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    在基金會現(xiàn)場總線（FF）技術(shù)開始推廣應(yīng)用的初期，生產(chǎn)廠商、工程公司、工廠技術(shù)人員付出了艱苦努力，通過學習和實踐，以掌握總線技術(shù)、產(chǎn)品性能，積累工程經(jīng)驗。在經(jīng)歷上千個基金會總線項目的系統(tǒng)安裝應(yīng)用之后，技術(shù)人員已經(jīng)能夠快速而經(jīng)濟地實施現(xiàn)場總線的工程項目，對現(xiàn)場總線提供技術(shù)支持的能力也得到加強，對于應(yīng)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(jié)果。通過十多年持續(xù)不斷地改進，在控制系統(tǒng)運行期間，任何一個階段要采用基金會現(xiàn)場總線技術(shù)都變得更加容易。現(xiàn)場總線技術(shù)日益成熟，相應(yīng)的知識積累和用戶群體也隨之成長，這種自動化技術(shù)已不再僅僅是屬于專家們的專利。 

    現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用，使得工程項目投資成本節(jié)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(jié)果，你就不會對基金會現(xiàn)場總線的成長感到驚訝了，它通過數(shù)字化工廠架構(gòu)，充分利用現(xiàn)場智能設(shè)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(yè)的領(lǐng)先企業(yè)中，越來越多的工廠采用基金會現(xiàn)場總線技術(shù)，是否采用現(xiàn)場總線，成為新建項目的標準。 

    大部分過程自動化廠商現(xiàn)在都支持基金會現(xiàn)場總線技術(shù)。 例如，艾默生PlantWeb數(shù)字工廠結(jié)構(gòu)采用基金會技術(shù)，建立整個工廠的數(shù)字化控制網(wǎng)絡(luò)。推崇技術(shù)領(lǐng)先的工程公司已經(jīng)接收數(shù)字化工廠的概念，并已實施了很多現(xiàn)場總線項目，積累了豐富的總線項目經(jīng)驗。相關(guān)自動化項目部門也已認可現(xiàn)場總線技術(shù)，并制定了工程方面的相關(guān)規(guī)范，以保證總線項目實現(xiàn)其最佳性能。 

    為了加速現(xiàn)場總線在控制系統(tǒng)中的實施，應(yīng)將其納入到規(guī)范當中，通過采用當今最新的技術(shù)和產(chǎn)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(xiàn)場總線技術(shù)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(tǒng)。這些設(shè)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(shè)備健康狀態(tài)檢測儀等等。 

    EDDL技術(shù)的應(yīng)用，使得技術(shù)人員可以讀取現(xiàn)場總線設(shè)備的所有功能，對設(shè)備的高級設(shè)置及復雜診斷，也可以通過圖形方式來實現(xiàn)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(shè)備描述）技術(shù)沒有圖形顯示，不能支持某些復雜的現(xiàn)場總線設(shè)備的高級設(shè)置和診斷功能。發(fā)展中期的技術(shù)方案中包含圖形功能，但是受限于制造商的控制系統(tǒng)，不具備通用性。另一種解決方案則要求安裝第三方設(shè)備的驅(qū)動程序，在DCS控制系統(tǒng)運行時是不能進行軟件安裝的，即使有了驅(qū)動軟件，設(shè)備也不能正常使用。 

    基金會現(xiàn)場總線技術(shù)最重大的改進就是增強型的電子設(shè)備描述語言（EDDL）的應(yīng)用，它的前身是設(shè)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(xiàn)場總線技術(shù)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(xié)作團隊（ECT）。應(yīng)用EDDL之后，設(shè)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(xiàn)出來。設(shè)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(shù)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(shè)備診斷過程更加容易。 

    目前，對于來自各個廠商的現(xiàn)場總線設(shè)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(jiān)視、組態(tài)/設(shè)置和診斷。對于現(xiàn)場總線設(shè)備，設(shè)備廠商可提供設(shè)備描述的EDDL是文本文件，而不是應(yīng)用程序軟件，可以將現(xiàn)場總線設(shè)備的診斷功能同控制系統(tǒng)操作站整合到一起。EDDL使現(xiàn)場總線設(shè)備的設(shè)置和校準更加容易，即便不是技術(shù)專家，也能夠?qū)υO(shè)備進行操作。 

    例如，由設(shè)備廠商寫入設(shè)備管理軟件和手操器中的“方法”，以向?qū)?ldquo;Wizard”的方式呈現(xiàn)，可以引導技術(shù)人員進行設(shè)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(fā)生的概率降到最低。同樣，對于設(shè)備進行校準的過程，也可以通過“Wizard”引導進行，簡化了現(xiàn)場總線設(shè)備的操作。 

    按照常規(guī)的校驗方法，對壓力變送器的校準要求有兩位技術(shù)人員通過對講機相互聯(lián)系，一位在現(xiàn)場工作，一位在控制室進行操作。對總線設(shè)備，利用手操器，只要一位技術(shù)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(xiàn)場總線設(shè)備進行操作。

