總線專題：第九講 現場總線的應用

（5）現場總線的選型

以上講述了工程設計的程序和各階段的內容，也闡述了有關設計思想方面的問題，接著就要講述有關應用方法上的若干問題。

選型是應用方面的重要組成部分，所謂選型，就是到底要選用什么廠家，什么型號的設備或產品對自己最為適用。

對于現場總線來講，選型就是到底要選擇哪一種現場總線為宜，當然，國際標準是在優選之首。如果國際標準只有一種，那就比較簡單了，但在目前難就難于在有多種國際標準，而國際標準有不在少數，這就難上加難了。

首先用戶要了解各種現場總線國際標準的內容及其特點，經過仔細研究就可發現大多數現場總線雖然都號稱可以應用于各種領域，但根據支持其主要廠商的歷史、典型產品，傳統市場等方面就可發現都各有其特長或在性能方面有所側重。

在用戶方面，根據其生產過程的特點也各有差異，工業用戶按生產過程可分為三類：即連續生產過程（Continuous Process）即從進料到成品的產出，其過程是連續的，化工，石油及石油化工和發電等的生產過程為其典型，而自動化應用于這類行業被稱為過程自動化（Process Automation簡稱PA）；另一種生產過程是間歇的或離散的（Discrete Process），也就是生產是一步一步按順序走的，最典型的就是汽車生產線，在生產線上，首先放上底盤，然后隨著生產線的移動到某一部位時，停下來裝上發動機，再移動到下一部位再停下來再裝上車輪…，這樣一步一步地移動，最后裝配為一輛整車后出線。自動化應用于這類行業被稱為工廠自動化（Factory Automation簡稱為FA），其信號的傳輸速度要求比PA快。第三種生產過程是批量生產過程（Batch Process），最近被叫做批過程，其特征介于連續生產過程和離散生產過程之間，即生產過程是按階段生產的，這具有離散過程的特點；而在每個階段內的生產又是連續的，又具有連續生產過程的特征，最典型的當屬鋼鐵廠的轉爐煉鋼過程，即鋼是一爐一爐煉的，每爐鋼在裝料或出鋼時，需要停下來，而在用氧吹煤的過程卻是連續的，用在這方面自動化就叫做批自動化（Batch Process簡稱 BA)。

從目前現場總線的類型來看：

1）PA領域。在PA領域內的控制系統一般選用DCS。適用于PA的現場總線的類型不多，最典型的為FF，其他則還有PROFIBUS的PA和EPA。FF繼承了DCS與HART的一些行之有效的經驗，如功能塊與DDL等，所以熟悉儀表與DCS的設計人員不難使用FF。DA對信息的采樣周期時間要求不高，一般以秒或毫秒來計算。

2）FA領域。在FA領域內的控制系統一般選用PLC。適合FA的現場總線的類型較多，如PROFIBUS DP，ControlNET，DeviceNET，Interbus，CC-link等。其采樣周期所需的時間較高，一般以毫秒或微妙來計算。

3）BA領域。在BA領域內的控制系統過去一般采用DCS，但近來幾乎都為PLC所置換。比較典型的是主要用于用于飼養業的P-Net。當然，其他類型的現場總線也可應用。

4）運動控制（Motion Control）。這是一種在時間上要求很高的控制，而且需要在時間上同步，一般以微妙甚至用納秒（ns）來計算，主要應用于高速彩色印刷機或紡染設備，典型的現場總線如SercosIII等。

按照上述分類及適用的行業，選擇的范圍已收縮了不少，選型就比較容易了。一般要選擇3種以上，然后進行分拆對此，最后推薦出一種。

（6）調研

對于某些首次應用的新產品，或重要的設備，一般還需要去制造廠商進行實地考察，調研的重點是元器件是否經過嚴格篩選、老化？制造工藝是否精湛？管理是否到位？有哪些質量保證措施？雖然不免走馬看花，但看的廠家多了，經過對此分析，自然心中有數。有時還可邀請專業代表一同下廠考察，以便及時交流，在決定選型時才有共同語言。

