總線專(zhuān)題：第九講 現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用

（5）現(xiàn)場(chǎng)總線的選型

以上講述了工程設(shè)計(jì)的程序和各階段的內(nèi)容，也闡述了有關(guān)設(shè)計(jì)思想方面的問(wèn)題，接著就要講述有關(guān)應(yīng)用方法上的若干問(wèn)題。

選型是應(yīng)用方面的重要組成部分，所謂選型，就是到底要選用什么廠家，什么型號(hào)的設(shè)備或產(chǎn)品對(duì)自己最為適用。

對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)講，選型就是到底要選擇哪一種現(xiàn)場(chǎng)總線為宜，當(dāng)然，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是在優(yōu)選之首。如果國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)只有一種，那就比較簡(jiǎn)單了，但在目前難就難于在有多種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，而國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有不在少數(shù)，這就難上加難了。

首先用戶要了解各種現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容及其特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究就可發(fā)現(xiàn)大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線雖然都號(hào)稱可以應(yīng)用于各種領(lǐng)域，但根據(jù)支持其主要廠商的歷史、典型產(chǎn)品，傳統(tǒng)市場(chǎng)等方面就可發(fā)現(xiàn)都各有其特長(zhǎng)或在性能方面有所側(cè)重。

在用戶方面，根據(jù)其生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)也各有差異，工業(yè)用戶按生產(chǎn)過(guò)程可分為三類(lèi)：即連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程（Continuous Process）即從進(jìn)料到成品的產(chǎn)出，其過(guò)程是連續(xù)的，化工，石油及石油化工和發(fā)電等的生產(chǎn)過(guò)程為其典型，而自動(dòng)化應(yīng)用于這類(lèi)行業(yè)被稱為過(guò)程自動(dòng)化（Process Automation簡(jiǎn)稱PA）；另一種生產(chǎn)過(guò)程是間歇的或離散的（Discrete Process），也就是生產(chǎn)是一步一步按順序走的，最典型的就是汽車(chē)生產(chǎn)線，在生產(chǎn)線上，首先放上底盤(pán)，然后隨著生產(chǎn)線的移動(dòng)到某一部位時(shí)，停下來(lái)裝上發(fā)動(dòng)機(jī)，再移動(dòng)到下一部位再停下來(lái)再裝上車(chē)輪…，這樣一步一步地移動(dòng)，最后裝配為一輛整車(chē)后出線。自動(dòng)化應(yīng)用于這類(lèi)行業(yè)被稱為工廠自動(dòng)化（Factory Automation簡(jiǎn)稱為FA），其信號(hào)的傳輸速度要求比PA快。第三種生產(chǎn)過(guò)程是批量生產(chǎn)過(guò)程（Batch Process），最近被叫做批過(guò)程，其特征介于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程和離散生產(chǎn)過(guò)程之間，即生產(chǎn)過(guò)程是按階段生產(chǎn)的，這具有離散過(guò)程的特點(diǎn)；而在每個(gè)階段內(nèi)的生產(chǎn)又是連續(xù)的，又具有連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的特征，最典型的當(dāng)屬鋼鐵廠的轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程，即鋼是一爐一爐煉的，每爐鋼在裝料或出鋼時(shí)，需要停下來(lái)，而在用氧吹煤的過(guò)程卻是連續(xù)的，用在這方面自動(dòng)化就叫做批自動(dòng)化（Batch Process簡(jiǎn)稱 BA)。

從目前現(xiàn)場(chǎng)總線的類(lèi)型來(lái)看：

1）PA領(lǐng)域。在PA領(lǐng)域內(nèi)的控制系統(tǒng)一般選用DCS。適用于PA的現(xiàn)場(chǎng)總線的類(lèi)型不多，最典型的為FF，其他則還有PROFIBUS的PA和EPA。FF繼承了DCS與HART的一些行之有效的經(jīng)驗(yàn)，如功能塊與DDL等，所以熟悉儀表與DCS的設(shè)計(jì)人員不難使用FF。DA對(duì)信息的采樣周期時(shí)間要求不高，一般以秒或毫秒來(lái)計(jì)算。

2）FA領(lǐng)域。在FA領(lǐng)域內(nèi)的控制系統(tǒng)一般選用PLC。適合FA的現(xiàn)場(chǎng)總線的類(lèi)型較多，如PROFIBUS DP，ControlNET，DeviceNET，Interbus，CC-link等。其采樣周期所需的時(shí)間較高，一般以毫秒或微妙來(lái)計(jì)算。

