淺議現(xiàn)場(chǎng)總線在石化行業(yè)自動(dòng)控制中的應(yīng)用

姜芹

(江蘇華瑞技工學(xué)校，江蘇儀征 211900）

專題論述

淺議現(xiàn)場(chǎng)總線在石化行業(yè)自動(dòng)控制中的應(yīng)用

姜芹

(江蘇華瑞技工學(xué)校，江蘇儀征 211900）

現(xiàn)場(chǎng)總線是一種現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，是自動(dòng)控制領(lǐng)域深刻變革的核心技術(shù)。該文介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展歷史和應(yīng)用現(xiàn)狀，指出了目前在石化行業(yè)應(yīng)用中存在的主要問(wèn)題，并對(duì)其發(fā)展提出自己的觀點(diǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)總線石化行業(yè)發(fā)展應(yīng)用

信息技術(shù)的飛速發(fā)展導(dǎo)致了自動(dòng)控制領(lǐng)域的深刻變革，作為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要支柱產(chǎn)業(yè)的石化工業(yè)，也對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)提出了更高的要求，電動(dòng)儀表逐步向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、開(kāi)放化發(fā)展，并逐步形成了網(wǎng)絡(luò)化的、全開(kāi)放式的自動(dòng)化控制體系結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)總線正是這場(chǎng)深刻變革中最核心的技術(shù)。“現(xiàn)場(chǎng)總線”一詞得到廣泛應(yīng)用不過(guò)是近20年的事，其通用的含義是指用來(lái)連接諸如變送器、執(zhí)行器和PLC等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)。而按照國(guó)際電工委員會(huì)IEC61158標(biāo)準(zhǔn)的定義，現(xiàn)場(chǎng)總線是“安裝在生產(chǎn)過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、儀表與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置、系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線”。但這些都只是定義而已。事實(shí)上現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)包含了一系列看似密切相關(guān)，實(shí)際上卻各不相同的解決方案和技術(shù)。20年來(lái)，這方面的文章連篇累牘，研討會(huì)多不勝數(shù)，產(chǎn)品層出不窮，當(dāng)然還有那許許多多的標(biāo)準(zhǔn)。那么，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)到底是怎么產(chǎn)生的，目前應(yīng)用情況如何，又將向何處發(fā)展呢?

1 現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展歷史［1］

現(xiàn)場(chǎng)總線概念有數(shù)個(gè)起源，但可以將它們歸結(jié)為兩個(gè)方面:一方面是最終用戶的需求，另一方面是技術(shù)的進(jìn)步。

1.1 用戶需求

首先是終端用戶對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的需求開(kāi)啟了現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展的大幕。此時(shí)，作為現(xiàn)場(chǎng)總線前身的Modbus (源自Modicon Bus）和WDPF(源自Westinghouse Distributed Processing Family）在工業(yè)自動(dòng)控制中脫穎而出。同時(shí)，另一種網(wǎng)絡(luò)Military Standard在航空航天界也得到了廣泛應(yīng)用。而在核檢測(cè)儀表領(lǐng)域，把創(chuàng)建于20世紀(jì)60年代的CAMAC網(wǎng)絡(luò)看著是第1個(gè)儀表網(wǎng)絡(luò)。到了20世紀(jì)70年代，出現(xiàn)了一些用于連接PLC的網(wǎng)絡(luò)，如Allen Bradley Data High-Way和Tiway，而用于過(guò)程工業(yè)自動(dòng)控制的網(wǎng)絡(luò)也在此時(shí)出現(xiàn)了。

