——引自中国防爆网，仅供学习交流
一、概述
现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的全数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。它主要解决现场的智能化仪表、控制器、执行机构等现场设备之间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。LonWorks现场总线是由Echelon公司推出的，采用内含3个CPU的神经元芯片；协议采用LONTALK协议，该协议遵循ISO的OSI全部七层模型；可支持多种通信介质，如双绞线、电力线、光纤等；编程语言采用由ANSI C派出来的Neuron C语言，软件开发极为方便。LonWorks现场总线目前广泛应用于楼宇自动化、汽车电子、过程监控等领域。
本安是一种危险区域的防爆技术，原理是通过限制进入危险区域电路和设备的能量。危险区域是指有可燃性介质存在的区域，可燃性介质的种类很多，主要包括原油及其衍生物、酒精、天然或人工合成气体、金属粉尘、碳粉尘及纤维等。本安技术允许可燃性介质进入电气设备，它主要考虑了两种点燃机制，即电火花和热表面。与其它防爆技术相比，本安技术有如下优点：①维护方便，无需密封和磁耦合控制；②低成本，体积小、重量轻；③更高的可靠性；④更广的应用场合。
尽管国内介绍LonWorks现场总线方面的文章很多，但有关它的本安技术未见文献报道。本文侧重介绍LonWorks本安物理通道IS-78规范及其与安全区网络的连接方法，旨在为LonWorks本安技术的实际应用提供理论指导，为最终将LonWorks现场总线应用于危险区域铺平道路。
二、本安标准及电路参数设计
本安概念起源于英国，时间大约在1914-1916年。1913年10月14日，英国南威尔士的一座煤矿发生了重大爆炸事故，原因是火花引爆矿井中的甲烷气体所致，439名矿工在这次事故中丧生。1945英国颁布了第一个正式的本安标准BS1259，标准中正式定义了本安概念。IEC标准定义了两个本安等级，即在保证设备安全的前提下，允许出现的故障数。这两个标准如下：
①ia：允许出现多达两个元件或其它故障仍能保持防爆。这样的本安装置可以安装或连接到区域0、区域1、区域2。
②ib：允许出现一个元件或其它故障仍能保持防爆。这样的本安装置可以安装或连接到区域1和区域2。
本安电路参数设计的主要依据是最小点燃曲线，但如果直接用曲线提供的数据设计本安电路是不可靠的，必须考虑一定的安全系数。ia级和ib级的安全系数如下：
①ia级。要求在正常时或发生一个故障或两个故障都不会引爆可燃性介质。因此，正常工作时的安全系数为2.0；发生一个故障时为1.5，发生两个故障时为1.0。
②ib级。要求在正常时或发生一个故障时不引爆可燃性介质。正常时安全系数取2.0；一个故障时为1.5。
那么，电路的最大允许电流（电压）可按下式计算：
电路最大允许电流（电压）=最小点燃电流（电压）/安全系数。
用最小点燃曲线设计电路参数还应该注意以下问题：
①先对电路进行精确的等效变换，使实际电路简化，从而确定其性质是阻性、感性或是容性；
②准确地给出电源电压、电感量、电容量等已知参数；
③对电压考虑波动量，对元器件应考虑允许误差，波动方向和误差符号都按照最不利于安全的情况考虑；
④查曲线时要注意电路的性质，使用在何种危险场所，电路中是否有无镉、锌、镁、铝材料等；
⑤电路在正常和故障状态下的最大电流和电压，都不应超过计算出的允许值。
三、IS-78本安组件及规范
为了能将LonWorks现场总线应用于危险区域，MTL开发了IS-78 LonWorks本安物理通道，利用该物理通道可将LonWorks网络扩展到危险区域。IST-78是一种满足本安要求的收发器，ISC-78是一种满足本安要求的控制模块，它们都已通过“ia”本安认证，用户如需设计LonWorks本安节点，可直接采用这些组件来设计，既可缩短开发时间，同时还可减少认证成本，因为认证机构无需对已认证的模块再作考虑。选用IST-78收发器进行本安节点设计时，用户除了要考虑应用电路以外，同时还需考虑神经元芯片电路、存储器电路等。使用ISC-78控制模块设计节点时，用户只需考虑应用电路，因为ISC-78控制模块中包括本安收发器、神经元芯片及存储器电路等，使用极为方便。在本安节点设计时，建议采用T4设备温度等级，这样可满足大部分场合的要求。
