總線專題：第九講 現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用

1.現(xiàn)場(chǎng)總線在制造廠商方面的應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)總線是在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間以及在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制室監(jiān)控設(shè)備之間的一種通信技術(shù)，如果設(shè)備制造廠商采用了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，那么就可使自己生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或監(jiān)控系統(tǒng)與其它廠商所生產(chǎn)的設(shè)備（須同一種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)或協(xié)議）相互通信或相互操作。如果世界上只有一種現(xiàn)場(chǎng)總線的國際標(biāo)準(zhǔn)，正如目前現(xiàn)場(chǎng)儀表只有一種4-20mA的國際信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的話，那么情況就非常簡(jiǎn)單了，采用他就是了。就等于有了一張使自己產(chǎn)品進(jìn)入國際市場(chǎng)的通行證。但是，目前的情況是：現(xiàn)場(chǎng)總線的國際標(biāo)準(zhǔn)已有十多種，最近CC-Link又成為ISO的標(biāo)準(zhǔn)，向2007年IEC61158又要重新改版，又要有幾種實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)加入進(jìn)來，為數(shù)就更多了，何況現(xiàn)場(chǎng)無線通信網(wǎng)絡(luò)又已經(jīng)展露了頭角，使情況更為復(fù)雜。擺在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備制造廠商面前的問題是到底選用哪一種國際標(biāo)準(zhǔn)為宜。

現(xiàn)場(chǎng)總線國際標(biāo)準(zhǔn)如此之多，不是一種正?，F(xiàn)象，從歷史上看恐怕也是絕無僅有的，多標(biāo)準(zhǔn)等于是沒有標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)目前現(xiàn)場(chǎng)總線的國際標(biāo)準(zhǔn)的狀況是一種諷刺，作為用戶來講，希望只有一種標(biāo)準(zhǔn)。有一次在與IEC負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)總線官員的交流會(huì)上交談，當(dāng)我提出這個(gè)觀點(diǎn)時(shí)，他也同意，但他也無力改變這一經(jīng)過幾個(gè)跨國大公司十多年來現(xiàn)場(chǎng)總線國際標(biāo)準(zhǔn)大戰(zhàn)的妥協(xié)結(jié)果。從歷史上看，無論是氣動(dòng)儀表的模擬信號(hào)制，還是電動(dòng)儀表的模擬信號(hào)制，都是只有一種國際標(biāo)準(zhǔn)，前者為0.2～1.0kgf/cm2；后者為直流4～20mA。在1975年前，電動(dòng)儀表的信號(hào)制也極不統(tǒng)一，各大國家，各大公司都有各自的標(biāo)準(zhǔn)，如德國為0～10mA，其他國家則有5～25mA，0～20mA等標(biāo)準(zhǔn)，我國第一代電動(dòng)單元組合儀表DDZ-I（電子管式）就采用了0～10mA的標(biāo)準(zhǔn)，但到了1975年國際標(biāo)準(zhǔn)定為4～20mA以后，DDZ-Ⅲ型（集成電話）就不得不改為4～20mA，這對(duì)國內(nèi)的儀表廠與用戶造成了損失與不便。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看現(xiàn)場(chǎng)總線的國際標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該只有一種標(biāo)準(zhǔn)。本人正擬撰寫一篇文章，呼吁在IEC的組織中，增設(shè)用戶委員會(huì)，如果有25%以上的用戶投票表決表示反對(duì)，則該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)一票否決制，以代替目前如果有25%以上，包括觀測(cè)員國在內(nèi)表示反對(duì)的一票否決制。當(dāng)然還有“必須有2/3以上有投票表決權(quán)的代表必須同意才能通過該標(biāo)準(zhǔn)”的這一條。因?yàn)樵谑袌?chǎng)經(jīng)濟(jì)的條件下，用戶才最有發(fā)言權(quán)和決定權(quán)。只有徹底改變IEC有關(guān)部門由制造廠商代表“一統(tǒng)天下”的局面才能徹底改變目前多標(biāo)準(zhǔn)的狀況。