但由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)，很難將不同的系統(tǒng)進(jìn)行整合。用于網(wǎng)關(guān)、適配器等的費(fèi)用使得系統(tǒng)成本極高。此時(shí)，兩家美國(guó)公司開(kāi)始了旨在“定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議”的計(jì)劃。它們分別是波音公司的TOP(Technical and Office Protocol）項(xiàng)目和通用汽車公司的MAP(Manufacturing Automation Protocol）項(xiàng)目。希望能使所有的設(shè)備之間都能通訊，而又不必增加專用的硬件設(shè)備和軟件。在體系結(jié)構(gòu)上則屬意于CIM (計(jì)算機(jī)集成制造）的分層結(jié)構(gòu)的思想，同時(shí)還要求簡(jiǎn)化配線。因?yàn)樵诖饲埃挥谧畹蛯拥默F(xiàn)場(chǎng)存在著許多標(biāo)準(zhǔn)，如模擬變送器的4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)字輸入的0～24 V標(biāo)準(zhǔn)等等。這些標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)是每個(gè)模擬和數(shù)字點(diǎn)都需要2根導(dǎo)線連接，因此必須使用大量導(dǎo)線，提高了設(shè)計(jì)和施工成本，也增加了維護(hù)的難度。因此在1971年確定了現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)化配線的思路。

1.2 技術(shù)進(jìn)步

技術(shù)的進(jìn)步給現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展提供了可能性。首先是1978年出現(xiàn)的OSI-ISO模型。這種如今眾所周知的模型起初用于計(jì)算機(jī)互連網(wǎng)，但它給現(xiàn)場(chǎng)總線帶來(lái)了對(duì)數(shù)據(jù)通信更好的理解，對(duì)新型通信協(xié)議的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化的正確思路。而局域網(wǎng)技術(shù)和MAC協(xié)議的出現(xiàn)給分布式系統(tǒng)的各種應(yīng)用帶來(lái)了機(jī)會(huì)。最后是在20世紀(jì)70、80年代發(fā)展起來(lái)的微電子和DSP技術(shù)，使得制造具有通信功能的新型儀表有了可能性。而1982年由飛利浦公司首創(chuàng)的I2C網(wǎng)絡(luò)(Inter Integrated Circuits），本來(lái)用于電視機(jī)內(nèi)不同集成電路之間的互連，但卻實(shí)現(xiàn)了將“智能”裝進(jìn)最小的設(shè)備中，當(dāng)然也能裝進(jìn)任何變送器或執(zhí)行器中。這些具備了數(shù)字處理能力的現(xiàn)場(chǎng)儀表必然要采用新的通信方式，這成了現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展的另一個(gè)理由。

可見(jiàn)，各種因素造就了現(xiàn)場(chǎng)總線奇跡。1985年召開(kāi)的IEC大會(huì)上首次確定了“現(xiàn)場(chǎng)總線”這一名詞，宣告現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的正式誕生。

2 現(xiàn)場(chǎng)總線的主要技術(shù)特點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)總線打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，將所有的設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接到總線上，不僅節(jié)省了電纜，而且還方便了布線。除此之外，現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)構(gòu)還有以下特點(diǎn):

a）具有較高的性價(jià)比;

b）采用數(shù)字信號(hào)通信;

c）雙向傳輸;

d）互操作與互用性;

e）系統(tǒng)的開(kāi)放性;

f）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散;

g）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有智能和自治的特點(diǎn);

h）提高了系統(tǒng)的精度和自診斷功能;

i）降低了設(shè)計(jì)、安裝的軟硬件費(fèi)用和系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用，組態(tài)和修改容易。

3 現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)生的軌跡注定了其標(biāo)準(zhǔn)的多樣性，而巨大的市場(chǎng)又吸引了眾多的廠商和組織。目前世界上存在著大約40余種現(xiàn)場(chǎng)總線，如法國(guó)的FIP，英國(guó)的ERA，德國(guó)西門子公司的Profibus，挪威的FINT，Echelon公司的Lonworks，PhenixContact公司的Interbus，RoberBosch公司的CAN，Rosemount公司的HART，CarloGarazzi公司的Dupline，丹麥ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI(ActraturSensorInterface），Modbus，SDS，Arcnet，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織－基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線FF(Foundation FieldBus），WorldFIP，BitBus，美國(guó)的DeviceNet與ControlNet等等［2］。

