目前工厂自动化的趋势是取代传统的控制方案，其中每个设备都有自己的控制线路，总线系统通过同一根电缆连接多个设备。总线网络的一个好处是，它们需要更少的电缆和电线来连接设备和控制器。其中最流行和最广泛使用的总线系统是基金会现场总线。
现场总线设置的基本结构
由现场总线基金会开发和管理，该基金会由一群工厂自动化设备、传感器和执行器制造商组成，现场总线包括两种不同的协议，以满足工厂自动化环境中的不同需求。两者使用不同的物理介质和通信速度。
第一种协议是H1，它以31.25 kb/s的速度工作，通常连接到现场设备——传感器、执行器、阀门、控制灯、I/O设备等——并允许设备和控制器之间的双向通信。H1通过两线制系统提供通信和电源。建议采用标准的屏蔽双绞线布线，以减少网络上的噪声干扰。
第二种协议是HSE(高速以太网)协议。它以100 Mb/s的速度运行，通常连接高速控制器，如plc，多个H1子系统(通过链接设备)，数据服务器和工作站。本应用说明主要介绍H1协议。
网络结构
网络由主网线组成，由主网线连接一系列接线盒或耦合器。耦合器允许设备和控制器连接到主电缆或中继。一般来说，接线盒和设备之间较短的电缆称为杂刺。
接线盒可用于将单个或多个设备连接到中继上。如果每个设备都有一个专用的接线盒，则该拓扑称为直排拓扑。如果多个设备连接到同一个接线盒，这种布局通常称为鸡爪拓扑或树形拓扑。最常见的是同时具有支点和树形拓扑的混合网络，如示例#1所示。
虽然理论上可以在不使用接线盒的情况下直接在设备之间路由中继，但基金会建议不要这样做。这样的拓扑结构(称为菊花链)需要在每次设备被移除或添加到网络时中断中继。
现场总线技术限制了网络的规模。一个干线的所有线路及其支线的最大长度加在一起是1900米(约1900米)。每段6250英尺。如果需要更多的长度，可以使用中继器添加一个部分。中继器取代了设备，但增加中继器可以增加1900米的电缆。一个网络可以使用多达四个中继器，总长度为9500米(31000英尺)。
请注意，整个系统中只有一点是接地的，这一点很重要。多处接地会在屏蔽层中产生杂散电压和电流，从而干扰数据通信。
每个区段连接的现场总线设备的最大数量为32。
如示例# 1时，需要直流电源提供直流电源或偏置电压。如果直流电源直接连接到中继上，就会造成交流信号短路。因此，网络必须有一个现场总线兼容的电源，这是一个直流电源加上一个专用的滤波器安排。该滤波器让直流电流以最小的损耗通过，但为来自网络端的交流信号产生高阻抗。
因此，中继是传输线，交流信号的传播速度在其中起着重要的作用。因此，中继必须在交流信号的每一端(仅在那里)正确终止。终端使用阻抗等于电缆特性阻抗的电阻完成，通常为100±20 Ω。鉴于网络也携带直流电源电压，端子必须有一个串联电容器，以防止任何直流电流流过那里。
诊断基础
某些基本的诊断和故障排除程序可以在H1现场总线网络上使用Fluke ScopeMeter进行。雷竞技app在下一节中，我们将讨论其中一些的基础知识。更多细节可以在专用的应用说明中找到:使用Fluke 雷竞技appScopeMeter 125对现场总线安装进行故障排除．
检测反射
所谓的网络反射会影响通信。在下面的示例中，将为一端短路的网络解释反射。然而，重要的是要理解任何异常，包括短路和不良的终端，都会产生反射。
