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    在基金會現場總線（Ff）技術開始推廣應用的初期，生產廠商、工程公司、工廠技術人員付出了艱苦努力，通過學習和實踐，以掌握總線技術、產品性能，積累工程經驗。在經歷上千個基金會總線項目的系統安裝應用之后，技術人員已經能夠快速而經濟地實施現場總線的工程項目，對現場總線提供技術支持的能力也得到加強，對于應用總線項目的工廠，在工程投資和運營操作方面都獲得了預期的結果。通過十多年持續不斷地改進，在控制系統運行期間，任何一個階段要采用基金會現場總線技術都變得更加容易。現場總線技術日益成熟，相應的知識積累和用戶群體也隨之成長，這種自動化技術已不再僅僅是屬于專家們的專利。 

    現場總線技術的應用，使得工程項目投資成本節省達到30%，項目投運后，可以使工廠運營效益獲得2%的提高，認識到這樣的結果，你就不會對基金會現場總線的成長感到驚訝了，它通過數字化工廠架構，充分利用現場智能設備，大大提高工廠的運營能力。

    在化工、油氣、煉油、石化、電力，以及紙漿造紙行業的領先企業中，越來越多的工廠采用基金會現場總線技術，是否采用現場總線，成為新建項目的標準。 

    大部分過程自動化廠商現在都支持基金會現場總線技術。 例如，艾默生PlantWeb數字工廠結構采用基金會技術，建立整個工廠的數字化控制網絡。推崇技術領先的工程公司已經接收數字化工廠的概念，并已實施了很多現場總線項目，累了豐富的總線項目經驗。相關自動化項目部門也已認可現場總線技術，并制定了工程方面的相關規范，以保證總線項目實現其最佳性能。 

    為了加速現場總線在控制系統中的實施，應將其納入到規范當中，通過采用當今最新的技術和產品的新功能，將有助于工程獲得最佳效果。

啟動和診斷

    利用基金會現場總線技術的互操作性能，可以將工廠中來自于不同廠商的各種類型的Ff儀表整合到同一系統。這些設備包括諸如溫度變送器、分析儀表、閥門定位器、雷達液位計及機械設備健康狀態檢測儀等等。
EDDL技術的應用，使得技術人員可以讀取現場總線設備的所有功能，對設備的高級設置及復雜診斷，也可以通過圖形方式來實現和表示，清晰明了，較之以前的表格方式有了很大的改觀。 

    1992年提出的DD（設備描述）技術沒有圖形顯示，不能支持某些復雜的現場總線設備的高級設置和診斷功能。發展中期的技術方案中包含圖形功能，但是受限于制造商的控制系統，不具備通用性。另一種解決方案則要求安裝第三方設備的驅動程序，在DCS控制系統運行時是不能進行軟件安裝的，即使有了驅動軟件，設備也不能正常使用。 

    基金會現場總線技術最重大的改進就是增強型的電子設備描述語言（EDDL）的應用，它的前身是設備描述語言DDL，EDDL被賦予了強大的圖形功能，以彌補之前的不足。 （請參看“亞洲控制工程”，2007年9月，第24-29頁）。 

    基金會現場總線技術向前邁出如此重要的一步，得益于它同HART 通信基金會、Profibus國際組織以及OPC 基金會共同組成的EDDL 協作團隊（ECT）。應用EDDL之后，設備信息可以通過波形圖、趨勢圖、圖表、圖形、餅圖、柱狀圖以及表格等形式表現出來。設備供貨商方面的專家可以通過圖像、文本等將他們擁有的知識教授給其它技術人員， 而且因為有了各種標簽卡片、標簽樹形圖、標簽框架以及彈出窗口等菜單，使得設備診斷過程更加容易。 

    目前，對于來自各個廠商的現場總線設備，無論是簡單還是復雜，EDDL都可以采用同一個軟件或手操器方便地對其進行監視、組態/設置和診斷。對于現場總線設備，設備廠商可提供設備描述的EDDL是文本文件，而不是應用程序軟件，可以將現場總線設備的診斷功能同控制系統操作站整合到一起。EDDL使現場總線設備的設置和校準更加容易，即便不是技術專家，也能夠對設備進行操作。 

    例如，由設備廠商寫入設備管理軟件和手操器中的“方法”，以向導“Wizard”的方式呈現，可以引導技術人員進行設備的操作，如消除雷達液位計的假回波等復雜程序，并且將錯誤發生的概率降到最低。同樣，對于設備進行校準的過程，也可以通過“Wizard”引導進行，簡化了現場總線設備的操作。 

    按照常規的校驗方法，對壓力變送器的校準要求有兩位技術人員通過對講機相互聯系，一位在現場工作，一位在控制室進行操作。對總線設備，利用手操器，只要一位技術人員就可以完成同樣的工作。有了EDDL，一臺通訊器就可以對所有現場總線設備進行操作。

互操作性測試

    在一些大型工廠或裝置中，會應用不同廠商不同型號的現場總線設備，這些現場總線設備必須能夠進行互操作，并與控制系統軟件兼容。但在現場總線發展初期，總線設備沒有進行互操作測試，這就導致了某些現場總線設備和系統不能兼容，因此不能和系統整合。

