Wat is Foundation Fieldbus?
Foundation Fieldbus is een volledig digitale, bidirectionele veldbus voor de procesautomatisering waarmee sensoren, transmitters en actuatoren via één gedeelde tweedraadskabel voeding én data uitwisselen met een DCS, en waarin regelfuncties zelfs in de veldapparatuur zelf kunnen draaien. Het protocol werd ontwikkeld als digitale opvolger van het analoge 4-20 mA-signaal en wordt beheerd door de FieldComm Group. Foundation Fieldbus bestaat uit twee lagen: H1 op veldniveau en HSE (High Speed Ethernet) als backbone. U vindt het vooral in raffinaderijen, olie- en gasinstallaties, chemische fabrieken en energiecentrales, vaak in explosiegevaarlijke zones, en daarnaast in waterzuivering en de voedingsmiddelenindustrie.
🧠 Hoe is Foundation Fieldbus ontstaan?
De techniek komt voort uit het werk van de ISA-commissie SP50, die vanaf de jaren tachtig aan een internationale veldbusnorm werkte. De Fieldbus Foundation werd in 1994 opgericht om die verschillende initiatieven te bundelen en bracht de eerste H1-specificaties uit in 1996, gevolgd door de HSE-specificaties in 1999. Het protocol staat in de internationale norm IEC 61158 (H1 als type 1, HSE als type 5) en in IEC 61784-1 als communicatieprofielfamilie CPF 1.
In augustus 2014 stemden de leden van de Fieldbus Foundation en de HART Communication Foundation in met een fusie. Sinds 1 januari 2015 beheert de FieldComm Group in Austin (Texas) zowel Foundation Fieldbus als HART en WirelessHART. In 2024 kwamen ook de FDT/DTM-activiteiten van de FDT Group daarbij.
| Jaar | Gebeurtenis |
|---|---|
| 1994 | Oprichting van de Fieldbus Foundation |
| 1996 | Eerste H1-specificaties van de Fieldbus Foundation |
| 1999 | Eerste HSE-specificaties (High Speed Ethernet) |
| 2014 | Leden keuren fusie met de HART Communication Foundation goed |
| 2015 | FieldComm Group operationeel per 1 januari |
| 2024 | Technisch rapport TR10365 over migratie van H1 naar Ethernet-APL |
🔧 Hoe werken H1 en HSE?
H1 werkt met 31,25 kbit/s over een afgeschermde getwiste aderpaar volgens IEC 61158-2, dezelfde fysieke laag als Profibus PA. Het signaal is Manchester-gecodeerd en wordt over dezelfde twee aders gestuurd als de voeding van de instrumenten (9–32 V DC). Deze multidrop-architectuur met één trunk en meerdere aftakkingen bestaat typisch uit:
- H1-interfacekaart in het besturingssysteem, vaak redundant uitgevoerd
- Fieldbus power supply (power conditioner) die de bus voedt en het signaal ontkoppelt van de voeding
- Twee terminators, elk een weerstand van 100 Ω in serie met 1 µF, aan beide uiteinden van de trunk
- Device couplers of segment protectors die aftakkingen (spurs) aansluiten en kortsluiting per spur begrenzen
- Veldapparaten zoals transmitters en klepstellers, elk met een eigen veldapparaat-adres
HSE draait op standaard Ethernet (100 Mbit/s of sneller) met TCP/UDP/IP. Een linking device koppelt meerdere H1-segmenten aan het HSE-netwerk, zodat het hostsysteem met al die segmenten tegelijk communiceert. HSE levert geen voeding over de kabel.
⏱️ Hoe verloopt de communicatie op een H1-segment?
Elk H1-segment heeft precies één actieve Link Active Scheduler (LAS), meestal de H1-kaart in de host. De LAS bewaakt een vast schema, de macrocyclus, waarin elk functieblok op een vast moment zijn waarde publiceert. Andere apparaten met link-masterfunctionaliteit kunnen als back-up-LAS overnemen als de primaire uitvalt.
- Gepland verkeer (publisher/subscriber) - deterministische overdracht van procesvariabelen, één zender en meerdere ontvangers
- Ongepland verkeer (client/server) - configuratie, uitlezen van parameters en diagnose in de vrije tijd van de macrocyclus
- Report distribution - alarmen en gebeurtenissen met tijdstempel
De lengte van de macrocyclus hangt af van het aantal functieblokken en links; in de praktijk ligt die vaak tussen enkele honderden milliseconden en één seconde. Wie veel snelle regelkringen op één segment zet, krijgt een langere cyclus.
🎯 Wat is control in the field?
Foundation Fieldbus is meer dan een transportprotocol: het definieert ook gestandaardiseerde functieblokken. Elk apparaat heeft een resource block (apparaatgegevens), een of meer transducer blocks (koppeling met de fysieke meting of uitgang) en functieblokken zoals AI (analoge ingang), AO (analoge uitgang), DI, DO en PID.
