——引自中國防爆網，僅供學習交流
一、概述
現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的全數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。它主要解決現場的智能化儀表、控制器、執行機構等現場設備之間的數字通信以及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題。LonWorks現場總線是由Echelon公司推出的，采用內含3個CPU的神經元芯片；協議采用LONTALK協議，該協議遵循ISO的OSI全部七層模型；可支持多種通信介質，如雙絞線、電力線、光纖等；編程語言采用由ANSI C派出來的Neuron C語言，軟件開發極為方便。LonWorks現場總線目前廣泛應用于樓宇自動化、汽車電子、過程監控等領域。
本安是一種危險區域的防爆技術，原理是通過限制進入危險區域電路和設備的能量。危險區域是指有可燃性介質存在的區域，可燃性介質的種類很多，主要包括原油及其衍生物、酒精、天然或人工合成氣體、金屬粉塵、碳粉塵及纖維等。本安技術允許可燃性介質進入電氣設備，它主要考慮了兩種點燃機制，即電火花和熱表面。與其它防爆技術相比，本安技術有如下優點：①維護方便，無需密封和磁耦合控制；②低成本，體積小、重量輕；③更高的可靠性；④更廣的應用場合。
盡管國內介紹LonWorks現場總線方面的文章很多，但有關它的本安技術未見文獻報道。本文側重介紹LonWorks本安物理通道IS-78規范及其與安全區網絡的連接方法，旨在為LonWorks本安技術的實際應用提供理論指導，為最終將LonWorks現場總線應用于危險區域鋪平道路。
二、本安標準及電路參數設計
本安概念起源于英國，時間大約在1914-1916年。1913年10月14日，英國南威爾士的一座煤礦發生了重大爆炸事故，原因是火花引爆礦井中的甲烷氣體所致，439名礦工在這次事故中喪生。1945英國頒布了第一個正式的本安標準BS1259，標準中正式定義了本安概念。IEC標準定義了兩個本安等級，即在保證設備安全的前提下，允許出現的故障數。這兩個標準如下：
①ia：允許出現多達兩個元件或其它故障仍能保持防爆。這樣的本安裝置可以安裝或連接到區域0、區域1、區域2。
②ib：允許出現一個元件或其它故障仍能保持防爆。這樣的本安裝置可以安裝或連接到區域1和區域2。
本安電路參數設計的主要依據是最小點燃曲線，但如果直接用曲線提供的數據設計本安電路是不可靠的，必須考慮一定的安全系數。ia級和ib級的安全系數如下：
①ia級。要求在正常時或發生一個故障或兩個故障都不會引爆可燃性介質。因此，正常工作時的安全系數為2.0；發生一個故障時為1.5，發生兩個故障時為1.0。
②ib級。要求在正常時或發生一個故障時不引爆可燃性介質。正常時安全系數取2.0；一個故障時為1.5。
那么，電路的最大允許電流（電壓）可按下式計算：
電路最大允許電流（電壓）=最小點燃電流（電壓）/安全系數。
用最小點燃曲線設計電路參數還應該注意以下問題：
①先對電路進行精確的等效變換，使實際電路簡化，從而確定其性質是阻性、感性或是容性；
②準確地給出電源電壓、電感量、電容量等已知參數；
③對電壓考慮波動量，對元器件應考慮允許誤差，波動方向和誤差符號都按照最不利于安全的情況考慮；
④查曲線時要注意電路的性質，使用在何種危險場所，電路中是否有無鎘、鋅、鎂、鋁材料等；
⑤電路在正常和故障狀態下的最大電流和電壓，都不應超過計算出的允許值。
三、IS-78本安組件及規范
為了能將LonWorks現場總線應用于危險區域，MTL開發了IS-78 LonWorks本安物理通道，利用該物理通道可將LonWorks網絡擴展到危險區域。IST-78是一種滿足本安要求的收發器，ISC-78是一種滿足本安要求的控制模塊，它們都已通過“ia”本安認證，用戶如需設計LonWorks本安節點，可直接采用這些組件來設計，既可縮短開發時間，同時還可減少認證成本，因為認證機構無需對已認證的模塊再作考慮。選用IST-78收發器進行本安節點設計時，用戶除了要考慮應用電路以外，同時還需考慮神經元芯片電路、存儲器電路等。使用ISC-78控制模塊設計節點時，用戶只需考慮應用電路，因為ISC-78控制模塊中包括本安收發器、神經元芯片及存儲器電路等，使用極為方便。在本安節點設計時，建議采用T4設備溫度等級，這樣可滿足大部分場合的要求。
