總線專題：第九講 現(xiàn)場總線的應(yīng)用

（5）現(xiàn)場總線的選型

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

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，什么型號的設(shè)備或產(chǎn)品對自己最為適用。

對于現(xiàn)場總線來講，選型就是到底要選擇哪一種現(xiàn)場總線為宜，當(dāng)然，國際標(biāo)準(zhǔn)是在優(yōu)選之首。如果國際標(biāo)準(zhǔn)只有一種，那就比較簡單了，但在目前難就難于在有多種國際標(biāo)準(zhǔn)，而國際標(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)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容及其特點，經(jīng)過仔細(xì)研究就可發(fā)現(xiàn)大多數(shù)現(xiàn)場總線雖然都號稱可以應(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)市場等方面就可發(fā)現(xiàn)都各有其特長或在性能方面有所側(cè)重。

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

從目前現(xiàn)場總線的類型來看：

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)場總線的類型不多，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，如功能塊與DDL等，所以熟悉儀表與DCS的設(shè)計人員不難使用FF。DA對信息的采樣周期時間要求不高，一般以秒或毫秒來計算。

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)場總線的類型較多，如PROFIBUS DP，ControlNET，DeviceNET，Interbus，CC-link等。其采樣周期所需的時間較高，一般以毫秒或微妙來計算。

3）BA領(lǐng)域。在BA領(lǐng)域內(nèi)的控制系統(tǒng)過去一般采用DCS，但近來幾乎都為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，其他類型的現(xiàn)場總線也可應(yīng)用。

4）運動控制（Motion Control）。這是一種在時間上要求很高的控制，而且需要在時間上同步，一般以微妙甚至用納秒（ns）來計算，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)場總線如SercosIII等。

按照上述分類及適用的行業(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)行分拆對此，最后推薦出一種。

（6）調(diào)研

對于某些首次應(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)行實地考察，調(diào)研的重點是元器件是否經(jīng)過嚴(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)過對此分析，自然心中有數(shù)。有時還可邀請專業(yè)代表一同下廠考察，以便及時交流，在決定選型時才有共同語言。

（7）參觀示范工程

當(dāng)大型工程采用新產(chǎn)品、新技術(shù)時，例如現(xiàn)場總線，最好去參觀考察同類型、同規(guī)模的工程項目，從中汲取經(jīng)驗及教訓(xùn)。但要考慮國情與本企業(yè)的具體情況，因地制宜地通過調(diào)研、學(xué)習(xí)、消化和吸收而達(dá)到提高的過程，決不要去生搬硬套。當(dāng)然借考察之名，行旅游之實，回來后，一無所獲之事，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)驗固然是個好辦法，但如果沒有示范工程，難道就沒有辦法了嗎？難道就不能進(jìn)步，沒有創(chuàng)新了嗎？況且示范工程總也是要有人才能干出來的。

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，采取必要的措施來降低風(fēng)險，避免事故的發(fā)生，現(xiàn)舉例以供參改。

1）最簡單而又萬無一失的辦法--采取備用措施。

如1978年開始建設(shè)上海寶山鋼鐵公司時，一號煉鐵用的高爐就考慮要用DCS，而DCS是在1975年才開始推向市場的，連國外的煉鐵廠當(dāng)時也還沒有成熟的使用經(jīng)驗，為了確保萬無一失，采用了整套模擬儀表作為DCS的后備裝置。這是因為上海的寶鋼是一座完全從平地上新建的一個與國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級的高爐在國際上也是為數(shù)不多的。當(dāng)高爐順利投產(chǎn)，證明DCS運行可靠以后，正因為有了這樣的樣板工程，隨后我國新建的高爐就很快地推廣應(yīng)用了DCS。

但這是當(dāng)時工期緊迫，投資充裕，對今后建設(shè)高爐自動化有著指導(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，待取得成功的經(jīng)驗以后再逐步擴(kuò)大，這種做法，比起寶鋼的方案，在費用上是節(jié)省了不少，但卻需要較長的時間。

（9）工程投資

自動化在整個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)備費用不大，但大型工藝精密旋轉(zhuǎn)機(jī)械的價格就很貴，因此自動化設(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)所占的比重相對而言就較小。一般在可行性階段就有結(jié)算；在基本設(shè)計時就有概算；而在詳細(xì)設(shè)計時就有預(yù)算。各個專業(yè)都有一定的份額，如采用的新產(chǎn)品超過概算不大時，報工程的總設(shè)計師進(jìn)行平衡，若超過太大而不能平衡時，則只能叫停。

