現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)安全性—一根線足矣？

　　從離散到過程
　　現(xiàn)場總線安全協(xié)議最初應(yīng)用于離散領(lǐng)域。AS-I工作安全系統(tǒng)通常包含一些諸如急停開關(guān)設(shè)備、安全門、光電保護(hù)設(shè)備和其它安全監(jiān)控器之類的功能。
　　大多數(shù)離散加工領(lǐng)域內(nèi)的Profisafe應(yīng)用都在Profibus DP上運(yùn)行。Profibus Trade Organization（PTO）聲明在2007年底已安裝的Profisafe節(jié)點(diǎn)已經(jīng)達(dá)到410000個(gè)，而且在2008年節(jié)點(diǎn)預(yù)計(jì)有80%的增長。它可以直接應(yīng)用于很多類似的應(yīng)用中，例如AS-i接口，同時(shí)它也提供了更高等級的精密度，以確保生產(chǎn)線和機(jī)器人上集成的更高精細(xì)程度的應(yīng)用，例如驅(qū)動(dòng)器集成安全功能。類似地，CIP主要工作于設(shè)備級別的網(wǎng)絡(luò)上。
　　安全網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入過程制造業(yè)應(yīng)用的步伐很緩慢，事實(shí)上是，幾乎不被采用。自從誕生之初，Profisafe協(xié)議就可以與Profibus PA網(wǎng)絡(luò)一同使用，但是儀器儀表工業(yè)在開發(fā)可以用于安全應(yīng)用并具有現(xiàn)場總線接口的流量、壓力、液位和溫度傳感器上投注的努力微乎其微。這種需求和可用性之間的錯(cuò)位經(jīng)常發(fā)生在新技術(shù)中。
　　Siemens公司的過程安全經(jīng)理Charlie Fialkowski說道：“通過Profisafe通訊的設(shè)備并未進(jìn)入快速開發(fā)時(shí)代。我知道Siemens公司有一臺差分壓力變送器能夠與Profisafe通訊，可以用于安全應(yīng)用。我們具有完整的冗余、容錯(cuò)安全控制器，經(jīng)過了Profibus/Profisafe通訊底板認(rèn)證。所以我們可以將通訊協(xié)議發(fā)送至現(xiàn)場，但是，現(xiàn)場并沒有能夠與之通訊的設(shè)備。”

　　尋找安全設(shè)備
　　現(xiàn)場總線基金會(huì)（FF）幾年來一直致力于開發(fā)它的SIF（安全儀表功能）協(xié)議，目前供應(yīng)商和用戶已經(jīng)合力開始進(jìn)行示范項(xiàng)目。正如運(yùn)行于Profibus PA上的Profi-safe，F(xiàn)F SIF的成功依賴于用戶和供應(yīng)商對技術(shù)的足夠支持，使其得以開始生產(chǎn)足夠數(shù)量的設(shè)備和控制器，滿足用戶的使用。比較兩種平臺的相似之處，可以看出一個(gè)生產(chǎn)通過認(rèn)證的傳感器的公司，將其產(chǎn)品轉(zhuǎn)移成另一種傳感器，并不很難。
　　習(xí)慣安全儀器儀表要求的設(shè)備生產(chǎn)廠家應(yīng)該更容易增加現(xiàn)場總線接口。然而，那些從未試圖生產(chǎn)安全設(shè)備的廠家會(huì)發(fā)現(xiàn)，這一過程充滿了挑戰(zhàn)。
　　Risknowlogy公司總裁Dr. Michel Houtermans說道：“目前我們正在幫助一些供應(yīng)商完成這一過程，基本上，他們可以分為兩類。第一類供應(yīng)商，他們是安全業(yè)內(nèi)企業(yè)，有通過認(rèn)證的傳感器產(chǎn)品，他們只需要增加現(xiàn)場總線協(xié)議即可。第二類供應(yīng)商，他們已身處現(xiàn)場總線的世界，卻從未生產(chǎn)過安全產(chǎn)品。”
　　他補(bǔ)充道：“對于第二類供應(yīng)商更加困難，因?yàn)樗麄儾痪哂邪踩珮?biāo)準(zhǔn)的任何知識。他們需要證明安全產(chǎn)品本身是一種安全的產(chǎn)品。也就是說他們需要符合IEC61508的標(biāo)準(zhǔn)要求，對于他們中的大部分，這是一個(gè)全新的世界。他們需要完成艱巨的學(xué)習(xí)任務(wù)，幸運(yùn)的是，今天有更多的信息可以查詢，所以這一進(jìn)程得以加快。但是，哪怕是當(dāng)今的條件，要完成這一過程也需要6個(gè)月到兩年的時(shí)間。”
　　過程加工中的安全功能在現(xiàn)場總線上實(shí)現(xiàn)，例如Profibus PA或者基金會(huì)現(xiàn)場總線，這并不需要特殊的接線。實(shí)際上，同樣的物理層面的硬件就足以支持這兩種操作了。
　　MTL公司工業(yè)網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)人Ian Verhappen稱，對于安全，他們已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。他說道：“電源和現(xiàn)場設(shè)備接線保持不變，只有終端設(shè)備改變了，亦即主系統(tǒng)或者邏輯解算器具有了新的功能模塊。我們就像電話線一樣，將信息從一處送到另一處。”
　　在同一個(gè)現(xiàn)場總線段內(nèi)連接安全和普通控制儀表是完全可行的，當(dāng)然，用戶可能更希望將兩者隔離開來。而且，安全設(shè)備不能向控制系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)是沒有理由的，一臺壓力或者液位傳感器作為安全設(shè)備也可以通過在安全邏輯解算器和DCS之間的交互將過程變量傳送至控制系統(tǒng)。