美國(guó)ARC公司的市場(chǎng)調(diào)查顯示，世界市場(chǎng)對(duì)各種現(xiàn)場(chǎng)總線的需求為:過(guò)程自動(dòng)化15%(FF、Profibus-PA、WorldFIP），醫(yī)藥領(lǐng)域18%(FF、Profibus-PA、WorldFIP），加工制造15%(Profibus-DP、DeviceNet），交通運(yùn)輸15%(Profibus-DP、DeviceNet），航空、國(guó)防34%(Profibus-FMS、LonWorks、ControlNet、DeviceNet）［3］?？梢?jiàn)，各種現(xiàn)場(chǎng)總線都有其應(yīng)用領(lǐng)域。

適用于石化自動(dòng)控制領(lǐng)域的主要有FF、PROFIBUS-PA、CAN、HART等。當(dāng)然，每種現(xiàn)場(chǎng)總線都力圖將其應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，彼此滲透。由于競(jìng)爭(zhēng)激烈，而且還沒(méi)有哪一種或幾種總線能一統(tǒng)市場(chǎng)，很多重要企業(yè)都力圖開(kāi)發(fā)接口技術(shù)，使自己的總線能和其他總線相連，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中也出現(xiàn)了協(xié)調(diào)共存的局面。

3.2 全球應(yīng)用現(xiàn)狀［4］

據(jù)市場(chǎng)調(diào)查公司IMS Research的報(bào)告顯示，2009年全球新增現(xiàn)場(chǎng)總線節(jié)點(diǎn)數(shù)約為2千3百萬(wàn)，其中profibus約為4百多萬(wàn)，市場(chǎng)占有率最高。但由于FF基金會(huì)幾乎集中了世界上主要自動(dòng)化儀表制造商，其全球影響力正日益增加。

另一個(gè)特點(diǎn)是幾種主要的現(xiàn)場(chǎng)總線占據(jù)了主導(dǎo)地位，Profibus、CANopen、DeviceNet、AS-Interface、ControlNet、Modbus、INTERBUS、Foundation FieldBus、FireWire、SERCOSⅠ＆Ⅱ、CC-Link和HART共占有了全球大約70%的市場(chǎng)。而包含串口協(xié)議及公司內(nèi)協(xié)議等的其他類總線協(xié)議新增節(jié)點(diǎn)數(shù)只占有約30%的市場(chǎng)。

從產(chǎn)品應(yīng)用上看，PLC、I/O模組和變頻器是采用現(xiàn)場(chǎng)總線最多的自動(dòng)化產(chǎn)品，且相較PLC而言，變頻器鏈接現(xiàn)場(chǎng)總線的比率相對(duì)較低，但現(xiàn)在已有越來(lái)越多的用戶開(kāi)始將變頻器鏈接到現(xiàn)場(chǎng)總線上，因此，預(yù)計(jì)其未來(lái)的增長(zhǎng)率最高，到2014年，變頻器鏈接現(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)量將超過(guò)PLC。

3.3 中國(guó)應(yīng)用現(xiàn)狀

據(jù)IMS Research的報(bào)告顯示，2009年中國(guó)新增現(xiàn)場(chǎng)總線節(jié)點(diǎn)數(shù)約為2百萬(wàn)。而工控網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)也顯示，到2009年底，全國(guó)已有超過(guò)1.544 8×107個(gè)各類現(xiàn)場(chǎng)總線節(jié)點(diǎn)，增長(zhǎng)率超過(guò)10%，多數(shù)應(yīng)用在石化行業(yè)［5］。

目前，較為流行的現(xiàn)場(chǎng)總線有FF、LonWorks、Profibus、WorldFIP、CAN、HART(過(guò)渡協(xié)議）等，這些現(xiàn)場(chǎng)總線和過(guò)渡協(xié)議在我國(guó)(主要是北京）都有了代表處或掛靠單位，并且大多數(shù)都有不同程度的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。石化行業(yè)廣泛應(yīng)用的FF和HART列入了“九五”攻關(guān)項(xiàng)目，參加現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表的研究開(kāi)發(fā)單位主要有:西安儀表集團(tuán)、上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所、重慶工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所、上海自動(dòng)化儀表股份公司、重慶川儀集團(tuán)、北京華控技術(shù)公司等，專門攻克HART協(xié)議和FF協(xié)議通信軟硬件技術(shù)難關(guān)［6］。