考虑一下，当在长电缆的一端施加步进电压，而另一端短路时会发生什么。最初，施加的电压将遇到电缆的阻抗，并将在导体之间建立一个电压水平。该步进电压将以由电缆类型和结构决定的速度通过电缆。对于H1现场总线网络中使用的电缆，其速度约为真空中光速的三分之二:2/3 x 3 x 108米/秒= 2 x 108米/秒，或大约。660 × 106英尺/秒。
当步进电压达到短路时，电压电平会突然变为零。这种变化可以看作是相反极性的步进电压，回到零，因为在短路上没有电压。在这一点上，沿着这条线的其他任何地方的电压水平仍然是最初施加的电压水平。
接下来，这个新的相反极性步进电压返回到电压源。只有当它完成了往返(被反射回来)，另一端的短路在输入端才会很明显。但是这个反应过程确实需要一定的时间。需要多长时间取决于电缆的长度。在一个方向上的传播时间将是电缆长度除以信号的速度。
因此，一个阶跃电压从最大长度的主干传输到反向所需要的时间为2 x 9.5 μs = 19 μs。
如前所述，H1现场总线网络的运行速度为31.25 kb/s，相当于32 μs的时钟周期。因此，当电缆出现异常时，人们应该期望看到延迟了19 μs的脉冲反射。反射的实际时间取决于脉冲源与异常点之间的距离。
虽然完全短路会引起全幅反射，但任何干扰或偏离线路的均匀性质都会产生反射。反射的振幅取决于异常的性质。
为了进行适当的网络通信，应避免反射，并保持适当的电缆终端。同样，适当的终止要求在主干部分的每一端有且只有一个终止端。
编码
使用现场总线，数字数据使用曼彻斯特编码传输。也就是说，数字1在时钟周期的中间(位中心)作为上升沿传输，而数字0作为下降沿传输。与直接二进制数据传输相比，这种编码机制有几个优点。一个重要的好处是，它允许一个简单的时钟恢复在接收端(见示例# 3）.
另一个结果是，产生的脉冲具有半个或一个完整时钟周期的持续时间，而原始比特流具有一个或多个完整时钟周期宽的脉冲。所得到的总线电压如图所示例# 2．数据包的真实波形记录见于示例# 4，其中直流偏置已被过滤掉。
电信号产生
如果有人沿着主干打开电缆并访问两根电线，他或她将看到两段电缆，从访问点向相反的方向。从电的角度看，这两个部分是平行连接的。因此，沿这条线任意一点的阻抗等于两段平行电缆的阻抗。因此，人们在任何接线盒上观察到的阻抗是50 Ω或电缆特性阻抗的一半。
总线信号是通过向两线总线系统施加差动电流而产生的。通过这样做，总线上产生800或900 mVpp的差分电压(其中“pp”代表“峰值到峰值”)。这也是任何现场总线设备产生的信号的标称峰值到峰值振幅(Vpp)。根据现场总线规范，设备应该能够产生振幅至少为750 mVpp的输出信号。
理想情况下，这也将是现场总线设备接收到的信号的振幅。然而，由于信号沿网络衰减，输入信号通常具有较低的振幅。现场总线规范要求设备在输入信号低至150mvpp的情况下继续正常工作。如果振幅超过1000 mVpp，通常表示网络错误，例如缺少终止符。
异常
如果沿着网络的任何地方有一个额外的低阻抗设备连接到总线上，在任何接线盒上看到的总阻抗都会降低，因为额外的负载与电缆阻抗平行连接。较低的总线阻抗自动意味着较低的总线信号振幅。由于总线信号或多或少是随机脉冲，这样的额外负载将在传输线中表现为不连续，并将引起原始脉冲的反射，负载被添加。这样的反射会导致脉冲波形的失真，进而可能导致不正确的信号检测。
例如，如果连接第三个终止器，整个网络阻抗和信号幅度将下降到标称的三分之二。这种信号损失将导致更多的失真脉冲，使正确的信号检测更加困难。现场经验表明，工业网络中最常见的错误来源之一是连接的网络终止器太少或太多。
“基金会现场总线”是基金会现场总线的商标