Omdat die blokken in alle apparaten hetzelfde gedrag hebben, kunt u een complete regelkring in het veld laten draaien: het AI-blok in de transmitter publiceert de meetwaarde, het PID-blok in de klepsteller berekent de nieuwe stand en het AO-blok stuurt de klep aan. Dat heet control in the field. Valt de host uit, dan blijft de regelkring doorwerken, mits een veldapparaat met link-masterfunctie de rol van LAS overneemt. Veel eigenaren kiezen toch voor regelen in de controller van het DCS, omdat dat overzichtelijker is in beheer en wijzigingsprocedures.
De beschrijving van elk apparaat staat in een Device Description (DD) in EDDL (IEC 61804). Leveranciers laten apparaten registreren na tests met de Interoperability Test Kit (ITK), zodat een transmitter van merk A werkt met een host van merk B. Nieuwere hosts ondersteunen ook FDI-pakketten (IEC 62769), die de DD combineren met een grafische gebruikersinterface.
🔄 Hoe verhoudt Foundation Fieldbus zich tot andere procesprotocollen?
| Kenmerk | Foundation Fieldbus H1 | Profibus PA | HART | Ethernet-APL |
|---|---|---|---|---|
| Signaal | Volledig digitaal | Volledig digitaal | Digitaal op 4-20 mA | Volledig digitaal (10BASE-T1L) |
| Snelheid | 31,25 kbit/s | 31,25 kbit/s | 1,2 kbit/s | 10 Mbit/s |
| Topologie | Multidrop trunk + spurs | Multidrop trunk + spurs | Punt-tot-punt (multidrop mogelijk) | Switched, punt-tot-punt per spur |
| Kabellengte | 1.900 m totaal, spur max. 120 m | 1.900 m totaal | Afhankelijk van lus | Trunk 1.000 m, spur 200 m |
| Regelen in het veld | Ja, met functieblokken | Nee | Nee | Afhankelijk van protocol |
| Typische host | DCS | DCS of PLC via DP/PA-koppeling | DCS of PLC | DCS of PLC |
Ten opzichte van klassieke 4-20 mA-bekabeling met één aderpaar per signaal levert Foundation Fieldbus veel minder kabels en marshalling, plus meerdere procesvariabelen per asset en NE 107-achtige diagnose per apparaat. Daar staat tegenover dat een segmentstoring meerdere instrumenten tegelijk raakt en dat ontwerp en troubleshooting meer specialistische kennis vragen.
🏭 Hoe ontwerpt u een H1-segment in de praktijk?
Een goed segmentontwerp bepaalt de betrouwbaarheid van de hele installatie. Een beproefde aanpak:
- Groepeer naar procesgebied en kritikaliteit - zet regelkringen die samen een eenheid vormen op hetzelfde segment en verdeel kritieke kringen over meerdere segmenten.
- Bereken voeding en spanningsval - tel het stroomverbruik op (typisch 15–26 mA per apparaat) en controleer of het verste apparaat nog minimaal 9 V krijgt over kabel type A (circa 0,8 mm²).
- Respecteer de lengtes - maximaal 1.900 m voor trunk plus alle spurs samen; spurs maximaal 120 m, korter naarmate er meer apparaten op het segment zitten. Met tot vier repeaters komt u op circa 9.500 m.
- Kies het Ex-concept - in explosiegevaarlijke zones gebruikt u intrinsieke veiligheid volgens FISCO of het Entity-concept (IEC 60079-11 en -25), of een high-power trunk met Ex-barrières per spur. FISCO beperkt spurs tot 60 m en een segment tot een handvol apparaten.
- Laat ruimte over - ontwerp in de praktijk met 12 tot 16 apparaten in plaats van het theoretische maximum van 32, zodat u later kunt uitbreiden.
- Plan redundantie - redundante H1-kaarten en power conditioners voorkomen dat één defect een heel segment stillegt.
In Nederland gelden voor zulke installaties de ATEX-eisen en de norm IEC 60079. Chemische en petrochemische bedrijven die onder Brzo vallen, moeten de veldbus bovendien meenemen in hun cyberbeveiliging; zie Brzo en cybersecurity.
🔐 Hoe beveiligt u Foundation Fieldbus?
Foundation Fieldbus is ontworpen voor beschikbaarheid en determinisme, niet voor beveiliging. H1 en HSE kennen geen authenticatie en geen encryptie: wie toegang heeft tot het segment, het HSE-netwerk of een engineeringtool, kan parameters lezen en wijzigen. HSE gebruikt bij IANA geregistreerde poorten (1089 annunciation, 1090 Fieldbus Message Specification, 1091 system management en 3622 LAN-redundantie), die u in firewallregels expliciet kunt toestaan of blokkeren.