（7）參觀示范工程

當大型工程采用新產品、新技術時，例如現場總線，最好去參觀考察同類型、同規模的工程項目，從中汲取經驗及教訓。但要考慮國情與本企業的具體情況，因地制宜地通過調研、學習、消化和吸收而達到提高的過程，決不要去生搬硬套。當然借考察之名，行旅游之實，回來后，一無所獲之事，雖然極少，但也還是有的。應委派具有一定水平的技術人員、認真負責的業務骨干參加，才能取得良好的效果。

（8）沒有示范工程怎么辦？

由于工程是不允許失效的，借鑒別人的經驗固然是個好辦法，但如果沒有示范工程，難道就沒有辦法了嗎？難道就不能進步，沒有創新了嗎？況且示范工程總也是要有人才能干出來的。

示范工程怎么干才行呢？要敢吃“螃蟹”，除了需要勇氣之外，還需要根據具體的背景和條件，采取必要的措施來降低風險，避免事故的發生，現舉例以供參改。

1）最簡單而又萬無一失的辦法--采取備用措施。

如1978年開始建設上海寶山鋼鐵公司時，一號煉鐵用的高爐就考慮要用DCS，而DCS是在1975年才開始推向市場的，連國外的煉鐵廠當時也還沒有成熟的使用經驗，為了確保萬無一失，采用了整套模擬儀表作為DCS的后備裝置。這是因為上海的寶鋼是一座完全從平地上新建的一個與國際接軌的大型鋼鐵企業，有著中央與地方的大力支持，而4000m3級的高爐在國際上也是為數不多的。當高爐順利投產，證明DCS運行可靠以后，正因為有了這樣的樣板工程，隨后我國新建的高爐就很快地推廣應用了DCS。

但這是當時工期緊迫，投資充裕，對今后建設高爐自動化有著指導意義的情況下才做出的決策，但在目前的情況下不是隨便哪個工程都能這樣做了。

2）采用漸進的辦法

所謂漸進的辦法就是現在主機的外圍工程或在輔助設施上，進而在主機不太關鍵的部位上采取一些必要的安全措施，先進行試點，待取得成功的經驗以后再逐步擴大，這種做法，比起寶鋼的方案，在費用上是節省了不少，但卻需要較長的時間。

（9）工程投資

自動化在整個工程投資中占有一定的比例，由于各行業工藝設備的結構不同，爐窯、瓶瓶罐罐的設備費用不大，但大型工藝精密旋轉機械的價格就很貴，因此自動化設備在化工、石化等行業所占的比重就較大。而鋼鐵行業所占的比重相對而言就較小。一般在可行性階段就有結算；在基本設計時就有概算；而在詳細設計時就有預算。各個專業都有一定的份額，如采用的新產品超過概算不大時，報工程的總設計師進行平衡，若超過太大而不能平衡時，則只能叫停。

（10）改、擴建及技術改造的項目

以上所述屬于對大型新建的工程而言，若有改建、擴建時，而且就是新建的工程也有大、中、小之區別，因此所述的設計程序和階段可根據不同的情況予以簡化，但需要考慮的原則、思想、方法和精神則是不變的。不過改、擴建項目還需考慮與原有的設備協調和兼容的問題，因限于篇幅，不再細述了。

