FF通信模型各層的結構
在FF現場總線中，通信模型中引用了OSI參考模型。
FF的通信模型只具備了OSI參考模型七層中的物理層、數據鏈路層和應用層三層，并根據現場總線的實際要求，把應用層劃分為總線訪問、總線報文規范兩個子層；省去了第3層到第6層，即不具備網絡層、傳輸層、會話層與表示層；此外，FF為了實現多終端環境下的交互，特別設置了OSI中未定義的第8層(用戶層)；這樣FF通信模型為四層結構。其中，物理層規定了信號如何發送；數據鏈路層規定如何在設備間共享網絡和調度通信；應用層規定了在設備間交換數據、命令、事件信息以及請求應答中的信息格式；用戶層用于組成用戶所需要的應用程序，如規定標準的功能塊、設備描述，實現網絡管理、系統管理等。OSI參考模型和現場總線通信模型的層級結構如圖所示。
物理層的技術特性
FF現場總線是以H1為基礎的低帶寬通信網絡，分為低速通信(H1，傳輸速率為31.25kibit/s)和高速通信(HSE，傳輸速率為10~100Mbps)兩種規格。
在H1公布時對高速通信(H2，傳輸速率為1Mibit/s和2.5Mibit/s)也做了構想，后隨著技術的快速發展及互聯網技術在控制網絡的滲透，H2未正式推出就已顯得不適應應用需求而被淘汰。
H1是現場設備、自動化系統、監視管理系統之間的數字雙向多址通信網絡?；緲嫵刹考鞋F場總線接口、終端器、總線電源、本質安全柵、現場設備、中繼器、網橋、傳輸介質等。
①H1的技術指標
H1的基本技術指標見表。表中所示的連接設備的數量為最大的數量，在工程應用中，應根據電纜長度、耗電量、防爆方式等因素來進行調整。
②終端器
與傳統的直流電流信號不同，FF中的傳輸信號變成了交變的通信信號，因此在傳輸線(段)的兩端需要安裝終端器以匹配阻抗，在主電纜的每一端都連接一個終端器，每個現場總線網段的終端器只能為2個，回路的結構如圖所示。建議現場的所有終端器都安裝在接線盒中，終端器不得安裝在FF設備中。現場總線終端器包括一個與100Ω電阻串聯的1μF電容。需要注意的是，若部分FFI設備內置了終端器，則無須在主機端再安裝終端器。
說明：當信號沿電纜傳輸遇到斷續時，將產生反射；反射是一種噪聲，并引起信號失真。
③H1電纜種類和長度
現場總線協會推薦的H1電纜的種類和最大電纜長度見表。
上表中的最大電纜長度為H1網段的總電纜長度，電纜長度由主干電纜和分支電纜長度來決定。主干電纜是指總線網段上掛接設備的最長電纜路徑，其他與之相連的電纜都稱為分支電纜，主干電纜與分支電纜架構如圖所示，主干電纜為A，分支電纜為B1、B2、B3、B4，則電纜長度
④連接設備數量與分支電纜長度的關系
連接設備數量與分支電纜長度的關系見表。每一段分支電纜的長度最長為120m，網段上的主干電纜長度和分支電纜的長度總和是受到限制的。
⑤中繼器
如果現場設備間距離較長，超出規范要求的1900m時，可采用中繼器延長網段長度。中繼器相當于一個現場設備，添加中繼器后，也意味著開始了一個新的網段，也即新增加了一條1900m的電纜。最多可連續使用4個中繼器，使網段的連接長度達到9500m。中繼器可以是總線供電，也可以是非總線供電的設備。使用中繼器的現場總線網段如圖所示。
⑥混合使用電纜類型時允許的電纜長度。可以在同一路徑線上使用兩種以上的電纜類型。在這種情況下，總電纜長度應按照公式Lx/Lxmax+Ly/Lymax＜1計算來確定。公式Lx/Lxmax+Ly/Lymax＜1中Lx為電纜X的長度；Ly為電纜Y的長度；Lxmax為電纜X單獨使用時的最大允許長度；Lymax為電纜Y單獨使用時的最大允許長度。
使用兩種類型電纜的總線網段如圖所示。
圖中：L=1200m，Ly=170m，Lxmax=1900m，Lymax=200m。
將圖中的電纜長度數值代入公式Lx/Lxmax+Ly/Lymax＜1計算，可以得出：1200/1900+170/200=1.48，計算結果大于1，需重新考慮到儀表安裝位置，使其計算結果必須小于1。
⑦供電
根據現場設備類型，現場設備可從網段(總線)供電，或者外部供電(如四線制)。盡可能對現場設備均采用總線供電。電源可以像現場設備一樣連接到總線上，但電源不能被計算在外圍總線設備的數量中。由外部電源供電的現場總線設備應具備外部電源和現場總線信號輸入之間隔離的功能。
在規劃供電設計時，應考慮以下幾因素：各設備的電源消耗量，設備在總線上的位置，電源在總線上的位置，各電纜的電阻值，供電電壓。
⑧H1總線的本質安全防爆
H1在采用本質安全防爆和總線供電的情況下，由于電流的限制，現場設備的連接臺數與不采用防爆的情況相比變少。
FF現場總線拓撲結構
FF現場總線安裝時應采用樹型、分支或組合拓撲結構，不推薦采用其他拓撲結構，避免采用菊花拓撲結構。各類型拓撲結構如圖所示。
組合拓撲結構如圖所示。
基于LAS的通信周期管理
H1上的數據交換由LAS(LinkActiveScheduler)來管理，數據的交換分為周期性(周期通信)進行和非周期性(非周期通信)進行兩種。
下圖表示了針對由變送器和控制閥構成的H1現場總線的LAS控制周期的示例。
現場總線功能塊類型
各種類型的功能塊如下所列。
①標準功能塊：FF-891:FunctionBlocksPart2
AI-Analog Input模擬輸入
AO-Analog Output模擬輸出
B-Bias偏差
CS-Control Selector控制選擇器
DI-Discrete Input離散輸入
DO-Discrete Output離散輸出
ML-Manual Loader手動裝載
PD-Proportional/Derivative Control比例/微分控制
PID-Proportional/Integral/Derivative Control比例/積分/微分控制
RA-Ratio比值
②先進功能塊：FF-892:FunctionBlocksPart3
Device Control設備控制
SetPoint Ramp給定值斜率
Splitter分線器
Input Selector輸入選擇器
Signal Characterizer信號表征器
Dead Time死區
Calculate計算
Lead/Lag超前/滯后
Arithmetic算法
Integrator積分器
Timer定時器
Analog Alarm模擬報警
③附加功能塊：FF- 893:FunctionBlocksPart4
Multiple Analog Input多路模擬輸入
Multiple Analog Output多路模擬輸出
Multiple Discrete Input多路離散輸入
Multiple Discrete Output多路離散輸出
④柔性功能塊(FlexibleFunctionBlocks,FFBs):FF-894(IEC1131Logic)
⑤SIF功能塊：FF-895
SIF Analog Input SIF模擬輸入
SIF Digital Output SIF數字輸出
由標準功能塊組成的幾種控制系統如圖所示，典型應用形式包括：輸入、輸出、手動控制、反饋控制、前饋控制、超馳控制、比值控制、串級控制、分程控制等。
基于現場總線的串級控制系統的示例如圖所示。
FF現場總線系統工程設計
FF現場總線系統工程設計參見《Foundation Fieldbus system engineering guidelines》version3.2.1,AG-181相關內容。