3）BA領(lǐng)域。在BA領(lǐng)域內(nèi)的控制系統(tǒng)過(guò)去一般采用DCS，但近來(lái)幾乎都為PLC所置換。比較典型的是主要用于用于飼養(yǎng)業(yè)的P-Net。當(dāng)然，其他類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)總線也可應(yīng)用。

4）運(yùn)動(dòng)控制（Motion Control）。這是一種在時(shí)間上要求很高的控制，而且需要在時(shí)間上同步，一般以微妙甚至用納秒（ns）來(lái)計(jì)算，主要應(yīng)用于高速彩色印刷機(jī)或紡染設(shè)備，典型的現(xiàn)場(chǎng)總線如SercosIII等。

按照上述分類(lèi)及適用的行業(yè)，選擇的范圍已收縮了不少，選型就比較容易了。一般要選擇3種以上，然后進(jìn)行分拆對(duì)此，最后推薦出一種。

（6）調(diào)研

對(duì)于某些首次應(yīng)用的新產(chǎn)品，或重要的設(shè)備，一般還需要去制造廠商進(jìn)行實(shí)地考察，調(diào)研的重點(diǎn)是元器件是否經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選、老化？制造工藝是否精湛？管理是否到位？有哪些質(zhì)量保證措施？雖然不免走馬看花，但看的廠家多了，經(jīng)過(guò)對(duì)此分析，自然心中有數(shù)。有時(shí)還可邀請(qǐng)專(zhuān)業(yè)代表一同下廠考察，以便及時(shí)交流，在決定選型時(shí)才有共同語(yǔ)言。

（7）參觀示范工程

當(dāng)大型工程采用新產(chǎn)品、新技術(shù)時(shí)，例如現(xiàn)場(chǎng)總線，最好去參觀考察同類(lèi)型、同規(guī)模的工程項(xiàng)目，從中汲取經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)。但要考慮國(guó)情與本企業(yè)的具體情況，因地制宜地通過(guò)調(diào)研、學(xué)習(xí)、消化和吸收而達(dá)到提高的過(guò)程，決不要去生搬硬套。當(dāng)然借考察之名，行旅游之實(shí)，回來(lái)后，一無(wú)所獲之事，雖然極少，但也還是有的。應(yīng)委派具有一定水平的技術(shù)人員、認(rèn)真負(fù)責(zé)的業(yè)務(wù)骨干參加，才能取得良好的效果。

（8）沒(méi)有示范工程怎么辦？

由于工程是不允許失效的，借鑒別人的經(jīng)驗(yàn)固然是個(gè)好辦法，但如果沒(méi)有示范工程，難道就沒(méi)有辦法了嗎？難道就不能進(jìn)步，沒(méi)有創(chuàng)新了嗎？況且示范工程總也是要有人才能干出來(lái)的。

示范工程怎么干才行呢？要敢吃“螃蟹”，除了需要勇氣之外，還需要根據(jù)具體的背景和條件，采取必要的措施來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)，避免事故的發(fā)生，現(xiàn)舉例以供參改。

1）最簡(jiǎn)單而又萬(wàn)無(wú)一失的辦法--采取備用措施。

如1978年開(kāi)始建設(shè)上海寶山鋼鐵公司時(shí)，一號(hào)煉鐵用的高爐就考慮要用DCS，而DCS是在1975年才開(kāi)始推向市場(chǎng)的，連國(guó)外的煉鐵廠當(dāng)時(shí)也還沒(méi)有成熟的使用經(jīng)驗(yàn)，為了確保萬(wàn)無(wú)一失，采用了整套模擬儀表作為DCS的后備裝置。這是因?yàn)樯虾５膶氫撌且蛔耆珡钠降厣闲陆ǖ囊粋€(gè)與國(guó)際接軌的大型鋼鐵企業(yè)，有著中央與地方的大力支持，而4000m3級(jí)的高爐在國(guó)際上也是為數(shù)不多的。當(dāng)高爐順利投產(chǎn)，證明DCS運(yùn)行可靠以后，正因?yàn)橛辛诉@樣的樣板工程，隨后我國(guó)新建的高爐就很快地推廣應(yīng)用了DCS。

但這是當(dāng)時(shí)工期緊迫，投資充裕，對(duì)今后建設(shè)高爐自動(dòng)化有著指導(dǎo)意義的情況下才做出的決策，但在目前的情況下不是隨便哪個(gè)工程都能這樣做了。

