《現場總線基金會系統工程指南》網段設計及其輔助設備應用指南
2005-11-22 0:00:00
為方便用戶和工程設計人員正確應用基金會現場總線技術，現場總線基金會出版了《現場總線基金會系統工程指南》。該《指南》的中文版也已經由FFzg****市場委員會（FFCMC）翻譯完成。
為進一步方便讀者實際運用《指南》，作者從對《指南》的理解出發，結合國內外實際工程的實施經驗和市場上切實可行的解決方案，謹就FF總線的網段設計及其輔助設備的應用，提供指導意見。
FF網段的輔助設備
所謂網段的輔助設備，指的是除FF主機設備和現場儀表設備以外的、用以支持網段正常工作和可靠連接的設備。這些設備包括主配電電源系統、H1網段的電源調節器、終端器（或稱終端電阻）、中繼器、支持整個H1網段本質安全防爆的FF隔離柵和本安中繼器以及FISCO配電器、FNICO配電器、電纜、現場接線盒、避雷柵或浪涌保護器等。
■主配電電源系統
主配電電源指的是為所有FF網段提供電能量的電源系統，實際上就是標稱24V的直流穩壓電源系統。這與非總線的傳統控制系統所使用的電源并無區別。所以，如果工廠已存在統一的24VDC供電系統，則可以用作FF的主配電電源。如果工廠的統一供電是220VAC，就須***采用標稱24VDC輸出的穩壓電源。
FF儀表設備所要求的H1網段供電電壓為9~32VDC。為保證H1網段的電壓，主配電電源的穩壓電壓輸出通常在20~35VDC范圍內。主配電電源的容量，應在保證對所有現實FF網段供電要求的前提下，留有充分的余量。
由于主配電電源牽涉所有的FF網段，主配電電源應該冗余配置。當然，主配電電源所輸入的220VAC也應該采用相互獨立的冗余配置。
為得到不間斷的供電，主配電電源所輸入的220VAC應來自UPS。否則，主配電電源應配備電池。
■FF電源調節器
FF電源調節器是FF現場總線所******的、功能特殊的輔助設備。
上述主配電電源（24VDC穩壓電源）并不能直接為H1網段配電。這是因為穩壓電源的輸出電壓負反饋功能將嚴重破壞FF總線通訊信號的波形。所以，在主配電電源和H1網段之間須***設置FF電源調節器。其基本功能是在允許主配電電源的直流電壓傳送到H1網段的同時，阻斷H1總線上的通訊脈沖信號與穩壓電源的聯系。
FF電源調節器內***基本的電路是低通濾波和阻抗匹配。FF總線的技術規范規定，一個FF的H1網段中，只允許有一個有源設備。也就是說，每個H1網段只允許有一個經調節的供電。考慮到任何濾波器或電路阻抗的并聯，都不可避免地改變濾波參數和阻抗值，FF作此規定是很容易理解的。
實踐中，為了提高H1網段的品質和可靠性，人們又在FF電源調節器中添加新的功能。如為了避免網段之間的相互干擾（Crosstalking），在調節器中添加隔離電路；為了避免隔離電路降低電源調節器的配電效率和引起諧波共振，又發明了抑制網段間干擾和共振的Crest技術，用于FF電源調節器；為了避免主機H1網卡的短路故障導致整個網段崩潰，又在電源調節器中增加了主機短路保護電路等。
由于FF電源調節器牽涉到整個網段的運行，人們特別關注其可靠性指標。當電源調節器的可靠性指標不能滿足用戶要求時，應采用冗余的電源調節器。注意，不論冗余電源調節的兩個調節器是同時工作，還是一個故障、一個工作，H1網段上須***始終只有一個經過調節的供電，如前所述。也就是說，不管調節器模塊是否冗余，電源調節器系統中始終會有與網段直接相連的一部分電路不可能冗余。
可見，冗余的電源調節器系統是比較復雜的和高成本的。隨著工藝技術的發展，高可靠性的單體FF電源調節器已經問世。其可靠性指標MTBF可達1000年至5000年。如果能夠滿足用戶要求，采用高可靠性的單體電源調節器可以降低系統成本。
基金會已發布了FF電源調節器的測試規范FF-831，并對FF配電系統和電源調節器進行注冊。
■ FF總線的終端器
終端器，又稱終端電阻，設置在網段的兩端，用以消除高頻信號在電纜末端可能產生的回聲。終端器由一個100降牡繾韜鴕桓 1F的電容串聯組成。
終端器不應該集成在主機或現場儀表中。終端器可作為獨立的設備，也可以和其他輔助設備合成在一體。如主機一側的終端器可集成在配電系統中；現場一側的終端器可集成在接線盒中。
■ FF總線中繼器
中繼器開啟一個新的網段。該新網段的兩端同樣需要各安裝一只終端器。該終端器也可以集成在中繼器之中。
中繼器的應用可支持H1網絡掛接更多的FF設備。但是，實際應用中，主機的H1段口和網絡調度將成為掛接設備數量的瓶頸。