3.4 存在問(wèn)題

對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)需求的激增使得現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在石化工業(yè)自動(dòng)控制中有了長(zhǎng)足的發(fā)展。并且，現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備也以其性能卓越、電纜量少、網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單和維護(hù)簡(jiǎn)便，贏得了用戶的青睞。但在應(yīng)用中也存在著一些問(wèn)題。主要有:

a）由于標(biāo)準(zhǔn)眾多帶來(lái)的一次性投資較大，制約了現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展。一般而言，作為流程工業(yè)的石化行業(yè)對(duì)綜合自動(dòng)化技術(shù)的需求主要關(guān)注安全可靠、實(shí)時(shí)、成本、效率等方面的問(wèn)題。因此，出于對(duì)安全的考慮，石化行業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)一般都會(huì)采用冗余結(jié)構(gòu)，這恰恰抵消了現(xiàn)場(chǎng)總線成本低的優(yōu)勢(shì);而標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一帶來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表價(jià)格昂貴，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)儀表品種多、數(shù)量大的石化行業(yè)而言，成本也是不得不考慮的因素。

b）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展方向思路不清。一方面，眾多標(biāo)準(zhǔn)并存的狀態(tài)，使得用戶在應(yīng)用時(shí)不得不有所選擇，但在不能清晰把握其發(fā)展趨勢(shì)時(shí)，很難做出合適的決定。就石化行業(yè)而言，列入國(guó)家“九五”攻關(guān)項(xiàng)目的是FF和HART。而從目前的使用情況看，國(guó)內(nèi)迄今最大的3個(gè)FF應(yīng)用工程是:2005年投產(chǎn)的上海賽科、2006年初投產(chǎn)的廣州惠州中海油殼牌石化工程和2009年投產(chǎn)的福建煉化一體化工程(泉州），此外再無(wú)此種節(jié)點(diǎn)達(dá)數(shù)萬(wàn)個(gè)的典型應(yīng)用。不過(guò)只要看到2008年國(guó)內(nèi)實(shí)際安裝FF的節(jié)點(diǎn)數(shù)僅為3.46×104個(gè)，就可以推算出其總體的發(fā)展速度并不理想［7］。目前在石化行業(yè)，對(duì)FF的看法趨于負(fù)面，認(rèn)為其價(jià)格貴、難用、效果不理想;而作為過(guò)渡協(xié)議的HART，雖然仍在應(yīng)用，技術(shù)也有所改進(jìn)，但終將被取代。

另一方面，業(yè)界從10年前充滿信心地宣布三四年后現(xiàn)場(chǎng)總線將全面取代DCS，到目前面對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)的強(qiáng)勁發(fā)展勢(shì)頭，又發(fā)出現(xiàn)場(chǎng)總線即將成為歷史的悲嘆，再看看現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)不但沒(méi)有如預(yù)言的在三四年間即可統(tǒng)一，反而越來(lái)越亂的現(xiàn)狀，也可看出發(fā)展思路之混亂。

c）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的價(jià)值認(rèn)識(shí)不到位，未能完全發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)。由于現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用的歷史不長(zhǎng)，加之對(duì)其優(yōu)勢(shì)的表述并不清晰，用戶并不能真正明白現(xiàn)場(chǎng)總線的長(zhǎng)期優(yōu)勢(shì)，僅僅將其當(dāng)作工業(yè)通信的一類工具，而不是將它納入整個(gè)企業(yè)信息整合的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，更深層次地加以運(yùn)用。這方面，上述3大FF典型工程的成功也可說(shuō)明這一點(diǎn):上海賽科乙烯工程利用現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了儀表狀態(tài)監(jiān)測(cè)及資產(chǎn)管理系統(tǒng)，用于儀表設(shè)備技術(shù)管理，包括各類統(tǒng)計(jì)查詢報(bào)表及各類KPI的自動(dòng)跟蹤［8］。隨后建成的廣州惠州中海油殼牌石化工程和福建煉化一體化工程(泉州），也都安裝了先進(jìn)的資源管理系統(tǒng)——AMS，用來(lái)構(gòu)建全廠的智能儀表數(shù)據(jù)庫(kù)，都取得了很好的成效［9］。可見(jiàn)，現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用尚有很大的潛力可挖。因此，在評(píng)價(jià)現(xiàn)場(chǎng)總線時(shí)，不能僅僅著眼于成本因素，而應(yīng)該充分考慮其提高資產(chǎn)收益率、減少非計(jì)劃停車、避免故障發(fā)生以及幫助構(gòu)建知識(shí)型企業(yè)的能力。