由于現(xiàn)場(chǎng)總線有許多優(yōu)點(diǎn)，如果沒有眾多的國際標(biāo)準(zhǔn)，恐怕早已獲得推廣應(yīng)用，就是在目前的狀況下，還是有不少廠商企圖開發(fā)此一產(chǎn)品。當(dāng)然在現(xiàn)場(chǎng)總線的國際標(biāo)準(zhǔn)尚未獲得統(tǒng)一之前，是有風(fēng)險(xiǎn)的。因此，在開發(fā)現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品之前務(wù)須謹(jǐn)慎從事。

研究開發(fā)一種新產(chǎn)品是屬于科學(xué)研究的范疇，所以也允許失敗，但由于投入較大，需要規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，盡可能使之獲得成功。因此，事先必須做好可行性研究。可行性研究包括以下幾個(gè)方面：

（1）市場(chǎng)的調(diào)研。針對(duì)當(dāng)前和今后若干年內(nèi)，哪一種現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)品是適銷對(duì)路的。

（2）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的調(diào)研。了解各種現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)和不足之處，加以分析比較，做到心中有數(shù)。

（3）對(duì)同行的調(diào)查。要了解哪些產(chǎn)品已經(jīng)有人生產(chǎn)？而哪些產(chǎn)品還是空白？哪個(gè)行業(yè)的應(yīng)用有著良好的前景？今后的切入點(diǎn)何在？

（4）對(duì)各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線組織的了解。一般各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線都有其國際化的組織來推廣其技術(shù)和規(guī)范。但各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的難度和進(jìn)入“門檻”的高低各不相同。例如在現(xiàn)場(chǎng)儀表方面，F(xiàn)F的技術(shù)雖然比較完備，但難度也是比較高的。在進(jìn)入的“門檻”方面，有的比較嚴(yán)格，收費(fèi)也較高；有的入門雖然簡(jiǎn)易，芯片也比較便宜，但其開發(fā)裝置就不便宜，功能越全的開發(fā)裝置，價(jià)格也越貴。須知天下沒有“免費(fèi)的午餐”，每種現(xiàn)場(chǎng)總線的開發(fā)費(fèi)用都不在少數(shù)，他們的付出是要求回報(bào)的。按照正規(guī)的程序，你要開發(fā)某種現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)品，他們是非常歡迎的，一般先要求你入會(huì)作為會(huì)員，當(dāng)然會(huì)費(fèi)是必須每年交的，會(huì)費(fèi)的多少對(duì)制造廠來講是按銷售額來定的，分幾個(gè)檔次，銷售額越大，交費(fèi)也更多，對(duì)于院校或院所的會(huì)費(fèi)則較少，一般每年1000美元左右，但所享受的權(quán)利也較少。會(huì)員的權(quán)利一般對(duì)購買資料，參加培訓(xùn)班等都有優(yōu)惠折扣，信息的獲得也頗及時(shí)。至于不參加該會(huì)，如需購買資料或芯片也是可以的，但就沒有優(yōu)惠待遇，而且信息的獲得也不及時(shí)。

此外，了解該組織在中國有沒有派出機(jī)構(gòu)、技術(shù)支持中心或認(rèn)證機(jī)構(gòu)也是重要的，因?yàn)楫?dāng)產(chǎn)品研制出來以后，必須進(jìn)行一致性和可互操作性的測(cè)試，如該組織在國內(nèi)沒有認(rèn)證中心時(shí)，就用不到走出國門了，一般一致性測(cè)試是比較容易通過的；而可互操作性的認(rèn)證測(cè)試是比較難的，而出國的費(fèi)用也是一筆不小的開支。

各種總線的核心技術(shù)一般是不公開的，做在專用芯片之內(nèi)。芯片一般由二個(gè)以上的廠家出售購買是比較容易的。

（5）目前在市場(chǎng)上也可購得各種協(xié)議的轉(zhuǎn)換接口，如由4～20mA的模擬信號(hào)制通過轉(zhuǎn)換接口來達(dá)到與其它現(xiàn)場(chǎng)總線的通信功能，這種做法當(dāng)然簡(jiǎn)便，但這是在一定程度上以犧牲精度、可靠性與延遲信號(hào)傳遞時(shí)間為代價(jià)而獲得的。

