FF 基金会现场总线 FOUNDATION Fieldbus

FF 是全数字双向多点现场总线，面向石油化工流程工业；区别于 HART 的模拟 + 数字混合，FF‑H1 完全抛弃 4‑20mA 模拟信号，支持总线供电、分布式现场控制 PID。

两大分支：FF‑H1（现场仪表网段）、FF‑HSE（高速以太网主干）。

FF‑H1（现场设备层，常用）

• 速率：31.25 kbps，曼彻斯特编码，数据 + 时钟同步在信号内

• 介质：专用 A 型屏蔽双绞线，两根线同时传数字信号 + 给仪表供电（总线供电），电压 9‑32VDC

• 单网段：上限接入 32 台设备；本安 FISCO 防爆网段一般限制 8‑12 台；无中距离1900m；支线 spur 长 120m

• 网段硬性要求：网段两端必须各接 1 个 100Ω 终端电阻，一共 2 个，缺少终端电阻直接通信异常

• 拓扑：干线 + 支线 Trunk‑Spur 树形；严禁菊花链，一台仪表断开不影响其余设备；支持本安防爆 FISCO/Entity 模式

• 核心部件

1. LAS 链路活动调度器：网段 “总管家”，令牌调度，分配设备通信时间，避免冲突；DCS‑FF 卡件承担 LAS 功能；网段可以配置备用 LAS 做冗余切换

2.总线电源 + 电源调节器 Power Conditioner：隔离数字信号，防止信号被电源短路吸收

3. 终端电阻 100Ω

4. DCS FF‑H1 接口卡件

FF‑HSE（高速以太网主干）

• 速率：100Mbps，标准以太网，作为后台主干网，连接多个 H1 网段、控制器、上位机；不直接接现场变送器阀门；支持网络冗余。

• 通过LD 链路设备，把多路 H1 网段接入 HSE 主干网。

FF 协议栈四层架构（简化 OSI）

1. 物理层 PHY：电气信号、曼彻斯特编码

2. 数据链路层 DLL：LAS 令牌调度、总线访问控制

3. 应用层（FAS+FMS）：服务访问、报文交互

4. 用户层（FF 独有）

• 标准功能块 FB：AI 模拟输入、AO 模拟输出、PID 控制块、积算块；可以把 PID 控制运行在现场仪表 / 阀门定位器内部（CIF 现场控制），DCS 宕机，现场回路依然可以自主闭环控制，这是 FF 特色

• DD 设备描述文件：和 HART DD 类似，定义仪表参数菜单；设备必须 FF 认证，保证不同厂家设备互操作。

FF 能干什么

✅ 全数字双向，没有 4‑20mA 转换误差
✅ 单根干线挂多台仪表，大量节省电缆、DCS I/O 卡件
✅ 现场设备内部执行 PID 闭环（CIF 现场控制），提升系统容错
✅ 丰富诊断：传感器故障、线路故障、设备状态
✅ 多变量同时上传：PV、温度、传感器状态、累计值
✅ 支持本安防爆，化工高危场合大量应用

FF‑H1 vs HART 核心对比

FF 常见工程故障点

1. 缺少 / 多接终端电阻：常见，必须网段两头各 1 只 100Ω，中间不能接；电阻异常造成通信抖动、丢设备

2. 未使用 FF‑A 电缆，普通仪表电缆电容过大，通信不稳

3. LAS 故障：网段无 LAS，设备无法周期性发布数据；配置备用 LAS 冗余

4. 电源调节器选型错误，数字信号被电源短路吸收

5. 支线 spur 超过 120m，信号反射

6. DD 文件版本不对，DCS 看不到完整参数菜单

7. 本安 FISCO 网段，设备数量、总电流超限，部分设备无法启动

补充：Profibus‑PA 物理层和 FF‑H1 一样（IEC61158‑2，31.25kbps 总线供电），但协议栈完全不同；PA 控制逻辑大多放在 PLC，很少做设备本地 PID；FF 更侧重现场分布式控制。