3.國內的應用狀況

根據目前國內應用的情況歸納如下：

（1）FF的應用。2005年上海的Seeco中外合資90萬t乙烯工程的順利投產，標志著國內FF的最大用戶的成功應用。雖然設有全部采用FF的儀表（占26.6%），HSE也沒有用上，但在世界上同步建設的十個同類的項目上，FF也是用得最多的，而且簡單的PID調節回路全部下放到現場儀表，堪稱世界上的示范工程，但也突出了硬件投資過大，尤其是所用FF的附件，如插接件等投資也不在小數，同時也發現原FF的設計，每條H1總線可接32臺現場儀表，但在實際應用時都平均只有5.8臺儀表的問題。隨后，在惠州投產的中外合資80萬t乙烯工程CSPC也獲得成功，也同樣應用了大量FF儀表，不過其所有的PID調節，沒有下放到現場，這是與Seeco的不同之處。但是最近興建的新疆獨山子工程是目前在石化行業內國內是最大的，其規模為1000萬t煉油與100萬t乙烯，但卻沒有采用FF。聯想到我國上世紀60年代的計算機熱，和上世紀70年代末的DCS熱，那時全國一哄而起的情況，說明目前的用戶日益成熟，更加理性，相信獨山子工程的這樣決策不失為明智之舉，對今后“十一五”規劃內興建的大型乙烯項目會產生一定的影響。

（2）PROFIBUS。PROFIBUS的特點是注意市場運行，而且在技術上不斷改進，所以在世界上的業績首屈一指，前三年就已超過1000萬個節點，而在功能上也有增加，如PROFIBUS過去只有主從通信，但現在又具有了像FF那樣的“Publisher-Subscriber”廣播式的通信功能。在國內又有技術推廣中心與認證機構，在產品的開發上，上手又比較容易，所以在國內FA方面，其DP推廣很快。在其PA方向，在水泥廠獲得成功，據說所用的投資還更省。

（3）INTERBUS。INTERBUS在國際上的業績，僅次于PROFIBUS。在國內的煙草工業的應用上比較突出，受到玉溪卷煙廠的好評，當然，在汽車工業上也有應用。

（4）Device NET。在中國已有了推廣其技術的UDVA中國的組織。在國內的FA領域內也有很多的應用。如汽車行業也用得較多。

（5）CAN。目前國內有些廠商將CAN做成智能式I/O的控制系統，但一般都屬于中小型規模的系統。

（6）LonWorks。LonWorks目前還沒有成為國際標準，僅為美國的標準。由于它起源于樓宇自動化，進入中國也比較早，所以在樓宇自動化方面用得較多。

4.建議

鑒于現場總線的國際標準過多，影響了推廣應用，要解決這個問題須從源頭上著手。

目前制定國際標準的組織，有三大家，即ISO，IEC與ITU（國際通信聯盟）。ISO已批準了CAN與CC-Link作為國際標準。隨著現場總線又在向無線現場網絡方面發展，ITU會不會也會批準一些標準呢？而且可以預見的是，無限頻道是屬于電信管轄的范疇，所以ITU肯定是要管的，這樣就會產生一些矛盾。因此，建議如下：

（1）能否將與電子、電氣、儀表與管的通信協議標準劃歸IEC負責，當然三巨頭之間需要協商和協調，以化解其矛盾。

（2）在IEC TC65或TC65C的進行試點，考慮設置用戶委員會或工作組（Working Group），實行一票否決制，為建立單一的現場總線國際標準開辟道路。當然，考慮到PA、FA與運動控制方面的應用，有其特殊性，當一種標準目前不能完全覆蓋時，也可分別設置三種標準，待技術發展到一定程度后再加以統一。

5.結論—怎樣才能使現場總線便于應用

建立國際標準的目的，不外乎有效地推動生產的發展，更好地為用戶，也為全世界人民服務。為了便于應用，我們希望現場總線有單一的國際標準。在目前多標準的情況下，各大制造廠商當然是皆大歡喜，可就是苦了用戶。為了讓現場總線這樣的先進技術早日為用戶創造效益，謀取福利。必須打破這一多標準的格局。

目前，第一代的現場總線尚未全面推廣，第二代給予實施以太網還正在完善，而第三代的現場無線網絡又已興起正在快速發展，Honeywell，西門子，HCF（HART基金會），ISA（美國儀表學會）與IEC等都在各自著手制定標準。多標準的局面，看來又將逐步形成。

除此關鍵時刻。不是大家都說“用戶就是上帝”嗎？我們不僅要大聲疾呼，現場總線的國際標準應該讓“上帝”－用戶來說了算！

參考文獻

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