每臺中繼器可將總線電纜長度擴展1900米。然而在實踐中，這種應用并不常見。
帶有本安接口的中繼器可在本質安全防爆的應用中擴展掛接設備的數量。例如，Entity認證的本安網段只能掛接3~4臺現場設備。應用4臺本安中繼器，便可使整個網絡掛接16臺現場設備。
■ FF總線電纜
新建裝置，或期望達到***佳FF網絡特性時，可采用專門為FF總線設計的屏蔽雙絞線電纜。遵照IEC的FF物理層標準，典型的FF總線電纜規范為：
電纜規格 18 AWG （0.8mm2）
屏蔽 90％ 覆蓋
衰減 39kHz時3db/km
***大電容 150pF/m
特性阻抗 100 (1.25 kbit / s時)
此規范的電纜又稱現場總線A型電纜。采用A型電纜，每個H1段落的電纜總長度允許達到1900米（包括主干線和分支電纜）。電纜的分布電阻值為44 /km。
FF總線電纜可采用******的護套顏色，以便與其他信號線之間有明顯區分。
FF總線電纜可采用每對雙絞線單獨屏蔽的多芯電纜，也可采用嵌裝電纜。
■ FF總線接線盒
基金會建議，所有FF總線分支與主干線的連接都在接線盒中完成。所有的電纜線頭都應該獨立地接在屬于自己的端子上，即不應該將兩個電纜線頭并接在同一個端子上。接線盒的端子可采用可插拔端子。端子的接線規格應為12~24AWG。
接線盒應該防風雨，其防護等級不應低于IP65。接線盒應考慮防腐問題。根據用戶的不同要求，接線盒的材料可為鋁合金、不銹鋼、玻璃纖維加強型塑料等。
接線盒的電纜接口可采用電纜格欄，或快速接插件。
接線盒的所有分支，應集成短路保護功能。分支的短路保護是為了避免由于某個分支的短路，導致整個網段的崩潰。這對于網段的安全運行是至關重要的。
用于防爆場合的接線盒，所采用的防爆方案應允許在不停電的條件下對分支上的現場儀表進行維護和拆裝。這是因為FF總線網段上掛接著眾多的現場儀表，工廠的生產可能不允許為了對某臺儀表進行維護操作而停掉整個網段的供電。為了滿足這項要求，對于危險區Zone 1/0（或Division 1）的應用，接線盒的分支應取得本質安全防爆認證，如EEx ia IIC；對于危險區Zone 2（或Division 2）的應用，接線盒的分支應取得限能型無火花防爆認證，即EEx nL IIC。
盡管隔爆型現場儀表不支持帶電操作，仍然有部分用戶出于傳統習慣而堅持采用。此時的接線盒的分支可采用增安型防爆認證，EEx e IIC T4，應用于危險區Zone 1/2（或Division 1/2）。
接線盒的內置模塊應支持標準DIN導軌安裝。
接線盒的分支數量可為4、6、8、10、12等，滿足用戶的選擇要求。
FF的H1網段設計
網段設計要解決的問題，是確定網段的拓樸結構、主干線和分支的電纜長度、現場儀表掛接數量、防爆的解決方案、防雷和防浪涌的解決方案、接地的方案等。網段設計不僅關系到網絡運行的可靠性、工廠的安全性，而且還直接影響建設成本和今后維護的成本。
■ 網段的拓樸結構
基金會建議所有主干線和分支的連接都在接線盒中完成，所以直接從一臺現場儀表連接到下一臺現場儀表的所謂菊花鏈拓樸結構是不建議采用的。
利用三通接線盒（即所謂T型頭）從主干線上引出分支的拓樸結構稱為分支型拓樸結構。這是現場總線應用初期被廣泛采用的拓樸結構，并延用至今。其優點是分支比較短，節省電纜。缺點是主干線被反復截斷，且附件設備數量眾多，使施工和維護較困難，也不利于獲得系統的高可靠性。通常只用于現場儀表特別分散的場合。
在網段的終端設置一個接線箱用以連接所有的分支，這種結構稱為樹型拓樸結構，俗稱雞爪式結構。這是目前非常受歡迎的拓樸結構。其突出的優點是結構簡單，附件數量***少，施工和維護容易，建設成本相對較低。只是當現場儀表很分散的時候，采用這種結構將使分支電纜長度增加。因此，比較適合現場儀表安裝相對密集的場合。
組合型拓樸結構是在主干線上設置若干個接線箱，如2到4個，每個接線箱掛接4、6或8個分支。這也是當前比較流行的拓樸結構。其特點是接線箱的布置比較靈活，分支電纜的長度不會太長。同時供應商可提供標準化、批量生產的成型產品，工程和施工管理相對容易，建設成本也比較低。
■ 主干線和分支的電纜長度
除本質安全防爆另有規定之外，采用現場總線A型電纜時，主干線和分支的電纜長度總和應不超過1900米。而分支電纜的長度，建議用戶遵循如下推薦：
網段上連接的通訊設備數量 分支電纜的***大長度
25~32 1米
19~24 30米
15~18 60米
13~14 90米
1~12 120米