2）采用漸進(jìn)的辦法

所謂漸進(jìn)的辦法就是現(xiàn)在主機(jī)的外圍工程或在輔助設(shè)施上，進(jìn)而在主機(jī)不太關(guān)鍵的部位上采取一些必要的安全措施，先進(jìn)行試點(diǎn)，待取得成功的經(jīng)驗(yàn)以后再逐步擴(kuò)大，這種做法，比起寶鋼的方案，在費(fèi)用上是節(jié)省了不少，但卻需要較長(zhǎng)的時(shí)間。

（9）工程投資

自動(dòng)化在整個(gè)工程投資中占有一定的比例，由于各行業(yè)工藝設(shè)備的結(jié)構(gòu)不同，爐窯、瓶瓶罐罐的設(shè)備費(fèi)用不大，但大型工藝精密旋轉(zhuǎn)機(jī)械的價(jià)格就很貴，因此自動(dòng)化設(shè)備在化工、石化等行業(yè)所占的比重就較大。而鋼鐵行業(yè)所占的比重相對(duì)而言就較小。一般在可行性階段就有結(jié)算；在基本設(shè)計(jì)時(shí)就有概算；而在詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)就有預(yù)算。各個(gè)專(zhuān)業(yè)都有一定的份額，如采用的新產(chǎn)品超過(guò)概算不大時(shí)，報(bào)工程的總設(shè)計(jì)師進(jìn)行平衡，若超過(guò)太大而不能平衡時(shí)，則只能叫停。

（10）改、擴(kuò)建及技術(shù)改造的項(xiàng)目

以上所述屬于對(duì)大型新建的工程而言，若有改建、擴(kuò)建時(shí)，而且就是新建的工程也有大、中、小之區(qū)別，因此所述的設(shè)計(jì)程序和階段可根據(jù)不同的情況予以簡(jiǎn)化，但需要考慮的原則、思想、方法和精神則是不變的。不過(guò)改、擴(kuò)建項(xiàng)目還需考慮與原有的設(shè)備協(xié)調(diào)和兼容的問(wèn)題，因限于篇幅，不再細(xì)述了。

3.國(guó)內(nèi)的應(yīng)用狀況

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用的情況歸納如下：

（1）FF的應(yīng)用。2005年上海的Seeco中外合資90萬(wàn)t乙烯工程的順利投產(chǎn)，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)FF的最大用戶的成功應(yīng)用。雖然設(shè)有全部采用FF的儀表（占26.6%），HSE也沒(méi)有用上，但在世界上同步建設(shè)的十個(gè)同類(lèi)的項(xiàng)目上，F(xiàn)F也是用得最多的，而且簡(jiǎn)單的PID調(diào)節(jié)回路全部下放到現(xiàn)場(chǎng)儀表，堪稱世界上的示范工程，但也突出了硬件投資過(guò)大，尤其是所用FF的附件，如插接件等投資也不在小數(shù)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)原FF的設(shè)計(jì)，每條H1總線可接32臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)儀表，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)都平均只有5.8臺(tái)儀表的問(wèn)題。隨后，在惠州投產(chǎn)的中外合資80萬(wàn)t乙烯工程CSPC也獲得成功，也同樣應(yīng)用了大量FF儀表，不過(guò)其所有的PID調(diào)節(jié)，沒(méi)有下放到現(xiàn)場(chǎng)，這是與Seeco的不同之處。但是最近興建的新疆獨(dú)山子工程是目前在石化行業(yè)內(nèi)國(guó)內(nèi)是最大的，其規(guī)模為1000萬(wàn)t煉油與100萬(wàn)t乙烯，但卻沒(méi)有采用FF。聯(lián)想到我國(guó)上世紀(jì)60年代的計(jì)算機(jī)熱，和上世紀(jì)70年代末的DCS熱，那時(shí)全國(guó)一哄而起的情況，說(shuō)明目前的用戶日益成熟，更加理性，相信獨(dú)山子工程的這樣決策不失為明智之舉，對(duì)今后“十一五”規(guī)劃內(nèi)興建的大型乙烯項(xiàng)目會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

（2）PROFIBUS。PROFIBUS的特點(diǎn)是注意市場(chǎng)運(yùn)行，而且在技術(shù)上不斷改進(jìn)，所以在世界上的業(yè)績(jī)首屈一指，前三年就已超過(guò)1000萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)，而在功能上也有增加，如PROFIBUS過(guò)去只有主從通信，但現(xiàn)在又具有了像FF那樣的“Publisher-Subscriber”廣播式的通信功能。在國(guó)內(nèi)又有技術(shù)推廣中心與認(rèn)證機(jī)構(gòu)，在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)上，上手又比較容易，所以在國(guó)內(nèi)FA方面，其DP推廣很快。在其PA方向，在水泥廠獲得成功，據(jù)說(shuō)所用的投資還更省。

