總線專題：第八講 現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀及其發(fā)展

2.種類雖多，但卻會此消彼長

Swift Net由于Boeing 公司的不積極，有可能在標準中被刪去，而SDS也會“淡出江湖”；而WorldFIP，過去受到法國大企業(yè)Alstom 及 Schneider等的支持，但目前Schneider已有了自己的MODBUS-TCP和Modbus-RTPS, 對World FIP 的支持力度將會下降；SERCOS ( Serial Real Time Communication System)也是一樣，Rockwell 由于也已有了自己的Control Net / IP, 也會減少對他的支持力度；Ethernet PowerLink 由于IAONA組織的解散而前途堪憂；而P－Net 的前途看來也有問題。日本三菱的CC－Link則有可能會加入進來成為國際標準。

3.網(wǎng)絡(luò)附件存在著商機

由于今后多種現(xiàn)場總線同時并存的問題仍然存在，因此溝通他們的一些接口、網(wǎng)橋等附件，存在著商機。

4.實時工業(yè)以及網(wǎng)還要發(fā)展

這種基于實時工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線現(xiàn)在已經(jīng)粗具雛形，如PROFINET, EPA等，當然目前還不完善，尚待補充，例如在供電與在防爆場合下應(yīng)用的措施與產(chǎn)品。最近PROFINET 又有新推出的IO LINK, 有了他就可以與其他種現(xiàn)場總線的現(xiàn)場設(shè)備相銜接，從而有利于PROFINET的集成。

5.現(xiàn)場總線的安全通信問題將要熱起來

當前安全問題日益得到人們的重視，一是惡性事故時有發(fā)生，例如1984年在印度Bhopal的一家美國化工廠的事故最為嚴重。除了當場死亡不少人以外，就是目前活著的人還有著后遺癥；二是由于用戶的要求。因為為了使事故不致發(fā)生，一般都備有緊急措施，例如化工廠的ESD緊急停機（Emergency Shut Down）裝置。一但事故將要發(fā)生，立即停機以保障安全，這就要求這種裝置要非?？煽?。事故雖然是避免了，但從停產(chǎn)到恢復(fù)正常生產(chǎn)需要時間，有的還要損失生產(chǎn)過程中的原材料或半成品，損失也不在小數(shù)，如一個大型乙烯裝置，停產(chǎn)一天就有可能損失上億元。而且有的事故通過核查并非要停產(chǎn)不可，因此目前解決的辦法是采用工作可靠的PLC專門來負責(zé)管這ESD，而且為了避免不必要的停車，采用所謂3重化或更多的PLC靠投票表決的方法來處理，例如2對1,有2票要停車，那么就馬上停，否則采取措施后仍然可以生產(chǎn)而不停機。這種專門的PLC裝置已有多個企業(yè)可以提供，例如Invensys 公司旗下的Triconex , 或 HIMA等。這樣一來，化工廠的控制系統(tǒng)采用的是DCS，而管理ESD的則是PLC，也就是說用戶要買2個系統(tǒng)，這樣化錢要多，也增加了管理與維護方面的工作量。因此，用戶提出了只有一套系統(tǒng)的解決方案。

由于技術(shù)的進步，目前一些大公司生產(chǎn)的DCS聲稱已經(jīng)可以滿足這些用戶的要求，但說話容易，要怎么才能使用戶相信呢？這就需要有一個標準，而且將之量化而便于認證和操作，于是IEC就制定了2個有關(guān)功能 安全的標準，一個是IEC61508,他是供制造廠商用的“有關(guān)電氣、電子及可編程系統(tǒng)功能安全”的標準；還有一個是IEC61511是“供設(shè)計人員（設(shè)計院）、系統(tǒng)集成商與用戶用的安全儀表系統(tǒng)（SIS）”的標準。SIS英文名稱為 Safety Instrumented System, 但中文應(yīng)該怎樣譯？又引起了爭論，有人譯為安全儀表系統(tǒng)，但又有人認為不妥，應(yīng)譯為儀表型安全系統(tǒng)，看來最后要由國內(nèi)標準化部門來審定了。

在量化方面，標準規(guī)定：將安全等級分為4級即SILI~4, 其中SIL4的等級為最高，所謂SIL，其全名為安全完整性等級（Safety Intergrigy Level），他由每小時發(fā)生的危險失效概率來區(qū)分（SIL2為≥10 -7至＜10-6；SIL3為≥10-8至＜10-7）。

生產(chǎn)過程所需要的安全等級由專門的工藝公司來評估確定。按照目前的社會生產(chǎn)狀況，一般對安全要求比較高的工藝生產(chǎn)過程的ESD（如化工、石油、石化）所需要的安全完整性等級為SIL3。一旦安全等級確定以后，用于這方面生產(chǎn)過程的儀表與控制系統(tǒng)就必須滿足這一要求。