對于本質安全Entity認證的網段，分支和主干線電纜長度除了不應該超出上述建議值外，還須***依照本安認證參數對電纜的總電容和電感進行驗算。
對于本質安全FISCO認證的網段，主干線和分支電纜的長度之和不得超過1000米，同時分支電纜長度不得超過30米。
■ 網段負載的驗算
網段負載驗算的目的是***終確認網段上實際可以掛接多少現場儀表，和網段的電纜到底能夠放多長。
FF配電單元，即那些為H1網段配電的設備，如FF電源調節器、中繼器、本安電源（Entity或FISCO）等，具備各自的配電能力，即輸出電壓和電流。輸出電流越大，能夠支持的現場儀表就越多；而輸出電壓越高，能夠支持的網段電纜就越長。
FF總線的行規只規定了現場儀表的耗電流須***大于10mA，并不規定耗電流的上限。而市場上主流FF現場儀表的耗電流實際為10~30mA不等。當某一個分支短路時，短路保護電路將額外消耗一定的電流，如40~60mA不等。負載電流的驗算就是確認FF配電單元的輸出電流是否大于所有現場儀表的耗電流的總和加上至少一個分支的短路保護電流。比如，某FISCO本安電源的電流輸出為120mA，假設儀表平均耗電20mA，短路保護電流45mA，該網段的帶負載能力就局限在5臺現場儀表以內。又比如，某FF配電單元的電流輸出為500mA，在同樣的假設條件下，該網段帶16臺現場儀表也綽綽有余。
依照FF總線的行規，現場儀表的工作電壓為9~32VDC。由于電纜存在分布電阻，如現場總線A型電纜的分布電阻為44 /km，網段負載電流不可避免地會在電纜上產生電壓降。所以負載電壓的驗算就是確認FF配電單元的輸出電壓減去網段負載電流在電纜上的壓降后不得小于9VDC。比如，某FF配電單元的配電能力為13.1VDC/320mA，假設網段采用A型電纜、雞爪式拓樸結構、且滿負荷運行，則主干線的電纜長度將局限在290米。又比如，某FF配電單元的輸出為28VDC/500mA，在同樣的假設條件下，主干線的電纜長度可達860米。
■ 接地
在整個網段上，不論是主干線還是分支，總線兩根導線的任何一根均不得接地。
總線電纜的屏蔽層須***接地。依據FF應用指南《AF-163 Revision 2.0》，根據不同工廠實際，原則上有3種可供選擇的電纜屏蔽層接地方法。
其中***通行的方法是，整個網段中所有電纜的屏蔽層連接在一起，只在網段的一端接地，通常是在控制室這一端接地。在此情況下，整個網段的電纜屏蔽層不得與現場儀表和接線盒的機殼連接。因為這些機殼通常總是接地的。在工廠沒有等電位地的情況下，應該遵循這種屏蔽層單端接地原則。
在現場電磁干擾較強情況下，理想的抗干擾措施是將電纜屏蔽層與金屬接線盒和儀表機殼以及控制室內的系統接地連接在一起。這就不可避免地存在多點接地。只有當工廠設有等電位地時，才可以采用電纜層與金屬接線盒和儀表機殼連接實行多點接地的方法。此時，所有的接地點的地須***等電位。
如果工廠沒有完善的等電位地，但又要求獲得很好的抗干擾效果，可以根據工廠實際實施如下的接地方法。在多數工廠中，現場儀表的安裝現場設有裝置區域范圍的等電位地，而控制室與裝置現場的地沒有等電位。此時，可以將電纜屏蔽層與現場的接線盒和儀表機殼連接在一起，實施現場的等電位基礎上的多點接地。而電纜屏蔽層在控制室內經由一個隔離電容接地。該電容的參數為10nF/1500V，可集成在FF配電單元之中。在少數工廠中，現場裝置區域的等電位地也不完善，情況就更為復雜。建議實施的接地方法為：第一，主干線電纜屏蔽層在控制室單點接地，且與現場接線盒機箱之間通過上述隔離電容連接。該隔離電容可集成在接線盒內。第二，將各分支的屏蔽層與接線盒機箱之間也通過上述隔離電容連接。此時，分支的屏蔽層即可經儀表機殼接地。
■防雷
FF H1網段的防雷是針對雷電可能在網段導線上產生的浪涌電壓而采取的防護措施。實踐中，很多人誤認為采用避雷柵是防雷的萬全之策。而實際上，避雷柵只是雷電防護的輔助工具之一。
在工廠區域設置等電位地，可從根本上防止雷電通過地電阻耦合產生浪涌。采用FF推薦的現場總線A型電纜（90％以上屏蔽覆蓋），并將屏蔽層可靠接地本身就是防止雷電通過電容電感耦合和電磁耦合產生浪涌的有效措施。如果采用嵌裝電纜，并將嵌裝金屬層與接線盒金屬機箱和儀表機殼連接并可靠接地，雷電產生災害性浪涌的機會就更低了。
FF H1網段應采用寬頻避雷柵，以避免因避雷柵而帶來的信號衰減。由于避雷柵通常需要定期測試，所以為了避免測試避雷柵而中斷FF通訊，避雷柵***好具有不斷線插拔的功能，即在拔下避雷柵模塊的時候，網段通訊不中斷。