    針對上述情況，基金會提出了嚴格的互操作性測試程序。在總線設備發布之前，現場總線設備及其EDDL文件必須接受互操作性測試。由專業人士組成的現場總線基金會的成員密切協作，解決技術問題，而規范和測試也在不斷升級。對基金會總線的其它關聯設備，例如總線電源和現場連接器等，也須進行互操作性測試。 

    新推出的主機系統注冊程序（HRP）是一種更為嚴格的對控制系統主機測試的方法,用于確保系統完全支持現場總線設備,并能夠從現場總線設備中獲得全部信息，例如擁有EDDL圖形的能力。 

    正是由于有了這些嚴格的測試過程和持續不斷的改進，才減少了現場總線設備和控制系統不兼容的風險，使整合過程變得更加容易,同時也降低了相關網絡硬件產生問題的風險。對于設備、主系統以及網絡硬件的互操作性測試，基金會現場總線已經達到了其它任何總線技術所不可及的水平。

本質安全

    對于油氣、精煉、化工，以及處理易燃液體的區域被認為是危險區域。針對危險區域有一種常用的自動化方法，就是本質安全性。 早期，本質安全建立在“實體”概念,除了對設備數量和接線距離有嚴格限制外，技術人員要為所有部件實體的參數進行建檔，并核實電容和電感，工程量較大。 

    領先的安全柵及網絡硬件供應商為基金會現場總線在危險區域的應用提供了新的解決方案，即現場總線本質安全的概念（FISCO)，應用FISCO概念,允許在本安區域使用更大的功率、更多的設備，同時大大地簡化了設計工作。“實體”參數制表已經不再需要, FISCO的概念使設備的選擇和文件編制得以簡化。

網段設計

    對系統設計工程師而言，進行總線網段設計時，計算支線的總線設備電壓，尤其是對于本安設備電壓的計算，是一個較為煩瑣的過程。最初的設計計算應用電子數據表格實現，既冗長，又容易產生錯誤。 

    現在則不同，利用艾默生公司提供的網段設計工具，就可以自動進行總線網段設計及驗證。 工程人員利用工具軟件，依次選擇網段所在危險區域的等級，以及電源、安全柵、總線連接器、現場總線設備等，即可完成網段的設計。 相關總線產品的數據被放置到軟件數據庫中，從而減少了煩瑣的計算工作。該軟件根據有關分支、總長、電流電壓限制等等的規則來對網段設計進行驗證，生成報告，作為系統設計文件的一部分。 

    網段設計工具軟件的應用，使得總線網段設計及驗證變得簡單易行，降低了工程成本，加快了項目的實施。（登陸www.emersonprocess.com/systems/support/segment網站，可免費下載現場總線設計工具）。

控制策略組態

    基金會現場總線的功能塊編程語言符合國際標準IEC 61804-2。現場總線設備的功能塊和自動化系統控制器之間無縫連接，并包括了防積分飽和、無擾動切換的控制策略，無論在控制器還是在現場設備實現控制策略，其組態方式完全相同，無需使用兩種組態工具。 

    組態工具可自動完成總線宏周期時間表，實現基金會總線精確的周期性控制和通訊的功能，精確的周期通訊對于PID回路來說是致關重要的。 最新的控制系統允許同一條總線上混合不同處理周期的控制回路，例如周期分別為250ms和1000ms的回路。宏周期時間表的可視化，使驗證也變得很方便，確保了優化操作的順序正確，為總線的通信負荷配置保留充足的空間，以備非實時通信功能之所需。軟件功能的增強加快了系統組態和驗證速度。

熱升級（運行中設備升級）

    工廠內已經安裝了成百上千的現場總線設備，這些設備運行非常穩定，其使用壽命可達到數十年之久，技術的不斷進步，設備的功能也在不斷改進，隨之新版本出現。在操作中對現場總線設備進行升級，并通過應用新功能，改進現有解決方案，是非常合理的要求，但在過去，不能對設備固件升級，即使作升級，也必須將設備拿到工廠來完成升級過程。 

    基金會現場總線的周期性通信的執行和傳輸確保了實時和非實時通信進行， 設備固件文件可以在不影響實時控制的前提下進行下載。比如先進的閥門定位器可以在操作運行中接收新的固件，并在不干擾過程的前提下切換到新固件的應用。 

    這樣工廠不用更換舊設備，也能獲得現場總線設備的新功能。由于基金會現場總線是唯一能夠提供本質安全的總線，因此它能夠把實時通信與非實時通信根據定制分離開來，其它類型的總線設備均無法達到相同效果。

執行時間

    在某些行業中，過程控制要求設置快速回路，例如流量和液位控制回路，以250ms的時間為周期執行。在早期，由于總線上功能塊通信數據量很大，只有當總線段上掛接的設備較少時，才可能實現快速響應，這樣，總線獲得的成本效益就比較低。 