（3）INTERBUS。INTERBUS在國(guó)際上的業(yè)績(jī)，僅次于PROFIBUS。在國(guó)內(nèi)的煙草工業(yè)的應(yīng)用上比較突出，受到玉溪卷煙廠的好評(píng)，當(dāng)然，在汽車(chē)工業(yè)上也有應(yīng)用。

（4）Device NET。在中國(guó)已有了推廣其技術(shù)的UDVA中國(guó)的組織。在國(guó)內(nèi)的FA領(lǐng)域內(nèi)也有很多的應(yīng)用。如汽車(chē)行業(yè)也用得較多。

（5）CAN。目前國(guó)內(nèi)有些廠商將CAN做成智能式I/O的控制系統(tǒng)，但一般都屬于中小型規(guī)模的系統(tǒng)。

（6）LonWorks。LonWorks目前還沒(méi)有成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，僅為美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)。由于它起源于樓宇自動(dòng)化，進(jìn)入中國(guó)也比較早，所以在樓宇自動(dòng)化方面用得較多。

4.建議

鑒于現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)過(guò)多，影響了推廣應(yīng)用，要解決這個(gè)問(wèn)題須從源頭上著手。

目前制定國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的組織，有三大家，即ISO，IEC與ITU（國(guó)際通信聯(lián)盟）。ISO已批準(zhǔn)了CAN與CC-Link作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。隨著現(xiàn)場(chǎng)總線又在向無(wú)線現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)方面發(fā)展，ITU會(huì)不會(huì)也會(huì)批準(zhǔn)一些標(biāo)準(zhǔn)呢？而且可以預(yù)見(jiàn)的是，無(wú)限頻道是屬于電信管轄的范疇，所以ITU肯定是要管的，這樣就會(huì)產(chǎn)生一些矛盾。因此，建議如下：

（1）能否將與電子、電氣、儀表與管的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)劃歸IEC負(fù)責(zé)，當(dāng)然三巨頭之間需要協(xié)商和協(xié)調(diào)，以化解其矛盾。

（2）在IEC TC65或TC65C的進(jìn)行試點(diǎn)，考慮設(shè)置用戶委員會(huì)或工作組（Working Group），實(shí)行一票否決制，為建立單一的現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)辟道路。當(dāng)然，考慮到PA、FA與運(yùn)動(dòng)控制方面的應(yīng)用，有其特殊性，當(dāng)一種標(biāo)準(zhǔn)目前不能完全覆蓋時(shí)，也可分別設(shè)置三種標(biāo)準(zhǔn)，待技術(shù)發(fā)展到一定程度后再加以統(tǒng)一。

5.結(jié)論—怎樣才能使現(xiàn)場(chǎng)總線便于應(yīng)用

建立國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的目的，不外乎有效地推動(dòng)生產(chǎn)的發(fā)展，更好地為用戶，也為全世界人民服務(wù)。為了便于應(yīng)用，我們希望現(xiàn)場(chǎng)總線有單一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。在目前多標(biāo)準(zhǔn)的情況下，各大制造廠商當(dāng)然是皆大歡喜，可就是苦了用戶。為了讓現(xiàn)場(chǎng)總線這樣的先進(jìn)技術(shù)早日為用戶創(chuàng)造效益，謀取福利。必須打破這一多標(biāo)準(zhǔn)的格局。

目前，第一代的現(xiàn)場(chǎng)總線尚未全面推廣，第二代給予實(shí)施以太網(wǎng)還正在完善，而第三代的現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)又已興起正在快速發(fā)展，Honeywell，西門(mén)子，HCF（HART基金會(huì)），ISA（美國(guó)儀表學(xué)會(huì)）與IEC等都在各自著手制定標(biāo)準(zhǔn)。多標(biāo)準(zhǔn)的局面，看來(lái)又將逐步形成。

除此關(guān)鍵時(shí)刻。不是大家都說(shuō)“用戶就是上帝”嗎？我們不僅要大聲疾呼，現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該讓“上帝”－用戶來(lái)說(shuō)了算！

參考文獻(xiàn)

[1]陽(yáng)憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線及其應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，1999 .

[2]陽(yáng)憲惠.工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò).北京。清華大學(xué)出版社：2003.6.

[3]夏得海主編.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù).北京：中國(guó)電力出版社，2003.9.

[4]夏得海主編.鋼鐵企業(yè)過(guò)程檢測(cè)和控制自動(dòng)化設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：中國(guó)冶金出版社，2002.