■ 防爆
在爆炸危險性場所應用現場總線時，確定防爆方案是網段設計的重要內容。理論上，傳統非總線儀表的防爆方法都可以按照相同的標準應用到現場總線儀表上。實踐中，FF現場儀表經常采用的3種防爆方法：隔爆型（Ex d）防爆、本質安全型（Ex i）防爆和無火花型（Ex nL）防爆。其中，現場總線基金會從容錯安全性和帶電拆裝、維護作業的安全性考慮，更推薦本質安全型防爆方法。
1. 現場儀表采用隔爆型防爆方法
隔爆型現場儀表的典型認證為EEx d IIC T4-T6或EEx de IIC T4-T6。
此時，FF配電單元可采用高可靠性的FF電源調節器，或冗余的配電模塊，滿足用戶對FF配電可靠性的要求。
應用于危險區Zone 1（或Division 1）時，主干線和分支應采用增安型防爆，接線盒采用EEx me IIC T4認證。應用于危險區Zone 2（或Division 2）時，主干線和分支可采用無火花型防爆，接線盒則采用EEx nA[L] IIC T4認證。
注意，當現場儀表采用隔爆型防爆時，儀表不可在未經特許的情況下帶電拆裝和維護作業。
2. 現場儀表采用本質安全型防爆方法
本安型現場儀表的典型認證為EEx ia IIC T4-T6。有Entity認證和FISCO認證之分。此時，若主干線和分支同樣采用本安防爆，則在控制室安全區內應配備本安認證的FF電源，Entity認證或FISCO認證。接線盒也須***本安認證。
主干線本安防爆的好處是，主干線和分支及現場儀表一樣都可以帶電操作。但同時也存在如下3個不足：首先，本安防爆的FF電源可靠性不高（MTBF通常不到100年），且不支持冗余。其次，Entity現場儀表掛在Entity電源上，FISCO現場儀表須***掛在FISCO電源上，給儀表的選型帶來額外限制。第三，由于本安主干線限制網段能量，掛接儀表的數量受限。如Entity網段可掛接3~4臺儀表，FISCO網段可掛接6臺。應用既不方便，成本又高。
為克服上述不足，現場總線基金會在應用指南《AG-163 Revision 2.0》中推薦了增安型防爆主干線，本安型防爆分支的解決方案。該方案的核心是采用EEx me[ia] IIC T4認證的現場總線安全柵Fieldbarrier，可安裝在危險區Zone 1/2。采用增安型防爆的主干線使得網段可以采用高可靠性的配電方案，并為網段提供足夠的能量以掛接足夠多的現場儀表。獨立的本安分支使得Entity和FISCO認證的現場儀表可以掛接在同一個主干線上。
3. 現場儀表采用無火花型防爆方法
無火花型現場儀表的典型認證為EEx nL IIC T4-T6。無火花型防爆只可應用在危險區Zone 2（或Division 2）。實際應用時，主干線采用EEx nA防爆，分支采用EEx nL防爆。接線盒認證為EEx nA[L] IIC T4。由于這種防爆方案應用成本***低，而工廠中Zone 2的范圍遠大于Zone 1和Zone 0，所以無火花防爆方案的應用受到用戶的普遍歡迎。
■ 將簡單儀表掛接在FF H1網段上
這些簡單儀表如熱電偶、熱電阻、接近開關、電磁閥、指示燈等。這些簡單儀表往往不值得單獨作為FF儀表掛接在H1網段上。實踐中，可將若干個簡單儀表通過多變量FF現場儀表掛接到H1網段上。比如，多變量的FF溫變可將8個熱電偶或熱電阻合為一臺FF現場儀表；多變量的DI/DO模盒可將8個接近開關和4臺電磁閥合為一臺FF現場儀表。
■主機系統設計因素對網段設計的影響
用戶對主機系統設計的要求經常會直接或間接地影響到網段設計。以網段掛接現場儀表的數量為例，以下諸多方面的主機系統設計問題都會影響到網段設計：
系統的風險管理設計會規定每個網段中控制回路的數量，甚至禁止其他回路的儀表掛接到某個控制回路所在的網段上。這樣，該網段***終可能只掛接2至3臺現場儀表。
系統對每個網段調用功能塊數量的限制，或者對每個網段VCR數量的限制，都有可能成為對掛接儀表數量的限制。如系統限制每網段可調用64個功能塊。而有的儀表擁有8個功能塊，甚至更多。
系統對網段執行時間的限制，可直接成為對掛接儀表數量的限制。如，要求執行時間為1秒網段，***大掛接儀表數量為帶4臺閥門的12臺儀表；要求執行時間為0.5秒的網段，***大儀表數量為帶2臺閥門的6臺儀表；要求執行時間為0.2秒的網段，就只能掛接帶1臺閥門的3臺儀表了。
