基金會現(xiàn)場總線（Foundation Fieldbus）的發(fā)展動態(tài)
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國際上著名的自動化咨詢公司ARC咨詢集團(tuán)今年7月對60多個現(xiàn)場總線的用戶、系統(tǒng)集成商和OEM廠商就他們對各種現(xiàn)場總線的看法、使用的領(lǐng)域、體現(xiàn)的價值以及投資回報(bào)的情況作了一次調(diào)查，結(jié)論如下：
（1）用戶已經(jīng)開始把現(xiàn)場總線技術(shù)納入他們采購儀表和系統(tǒng)的選擇對象。在多種現(xiàn)場總線協(xié)議中，基本集中在FF總線和PROFIbus兩種。在這兩種總線的選擇中，有23% 的用戶已經(jīng)安裝了FF總線H1的系統(tǒng)，15% 的用戶在未來的三年內(nèi)有計(jì)劃安裝H1系統(tǒng)。對于HSE設(shè)備，由于該技術(shù)發(fā)表時間不長，所以只有2%的用戶已經(jīng)安裝了這種設(shè)備，但是有21%的用戶表示在三年之內(nèi)將安裝HSE設(shè)備。
PROFIbus PA的情況是，有9%的用戶已經(jīng)安裝PROFIbus PA設(shè)備，有6%的用戶打算在三年內(nèi)安裝這種設(shè)備。同時有18% 的用戶已經(jīng)安裝了PROFIbus DP的設(shè)備，并有12% 的用戶有今后購買這種設(shè)備的意向。
（2）在應(yīng)用項(xiàng)目的規(guī)模上，目前主要用于中小項(xiàng)目。被調(diào)查對象的項(xiàng)目數(shù)大體情況如表二所示。
表二 (附件4)
但實(shí)際上，現(xiàn)場總線系統(tǒng)已經(jīng)逐步在大型和超大型規(guī)模系統(tǒng)中得到采用。據(jù)報(bào)道，目前已經(jīng)在使用的FF總線系統(tǒng)的最大規(guī)模已經(jīng)達(dá)到12000臺儀表。我國廣西惠州新建的大型石化裝置約采用數(shù)千臺FF總線儀表，自動化的總投資達(dá)到5000萬美元。上海SECCO新建的石化裝置也全部采用FF總線技術(shù)和儀表，合同金額達(dá)到3000萬美元。
（3）ARC還對現(xiàn)場總線的采用是作為新裝置還是老裝置擴(kuò)張還是替換老裝置的情況做了調(diào)查。針對這60多個用戶，其結(jié)果是如表三所示。從表中可以看出，用戶在設(shè)計(jì)新裝置和替換老的DCS、PLC系統(tǒng)時，考慮采用現(xiàn)場總線的比例已經(jīng)超過60%，也就是說，用戶開始逐步接收現(xiàn)場總線技術(shù)了。
表三 (附件5)
現(xiàn)在在我國已經(jīng)安裝的FF總線系統(tǒng)已經(jīng)超過100個，當(dāng)然大部分是中小系統(tǒng)。最近報(bào)道廈門湘魯（音譯）石化有限公司，一期投資為6億美元。生產(chǎn)純凈對苯二酸，是世界上第一個在本安區(qū)域使用FF總線的PTA工廠。該系統(tǒng)在本安區(qū)域，有161個網(wǎng)段，掛接742臺FF總線設(shè)備。另外自備鍋爐還有38個網(wǎng)段，掛接173臺FF總線設(shè)備。平均一個網(wǎng)段掛接4臺設(shè)備。采用的系統(tǒng)是Emerson公司的產(chǎn)品。
二. 關(guān)于國際標(biāo)準(zhǔn)
由于各方利益的沖突，致使9種現(xiàn)場總線協(xié)議都包含在IEC-61158國際標(biāo)準(zhǔn)中。但是，這種情況卻是用戶所不歡迎的。因此，各現(xiàn)場總線協(xié)議組織又開始互相合作，希望在協(xié)議的應(yīng)用層形成統(tǒng)一的規(guī)范，從而使用戶在使用中得到方便。
FF、HART和PROFIbus已經(jīng)組成聯(lián)合小組，加強(qiáng)在設(shè)備描述語言（DDL）方面的開發(fā)。他們希望在現(xiàn)有IEC61804-Part 2的基礎(chǔ)上，開發(fā)出通用的規(guī)范，滿足比較復(fù)雜的功能模塊的要求。例如實(shí)現(xiàn)閥門特征，傳感器校驗(yàn)曲線，運(yùn)行趨勢曲線等功能。這項(xiàng)規(guī)范的聯(lián)合開發(fā)制訂了四個前提：（1）現(xiàn)有的DD和EDD應(yīng)能繼續(xù)使用，不做任何修改；（2）新的元素應(yīng)該有獨(dú)立的操作系統(tǒng)和協(xié)議；（3）以IEC 61804-2 EDDL為開發(fā)基礎(chǔ)；（4）要保護(hù)用戶和制造商的投資利益。該規(guī)范分為兩部分。