　　單線帶來的問題
　　對于通用應(yīng)用和安全應(yīng)用來說，現(xiàn)場總線最大的技術(shù)弊端就是多種設(shè)備連接在一條電纜上。即使此網(wǎng)絡(luò)固若金湯，一旦電纜發(fā)生故障，那么上面所有的設(shè)備都會(huì)失效。這對于過程工業(yè)中的很多用戶，是十分致命的。幸運(yùn)的是，故障冗余接線技術(shù)極大地減少這種情況發(fā)生的可能。
　　Fiakowski說道：“業(yè)內(nèi)對于安全現(xiàn)場總線的討論已經(jīng)長達(dá)10年，但是人們從未打破思想的束縛。一個(gè)關(guān)鍵原因就是缺乏故障冗余能力：你使用單線連接所有的設(shè)備，一旦這根線因?yàn)槿魏卧虬l(fā)生了故障，你就缺失了所有的設(shè)備，這很糟糕。3、4年前，我們已經(jīng)使用令牌環(huán)技術(shù)克服了這個(gè)缺點(diǎn)，在物理層面上提供了故障冗余能力。”
　　Moore Industries公司Moore-Hawke Fieldbus分部的負(fù)責(zé)人Mike O’Neil知道用戶很擔(dān)心一條電纜故障會(huì)導(dǎo)致段內(nèi)所有設(shè)備失效。他說道：“MooreHawke在現(xiàn)場總線物理層提供了2條中繼線，一旦其中一條斷開或者短路，另一條仍舊可以維持工作。”
　　O’Neill補(bǔ)充道：“不管哪一條出問題，兩條中繼線都可以維持工作并發(fā)出警報(bào)。這將系統(tǒng)的失效可能降至很低。在主機(jī)和功率調(diào)節(jié)器處無需使用特殊的軟件，就和MooreHawke為普通的非安全現(xiàn)場總線提供的軟件一樣。2008年5月，這套系統(tǒng)被HIMA使用于Shell Global Solution的FF-SIF示范項(xiàng)目中。”
　　對于用戶，將安全性搭建在現(xiàn)場總線上將會(huì)帶來巨大的好處，具體表現(xiàn)就是設(shè)備診斷。Vincent Palughi是Chevron公司的高級工程師，他一直致力于精密儀器的通訊協(xié)議的部署。

lughi說道：“站在Chevron的立場上，我認(rèn)為在線診斷的能力很重要。資產(chǎn)管理系統(tǒng)連接到智能設(shè)備上，可以幫助你更快建設(shè)工廠，減少了試運(yùn)行的時(shí)間。而且我認(rèn)為還可以延長周期測試間隔時(shí)間。一般，你需要每年對設(shè)備進(jìn)行檢測，但是，既然我們對診斷如此有信心，我們可以將此事件延長。使用這種技術(shù)將給我們帶來很多潛在的好處。”
　　現(xiàn)場總線基金會(huì)的市場總監(jiān)Bill Tatum嘗試將SIF應(yīng)用于石油和天然氣領(lǐng)域。“目前，在一家典型的精煉廠中，由于區(qū)域分級，他們只能在30%的地方使用現(xiàn)場總線。一旦使用了SIF技術(shù)，這個(gè)數(shù)字可以上升到70%到80%。幾乎是以前現(xiàn)場總線設(shè)備的2倍。實(shí)際的優(yōu)點(diǎn)就是可以獲得診斷數(shù)據(jù)，這正是用戶所需要的——與現(xiàn)場總線給控制環(huán)境帶來的改善一樣重要。正是由于這一點(diǎn)，預(yù)防性維護(hù)才成為可能。”