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摘 要：介紹了現場總線的特點，分析了基金會現場總線的幾個關鍵技術。并且結合作者的實踐，介紹了基金會現場總線控制系統的組態方法，指出了基金會現場總線控制系統組態過程中要注意的問題。
關鍵詞：現場總線；基金會現場總線；設備描述語言；功能塊；組態
現場總線是全數字化分布式底層控制網絡，自他產生后，就引起控制領域的科研人員的廣泛關注。但是，長期以來由于各個大組織在大型跨國公司的支持下，為制定統一的******標準造成了巨大的阻力，形成了各大總線共存的局面。經過有關各方的共同努力和協商妥協,FF(Foundation Fieldbus，基金會現場總線)等7種現場總線在1999年年底的投票表決中獲得通過,FF現場總線也成為了一種極有發展前景的現場總線。
1 FF現場總線的特點
FF是基于WorldFip North American (FIP)和InterOperable System Project(ISP)的共同利益，在1994年合并而成的。1995年，WorldFip歐洲部分國家也加入了FF。FF總線由低速(H1)和高速(HSE，High Speed Ethernet)2部分組成。低速H1部分將ISO/OSI七層參考模型結構簡化為物理層、數據鏈路層、應用層，再加上用戶層，形成4層結構。同時，為了適應以太網技術的發展，現場總線基金會放棄了其原來規劃的Ｈ2高速總線標準，并于2000年3月29日公布了基于Ethernet的高速總線技術規范(HSE 1.0版)。
在現場總線技術的發展過程中，Smar公司開發了一系列現場總線產品，成為了現場總線技術中的******者，SYSTEM 302是Smar公司總結系統工程方面的經驗后開發的全數字化現場總線系統。下面介紹一下在利用Smar公司SYSTEM 302 現場總線系統進行組態時遇到的2個重要概念：
(1) DD(Device Description,設備描述)
DD是屬于FF的報文規范層（FMS,Fieldbus Message Speciafication）的一個內容。設備描述DD是為虛擬現場設備VFD中的每個對象提供擴展描述，為控制系統或主機在理解VFD 中數據的意義提供必要的信息，因此，DD 可被看作是設備的一個驅動器。在每次組態設備之間須***確認是否安裝該設備的設備描述語言。
(2)Function Block（功能模塊，FB）
功能塊應用進程位于FF總線通信模型的***高層用戶層。FF用戶層協議將實現控制系統所需的各種功能封裝為通用的模塊結構，并定義他們的輸入、輸出、算法、事件及控制圖等內容，從而形成了功能模塊FB。
FF現場總線把功能塊FB主要分成了3類：資源塊(Resource Block)、轉換塊(Transducer Block)、功能塊FB。資源塊描述了諸如設備名、生產廠家和序號等的現場總線設備特征。一臺設備只有一個資源塊。轉換塊把功能塊從讀傳感器和命令輸出硬件的本地輸入/輸出的功能分開，還包含標定日期和傳感器類型等信息。每個輸入或輸出功能塊通常就是一個轉換塊。功能塊提供了控制系統行為。功能塊的輸入和輸出通過現場總線相連接。每個功能塊的執行被準確地調度。在一個用戶應用中可以有多個功能塊。
功能塊FB技術是FF現場總線實現分布式控制的一項重要手段。在FF現場總線中，FCS廢棄了DCS的輸入/輸出單元和工作站，把DCS的工作站的功能塊分配給現場儀表，構成虛擬工作站。FF的功能塊可以供用戶自由選擇，可統一組態，構成所需的控制系統，實現了******的分散控制。許多控制系統功能，諸如模擬輸入輸出、PID控制等功能都可以通過使用功能塊由現場設備完成。
現場總線的技術特點包括很多方面，以上所述是在組態過程中遇到的2個重要概念及難點，在此做簡單說明。
2 組態基金會現場總線系統
現場總線的組態既與傳統的DCS系統組態有共同之處，也有一定的差別。本部分主要結合筆者的實踐來介紹現場總線組態的內容。
2.1系統的結構
為了推動南京工業大學對現場總線技術的研究，我校曾于2001年8月從Smar公司引進了一套現場總線系統。產品來自:www.zgsljt.com