互操作性測試

    在一些大型工廠或裝置中，會應(yīng)用不同廠商不同型號的現(xiàn)場總線設(shè)備，這些現(xiàn)場總線設(shè)備必須能夠進行互操作，并與控制系統(tǒng)軟件兼容。但在現(xiàn)場總線發(fā)展初期，總線設(shè)備沒有進行互操作測試，這就導致了某些現(xiàn)場總線設(shè)備和系統(tǒng)不能兼容，因此不能和系統(tǒng)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(shè)備發(fā)布之前，現(xiàn)場總線設(shè)備及其EDDL文件必須接受互操作性測試。由專業(yè)人士組成的現(xiàn)場總線基金會的成員密切協(xié)作，解決技術(shù)問題，而規(guī)范和測試也在不斷升級。對基金會總線的其它關(guān)聯(lián)設(shè)備，例如總線電源和現(xiàn)場連接器等，也須進行互操作性測試。 

    新推出的主機系統(tǒng)注冊程序（HRP）是一種更為嚴格的對控制系統(tǒng)主機測試的方法，用于確保系統(tǒng)完全支持現(xiàn)場總線設(shè)備，并能夠從現(xiàn)場總線設(shè)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(xù)不斷的改進，才減少了現(xiàn)場總線設(shè)備和控制系統(tǒng)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(guān)網(wǎng)絡(luò)硬件產(chǎn)生問題的風險。對于設(shè)備、主系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)硬件的互操作性測試，基金會現(xiàn)場總線已經(jīng)達到了其它任何總線技術(shù)所不可及的水平。 

本質(zhì)安全

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

    領(lǐng)先的安全柵及網(wǎng)絡(luò)硬件供應(yīng)商為基金會現(xiàn)場總線在危險區(qū)域的應(yīng)用提供了新的解決方案，即現(xiàn)場總線本質(zhì)安全的概念（FISCO)，應(yīng)用FISCO概念，允許在本安區(qū)域使用更大的功率、更多的設(shè)備，同時大大地簡化了設(shè)計工作。“實體”參數(shù)制表已經(jīng)不再需要，F(xiàn)ISCO的概念使設(shè)備的選擇和文件編制得以簡化。 

網(wǎng)段設(shè)計

    對系統(tǒng)設(shè)計工程師而言，進行總線網(wǎng)段設(shè)計時，計算支線的總線設(shè)備電壓，尤其是對于本安設(shè)備電壓的計算，是一個較為煩瑣的過程。最初的設(shè)計計算應(yīng)用電子數(shù)據(jù)表格實現(xiàn)，既冗長，又容易產(chǎn)生錯誤。 

    現(xiàn)在則不同，利用艾默生公司提供的網(wǎng)段設(shè)計工具，就可以自動進行總線網(wǎng)段設(shè)計及驗證。 工程人員利用工具軟件，依次選擇網(wǎng)段所在危險區(qū)域的等級，以及電源、安全柵、總線連接器、現(xiàn)場總線設(shè)備等，即可完成網(wǎng)段的設(shè)計。 相關(guān)總線產(chǎn)品的數(shù)據(jù)被放置到軟件數(shù)據(jù)庫中，從而減少了煩瑣的計算工作。該軟件根據(jù)有關(guān)分支、總長、電流電壓限制等等的規(guī)則來對網(wǎng)段設(shè)計進行驗證，生成報告，作為系統(tǒng)設(shè)計文件的一部分。 

    網(wǎng)段設(shè)計工具軟件的應(yīng)用，使得總線網(wǎng)段設(shè)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。 

控制策略組態(tài)

    基金會現(xiàn)場總線的功能塊編程語言符合國際標準IEC 61804-2。現(xiàn)場總線設(shè)備的功能塊和自動化系統(tǒng)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(xiàn)場設(shè)備實現(xiàn)控制策略，其組態(tài)方式完全相同，無需使用兩種組態(tài)工具。 

    組態(tài)工具可自動完成總線宏周期時間表，實現(xiàn)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(guān)重要的。最新的控制系統(tǒng)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(yōu)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(tǒng)組態(tài)和驗證速度。 

熱升級（運行中設(shè)備升級）

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

    基金會現(xiàn)場總線周期性通信的執(zhí)行和傳輸確保了實時和非實時通信進行，設(shè)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(yīng)用。 

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

執(zhí)行時間

    在某些行業(yè)中，過程控制要求設(shè)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(zhí)行。在早期，由于總線上功能塊通信數(shù)據(jù)量很大，只有當總線段上掛接的設(shè)備較少時，才可能實現(xiàn)快速響應(yīng)，這樣，總線獲得的成本效益就比較低。 

    新的現(xiàn)場總線設(shè)備功能有了較大改進，可以以高達20-30ms的時間來執(zhí)行功能塊算法。控制系統(tǒng)支持現(xiàn)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(xiàn)場總線是唯一支持在現(xiàn)場實現(xiàn)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(shè)備中實現(xiàn)PID等算法功能。對于相關(guān)到其它總線和連鎖回路的控制算法，仍然在控制器中執(zhí)行，因此，一個系統(tǒng)的控制策略實際上是DCS控制器和現(xiàn)場控制同時存在。 