IST-78收发器内部有3只变压器，一只用于提供电源，另两只分别用于两个方向上的通信。IST-78收发器和IST-78控制模块都可通过插头安装到电路板上。
任何进入危险区域的电路或回路，必须采用经过认证的齐纳安全栅或电气隔离器来限制进入危险区域MTL3054本安通信隔离/中继器来实现，它既完成按本安规范要求的限制作用，同时也充当物理中继器，将标准TP/XF-78转换到IS-78如果对节点单独供电可减小从IS-78通道上吸取的电功率，从而增加同一段上的节点数量。
将IS-78需要穿越危险区域时，由于2只MTL3054不能仅仅为了通信而直接连接在一起，因为这样做会使两个电源并联在一起，从而超过点燃曲线及相应功率限制。这时可考虑采用MTL3055，它与MTL3054类似，但输出电源功率较小，对于ⅡA或ⅡB气体所在的危险区域，两只MTL3055可连在一起穿越该区域实现通信。与装在防爆或阻燃外壳中的装置通信可当成穿越危险区域的通信来处理。图3给出了如何将IS-78连到阻燃或防爆外壳中。
典型本安节点采用5MHz时钟，所需电能取自物理通道，吸取电流大约为20-40mA。这样，每个MTL3054可驱动2-3只本安节点。如果节点由另外本安电源供电，则MTL3054可驱动的本安节点数还可以更多。下面简要介绍IS-78物理通道技术规范。
①通信速度：78.125Kbps；
②最大电缆长度；双端总线拓扑为1000m；自由拓扑为300m（包含两个阻抗匹配器）；
③应用功率：可以从信号上吸取电功率也可以单独供电；
④信号形式：单极性信号，本安节点吸取20mA电流用于发送；
⑤每段上的节点数：每个节点所需功率的函数。
四、IS-78段与安全区网络的连接
IS-78物理通道与其它LonWorks物理通道很相似，差别在于它可用于危险区域。本安的一个最基本要求是进入危险区域的电源的电压和电流必须限制在一定安全水平上，一般采用安全栅或隔离器。对于IS-78来说，MTL3054可完成这一功能，它是连接IS-78和IS-78*的物理中继器，IS-78可作为TP-78*段的一部分。IS-78*是一个修订规范，只要遵循该修订规范，带有通常TP/XF-78收发器的装置也可与MTL3054一起工作。从网络结构方面来看，要么把一个IS-78节点当成单独一个段，要么把它当成TP-78*段的一部分。如果把IS-78节点当成TP-78*段的一部分。则存在一个潜在的问题，即TP-78*收发器要求来自神经元芯片的差分驱动，而IS-78收发器则要求单端驱动。一旦通信参数被组态工具改写，则IS-78节点会停止通信。与其它物理通道一样，IS-78节点也可实现多种安装方式，如预安装方式、自安装方式等。
本安变压器是MTL3054中TP/XF-78收发器的重要部分。一个MTL3054加在TP/XF-78通道上，就如同在通道上挂接8只收发器。
采用TP-78*规范时，一旦8只MTL3054连到某个段上，这就已达到了这个段的极限。若需连接更多的本安节点，则需采用一只路由器。
要将IS-78与安全区TP/XF-78网络相连，则还要将TP-78*与TP/XF-78连到一起，这时也需要一只路由器，路由器的一边连到TP-78*，另一边连到TP/XF-78下面简要介绍网络组态。将IS-78段本安网络与其它非本安网络连到一起，同样需要用组态工具，常用的组态工具有LONMAKER和ICELAN-G等。LONMAKER在安装节点时会改写通信参数，因此不能直接把IS-78节点当成伪TP-78节点来安装。由于MTL3054内部不包含神经元芯片，因此MTL3054不是真正的路由器，这就限制使用通常的方法来组态IS-78段，而必须将LONMAKER与Echelon的应用程序cfg-rtr配合起来使用，才能完成组态工作。由于ICELAN-G软件在安装节点时并不修改通信参数，组态时只要将IS-78它可节点当作伪TP-78节点来安装即可。
五、结束语
本文简要介绍了LonWorks现场总线本安技术，希望为LonWorks应用于实际生产过程，特别是应用于那些危险区域，提供一定的帮助。总的来说，LonWorks本安技术涉及IST-78本安收发器、ISC-78本安控制模块、本安节点设计、MTL3054/ MTL3055隔离/中继器、IS -78本安物理通道规范、IS-78段与安全区网络的连接、路由器配置、网络拓扑结构及软件组态等方面的内容。由于本安技术是一种系统概念，涉及到的技术问题较多，作者不可能作太详细的介绍，但是我们希望通过本文来促进LonWorks本安技术的研究。