本系統由2個部分組成，其中：2個LD302壓力變送器和閥門定位器FY302構成壓力控制系統。LD302采集容器中的的壓力信號，并將其轉換為符合FF協議的標準信號發送到FF現場總線網絡中，閥門定位器FY302根據系統的設定值和操作閾度，輸出相應的模擬信號驅動控制閥，使系統的壓力保持恒定；2個TT302溫度變送器和現場總線(FF)到電流轉換器FI302構成溫度控制系統。TT302采集溫度信號，并將其轉換為符合FF協議的標準信號發送到FF現場總線網絡中，現場總線(FF)到電流轉換器FI302根據設定值和操作閾度，輸出適當電流驅動可控硅，可控硅控制溫度對象的輸入電壓，從而使溫度對象保持恒溫。這2個系統構成現場總線的H1網段。H1系統通過DF51網關與上位機相連。
2.2控制系統組態
系統的控制組態使用Smar公司推出的SYSTEM 302系統。SYSTEM 302是一套完整的現場總線控制方案，采用現場總線、Windows 和OPC 等xj****技術，真正基于現場設備，系統可以處理各種信號，進行連續控制，離散邏輯控制和批處理控制，支持通過了基金會驗證設備互操作性，真正實現了分布式控制。
使用SYSTEM 302 組態，首先要使用FBTools Wizard正確地設置網關，也就是H1網段與上位機之間的通信方式，以保證網關能夠與上位機之間進行通信。SYSTEM 302提供的接口方式有PCI和DFI 302，此處使用DFI 302。
在DF51處于正常的RUN狀態，確認要使用的所有設備的DD安裝完畢以后，才可以使用SYSTEM 302的一個重要組成部分SYSCON進行系統的組態。SYSTEM 302系統可以很方便地安裝新設備的DD。在安裝目錄的Device Support下建立該設備的活頁夾，按照廠家提供的手冊，添加該設備的Manufacturer ID，Device Type，EJA Device Type信息，同時在Standartini文件的Manufacturer By ID部分添加該設備的ID。
SYSCON將一個現場總線項目分為2部分：邏輯設備和物理設備。
邏輯設備是在組態項目中用到的邏輯連接，例如功能塊、組態的策略等。網絡上連接的各種現場設備在物理設備部分說明，例如網橋的配置、網段上設備的分布等。添加網絡上的所有智能儀表到物理部分，并添加相應的功能塊，設置功能塊的部分參數，在SYSTEM 302中，資源塊RES、轉換塊TRS、顯示塊DSP是每個設備都須***的功能塊，例如可以為傳感器（如TT302）添加AI功能塊，為執行器添加AO功能塊，PID功能塊既可以添加在傳感器中，也可以添加到執行器中。筆者在組態過程中，除了為每個物理設備添加資源塊RES、轉換塊TRS、顯示塊DSP外，把PID功能塊和AO功能塊添加到閥門定位器FY302和電流轉換器FI302，變送器還需AI功能塊。
邏輯組態完畢，設置變化范圍功能塊的XD_SCALE、設定值SP等參數后，為控制策略選擇功能塊，按設計的控制算法邏輯連接相應的功能塊的輸入輸出，就完成了控制策略組態。例如本系統中，PID溫度單回路控制選擇TT302的AI功能塊和FI302的PID功能塊、FI302的AO功能塊，同時把輸入輸出相連。在SYSCON中，可以先建立物理設備，設置所有的功能塊，再建立控制策略。也可以先建立邏輯設備，再添加物理設備，但是，工程人員須***合理規劃需要使用的功能塊。控制策略的離線組態已經完成后，合理設置系統的通信方式，待網橋與總線上的所有設備通信正常后，下載控制策略。
2.3操作界面組態
界面組態使用Smar公司提供的AIMAX。使用AIMAX的關鍵是與SYSTEM 302之間的數據連接，Smar公司采取了OPC方式。在FF組態系統的工作站，DFI OLE SERVER與現場設備之間通過網關以3125 kB/s不斷進行數據交換，DFI OLE SERVER 提供了OPC接口供用戶使用。AIMAX使用這個接口把DFI OLE SERVER的數據對象通過位號不斷地導入自己的數據庫中。繪制系統的結構圖，建立自己的實時曲線組、歷史曲線組，并為他們設置相應的數據點對象。操作界面組態完畢。
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- 基于FF總線的HIEE-3000-3現場總線型過程控制實驗系統
現場總線是全數字化分布式底層控制網絡，自他產生后，就引起控制領域的科研人員的廣泛關注。但是，長期以來由于各個大組織在大型跨國公司的支持下，為制定統一的******標準造成了巨大的阻力，形成了各大總線共存的局面。經過有關各方的共同努力和協商妥協,FF(Foundation Fieldbus，基金會現場總線)等7種現場總線在1999年年底的投票表決中獲得通過,FF現場總線也成為了一種極有發展前景的現場總線。
1、FF現場總線的特點
