FF H1现场总线通信研究.pdf

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1、化工自动化及仪表第43卷FFH1现场总线通信研究张博吴珂陈朝东马世海李晓薇(中国核电工程有限公司电仪所，北京100840)摘要为了研究基金会现场总线(FFH1)的底层通信，分析了理论编码波形和编码规则；基于DeltaV系统构建FFH1网段，研究网段的实际通信情况，给出并评价网段的不平衡度、噪声、畸变和信号幅值；比较了不同电缆长度下网段的通信情况。实验表明：FFH1总线在长距离传输的抗干扰能力较强，信号幅值随电缆长度增加而衰减；关于终端电阻对H1总线的影响，在拔出终端电阻后，信号幅值和波形畸变明显增大，信号幅值超出了允许的调制范围。关键词通信

2、评价指标核燃料后处理FFH1曼彻斯特编码噪声畸变信号幅值中图分类号TH862+．7文献标识码A文章编号1000—3932(2016)12—1306∞5拟建的大型核燃料后处理厂规模巨大，预计测控点数将达到十万点。随着现代化工厂对管控一体化要求的不断提高，现场总线技术作为工控领域技术的重大变革，已在大型石化项目中成功应用，这种“信息集中、控制分散”的技术正符合现代大型核燃料后处理厂的要求。基金会现场总线(FoundationFieldbus，FF)是过程控制领域最具有代表性的总线类型，作为全分布式自动化系统，它具有全数字化、多点通信及开放性等多

3、项特征‘1。，完成对工业生产过程各个参数的测量、信号变送、控制、显示及计算等，实现对生产过程的检测、调节和监视。基金会现场总线分为高速(HSE)和低速(H1)两种类型，均被IEC61158第4版现场总线标准所采纳口。。其中H1总线工作在生产一线环境，可以工作在易燃易爆生产环境∞1，还能在传输通信数据的同时为总线上的所有现场设备提供工作电源。与过程控制领域占有率同样较高的ProfibusPA总线相比，H1总线严格按照预定义的调度时间表执行周期性的通信活动，更适用于具有严格实时性要求的场合”。。为提出更合理的且适用于大型核燃料后处理厂的现场总线

4、控制系统解决方案，在选定FF总线的基础上，针对FFH1现场总线底层的通信编码、通信评价指标、终端电阻及电缆长度等内容开展相关研究。1FFH1总线的编码波形FFH1的通信速率为31．25kbit／s，总线携带协议信息的数字信号以31．25kHz的频率、0．75～1．OOV的电压幅值加载到9—32V的直流供电电压上，形成现场总线的信号波形。H1总线使用曼彻斯特编码技术，这种信号被称为同步串行信号，其优点是编码中隐含了同步时钟信号。图1给出了H1总线的几种理论编码波形，一个时钟周期中间时刻由高电平跳变为低电平表示1，由低电平跳变为高电平表示0，时

5、钟周期内保持高电平为N十码，保持低电平为N一码。N+和N一码是特殊编码，仅出现在帧前定界码和帧结束码中。Hd掣PJ司拶j时钟厂]厂]厂]r]厂]厂]厂]厂]如]厂]厂k据枷；]厂1n几厂]n黼码]厂]厂]厂]厂帧前定界码]厂]n几厂]厂帧结束码]厂]厂]n厂]图1FFH1总线的几种理论编码波形收稿日期：2016-09．12(修改稿)基金项目：国家科技重大专项——大型核燃料后处理厂关键工程技术方案研究(2010ZX06201-01)第12期张博等．FFH1现场总线通信研究FFH1总线信号编码规则如图2所示。其中前导码(木表示前导码可多于1By

6、te)、帧前定界码和帧结束码都是由物理层电路生成并加载到物理信号上的。1B、r1P81BVte5～15BvIe1Bvle4B、，te0～25lB、r}e2BylelBvIe图2FFH1总线的信号编码规则2FFI-11总线通信实际编码分析与评价在实际的总线通信过程中，其编码波形不可能像理论波形那样平滑清晰。为了分析并评价FFH1总线的实际信号，建立一个包括一台链路活动调度器(LAS)和8台FF总线智能设备的H1总线，控制系统为DeltaV系统，其中LAS为控制系统的H1总线接口卡。LAS”1的地址为16，其余8台设备地址分别为20、29、30

7、、31、32、33、34和35。电缆为A类¨1(AWGl8，截面积为0．8mm2)，拓扑结构为树形，终端电阻分别集成于H1卡和总线接线盒中。2．1编码波形分析’图3为实验中主干电缆为150m(各分支电缆长度均小于5m)的H1总线的LAS向总线发送数据的编码波形(起始部分)。可以看出，编码起始时带有2Byte前导码，1Byte帧前定界码，其值与理论编码完全一致。而后进入数据链路层DLL协议控制编码区域，表1为数据链路协议数据单元DLPDU的种类和帧控制信息格式，实验编码对应的帧控制字节为“11010011”，查表可得为数据帧1(DTl)。其中

8、LFPP为“0011”，L为0表示数据地址是短地址，F为0指明H1卡不是令牌的最后用户，PP表明了DLPDU和传递令牌的优先级。类似地，可以通过查询总线访问子层FAS．PDU和现