1km的网段上有13个设备。按照上页表中的数据，13个设备的网段最大距离是874米，作进一步的分析如下：

电压降应小于10VDCVdrop=负载电流*回路阻抗

在0.6km，13个设备的压降=0.260Ax44Ohms/kmx.6km=6.86V

在延长0.4km到达7个设备处的压降=0.14Ax44Ohms/kmx.4km=2.46V

在1.0km处，电压降为=6.86+2.46=

9.32V<10V，可以接受接地要求整个网段中，不得将双绞线的任何一根导线接地。网络电缆屏蔽层首推单点接地，即网段电缆的屏蔽线应在网段主机处末端接地。其他屏蔽线接地方法参见应用指南AG-163Rev.2.0。采用多对屏蔽双绞线电缆时，双绞线的屏蔽线不得与其他网段连接。屏蔽要求屏蔽应做到:电缆有屏蔽层。整条电缆（干线和支线）汇集于一点接地。可选择在现场设备的接线盒处。TTfieldbusPowerSupply+-

PowerConditioner++--SH1fieldbusInterface

测试设备连接举例：MTL电源和网段连接连接举例：MTL电源和网段连接

连接举例：MTL电源和网段连接连接举例：MTL电源和网段连接连接举例：MTL5995PowerSupply24VdcINPUTfieldbussegmentwiring19Vdc/350ma{NoconnectionDCGroundReferenceMTL5995TOnfieldbusTerminatorfieldbusJunctionBoxNoconnectionSafetyGroundH1CardP1S0S1S2S3S4S5S6连接举例：MTL5995PowerSupply连接举例：P+F电源和网段连接KFD2-EB2.R4A.B-Y44151冗余配置电源模块20-30VDC/4A连接举例：P+F电源和网段连接MB-FB-4R冗余的FF配电器RedundantFFPSFFPowerHub母板连接举例：P+F电源和网段连接20-35VDC20-35VDC连接举例：P+F电源和网段连接危险区Zone1危险区Zone024-30VDC24-30VDCDCS系统FF现场总线H1卡高可靠性FF配电FieldbarrierTM-IH1主干线EExeIICH1分支EExiaIIC8个热电偶、热电阻、mV、电阻信号DI/DOHSE特点100Mbit(允许10Mbit,1Gbit)WireandFiberOptic双绞线和光缆StandardEthernetInterfaces标准以太网接口StandardEthernetSwitches标准以太网集线器StandardEthernetwiringpractices标准以太网接线规则LinkingDevices链接设备(网关和网桥）Redundancy冗余高速以太网HSEHighSpeedEthernet(HSE)HSELinkingDevices

100M/1GbpsSwitchesWorkStationH1SegmentsHSEFieldDeviceHSEHostPlantServer连接举例：NIHSE-H1连接SwitchHSE(Ethernet)H1SegmentH1DevicesHSElinkingdeviceFP-3000HSEFieldDevicePCI-FBUSH1Host10/100Mbps31.25KbpsTraditionalInstruments4-20mANI-FBUSMonitorNI-FBUSConfigurator连接举例：NIHSE-H1连接High-SpeedEthernetLinkingDeviceEthernetTCP/IPInterface10BaseT(10Mb/s)H1(31.25kb/s)outputinterface2portsFFHSEClass42a-2Runsaslinkmaster网段设计练习-1电压计算网段设计练习-1电压计算答案1/4网段总电流=20+30+20+15+25=110mA在JB1测试电压V = 19v- [2(1000ft)(20/1000ft)(0.110a)] = 19- (40)(0.110a) = 19- 4.4 = 14.6v在JB2测试电压V = 14.6v-[2(700ft)(20/1000ft)(0.065a)] = 14.6- (28)(0.065a) = 14.6- 1.82 = 12.78v网段设计练习-1电压计算答案2/4网段总电流=20+30+20+15+25=110mA在设备A处测试电压V = 14.6v-[2(200ft)(20/1000ft)(0.020a)] = 14.6- (8)(0.020a) = 14.6- 0.16 = 14.44v在设备B处测试电压V = 14.6v-[2(300ft)(20/1000ft)(0.025a)] = 14.6- (12)(0.025a) = 14.6- 0.3 = 14.3v网段设计练习-1电压计算答案3/4网段总电流=20+30+20+15+25=110mA在设备C处测试电压V = 12.78v-[2(100ft)(20/1000ft)(0.030a)] = 12.78-(4)(0.030a) = 12.78-0.12 = 12.66v在设备D处测试电压V = 12.78v-[2(200ft)(20/1000ft)(0.020a)] = 12.78-(8)(0.020a) = 12.78-0.16 = 12.62v网段设计练习-1电压计算答案4/4网段总电流=20+30+20+15+25=110mA在设备E处测试电压V = 12.78v-[2(400ft)(20/1000ft)(0.015a)] = 12.78-(16)(0.015a) = 12.78-0.24 = 12.54v网段设计练习-2电压计算exampleSegment#1TotalSegmentLength 3900ft TotalCurrentDraw 140maTrunkLength 2700ftDevices TT-103 200ft TV-103 100ft LT-101 150ft TT-104 100ft TV-104 250ft LT-102 400ftEstimatedVoltageatJB1-1V = 19v- [2(2700ft)(5/1000ft)(0.140a)] = 19- (27)(0.140a) = 19- 3.78 = 15.22vatJB1-1EstimatedvoltageatLT-102V = 15.22– [2(400)(5/1000)(0.020)] = 15.22– 0.08 = 15.14vatLT-102Segment#2TotalSegmentLength 5150ftTrunkLength 4300ft TotalCurrentDraw 170maDevices LV-202 200ft LT-202 150ft FV-204 100ft FT-204 100ft LT-201 200ft FT-203 50ft LV-201 50ftEstimatedVoltageatJB2-1V = 19v- [2(3800ft)(5/1000ft)(0.170a)] = 12.54vatJB2-1EstimatedvoltageatJB2-2V = 12.54–[2(700)(5/1000)(0.070)] = 12.05vatJB2-2EstimatedvoltageatLT-201V = 12.05–[2(200)(5/1000)(0.020)] = 12.01vatLT-201Segment#3TotalSegmentLength 5950ft TotalCurrentDraw 180maTrunkLength 4450ftDevices LV-301 200ft LV-302 250ft LT-301 350ft LT-302 150ft FV-304 200ft DV-305 300ft FT-