（6）資金問題。新產(chǎn)品開發(fā)的初期，是需要投入的，2～3年之內(nèi)一般是要賠本的，3－5年之內(nèi)才能有盈利，弄得不好，也有血本無歸的先例。最好的辦法是先以別的產(chǎn)品的利潤(rùn)來培育此一新的產(chǎn)品。

（7）人才問題。由于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)牽涉到控制、計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)，因此除了專業(yè)人才以外，還需要有一專多能的復(fù)合型人才作為開發(fā)新一產(chǎn)品的技術(shù)骨干。開發(fā)新產(chǎn)品，人才問題是至關(guān)重要的。

（8）盡量爭(zhēng)取政府或有關(guān)部門在政策上、財(cái)務(wù)上、技術(shù)上的支持。

以上的幾個(gè)因素，有的是相互制約的，這就要根據(jù)本企業(yè)的實(shí)際情況，權(quán)衡利弊，審視度勢(shì)做出抉擇。

從目前情況來看，大企業(yè)、大集團(tuán)由于實(shí)力雄厚，往往“腳踩幾條船”如有些儀表集團(tuán)公司既開發(fā)FF的產(chǎn)品，又開發(fā)PROFIBUS等的產(chǎn)品。所以政府號(hào)召各企業(yè)進(jìn)行重組，以加大產(chǎn)品創(chuàng)新的力度。當(dāng)然，這也不能說中小型企業(yè)，或者新創(chuàng)建的小企業(yè)就沒有機(jī)會(huì)了。

由于EPA是我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)場(chǎng)總線，一則2007年國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158改版時(shí)，極有可能正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)；二則EPA的起點(diǎn)較高，因?yàn)镋PA是基于實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)；三則適合本國的國情與企業(yè)文化；四則振興我國的民族工業(yè)，人人有責(zé)。因此，不妨優(yōu)先考慮。

2.現(xiàn)場(chǎng)總線在最終用戶方面的應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)總線在為用戶的應(yīng)用方面與科研完全不同，它是屬于工程技術(shù)的范疇，工程技術(shù)是具體實(shí)現(xiàn)某一目標(biāo)而采取的各種具體方法，技術(shù)和措施，它是不允許失敗的，所以必須按照一定的程序和階段，逐步深入，具體細(xì)化，一直到竣工投產(chǎn)和驗(yàn)收，講究的是能使自動(dòng)化專業(yè)（包括現(xiàn)場(chǎng)總線）配合其他專業(yè)做到以最少的投資獲得最大的效益，也就是說是投產(chǎn)的企業(yè)能達(dá)到：優(yōu)質(zhì)低耗，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和安全環(huán)保的目的。隨著技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)驗(yàn)的積累，這方面的發(fā)展是永無止境的，做得好的話，就不完全是技術(shù)而會(huì)上升達(dá)到了藝術(shù)的境地。這就需要我們下大力氣地去追求和創(chuàng)造。

現(xiàn)提出以下幾個(gè)方面供應(yīng)用時(shí)參改：

（1）大的項(xiàng)目必須按工程的辦法來實(shí)施

所謂按工程的辦法，就是首先按需要進(jìn)行立項(xiàng)，再經(jīng)過可行性研究，初步設(shè)計(jì)或擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)，現(xiàn)在按西方的習(xí)慣又有叫做基本設(shè)計(jì)（basic design）的，然后再進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)或叫做詳細(xì)設(shè)計(jì)（detail design），施工安裝，調(diào)試投產(chǎn)，試生產(chǎn)，正式投產(chǎn)竣工驗(yàn)收等階段，每個(gè)階段內(nèi)又必須按照各自一定的程序進(jìn)行，例如立項(xiàng)，設(shè)計(jì)階段必須由委托，招標(biāo)，投標(biāo)，評(píng)標(biāo)，分包，各級(jí)審批等程序，以便層層把關(guān)，確保工程的質(zhì)量和進(jìn)度。大的項(xiàng)目一般由業(yè)主通過按投標(biāo)的辦法先委托設(shè)計(jì)院進(jìn)行設(shè)計(jì)或總承包，目前有的設(shè)計(jì)院已改名為工程公司，除了設(shè)計(jì)的業(yè)務(wù)以外還承擔(dān)采購訂貨等任務(wù)。

