工控摘要：現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室儀表之間的數(shù)字通信統(tǒng)稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。實(shí)際因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不同，數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)的通信寬度不同，而分為傳感器總線(xiàn)、設(shè)備總線(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)幾種（統(tǒng)稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)）；又于過(guò)渡期有HART協(xié)議的準(zhǔn)數(shù)字化通信；另外，就是標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜性和數(shù)字通信技術(shù)發(fā)展速度太快造成的系統(tǒng)架構(gòu)扁平化等等原因，使現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)處于“春秋戰(zhàn)國(guó)"時(shí)期，所以有必要讓流程工業(yè)及加工業(yè)決策者，對(duì)這個(gè)問(wèn)題理出一個(gè)思路來(lái)，促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的普及。
    20世紀(jì)70年代大約在電動(dòng)單元組合式儀表研發(fā)時(shí)期，出現(xiàn)了4～20mDC的統(tǒng)一信號(hào)（對(duì)應(yīng)電壓信號(hào)為1～5VDC），相應(yīng)兩線(xiàn)制技術(shù)也得到普及。兩線(xiàn)制是指一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)變送器由兩根導(dǎo)線(xiàn)與控制室對(duì)應(yīng)端子相連，在其上完成供電（24VDC）及電流信號(hào)傳輸。當(dāng)然，四線(xiàn)制技術(shù)也還可以使用（四線(xiàn)制指現(xiàn)場(chǎng)變送器接兩根電源線(xiàn)和兩根信號(hào)線(xiàn)）。
    在1986年美國(guó)Rosemount公司推出HART（HighwayAddressableRemoteTransducer可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速公路）通信協(xié)議，在原兩線(xiàn)制變送器上增加了數(shù)字信號(hào)傳輸功能，即在4～20mA的直流模擬信號(hào)基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)波形為FSK（FrequencyShiftingKeying）Bell202的數(shù)字通信信號(hào)，以后得到多家儀表研制這方面的產(chǎn)品。嚴(yán)格地說(shuō)，它不是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，但由于它兼容了模擬信號(hào)及有利于改造老產(chǎn)品，所以10多年來(lái)它還能生存下來(lái)，而且有所發(fā)展，如它規(guī)定了設(shè)備描述語(yǔ)言，而且多種DCS、PLC均可與之相連，配套的HARTMuHiplexer多路復(fù)用器之外，還有HARTI/O，使老裝置裝置改造中現(xiàn)有布線(xiàn)系統(tǒng)得到利用，完成工廠(chǎng)資產(chǎn)設(shè)備管理等功能，提高工廠(chǎng)生產(chǎn)效率。
    標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
    追溯上世紀(jì)80年代IFC、90年代初ISP及ISPF已經(jīng)進(jìn)行了初步聯(lián)合，1994年法國(guó)加入成立現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì)（FF）比HART通信協(xié)議公布稍后，電工委員會(huì)IEC于1988年IEC/TC65/SC65C/WG6工作組正式開(kāi)始現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化工作，于2000年1月正式通過(guò)IEC61158測(cè)量和控制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信工業(yè)控制系統(tǒng)用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，有10種類(lèi)型，為了便于標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，又制訂了IEC61784作為解釋和補(bǔ)充，IEC61784為工業(yè)控制系統(tǒng)的連續(xù)和斷續(xù)制造用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)行規(guī)設(shè)置，涉及7個(gè)協(xié)議簇，即FF、ControlNet、Profibus、P-Net、SwiftNet、WorldFIP、Interbus。
    另外，IEC/TC17/SC17B分管低壓電器的分委員會(huì)制訂了IEC62026有關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)AS-I、DeviceNet、SDS及Seriplex4種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)；IEC/TC22分管電力電子的分委員會(huì)將CAN總線(xiàn)列為標(biāo)準(zhǔn)，而且ISO（標(biāo)準(zhǔn)組織）通過(guò)為標(biāo)準(zhǔn)：CANISO11898（1Mbit/s）與CANISO11519（125Kbit/s）。以上通常稱(chēng)有7+4+1=12種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。也有很多人把部分應(yīng)用較少或原理與其它總線(xiàn)相賓的總線(xiàn)略去而稱(chēng)有8種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。
    在未成為標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)中，應(yīng)用很廣，性能很好的有Lonworks，它為ANSI美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及智能建筑等5個(gè)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)；Modbus總線(xiàn)應(yīng)用的歷史較長(zhǎng)，現(xiàn)在也在發(fā)展與以太網(wǎng)相結(jié)合等技術(shù)；另外就是CC-Link，它由日本三菱公司推出，應(yīng)用面也很廣。
    關(guān)于多標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題