d）沒(méi)有認(rèn)識(shí)到培訓(xùn)的重要性。盡管現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備使用簡(jiǎn)單，但其中采用的技術(shù)卻相對(duì)復(fù)雜。有些現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)采用OSI模型，有些卻是主－從結(jié)構(gòu)等。因此，用戶要想用好由不同協(xié)議構(gòu)成的系統(tǒng)，就必須了解所有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)模型，且往往一個(gè)系統(tǒng)的性能越好就越復(fù)雜。因此，現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用的成功與否，取決于其開(kāi)始的計(jì)劃階段。仍以國(guó)內(nèi)3大FF應(yīng)用工程為例。福建煉油乙烯投產(chǎn)時(shí)間不長(zhǎng)，暫不討論。另兩家相比較而言，南海中海油殼牌聯(lián)合石化公司的應(yīng)用更為成功，其經(jīng)驗(yàn)之一就是加強(qiáng)了對(duì)儀表維護(hù)人員的培訓(xùn)，使其充分認(rèn)識(shí)到FF設(shè)備與控制系統(tǒng)之間的通訊協(xié)議與傳統(tǒng)儀表不同，其維護(hù)方式和方法也不盡相同。

4 發(fā)展前景展望

4.1 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)方興未艾

現(xiàn)場(chǎng)總線的互操作性、開(kāi)放性、高度分散性，以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有智能和自治的能力和自診斷功能等特點(diǎn)，加上安裝、維護(hù)方便，是石化行業(yè)理想的自動(dòng)控制手段。雖然現(xiàn)場(chǎng)總線在目前的應(yīng)用中還存在著許多問(wèn)題，但隨著技術(shù)進(jìn)步和人們認(rèn)識(shí)的提高，必將獲得更為廣泛的應(yīng)用。

另外，認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)總線將會(huì)退出歷史舞臺(tái)的主要原因在于，近年來(lái)工業(yè)以太網(wǎng)在石化工業(yè)自動(dòng)控制中有長(zhǎng)足的發(fā)展，并正在向現(xiàn)場(chǎng)控制滲透。因此有不少人認(rèn)為它將完全取代現(xiàn)場(chǎng)總線，但筆者對(duì)此不敢茍同。

一方面，從現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展現(xiàn)狀可以看出，工業(yè)以太網(wǎng)雖然發(fā)展很快，但在絕對(duì)數(shù)量上，仍然無(wú)法與現(xiàn)場(chǎng)總線相比。據(jù)IMS Research的報(bào)告顯示，2009年全球工業(yè)以太網(wǎng)新增節(jié)點(diǎn)數(shù)約為4.5×106，為現(xiàn)場(chǎng)總線的20%。而在中國(guó)，此數(shù)量約為0.4×106，也為現(xiàn)場(chǎng)總線的20%。況且，如果要取代現(xiàn)場(chǎng)總線，就必須更換現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備，這樣做顯然成本極高。而且現(xiàn)場(chǎng)總線畢竟已有20年的歷史，而工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制中，不過(guò)是最近的事。并且以太網(wǎng)和TCP/IP原本不是面向控制領(lǐng)域的，在體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議規(guī)則、物理介質(zhì)、數(shù)據(jù)、軟件、實(shí)驗(yàn)環(huán)境等諸多方面并不成熟，因此，在使用上也不具備優(yōu)勢(shì)。