（2）包括現(xiàn)場(chǎng)總線在內(nèi)的自動(dòng)化系統(tǒng)是整個(gè)工程的重要組成部分。

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，產(chǎn)品生產(chǎn)的規(guī)模越來越大，外加技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)自動(dòng)化的重要性已經(jīng)十分清楚不再多說。

（3）自動(dòng)化是為生產(chǎn)工藝服務(wù)的，在工程中處于配合的專業(yè)

自動(dòng)化固然重要，但他不能在工業(yè)生產(chǎn)過程中獨(dú)立存在，只能依附于生產(chǎn)流程和工藝設(shè)備，才能體現(xiàn)出自己的價(jià)值，從而增加企業(yè)的效益。所謂皮之不存，毛將焉附。

由于自動(dòng)化專業(yè)是屬于新興的技術(shù)，所以目前其發(fā)展往往比工藝生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展要快，容易使自動(dòng)化技術(shù)工作者不知不覺地陷入以自我為中心，甚至凌駕于工藝之上的境地。

如前年有一次聽到有一位自動(dòng)化的技術(shù)權(quán)威要做一個(gè)“以自動(dòng)化來治理三高”的報(bào)告會(huì)，我是懷著以一種“虔誠的心態(tài)去聽取的，報(bào)告的前一部分講的是我國目前能耗環(huán)境污染與原材料消耗指標(biāo)與國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家的差距，具體的數(shù)字與事例深動(dòng)人心；但第二部分講自動(dòng)化怎么來治理三高時(shí)，卻大講什么開發(fā)軟硬作平臺(tái)，建立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)…，最后報(bào)告就這樣結(jié)束了。聽了報(bào)告的第一部分，雖然過去也知道當(dāng)前的情況比較嚴(yán)重，但不具體，聽了以后大有收獲；但聽完報(bào)告以后，卻感到茫然。自動(dòng)化能直接降低三高嗎？”用了什么平臺(tái)，什么標(biāo)準(zhǔn)以后就行了嗎？當(dāng)然我絕不懷疑這位權(quán)威在自動(dòng)化方面的造詣，但怎么具體來降低三高呢？沒有解決我思想上的問題。

目前火電與銅鐵是耗能大戶，又因我國的煤炭含硫量比較高，要降低SO2的排放量只有應(yīng)用清潔能源，如天然氣或事先將煤進(jìn)行脫硫，或者從排出的煙氣中將SO2脫去，目前在煙氣中用濕法脫硫比較實(shí)際，但一個(gè)脫硫裝置要使火電廠的造價(jià)增加近2個(gè)億，如再要脫氧化氮化合物（NOX）又要加1個(gè)億；再如為了節(jié)水，用空（空氣）冷的辦法還要增加1億元左右。一般自動(dòng)化在工程的總投資中占有的比例不大，如能用自動(dòng)化辦法去解決節(jié)能、環(huán)保問題不是太好了嗎？