第一部分是以IEC 61804-1《過程控制功能塊》第一部分為基礎(chǔ)制訂的，名稱為“系統(tǒng)全貌”；第二部分是以IEC61804-2《過程控制模塊》第二部分為基礎(chǔ)制訂的，名稱為“功能塊概念和電子設(shè)備描述語言規(guī)范”。這兩部分草稿已經(jīng)在各球循環(huán)投票。計(jì)劃在今年7月，結(jié)束這5個月的循環(huán)投票，并準(zhǔn)備好國際標(biāo)準(zhǔn)的草案（DIF）。7月8日到8月15日，準(zhǔn)備國際標(biāo)準(zhǔn)最終草案投票文件。8月15日開始為期2個月的最終草案國際標(biāo)準(zhǔn)投票。10月15日投票結(jié)束。爭取11月1日成為正式國際標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布對今后不同總線之間互通信息將大有好處。盡管在工廠里可能采用了不同總線的產(chǎn)品和系統(tǒng)，但用戶將可以用統(tǒng)一的界面和方法對不同的系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。
另一個重要的標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)于本質(zhì)安全防爆的標(biāo)準(zhǔn)。FF總線提出了現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)下的本質(zhì)安全防爆的新模型，叫做《FISCO》。《FISCO》提出，只要電纜的參數(shù)處在給定的限制值內(nèi)，電纜的電容值和電感值不必再集中考慮，而仍能保證系統(tǒng)安全。同樣，《FISCO》概念下的安全柵也不用規(guī)定電容和電感的允許值，因此，可以比傳統(tǒng)的安全柵連接更多的設(shè)備。這項(xiàng)新技術(shù)已經(jīng)被IEC批準(zhǔn)為技術(shù)規(guī)范（但不是標(biāo)準(zhǔn)）。美國儀表學(xué)會（ISA）的SP12小組正在努力，要把《FISCO》列入美國國家標(biāo)準(zhǔn)（ANSI）。
三. 關(guān)于技術(shù)發(fā)展
2003年，F(xiàn)F基金會在技術(shù)發(fā)展方面提出了三個項(xiàng)目。它們是《靈活功能模塊(FB CiHBA)規(guī)范》，《HSE冗余系統(tǒng)規(guī)范》和《安全儀表系統(tǒng)規(guī)范》。
《靈活功能模塊規(guī)范》是在FF總線的基本功能模塊和先進(jìn)功能模塊的基礎(chǔ)上，為了滿足離散控制、批量控制和混合控制的要求，開發(fā)的一種新型功能模塊。它的輸入、輸出通道和編號以及內(nèi)部的控制算法全部都由用戶組態(tài)確定。只是把功能模塊裝在Function Block Shell里面，可以在FF總線協(xié)議下運(yùn)行。這種完全由用戶自己確定的功能模塊不能裝在現(xiàn)場儀表內(nèi)，而是從上位設(shè)備進(jìn)行軟件下載，經(jīng)過HSE、H1途徑裝入現(xiàn)場儀表運(yùn)行。在FF的網(wǎng)站上還發(fā)布了靈活功能模塊的應(yīng)用范例。包括脫甲烷塔多變量控制，順序靜態(tài)啟動，冷卻水變速驅(qū)動控制，液位的簡單開關(guān)量邏輯控制，維他命C發(fā)酵批量控制等。但是，業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，靈活功能模塊的開發(fā)必然會牽涉設(shè)備描述語言（DD）的生成技術(shù)。而這項(xiàng)技術(shù)是被FF基金會壟斷的。所以一般的企業(yè)將無法自己進(jìn)行開發(fā)。
《HSE冗余系統(tǒng)規(guī)范》是為了防止由單電源、單網(wǎng)絡(luò)和單接口構(gòu)成的系統(tǒng)因?yàn)槠渲幸徊糠止收隙斐上到y(tǒng)癱瘓。項(xiàng)目安排在今年2季度完成實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和系統(tǒng)測試。3季度完成規(guī)范文稿，4季度完成Beta注冊測試的準(zhǔn)備工作。于2004年完成第一個產(chǎn)品的注冊。
《安全儀表系統(tǒng)規(guī)范》是當(dāng)前用戶的熱門話題。這個項(xiàng)目是FF基金會與德國T ＆#368; V合作開發(fā)。該項(xiàng)目由四個用戶（Exxon Mobile，Dupont，Shell，Saudi Aramco）和9個制造商（ABB，Emerson，HIMA，Honeywell，Mesto，Invensys，Rotok，Softing，Yokogawa）參與。在今年3季度提出應(yīng)用導(dǎo)則和規(guī)范文本，2004年2季度完成初步規(guī)范，供FF成員審查。4季度完成最終規(guī)范文本和應(yīng)用導(dǎo)則。