另一方面，從現(xiàn)場(chǎng)總線取代DCS，到工業(yè)以太網(wǎng)取代現(xiàn)場(chǎng)總線，似乎自動(dòng)控制只能是一統(tǒng)江山的局面，為什么不能是結(jié)合甚至是融合呢?事實(shí)上，目前的應(yīng)用多數(shù)就是DCS、PLC、工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。如前述的上海賽科和南海中海油殼牌，均是DCS與現(xiàn)場(chǎng)總線的結(jié)合。而采用工業(yè)以太網(wǎng)+現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的實(shí)例也很多。目前在石化行業(yè)，集散控制系統(tǒng)DCS與現(xiàn)場(chǎng)總線的集成已形成了幾種主要方式:

a）現(xiàn)場(chǎng)總線與集散控制系統(tǒng)I/O總線上的集成。如Fisher-Rosemount公司的集散控制系統(tǒng)DeltaV采用的即是此方案;

b）現(xiàn)場(chǎng)總線與DCS網(wǎng)絡(luò)層的集成。如Smar公司的302系列現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)在DCS網(wǎng)絡(luò)層集成其現(xiàn)場(chǎng)總線功能;

c）現(xiàn)場(chǎng)總線通過(guò)網(wǎng)關(guān)與DCS并行集成。這種方式通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接在一個(gè)工廠中并行運(yùn)行的DCS和現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。如SUPCON的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，利用HART協(xié)議網(wǎng)橋連接系統(tǒng)操作站與現(xiàn)場(chǎng)儀表，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備管理系統(tǒng)操作站與HART協(xié)議現(xiàn)場(chǎng)儀表之間的通信功能［10］。而工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線的集成方式基本都是在企業(yè)信息層采用以太網(wǎng)，而在底層設(shè)備級(jí)采用現(xiàn)場(chǎng)總線。可見(jiàn)，作為底層網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)總線能完全滿足現(xiàn)代石化企業(yè)對(duì)底層控制網(wǎng)絡(luò)的基本要求，實(shí)現(xiàn)真正的全分布式系統(tǒng)，如果能夠充分認(rèn)識(shí)其價(jià)值，改進(jìn)設(shè)計(jì)、加強(qiáng)培訓(xùn)工作，現(xiàn)場(chǎng)總線會(huì)有更為強(qiáng)勁的發(fā)展。

4.2 統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)終將出現(xiàn)

制約現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展的一個(gè)重要原因，就是多種標(biāo)準(zhǔn)共存，這使得這種以開(kāi)放性和互操作性著稱的系統(tǒng)，并不能完全顯示其優(yōu)越性，還造成了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備投資太大，成本太高，讓用戶難以認(rèn)清發(fā)展方向的問(wèn)題。對(duì)這個(gè)問(wèn)題的最終解決，業(yè)內(nèi)從開(kāi)始的極度樂(lè)觀，到現(xiàn)在的極度悲觀，甚至有人說(shuō)，在有生之年已難看到標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的局面出現(xiàn)。

也正因如此，業(yè)內(nèi)對(duì)多種標(biāo)準(zhǔn)共存的局面仍將繼續(xù)已達(dá)成的共識(shí)，紛紛尋求在此狀態(tài)下的解決方法。目前通常采用設(shè)備集成的方法。有些提供控制系統(tǒng)的大公司為保證市場(chǎng)上常用的儀表都能和自己的系統(tǒng)即插即能投用(plug-and-work），已專門建立了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備集成中心FDIC。譬如，ABB為保證市場(chǎng)的常用FF儀表與其800xA、Freelance 800F等系統(tǒng)集成，在2004年就成立FDIC。FDIC每季度要測(cè)試120種儀表設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備的平均測(cè)試周期為12周?，F(xiàn)在在其ABB集成解決庫(kù)中累計(jì)已有超過(guò)50個(gè)儀表廠的六七百種儀表產(chǎn)品通過(guò)測(cè)試，可與其控制系統(tǒng)無(wú)縫集成。廣州惠州中海油殼牌石化工程一條成功的經(jīng)驗(yàn)就是:保證每臺(tái)儀表都要通過(guò)HIST (主機(jī)互操作測(cè)試），即出現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線共用技術(shù)——設(shè)備集成，追求將系統(tǒng)中所有的智能儀表或設(shè)備的數(shù)據(jù)和功能性，不論采用何種協(xié)議，都可無(wú)縫地為整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)所利用。但筆者認(rèn)為這不是真正的解決方法，只會(huì)使?fàn)顩r愈加混亂。事實(shí)上，目前的實(shí)際應(yīng)用情況很不理想，即使同一種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議仍然存在設(shè)備集成的頭疼問(wèn)題。