（10）改、擴(kuò)建及技術(shù)改造的項目

以上所述屬于對大型新建的工程而言，若有改建、擴(kuò)建時，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)計程序和階段可根據(jù)不同的情況予以簡化，但需要考慮的原則、思想、方法和精神則是不變的。不過改、擴(kuò)建項目還需考慮與原有的設(shè)備協(xié)調(diào)和兼容的問題，因限于篇幅，不再細(xì)述了。

3.國內(nèi)的應(yīng)用狀況

根據(jù)目前國內(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t乙烯工程的順利投產(chǎn)，標(biāo)志著國內(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也沒有用上，但在世界上同步建設(shè)的十個同類的項目上，F(xiàn)F也是用得最多的，而且簡單的PID調(diào)節(jié)回路全部下放到現(xiàn)場儀表，堪稱世界上的示范工程，但也突出了硬件投資過大，尤其是所用FF的附件，如插接件等投資也不在小數(shù)，同時也發(fā)現(xiàn)原FF的設(shè)計，每條H1總線可接32臺現(xiàn)場儀表，但在實際應(yīng)用時都平均只有5.8臺儀表的問題。隨后，在惠州投產(chǎn)的中外合資80萬t乙烯工程CSPC也獲得成功，也同樣應(yīng)用了大量FF儀表，不過其所有的PID調(diào)節(jié)，沒有下放到現(xiàn)場，這是與Seeco的不同之處。但是最近興建的新疆獨山子工程是目前在石化行業(yè)內(nèi)國內(nèi)是最大的，其規(guī)模為1000萬t煉油與100萬t乙烯，但卻沒有采用FF。聯(lián)想到我國上世紀(jì)60年代的計算機(jī)熱，和上世紀(jì)70年代末的DCS熱，那時全國一哄而起的情況，說明目前的用戶日益成熟，更加理性，相信獨山子工程的這樣決策不失為明智之舉，對今后“十一五”規(guī)劃內(nèi)興建的大型乙烯項目會產(chǎn)生一定的影響。

（2）PROFIBUS。PROFIBUS的特點是注意市場運行，而且在技術(shù)上不斷改進(jìn)，所以在世界上的業(yè)績首屈一指，前三年就已超過1000萬個節(jié)點，而在功能上也有增加，如PROFIBUS過去只有主從通信，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)品的開發(fā)上，上手又比較容易，所以在國內(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)說所用的投資還更省。

（3）INTERBUS。INTERBUS在國際上的業(yè)績，僅次于PROFIBUS。在國內(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，當(dāng)然，在汽車工業(yè)上也有應(yīng)用。

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

（5）CAN。目前國內(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目前還沒有成為國際標(biāo)準(zhǔn)，僅為美國的標(biāo)準(zhǔn)。由于它起源于樓宇自動化，進(jìn)入中國也比較早，所以在樓宇自動化方面用得較多。

4.建議

鑒于現(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)過多，影響了推廣應(yīng)用，要解決這個問題須從源頭上著手。

目前制定國際標(biāo)準(zhǔn)的組織，有三大家，即ISO，IEC與ITU（國際通信聯(lián)盟）。ISO已批準(zhǔn)了CAN與CC-Link作為國際標(biāo)準(zhǔn)。隨著現(xiàn)場總線又在向無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)方面發(fā)展，ITU會不會也會批準(zhǔn)一些標(biāo)準(zhǔn)呢？而且可以預(yù)見的是，無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，考慮設(shè)置用戶委員會或工作組（Working Group），實行一票否決制，為建立單一的現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)開辟道路。當(dāng)然，考慮到PA、FA與運動控制方面的應(yīng)用，有其特殊性，當(dāng)一種標(biāo)準(zhǔn)目前不能完全覆蓋時，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)場總線便于應(yīng)用

建立國際標(biāo)準(zhǔn)的目的，不外乎有效地推動生產(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)場總線有單一的國際標(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)場總線尚未全面推廣，第二代給予實施以太網(wǎng)還正在完善，而第三代的現(xiàn)場無線網(wǎng)絡(luò)又已興起正在快速發(fā)展，Honeywell，西門子，HCF（HART基金會），ISA（美國儀表學(xué)會）與IEC等都在各自著手制定標(biāo)準(zhǔn)。多標(biāo)準(zhǔn)的局面，看來又將逐步形成。

除此關(guān)鍵時刻。不是大家都說“用戶就是上帝”嗎？我們不僅要大聲疾呼，現(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該讓“上帝”－用戶來說了算！

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