四. FF總線系統(tǒng)功能體系結(jié)構(gòu)及火電廠FF總線系統(tǒng)設(shè)想框架
通過這幾年的發(fā)展，新的FF總線系統(tǒng)的功能體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)基本形成。結(jié)構(gòu)圖如圖一所示，體系共分為五個層次。
最底層是H1層。它的特點(diǎn)是可以總線供電，可以通過中繼器延長電纜距離。網(wǎng)段的調(diào)度設(shè)備（LAS）可以冗余。可以在儀表中運(yùn)行功能塊，使控制功能分散到現(xiàn)場儀表?？梢杂糜诒举|(zhì)安全防爆環(huán)境。
第二層是HSE層。它是高性能的控制干線，通訊速率達(dá)到100Mbit/s。采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)。通過聯(lián)接設(shè)備可以集成H1子系統(tǒng)。HSE可以選擇冗余。通過HSE不但能夠運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的功能塊，而且可以運(yùn)行靈活功能塊，以滿足批量控制和混合控制的需要。
第三層是OPC數(shù)據(jù)交換層(OPC DX)。在這一層，服務(wù)器與服務(wù)器之間可以交換數(shù)據(jù)。從而使數(shù)據(jù)可以用于支持各種應(yīng)用軟件包。例如，應(yīng)用于ERP系統(tǒng)，資產(chǎn)管理系統(tǒng)（Asset Management），歷史數(shù)據(jù)處理，最優(yōu)化算法，數(shù)據(jù)倉庫等。通過OPC Dx還可以與非FF系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
第四層是上述的各種應(yīng)用軟件包在這一層運(yùn)行。
第五層是MIS系統(tǒng)。將過程數(shù)據(jù)用于全廠管理。
圖一 FF總線系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（附件1）
在上述的五層結(jié)構(gòu)體系下，大致可以勾畫出大型火電廠的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖二所示。
圖二 火電廠FF總線系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)框架 （附件2）
從圖二上可以看出，整個系統(tǒng)由燃料與燃燒子系統(tǒng)、鍋爐管理子系統(tǒng)、汽輪機(jī)控制子系統(tǒng)和批處理（如化水程控等）子系統(tǒng)構(gòu)成。批處理子系統(tǒng)又包括若干H1系統(tǒng)以及非FF總線的系統(tǒng)。脫硫和制氧自成系統(tǒng)。兩個PLC子系統(tǒng)是用來完成安全連鎖等功能的。這些子系統(tǒng)分別連接到兩個HSE的連接設(shè)備上，采取星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。連接設(shè)備與上位計(jì)算機(jī)，如操作站（人機(jī)接口），ERP（企業(yè)資源計(jì)劃）站，工程師站（組態(tài)與診斷）和管理信息系統(tǒng)（MIS）等，通過HSE構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然，這個系統(tǒng)框圖只是一種設(shè)想，相當(dāng)于汽車中的“概念車”。具體各子系統(tǒng)的構(gòu)成都沒有涉及。但它給了我們一個思路，啟發(fā)我們?nèi)タ紤]大型火電站復(fù)雜系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。
隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，制造商和用戶將越來越加深對它的理解。據(jù)預(yù)測，到2005年，我國的幾個采用FF總線系統(tǒng)的大型石化工程都將投產(chǎn)。屆時，我國安裝的FF儀表將達(dá)到數(shù)萬臺。人們對如何進(jìn)行FF總線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試、組態(tài)、維護(hù)以及現(xiàn)場總線為用戶帶來的實(shí)際利益都會更加明朗。因此，隨時掌握各種總線的發(fā)展?fàn)顩r是十分重要的。
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