Praktische maatregelen:
- Segmentatie - plaats HSE en H1-hosts in een eigen zone volgens het Zone and Conduits-model van IEC 62443, zonder directe route naar kantoornetwerken
- Beperk engineeringtoegang - alleen geautoriseerde engineeringstations mogen configureren; schakel schrijftoegang op apparaten uit waar dat kan
- Bewaak het netwerk - gebruik OT-monitoring op het HSE-niveau en vergelijk configuraties periodiek met een baseline
- Bescherm de datakoppeling - lever data aan SCADA, Historian en assetmanagement of conditiebewaking via een gecontroleerde koppeling zoals OPC UA, of via een tweede kanaal volgens NAMUR Open Architecture
Voor bedrijven die onder de Cyberbeveiligingswet vallen, die op 15 augustus 2026 in werking trad, horen deze maatregelen bij de zorgplicht voor de netwerk- en informatiesystemen, inclusief de OT-laag en de koppelingen met IT.
🧱 Wat is de toekomst van Foundation Fieldbus?
Nieuwe projecten kiezen steeds vaker voor Ethernet-APL, dat dezelfde kabel type A en trunk-en-spurtopologie gebruikt maar 10 Mbit/s en IP tot in het veld brengt. De FieldComm Group werkt daarom aan een migratiepad: rapport TR10365 (2024) beschrijft een APL-veldswitch met dual-mode-poorten, waarop bestaande H1-apparaten en nieuwe APL-apparaten naast elkaar werken.
Er is een kanttekening: APL-apparaten verbruiken meer stroom, waardoor de maximale trunklengte in een rekenvoorbeeld daalt van circa 1.500 m naar circa 450 m. Bestaande H1-installaties blijven daardoor nog jaren in bedrijf. Een migratie past het best in levenscyclusbeheer en in een brownfield-strategie.
❓ Veelgestelde vragen
Wat is het verschil tussen Foundation Fieldbus H1 en HSE?
Foundation Fieldbus H1 is de veldbus op instrumentniveau met 31,25 kbit/s, die voeding en data over twee aders combineert. HSE is de Ethernet-backbone (100 Mbit/s of sneller) die via linking devices meerdere H1-segmenten met het hostsysteem verbindt. HSE voedt geen veldapparaten.
Hoeveel apparaten kunnen op één Foundation Fieldbus-segment?
Een Foundation Fieldbus H1-segment ondersteunt theoretisch 32 apparaten, maar voeding en spanningsval beperken dat in de praktijk. Veel ontwerpen gaan uit van 12 tot 16 apparaten per segment. Bij intrinsieke veiligheid volgens FISCO zijn het er vaak maar vier tot vijf.
Is Foundation Fieldbus hetzelfde als Profibus PA?
Nee, maar Foundation Fieldbus H1 en Profibus PA delen dezelfde fysieke laag volgens IEC 61158-2 met 31,25 kbit/s. De protocollagen erboven verschillen, en alleen Foundation Fieldbus ondersteunt regelen in het veld met gestandaardiseerde functieblokken. De twee protocollen zijn dus niet onderling uitwisselbaar op één segment.
Wat doet de Link Active Scheduler?
De Link Active Scheduler (LAS) is het apparaat dat het verkeer op een Foundation Fieldbus H1-segment regelt volgens een vaste macrocyclus. Per segment is er precies één actieve LAS, met optioneel een back-up-link-master. Zonder LAS vindt er geen geplande communicatie plaats.
Is Foundation Fieldbus veilig tegen cyberaanvallen?
Foundation Fieldbus heeft geen ingebouwde authenticatie of encryptie, dus de beveiliging moet uit de omgeving komen. Zonering volgens IEC 62443, beperkte engineeringtoegang en monitoring van het HSE-netwerk zijn de belangrijkste maatregelen. Fysieke toegang tot kasten en junction boxes hoort daar ook bij.
Wordt Foundation Fieldbus vervangen door Ethernet-APL?
Ethernet-APL wint terrein bij nieuwbouw, maar Foundation Fieldbus heeft een grote geïnstalleerde basis die nog jaren meegaat. De FieldComm Group ontwikkelt een migratieconcept waarbij APL-veldswitches ook H1-apparaten bedienen. Zo kunt u stapsgewijs overstappen op bestaande bekabeling.
📌 Samengevat
Foundation Fieldbus is een volledig digitale veldbus die voeding, procesdata, diagnose en zelfs regelfuncties over één tweedraadskabel tussen veldapparaten en het DCS brengt.
H1 verbindt instrumenten met 31,25 kbit/s over maximaal 1.900 m per segment, HSE koppelt de segmenten via Ethernet aan de host. Functieblokken, de Link Active Scheduler en gestandaardiseerde apparaatbeschrijvingen zorgen voor deterministische en merkonafhankelijke communicatie. Omdat het protocol geen eigen beveiliging heeft, beschermt u het met zones, beperkte engineeringtoegang en monitoring. Voor de toekomst ligt er een migratiepad naar Ethernet-APL op dezelfde kabel.