IST-78收發器內部有3只變壓器，一只用于提供電源，另兩只分別用于兩個方向上的通信。IST-78收發器和IST-78控制模塊都可通過插頭安裝到電路板上。
任何進入危險區域的電路或回路，必須采用經過認證的齊納安全柵或電氣隔離器來限制進入危險區域MTL3054本安通信隔離/中繼器來實現，它既完成按本安規范要求的限制作用，同時也充當物理中繼器，將標準TP/XF-78轉換到IS-78如果對節點單獨供電可減小從IS-78通道上吸取的電功率，從而增加同一段上的節點數量。
將IS-78需要穿越危險區域時，由于2只MTL3054不能僅僅為了通信而直接連接在一起，因為這樣做會使兩個電源并聯在一起，從而超過點燃曲線及相應功率限制。這時可考慮采用MTL3055，它與MTL3054類似，但輸出電源功率較小，對于ⅡA或ⅡB氣體所在的危險區域，兩只MTL3055可連在一起穿越該區域實現通信。與裝在防爆或阻燃外殼中的裝置通信可當成穿越危險區域的通信來處理。圖3給出了如何將IS-78連到阻燃或防爆外殼中。
典型本安節點采用5MHz時鐘，所需電能取自物理通道，吸取電流大約為20-40mA。這樣，每個MTL3054可驅動2-3只本安節點。如果節點由另外本安電源供電，則MTL3054可驅動的本安節點數還可以更多。下面簡要介紹IS-78物理通道技術規范。
①通信速度：78.125Kbps；
②最大電纜長度；雙端總線拓撲為1000m；自由拓撲為300m（包含兩個阻抗匹配器）；
③應用功率：可以從信號上吸取電功率也可以單獨供電；
④信號形式：單極性信號，本安節點吸取20mA電流用于發送；
⑤每段上的節點數：每個節點所需功率的函數。
四、IS-78段與安全區網絡的連接
IS-78物理通道與其它LonWorks物理通道很相似，差別在于它可用于危險區域。本安的一個最基本要求是進入危險區域的電源的電壓和電流必須限制在一定安全水平上，一般采用安全柵或隔離器。對于IS-78來說，MTL3054可完成這一功能，它是連接IS-78和IS-78*的物理中繼器，IS-78可作為TP-78*段的一部分。IS-78*是一個修訂規范，只要遵循該修訂規范，帶有通常TP/XF-78收發器的裝置也可與MTL3054一起工作。從網絡結構方面來看，要么把一個IS-78節點當成單獨一個段，要么把它當成TP-78*段的一部分。如果把IS-78節點當成TP-78*段的一部分。則存在一個潛在的問題，即TP-78*收發器要求來自神經元芯片的差分驅動，而IS-78收發器則要求單端驅動。一旦通信參數被組態工具改寫，則IS-78節點會停止通信。與其它物理通道一樣，IS-78節點也可實現多種安裝方式，如預安裝方式、自安裝方式等。
本安變壓器是MTL3054中TP/XF-78收發器的重要部分。一個MTL3054加在TP/XF-78通道上，就如同在通道上掛接8只收發器。
采用TP-78*規范時，一旦8只MTL3054連到某個段上，這就已達到了這個段的極限。若需連接更多的本安節點，則需采用一只路由器。
要將IS-78與安全區TP/XF-78網絡相連，則還要將TP-78*與TP/XF-78連到一起，這時也需要一只路由器，路由器的一邊連到TP-78*，另一邊連到TP/XF-78下面簡要介紹網絡組態。將IS-78段本安網絡與其它非本安網絡連到一起，同樣需要用組態工具，常用的組態工具有LONMAKER和ICELAN-G等。LONMAKER在安裝節點時會改寫通信參數，因此不能直接把IS-78節點當成偽TP-78節點來安裝。由于MTL3054內部不包含神經元芯片，因此MTL3054不是真正的路由器，這就限制使用通常的方法來組態IS-78段，而必須將LONMAKER與Echelon的應用程序cfg-rtr配合起來使用，才能完成組態工作。由于ICELAN-G軟件在安裝節點時并不修改通信參數，組態時只要將IS-78它可節點當作偽TP-78節點來安裝即可。
五、結束語
本文簡要介紹了LonWorks現場總線本安技術，希望為LonWorks應用于實際生產過程，特別是應用于那些危險區域，提供一定的幫助。總的來說，LonWorks本安技術涉及IST-78本安收發器、ISC-78本安控制模塊、本安節點設計、MTL3054/ MTL3055隔離/中繼器、IS -78本安物理通道規范、IS-78段與安全區網絡的連接、路由器配置、網絡拓撲結構及軟件組態等方面的內容。由于本安技術是一種系統概念，涉及到的技術問題較多，作者不可能作太詳細的介紹，但是我們希望通過本文來促進LonWorks本安技術的研究。