再用一些例子說明只有革新工藝流程與研發(fā)出新的工藝裝置才能顯著地減少投資節(jié)能與增產(chǎn)。如鋼鐵工業(yè)過去靠平爐來煉鋼，一爐鋼要十多個(gè)小時(shí)，要用大量煤氣，為了節(jié)能，當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)的自動(dòng)化專家花了很大的力氣去研發(fā)平爐的綜合自動(dòng)化一直沒有完成，但當(dāng)上世紀(jì)60年代，奧地利成功地發(fā)明了純氧頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法，煉一爐鋼只要幾十分鐘，氧氣的吹入與鐵水中的碳起了氧化反應(yīng)，產(chǎn)生大量的熱足以保證煉鋼所需的溫度，時(shí)間縮短了，產(chǎn)量提高了，煤氣也不用了，相反還能回收產(chǎn)生的二次能源（轉(zhuǎn)爐煤氣），效益非常顯著，所以現(xiàn)在平爐早已不存在了，那時(shí)還未完成的平爐綜合自動(dòng)化也就用不著再去研發(fā)和完善了，而保證轉(zhuǎn)爐高效運(yùn)轉(zhuǎn)的副輪測(cè)溫，定碳，爐口微差壓調(diào)節(jié)與用轉(zhuǎn)爐計(jì)算機(jī)來判斷吹煤終點(diǎn)的自動(dòng)化系統(tǒng)則起到了關(guān)鍵的作用；再如過去鋼水煉成以后，用模鑄的方法鑄成鋼錠，冷卻以后如需開坯成鋼坯，還需均熱爐加溫均熱，經(jīng)過功率強(qiáng)大的初扎機(jī)扎制成所需尺寸的鋼坯，冷卻以后放入鋼坯庫，如需軋制成成品（如鋼板、型鋼、管材等）時(shí)，還需從鋼坯庫中取出，經(jīng)加熱爐再加熱進(jìn)入成品軋機(jī)軋制成材，這種冷了又熱，熱后又冷，冷了又熱的過程既浪費(fèi)了能源又需要多種工藝設(shè)備（均熱爐、加熱爐、初軋機(jī)等），上世紀(jì)50年代，德國與我國相繼發(fā)明了連鑄工藝，即將鋼水直接注入連續(xù)鑄錠機(jī)，通過結(jié)晶器冷卻水的冷卻，不斷地靠引錠桿從結(jié)晶器出口拉出板坯，這就廢除了模鑄，均熱爐，初軋機(jī)等工序，既節(jié)省了投資，縮小了廠房面積，又節(jié)約了能源與時(shí)間，效益也非常顯著，因此，現(xiàn)在的鋼鐵廠都已實(shí)現(xiàn)了全連鑄工藝，而其中連鑄機(jī)結(jié)晶器的鋼水液位的測(cè)量與控制，控制二次冷卻水的計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)模型等方法都是保證連鑄機(jī)高效而安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，而上世紀(jì)90年代出現(xiàn)的連鑄連軋工藝，實(shí)現(xiàn)了一火火成材，即可將鋼水直接加工成鋼板，其中板型的測(cè)量與控制以及連軋機(jī)各機(jī)架的速度控制亦至為關(guān)鍵。

從上可以看出，降低三高或創(chuàng)造顯著效益，主要是靠工藝流程的革新和研發(fā)新的工藝設(shè)備，自動(dòng)化只達(dá)到了使工藝生產(chǎn)穩(wěn)定而高效地安全環(huán)保生產(chǎn)，起到了保駕護(hù)航或畫龍點(diǎn)睛的作用。

從以上的事例，充分說明只要一個(gè)自動(dòng)化的工作者，能夠在工作中正確地定位，牢固地樹立為工藝生產(chǎn)服務(wù)的思想，這樣才能使你的聰明才智在工作中充分地體現(xiàn)出價(jià)值與貢獻(xiàn)。

（4）關(guān)于采用先進(jìn)技術(shù)的問題

采取先進(jìn)技術(shù)是發(fā)展生產(chǎn)的動(dòng)力之一，而且采用先進(jìn)的技術(shù)也確實(shí)能為企業(yè)創(chuàng)造效益，但是要采用先進(jìn)技術(shù)卻需要具備一定的前提條件。在自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)也有不少先進(jìn)技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)總線也是一項(xiàng)重大的先進(jìn)技術(shù)，但在采用時(shí)，如果沒有先進(jìn)的工藝流程和工藝設(shè)備，良好的原材料條件和足夠的資金，以及在企業(yè)內(nèi)部需要科學(xué)的管理水平、操作水平和維護(hù)水平與之配套及相適應(yīng)，即使采用了最先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)和裝備，也不能奏效而甚至造成浪費(fèi)。歷史的經(jīng)驗(yàn)值得注意，上個(gè)世紀(jì)70年代末和80年代初引進(jìn)的DCS當(dāng)時(shí)大多數(shù)投產(chǎn)的DCS只發(fā)揮了30%左右的功能即為一例。

我們知道先進(jìn)的技術(shù)僅是一種手段，一種工具，采用它的本身并不是我們的目的，以最少的投資獲得最大的效益才是我們真正的目的，因此，作為一個(gè)自動(dòng)化工作者切不可為先進(jìn)而先進(jìn)，為現(xiàn)場(chǎng)總線而現(xiàn)場(chǎng)總線。