因此，筆者認(rèn)為，多種標(biāo)準(zhǔn)共存的情況不會(huì)長(zhǎng)期持續(xù)下去，現(xiàn)在的混亂狀況恰恰說(shuō)明統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)已是呼之欲出。而要真正解決這個(gè)問(wèn)題，可能需要從兩個(gè)方面努力:一是加強(qiáng)計(jì)算機(jī)控制方面理論的研究，用成熟的理論統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn);二是各種標(biāo)準(zhǔn)融通，最終在各個(gè)領(lǐng)域都形成一種主導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，使得標(biāo)準(zhǔn)在不同應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)統(tǒng)一。

總之，由于在現(xiàn)場(chǎng)總線的設(shè)計(jì)思想中采用了最新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多種信息的高速傳輸，因而由其構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，使得管理級(jí)可以得到更廣泛、更全面的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)真正的集中管理;而現(xiàn)場(chǎng)級(jí)所采用的智能儀表，也使得將控制節(jié)點(diǎn)下放到現(xiàn)場(chǎng)成為可能，從理論上說(shuō)這就實(shí)現(xiàn)了真正的過(guò)程級(jí)的分散控制，必將在石化行業(yè)的自動(dòng)控制中得到更為廣泛的應(yīng)用。但鑒于目前的實(shí)際情況，建議國(guó)內(nèi)在應(yīng)用中，著意加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)者、施工者和運(yùn)行、維護(hù)人員的培訓(xùn)，首先是鞏固、改進(jìn)和提高現(xiàn)有技術(shù)，而非過(guò)分引入新技術(shù)。這樣一則可以避免因無(wú)法看清發(fā)展方向而造成的浪費(fèi)，畢竟IT技術(shù)每3～4年更新?lián)Q代的速度，是石化行業(yè)難以接受的;二則也可以積累應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，以期能在未來(lái)的發(fā)展中走在世界的前列。

［1］Jean-Pierre Thomesse.Fieldbus Technology in Industrial Automa

tion［EB/OL］.http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/04/45/ 75/PDF/Thomesse-fieldbus-ieee.pdf.

［2］深入淺出現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)［EB/OL］.http://www.fieldbuses.com/fieldbusgeneral/102-616.html.

［3］李建新.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)［EB/OL］.http://wenku.baidu.com/view/2b8740649b6648d7c1c74652.html.

［4］IMS Research.全球及中國(guó)市場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線及工業(yè)以太網(wǎng)市場(chǎng)現(xiàn)狀及展望［EB/OL］.http://www.docin.com/p-223547624.html

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［8］葉迎民.上海賽科現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用情況簡(jiǎn)述［EB/OL］.http://www.cffc.cn/files/上海賽科現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用情況簡(jiǎn).mht，2011.11.16.

［9］王勝利.FF現(xiàn)場(chǎng)總線在中海殼牌石化聯(lián)合工廠的成功應(yīng)用［EB/OL］.http://www.cffc.cn/files/FF現(xiàn)場(chǎng)總線在中海殼牌石化聯(lián)合工廠的成功應(yīng)用.mht，2012.2.

［10］現(xiàn)場(chǎng)總線集散控制系統(tǒng)的控制方式［EB/OL］.http://www.gongkong.com/webpage/forum/201107/2011071316001000003-1.shtml，2011.7.13.

Elementary research on the application of fieldbus in petrochemical industry

Jiang Qin

(Jiangsu HuaRui technician school，Yizheng Jiangsu 211900，China）

Fieldbus is a network for connecting field devices.It's the kernel technology of automation innovation.This article traces it from its beginnings and application status;study the temporal fieldbus solutions in petrochemical industry.Then expresses author's view about the evolution for fieldbus.

fieldbus;petrochemical industry;evolution; application

TQ273.5

A

1006-334X(2012）01-0025-05

2011－12－19

姜芹(1965－），江蘇儀征人，工程碩士，高級(jí)講師，主要從事電氣儀表教學(xué)工作。