FF是基于WorldFip North American (FIP)和InterOperable System Project(ISP)的共同利益，在1994年合并而成的。1995年，WorldFip歐洲部分國家也加入了FF。FF總線由低速(H1)和高速(HSE，High Speed Ethernet)2部分組成。低速H1部分將ISO/OSI七層參考模型結構簡化為物理層、數據鏈路層、應用層，再加上用戶層，形成4層結構。同時，為了適應以太網技術的發展，現場總線基金會放棄了其原來規劃的Ｈ2高速總線標準，并于2000年3月29日公布了基于Ethernet的高速總線技術規范(HSE 1.0版)。
基金會現場總線是儀表和過程控制向數字化通訊方向發展而形成的技術。它不同于其他通訊協議，僅僅實現數據的數字化傳輸，而是用來完成整個過程控制系統的設計。基金會現場總線是一種全數字、串行、雙向的通訊系統，將現場設備，諸如傳感器、執行器等，和控制器連接起來。現場總線是應用于過程和制造自動化領域設備級的局域網，并可將控制分散在整個網內。
在現場總線技術的發展過程中，Smar公司開發了一系列現場總線產品，成為了現場總線技術中的******者，SYSTEM 302是Smar公司總結系統工程方面的經驗后開發的全數字化現場總線系統。
2、Smar公司現場總線控制系統System 302 的組成
一個典型的現場總線控制系統主要由以下設備或部件組成：操作站、手持終端、變送器、執行器（包括電氣閥門定位器）、信號變換器、防爆柵、總線電源、電源阻抗匹配器、總線終端阻抗匹配器、傳輸電纜、網絡鏈接設備（如網橋）等。
Smar公司現場總線控制系統System 302 的結構示意圖：
2.1：SYSTEM 302硬件組成：
System 302 主要由操作站、四通道現場總線通用網橋（Fieldbus Universal Bridge）DF1302以及現場設備組成、分布式I/O 子系統組成。
◆、DF1302標準多功能現場總線通用網橋設備：由電源輸入模塊（DF50），控制器模塊（DF51），總線電源（DF52），和阻抗匹配器（DF53）等多個模塊構成
- DF50電源輸入模塊：90－264V交流輸入，24V直流輸出的高性能開關電源模塊，具有自診斷與輸出短跑保護功能，為底板提供可靠的24V直流工作電壓。
- 處理器模塊DF51：采用25MHz時鐘的32位RSIX CPU，Flash軟硬件及2MB的NVRAM，集中處理通信與控制任務，具有一個10Mb/s的Ethernet現場總線接口，4個現場總線H1接口（31.25Kb/s）,1個EIA232通信接口（115.2Kb/s）,因而可在各個H1通道實現透明的通信功能，即實現H1-H1網橋功能，同時具有Ethernet網關功能。
- 現場總線H1供電電源模塊DF52：為一非本安設備，具有90~260V，47~440Hz交流輸入，24V直流輸出，隔離型，帶短跑及過流保護，紋波及故障自動指示，并且允許冗余輸出，非常適合于為現場總線設備供電。
- 電源阻抗模塊DF49（2口）或DF53（4口）：在電源與現場總線網路間提供阻抗匹配，以保證電源不致于短路現場總線上的通信信號，當采用總線供電而無本安要求時，可采用此模塊。
- Smar公司的系列基金會現場總線儀表：LD 292現場總線儀表：是處理差壓、壓力、液位信息的智能化儀表。表頭上的智能板含有輸入模塊（AI）、PID模塊，輸入選擇模塊（ISS），特征化模塊（CHAR），運算模塊（ARTH）和累計模塊（INTG）等。
- TT302現場總線智能溫度變送器：是一種通用的現場總線智能溫度變送器，主要用于采用熱電阻、熱電偶測溫，同時還可與電阻性或具有毫伏輸出阻抗的其他傳感器，如高溫計、位移檢測器（電位器）、其他測壓元件等相邊，對應毫伏輸入范圍為：（-50～500）mV，電阻輸入范圍為：0～2000歐，并且具有包括兩線制、三線制、四線制等在內的多種接線方式。TT302內含兩個輸入變換模塊，一個資源模塊，一個顯示模塊以及其他模塊。由于輸入電路有調零功能，因此，TT302具有很高的精度和優良的穩定性。
- IF302電流/現場總線轉換器：是把模擬信號轉換成標準現場總線信號的設備。通過它可以將常規模擬測量元件連接到現場總線系統中。一塊IF302具有三個獨立的AI模塊，即可以同時處理三路信號。FI302現場/電流總線轉換器：是把現場總線信號轉換成4～20mA模擬信號的設備，從FI302出來的信號再通過電/氣轉換部件去推動執行元件動作。FI302同樣具有三個獨立的AO模塊，可同時處理三路信號。
