ff现场总线技术要点：ff现场总线（foundation fieldbus）作为一种广泛应用于工业自动化领域的数字通信协议，以其高可靠性、实时性和开放性成为过程控制系统的核心支撑技术，其技术要点涵盖了从物理层到应用层的完整体系，结合了通信技术、自动化技术和计算机技术的优势,为工业设备间的互联互通提供了标准化解决方案。
在物理层设计上，ff总线采用双绞线作为传输介质，支持总线型和树型拓扑结构，支持点对点连接和多点挂载，最多可连接多达32个设备（中继器扩展后可达240个），传输速率分为31.25kbps（本质安全场合）和1mbps（非本质安全场合）两种模式，采用曼彻斯特编码方式确保信号同步和抗干扰能力，物理层还支持本质安全（is）标准，允许在易燃易爆环境中使用，通过限制线路电压和电流来防止火花产生，物理层具备自动极性检测和终端阻抗匹配功能,增强了信号传输的稳定性。
数据链路层是ff总线的核心通信控制层，采用主从式通信调度机制，由链路活动调度器（las）负责总线通信的调度和管理，las具备三种关键功能：周期性通信调度、非周期性通信调度和设备授权管理，周期性通信用于传输实时控制数据（如过程变量pv），按照预定时间表进行；非周期性通信用于传输管理信息（如设备诊断、参数设置），在周期性通信的空闲时段进行，数据链路层还支持冲突检测和避免机制，通过优先级管理和令牌传递机制确保关键数据的优先传输，其帧结构包括帧起始定界符、帧控制字段、数据字段、帧校验序列和帧结束定界符,保证了数据传输的完整性和准确性。
应用层是ff总线与用户交互的接口，定义了设备间的信息模型和通信服务，采用功能块（fb）模型，将控制功能划分为输入块（ai、di）、输出块（ao、do）和控制块（pid、char），通过功能块参数的连接实现控制逻辑的组态，应用层支持发布/订阅（publish/subscribe）和客户端/服务器（client/server）两种通信模式：发布/订阅用于实时数据传输，设备自动将数据发布到总线上，其他设备根据需求订阅；客户端/服务器用于非实时数据交互，通过服务请求/响应机制实现参数设置和状态查询，应用层包含设备描述（dd）和功能块参数（ff-891）规范,确保不同厂商设备的互操作性。
网络与系统管理功能负责总线的配置、监控和维护，网络管理通过网络管理代理（nma）实现设备地址分配、通信参数设置和拓扑管理，支持设备动态加入和离开总线，系统管理通过系统管理内核（smk）提供设备时间同步、功能块调度和异常处理服务，所有设备通过系统管理信息库（smib）实现统一管理，ff总线还支持冗余配置，包括冗余链路、冗余设备和冗余调度器，关键场景下可实现毫秒级故障切换,保障系统连续运行。
在技术优势方面，ff总线显著减少了现场布线成本，传统4-20ma模拟信号系统每台设备需要一对专用导线，而ff总线多台设备可共用一对双绞线，降低安装成本约40%，数字信号传输精度高（可达0.1%），支持设备自诊断功能，可提前预警故障，减少非计划停机时间，其开放性确保用户可混合使用不同厂商的设备，避免供应商锁定问题，典型应用场景包括石油化工、电力、制药等流程工业，例如在大型化工装置中，ff总线连接上千个传感器和执行器,实现集中监控和分布式控制。
相关问答FAQs：
-
问：ff总线与profibus-dp的主要区别是什么？
答：ff总线主要用于过程自动化，支持本质安全设计，采用发布/订阅模式实现实时控制；而profibus-dp侧重于制造业自动化，基于主从轮询模式，传输速率更高（可达12mbps），ff总线功能块模型更适合连续过程控制，profibus-dp则擅长离散量控制和高速I/O通信。 -
问：ff总线系统如何实现本质安全？
答：ff通过物理层的限能设计实现本质安全，包括安全栅（barrier）或隔离栅（isolator）限制线路电压和电流，确保在短路或接地时不会产生足够点燃爆炸性气体的火花，总线电源（如iasd）具备输出限压限流功能，配合本质安全型现场设备，可在zone 1/zone 2危险区域安全使用。
（图片来源网络，侵删）