    在IEC制訂現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，各國(guó)或跨國(guó)大公司也在積極開(kāi)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，一些國(guó)家或行業(yè)的特殊性，IEC原設(shè)想的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì)雖然代表了100多個(gè)國(guó)家，其開(kāi)發(fā)的基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)并不能滿(mǎn)足各行業(yè)的要求，而且要滿(mǎn)足過(guò)程工業(yè)的要求，也還有一個(gè)的過(guò)程，所以只好將其低速標(biāo)準(zhǔn)FF的H1部分與其它各種功能相近的Profibus-PA、Profibus-DP等并列為標(biāo)準(zhǔn)。另外原因就是數(shù)字通信技術(shù)發(fā)展很快，加之FCS概念雖已形成，但與DCS、PLC等系統(tǒng)還得“和平共處"一無(wú)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期；又與80年代剛制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)期相比，F(xiàn)F高速標(biāo)準(zhǔn)與以太網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)相兼容是大勢(shì)所趨，所以出現(xiàn)了FF的HSE及Profinet等標(biāo)準(zhǔn)，這些都是順應(yīng)潮流的選擇。應(yīng)該說(shuō)多標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生，這是反映了數(shù)字通信技術(shù)的現(xiàn)實(shí)，不是以人們的意志而轉(zhuǎn)移的。既然是多標(biāo)準(zhǔn)，以后還會(huì)有所增加，我國(guó)如有新的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)出現(xiàn)，也可以爭(zhēng)取成為標(biāo)準(zhǔn)。
    如事先制訂出統(tǒng)一的開(kāi)放的、可互操作的一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，制訂出來(lái)以后，多數(shù)廠(chǎng)家都放棄原來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，當(dāng)然很理想，zui大受益者為zui終用戶(hù)，但是我們要面對(duì)現(xiàn)實(shí)，在承認(rèn)現(xiàn)狀、積極應(yīng)用現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，用戶(hù)和制造廠(chǎng)都對(duì)開(kāi)放性和可互操作性的理想鍥而不舍，我想這一天終究會(huì)到來(lái)。
    現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的比較
    多現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是制造商、集成商和zui終用戶(hù)以來(lái)不便選用困難，但是通過(guò)比較，結(jié)合自身特點(diǎn)，是能選出一種或兩種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，并發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，以來(lái)經(jīng)濟(jì)效益，而且可以自下而上防止出現(xiàn)信息孤島。
    主要現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)比較如表1所示。表中除主要性能特點(diǎn)以外，與選型有關(guān)的還有：主從方式、無(wú)主方式或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式；傳送過(guò)程數(shù)據(jù)和住處組態(tài)住處運(yùn)行狀態(tài)等報(bào)文長(zhǎng)短；通信實(shí)時(shí)性；通信準(zhǔn)確性和通信安全性等。高速或上層的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在表中所列的FFHSE、Profinet、ControlNet中的Ethernet/IP均使用了工業(yè)以太網(wǎng)；其它的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)現(xiàn)在也在致力于和以太網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)）相連；加之工業(yè)以太網(wǎng)也在從事“e網(wǎng)到底"的努力，即在發(fā)展直接與以太網(wǎng)相連的I/O模塊;又IEC正與IAONA（工業(yè)自動(dòng)化開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合會(huì)）制訂包含工業(yè)以太網(wǎng)行規(guī)的“工業(yè)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)安裝導(dǎo)則"，所以我們要重視工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展。
    結(jié)束語(yǔ)
    ▲我國(guó)在HART、FFH1、Profibus的研發(fā)方面投入了很大力量，也出現(xiàn)了一些產(chǎn)品，推廣工作正在加強(qiáng)。在過(guò)程控制領(lǐng)域中，應(yīng)在化的背景下，盡快應(yīng)用到實(shí)際工作中，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。
    ▲我國(guó)在CAN、Lonworks的開(kāi)發(fā)研制和應(yīng)用方面zui為活躍，而且在很多行業(yè)取得了一定實(shí)效，所以應(yīng)該繼續(xù)努力。
    ▲傳感器市場(chǎng)日新月異，美國(guó)約有17000多種傳感器，我國(guó)也有6000多種；世界非軍用傳感器市場(chǎng)1998年為325億美元，平均年增長(zhǎng)率為9%，預(yù)計(jì)2008年將增加到506億美元，我國(guó)傳感器市場(chǎng)2003年銷(xiāo)售額為186億元，同比增長(zhǎng)
    32.9%。流程工業(yè)用差壓變送器出現(xiàn)了EJX型等多變量變送器，采用FF現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，能把質(zhì)量流量、介質(zhì)壓力及導(dǎo)管堵塞診斷、蒸汽體熱診斷和孔板磨損情況等多種信號(hào)和信息經(jīng)一根雙絞線(xiàn)傳送到*控制室，對(duì)設(shè)備維護(hù)、保證生產(chǎn)正常操作和裝置安全都有很大作用，從而促進(jìn)了自動(dòng)化系統(tǒng)管控一體化的變革。具體工程實(shí)例有廣東惠州的中海殼牌南海項(xiàng)目及上海賽科乙烯項(xiàng)目，全面采用基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，分別由橫河和艾默生—羅斯蒙特承包。其中橫河總承包的廣東項(xiàng)目為80萬(wàn)噸/年的乙烯、24萬(wàn)噸/年的乙二醇、56萬(wàn)噸/年的單體苯乙烯以及氧化丙烯（SMPO）等，預(yù)計(jì)2005年12月正式投產(chǎn)，這為上規(guī)模zui大、技術(shù)的工程之一，將對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)用于流程工業(yè)起到示范作用。

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