為了要證明DCS廠商所生產(chǎn)的產(chǎn)品已符合SIL3的標準，廠商與用戶說了都不算，一定要由中立的第三方——認證機構(gòu)，經(jīng)過測試才能判定。而目前在這方面做的比較多的，則首推德國的TüV。好在TüV在中國設(shè)有辦事機構(gòu)，需要時，可以咨詢。

由于目前SIS炒得很熱，因此，必需說明的是：不是所有行業(yè)的生產(chǎn)過程；或者就算是化工過程，是除了與ESD有關(guān)的以外，都沒有必要選用SIL3那么高級別的安全設(shè)備。

又因為現(xiàn)場總線必須保證將具有SIL3的現(xiàn)場設(shè)備的信息送往具有SIL3的DCS以及操作鉆（人機接口HMI），因此也必需進行SIL3的認證，像PROFI safe已通過TüV的認證；而EPA safe目前尚處于在認證的過程之中。

在傳輸安全信息方面，各種現(xiàn)場總線所采取的方法也各有千秋，有的開辟有專用通道；有的則用軟件的辦法，使安全信息享有優(yōu)先權(quán)而優(yōu)先傳輸。

6.無線通信正在嶄露頭角

工業(yè)無線通信正像工業(yè)以太網(wǎng)一樣已經(jīng)在工業(yè)中獲得普遍應(yīng)用，但在現(xiàn)場儀表級應(yīng)用的實時工業(yè)以太網(wǎng)仍在完善之中；無線通信也是一樣，目前在遠距通信，使用功率較大的電臺，經(jīng)過調(diào)制，通過公用無線電信網(wǎng)（CDPD，CDMA，GSM，GPRS）已經(jīng)普遍應(yīng)用，但在現(xiàn)場儀表級，用電池供電，功率很小的場合，近距離傳輸，則尚在開發(fā)之中。

目前的狀況是：

（1）美國Honeywell公司已在2003年推出采用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的XYR5000系列變送器，但目前只能在美國使用（載波頻率問題）。

（2）在2006年多國儀器儀表展中看到美國Tyco公司已有藍牙無線傳輸?shù)碾妱訄?zhí)行器。

（3）歐洲無線工控應(yīng)用項目（RUNES）

2004年10月至2005年4月歐洲集中25個組織制定了一個名為RUNES、在未來10年內(nèi)無線技術(shù)在工業(yè)控制和自動化方面發(fā)展應(yīng)用的開發(fā)路線圖。其目標是：通過采用無線技術(shù)，到2008年將安裝成本降低50%，運行成本降低30%，到2014年將安裝成本降低80%，運行成本降低50%。

（4）無線HART協(xié)議正在積極開發(fā)之中。

HART基金會現(xiàn)已成立無線工作組正在制定技術(shù)規(guī)范，目標是：無線HART協(xié)議應(yīng)該具有目前有線HART協(xié)議能夠解決的所有應(yīng)用。但他們不打算采用Zig Bee。

（5）ISA正在制訂SP100的標準

美國儀表學(xué)會（ISA）的SP100標準委員會也正在制訂在自動化和控制環(huán)境下實現(xiàn)無線系統(tǒng)的標準SP100。標準按應(yīng)用分為6類：

第0類（安全類），為關(guān)鍵的緊急措施，包括安全聯(lián)鎖，緊急停車及自動消防控制等。

第1類（控制類），關(guān)鍵的閉環(huán)調(diào)節(jié)

第2類（控制類），經(jīng)常的非關(guān)鍵閉環(huán)監(jiān)督控制，多變量控制及優(yōu)化控制等。

第3類（控制類）開環(huán)控制

第4類（監(jiān)視監(jiān)控類），標記產(chǎn)生短期操作結(jié)果的數(shù)據(jù)和信息。

第5類（監(jiān)視監(jiān)控類），記錄和下載/上載不產(chǎn)生直接的操作結(jié)果，如歷史數(shù)據(jù)的采集等。

（6）IEC也開始制定無線標準

據(jù)悉，IEC／TC65也已成立了專門的工作組。開始著手制訂用于過程檢測與控制的無線標準。

（7）據(jù)悉西門子公司也已決定將其無線通信部門并入傳感器部，加速開發(fā)現(xiàn)場儀表間的無線通信，據(jù)稱70%的現(xiàn)場儀表都將采用無線通信技術(shù)。

（8）ABB公司也進行了無線通信的評估試驗。

（9）Invensys也已宣布其無線通信在工業(yè)應(yīng)用中的策略。

綜上所述，看來在現(xiàn)場儀表級，無線通信技術(shù)的發(fā)展比預(yù)計的要快。

已成為國際標準的各種現(xiàn)場總線，尚未全面推廣；基于實時工業(yè)以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線已經(jīng)出現(xiàn)，正在補充，完善之中；而基于無線通信的現(xiàn)場總線又已嶄露頭角，使得現(xiàn)場總線的應(yīng)用狀況，更加復(fù)雜而撲朔迷離。