    新的現場總線設備功能有了較大改進，可以以高達20-30ms的時間來執行功能塊算法。 控制系統支持現場控制（CIF）以減少通信要求。目前在工程方面無需付出過多的努力，就可以使控制周期達到250ms。 

    基金會現場總線是唯一支持在現場實現控制功能的總線，過程控制中，80%以上的回路可以在閥門定位器及其它設備中實現PID等算法功能。對于相關到其它總線和連鎖回路的控制算法，仍然在控制器中執行，因此，一個系統的控制策略實際上是DCS控制器和現場控制同時存在。

仿真測試

    對新項目的控制系統進行工廠驗收測試（FAT）時， 必須模擬現場信號，以便對流程圖數據動態鏈接、控制策略以及報警的設置是否正確進行驗證。早期對回路進行測試的唯一方法， 是將所有實際的現場總線設備都連接到系統中去進行測試。 這些測試只能在項目的后期進行，因此，項目執行時對重要的回路才進行測試。 

    現在，大多數控制系統都具備對現場總線設備和功能塊進行模擬的能力，因此可以實現對過程及報警狀況模擬，驗證系統的組態軟件功能，在工廠驗收測試（FAT）中對整個回路進行測試，降低了現場開車的風險。

自整定

    一個控制系統可能包括上百個PID控制回路， 對這些回路必須進行“整定”以使工藝過程運行在最佳狀態。 整定對于現場總線設備的PID回路同樣適用。 控制系統的自整定軟件，僅用于控制器的回路整定，現場的就地PID回路則需要手動調節。 

    在某些控制系統中，自整定軟件也用于整定現場總線設備中的PID參數，而不會影響到控制效果。 因此，通過對現場設備中的PID算法進行整定，可提高回路性能。

快速更換

    由于工藝裝置規模不同，一個工廠的儀表設備可能介于數百到數千臺之間。若平均無故障時間為200年，則工廠每個月都會有一次設備故障。故障設備必須快速進行更換，以保證生產穩定運行。 

    過去，如果進行儀表的更換，要求工藝人員對相關過程進行手動操作，按正確的順序來更換一個設備，要求儀表工程師具備相當的專業知識。現在，由于控制系統軟件具備“向導”功能，技術人員按照指導步驟就可以順利完成故障設備的更換。 

    對總線的診斷要有專用的工具，診斷設備可以安裝在控制室內總線的末端，對總線段電源電壓、信號和噪音進行測量，也可以利用便攜式設備，臨時接入總線段任意節點處進行測量。診斷工具的使用，使總線和設備的維護變得容易多了。

實施和規范

    現場總線技術優勢很明顯，現場總線項目要獲得更大的利益，其工程項目實施執行和管理方式很重要，實施不當則不能體現其技術優勢。 

    早期，項目如果采用現場總線，最大的障礙是工廠要自行開發所有的工程程序、操作規程以及維護措施等。如果工廠不改變他們的操作方式，那么他們僅僅會獲得一個更好的DCS(分布式控制系統)，而不能在應用總線功能方面獲得提升。 但是現在，通過一系列的創新和經驗積累，總線工程項目的設計和實施已經有章可循。 

    ● 現場總線基金會制定了相關文件，包括工程設計指南和安裝指導等，以在項目設計階段提供幫助。 

    ● 控制系統供應商已配備經驗豐富的技術顧問，同EPC一起工作，針對特定的項目編制額外的文件，包括檢查表和功能性設計規范等。 

    ● 技術支持團隊都已接受過現場總線技術專業培訓。

    ● 設備供應商不斷完善設備管理解決方案，以促進現場總線設備管理的執行，并將該管理融入到工廠資產管理軟件中。

解決原有系統存在問題

    對于幾十年前應用的控制系統，備件是難以解決的問題，必須對控制系統進行改造。況且信號電纜的狀況也不容樂觀，到了必須更換的程度。對于舊控制系統的升級，主要的問題是現場儀表。 

    過去的DCS系統，大多數使用專用協議，這樣，用戶只能從DCS廠商購買現場儀表，從而保證系統的互操作性。由于沒有可替代的備件，儀表維修的成本很高。 有些DCS廠商依然使用自己公司專用的通信接口、設備和非標設備，對用戶來說，應該意識到這個存在已久的問題。 

    支持EDDL技術的現場總線基金會實現了其總線標準的承諾。在舊有的控制系統升級時，主要的目標是從專有技術過渡到主流的現場總線協議。 有些工廠開始小規模應用現場總線，以便使技術人員熟悉現場總線的技術。 在一些應用中， 利用網關及Modbus將增加的控制回路集成到舊的DCS系統中，采用單獨的工作站實現現場設備的管理。 

    采用基金會現場總線技術，用戶可以選擇多家供應商，以高性價比獲得現場設備。有些工廠通過“熱切換”將常規控制轉換到現場總線控制。  

    利用以上技術，將工廠的控制系統升級到數字化工廠架構變得容易執行，數字化結構的控制系統規模可變，易擴展和升級，為更好地管理現場智能設備創造了條件。

作者信息：

    Jonas Berge  艾默生過程管理公司  數字工廠技術專家