仿真測試

    對新項目的控制系統(tǒng)進行工廠驗收測試（FAT）時，必須模擬現(xiàn)場信號，以便對流程圖數(shù)據(jù)動態(tài)鏈接、控制策略以及報警的設(shè)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(xiàn)場總線設(shè)備都連接到系統(tǒng)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(zhí)行時對重要的回路才進行測試。 

    現(xiàn)在，大多數(shù)控制系統(tǒng)都具備對現(xiàn)場總線設(shè)備和功能塊進行模擬的能力，因此可以實現(xiàn)對過程及報警狀況模擬，驗證系統(tǒng)的組態(tài)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(xiàn)場開車的風險。 

自整定

    一個控制系統(tǒng)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(tài)。 整定對于現(xiàn)場總線設(shè)備的PID回路同樣適用。 控制系統(tǒng)的自整定軟件，僅用于控制器的回路整定，現(xiàn)場的就地PID回路則需要手動調(diào)節(jié)。 

    在某些控制系統(tǒng)中，自整定軟件也用于整定現(xiàn)場總線設(shè)備中的PID參數(shù)，而不會影響到控制效果。 因此，通過對現(xiàn)場設(shè)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(guī)模不同，一個工廠的儀表設(shè)備可能介于數(shù)百到數(shù)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(shè)備故障。故障設(shè)備必須快速進行更換，以保證生產(chǎn)穩(wěn)定運行。 

    過去，如果進行儀表的更換，要求工藝人員對相關(guān)過程進行手動操作，按正確的順序來更換一個設(shè)備，要求儀表工程師具備相當?shù)膶I(yè)知識。現(xiàn)在，由于控制系統(tǒng)軟件具備“向?qū)?rdquo;功能，技術(shù)人員按照指導步驟就可以順利完成故障設(shè)備的更換。 

    對總線的診斷要有專用的工具，診斷設(shè)備可以安裝在控制室內(nèi)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(shè)備，臨時接入總線段任意節(jié)點處進行測量。診斷工具的使用，使總線和設(shè)備的維護變得容易多了。

實施和規(guī)范

    現(xiàn)場總線技術(shù)優(yōu)勢很明顯，現(xiàn)場總線項目要獲得更大的利益，其工程項目實施執(zhí)行和管理方式很重要，實施不當則不能體現(xiàn)其技術(shù)優(yōu)勢。 

    早期，項目如果采用現(xiàn)場總線，最大的障礙是工廠要自行開發(fā)所有的工程程序、操作規(guī)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(tǒng))，而不能在應(yīng)用總線功能方面獲得提升。 但是現(xiàn)在，通過一系列的創(chuàng)新和經(jīng)驗積累，總線工程項目的設(shè)計和實施已經(jīng)有章可循。 

    現(xiàn)場總線基金會制定了相關(guān)文件，包括工程設(shè)計指南和安裝指導等，以在項目設(shè)計階段提供幫助。 

    控制系統(tǒng)供應(yīng)商已配備經(jīng)驗豐富的技術(shù)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(shè)計規(guī)范等。 

    技術(shù)支持團隊都已接受過現(xiàn)場總線技術(shù)專業(yè)培訓。

    設(shè)備供應(yīng)商不斷完善設(shè)備管理解決方案，以促進現(xiàn)場總線設(shè)備管理的執(zhí)行，并將該管理融入到工廠資產(chǎn)管理軟件中。 

解決原有系統(tǒng)存在問題

    對于幾十年前應(yīng)用的控制系統(tǒng)，備件是難以解決的問題，必須對控制系統(tǒng)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(tǒng)的升級，主要的問題是現(xiàn)場儀表。 

    過去的DCS系統(tǒng)，大多數(shù)使用專用協(xié)議，這樣，用戶只能從DCS廠商購買現(xiàn)場儀表，從而保證系統(tǒng)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(shè)備和非標設(shè)備，對用戶來說，應(yīng)該意識到這個存在已久的問題。 

    支持EDDL技術(shù)的現(xiàn)場總線基金會實現(xiàn)了其總線標準的承諾。在舊有的控制系統(tǒng)升級時，主要的目標是從專有技術(shù)過渡到主流的現(xiàn)場總線協(xié)議。有些工廠開始小規(guī)模應(yīng)用現(xiàn)場總線，以便使技術(shù)人員熟悉現(xiàn)場總線的技術(shù)。在一些應(yīng)用中，利用網(wǎng)關(guān)及Modbus將增加的控制回路集成到舊的DCS系統(tǒng)中，采用單獨的工作站實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的管理。 

    采用基金會現(xiàn)場總線技術(shù)，用戶可以選擇多家供應(yīng)商，以高性價比獲得現(xiàn)場設(shè)備。有些工廠通過“熱切換”將常規(guī)控制轉(zhuǎn)換到現(xiàn)場總線控制。  

    利用以上技術(shù)，將工廠的控制系統(tǒng)升級到數(shù)字化工廠架構(gòu)變得容易執(zhí)行，數(shù)字化結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)規(guī)模可變，易擴展和升級，為更好地管理現(xiàn)場智能設(shè)備創(chuàng)造了條件。