2.2：SYSTEM 分布式傳統I/O常規模擬量子控制系統：
DFI302 主要設計來操作現場儀表。所有通用的現場儀表類型都已有總線型，因此系統所需傳統I/O 的點數都將大大減少甚至******消除。然而，由于許多應用中，需要連接原有或不支持總線通訊的新設備，DFI302 也可以在擴展背板上安裝傳統離散和模擬I/O。可將DFI302 安裝在離傳感器和執行器近的地方，以減少用于傳統I/O 的電纜距離和相應的接線盒及電纜支架，從而進一步減少整個系統成本。
傳統I / O子系統： DFI302 帶擴展背板用于傳統I/O 模板。
靈活性和規模可變性：由于I/O-子系統模塊化，用戶不需擔心今后的擴展和現在的備份容量。只需購買目前應用所需部分。模塊化給予用戶極大自由，來混合和匹配所需每類I/O 的數量。當需求增加或改變時，只需在系統中加入額外的背板或模板。每個控制器模板適用多達256 點的I/O 子系統。由于系統中通過網絡可以接入多個DFI302 可以使用，可以處理點數很大的傳統I/O。I/O-子系統模板通道密度高，使用插入式模板，工業級接頭，用牢固的金屬螺。絲固定。所有I/O 模板與DFI302其它部分隔離。所有I/O 電路設計，即使偶爾將1000 VAC/DC連接到離散I/O 的現場端子一段時間，如果使用電壓未加的話，模板不會受到損害。
DFI302 電源模板可輸出24 VDC ，向I/O 模板供電。并可同時向傳統現場設備供電，而不需其它外部電源。所有這些都是DFI302 模板的一部分。所有模板采用同樣的外型包裝，用戶可以在背板的任何槽位安裝任何類型的I/O ，而不必考慮它們的電平。
- DF32數字輸入和繼電器輸出模板：1 組8 路24VDC 輸入和 1 組4 路NO 繼電器輸出
- DF44模擬量輸入模板：1 組8 路模擬輸入帶分流電阻
- DF46模擬量輸出模板： 1 組4 路模擬輸出
2.3：SYSTEM 302軟件組成：
SYSCON是一個功能強大、界面友好的組態軟件，它可用于組態、設備維護及通過PC機與現場總線系統通訊。WindowsTM軟件操作簡易，使用方便。計算機可通過BC1、PCI卡或其它接口與現場總線通訊。其主要功能如下：
- 系統及設備的組態：利用SYSCON的這一功能，可實現與設備的通訊、確定工業號、組態控制策略、調整參數及下載組態軟件。
- 系統維護：通過這一功能可實現與所有設備的通訊，從而獲得生產商、結構材質、量程等信息，還可完成諸如轉換器校準、調節器整定等功能。在線診斷報告是一個非常強大的現場工具，它可根據用戶的組態情況出據完整的維修報告。還可在線提供故障及事故警報
- 系統操作：利用SYSCON，用戶可獲得變量、歷史趨勢、警報記錄等信息，也可改變參數、設定點或發布指令。因此，它是現場操作理想的軟件工具。 產品來自:www.zgsljt.com
- DFI-SVR-1/ DFI OPC SERVER軟件：
基于FF總線的SMAR分布式DCS集散控制系統除去控制系統組態軟件外，還需人機界面監控軟件。SMAR是對第三方開放的，但需第三方的人機界面監控軟件提供OPC-CLIENT接口。DFI-SVR-1/ DFI OPC SERVER提供SERVER接口。第三方的人機界面監控軟件采用組態王或INTOUCH8.0
- OLE/OPC Server- SMAR OLE 服務器：允許任何人機界面軟件使用OPC訪問標準現場數據。
smar 所有現場總線接口包括獨立的OLE 服務器，同時向一個或更多的HMI提供接口, 服務器還使用OLE接口，提供現場總線組態，在整個網絡環境中，使用微軟DCOM技術實現監視和組態。開放式結構確保系統規模靈活性。SMAR OLE服務器提供現場總線和HMI間***有效的數據交換途徑 。所有現場總線參數(包括狀態)使用瀏覽器進行查閱。每個smar OLE服務器家族支持ISA接口卡、USB及以太網設備。
- 基于FF總線的SMAR分布式DCS集散控制系統除去控制系統組態軟件外，還需人機界面監控軟件。SMAR是對第三方開放的，但需第三方的人機界面監控軟件提供OPC-CLIENT接口。DFI-SVR-1/ DFI OPC SERVER提供SERVER接口。第三方的人機界面監控軟件采用組態王或INTOUCH8.0或力控組態軟件。
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