在水處理自動化中應用現場總線的一些建議

0　引言

　　改革開放以來，我國通過外國政府及世行貸款等項目，引進了國際上較先進的水處理自動化控制理念和技術。經過10多年的努力，以PLC構成的集散監控系統已成為水處理自動化的主流。經驗證明，這樣的控制系統對水處理工業來說是安全、可靠和經濟適用的。隨著PLC技術性能的不斷提升，向來以采用DCS系統為主的化工、冶金行業也在爭論是采用DCS或是DCS與PLC的混合系統，還是全PLC系統的問題。隨著網絡化、信息化概念向自動化領域的不斷滲透，現場總線技術成為當今世界自動化領域的新起點。面對現場總線技術的崛起，水處理自動化控制技術還要不要向前發展了呢?回答是肯定的。問題是1999年現場總線技術標準IEC 61158的塵埃落定，有8種總線成為IEC現行的現場總線技術標準，人們所期望的由一種現場總線一統天下的局面并未發生。IEC 61158將最終選擇權推給了用戶，如何應用現場總線成為從事水處理自動化工作的技術人員正在思考的一個問題。對此，筆者有幾點不成熟的看法，提出來與同行們共同商榷。

1　對應用現場總線問題的幾點看法

　　1.1　現場總線是自動化技術發展的必然趨勢

　　一個典型的企業網絡信息集成系統可以分成三層結構：控制網infranet、企業內部網 int ranet和全球信息互聯網 internet。就企業的控制網來說，傳統的自動化監控及信息集成系統（包括基于PC、PLC、DCS產品的分布式控制系統），其主要特點是現場設備與控制站之間采用一對一連線的所謂I/O連接方式，用電壓、電流的模擬信號進行測控，是一個模擬與數字混合系統，其缺點是：

　　（1）信息集成能力不強。控制站所獲取的管理信息有限，大量的數據如設備參數、故障及故障記錄等數據很難得到，難以實現設備之間及系統與外界之間的信息交換與信息共享。

　　（2）系統不開放，可集成性差，不同廠家產品之間缺乏互操作性和互換性。

　　（3）可靠性不易保證。只是將控制分散到若干局部，而未能實現危險的徹底分散。大量I/O電纜敷設施工，不僅增加了成本，也增加了系統的不可靠性。

　　（4）可維護性不高。由于現場設備信息不全，其在線故障診斷、報警、記錄功能不強，很難完成現場設備的遠程參數設定、修改等參數化功能，影響了系統的可維護性。

　　隨著計算機、微處理器、網絡等技術的飛速發展，內置CPU的智能現場設備集檢測與控制于一體，增強了就地處理能力，使得控制功能完全下放到現場。現場總線位于生產控制和網絡結構的底層，是用于現場設備與控制室控制系統之間的一種全數字化、雙向、多站的串行通信的數據總線。開放的、統一的全數字網絡通信技術實現了現場設備的互聯，形成了現場總線式全分布集成網絡控制系統（FCS）。FCS將控制站、可通信智能現場設備以及其他信息資源作為企業網絡中的節點，使非控制信息（管理信息）大大增加，從而為企業從過程控制走向過程管理，也即為企業構建管控一體化鋪平了道路，促進了企業網絡化進程，也為控制網絡與公用數據網絡的一體化，實現產供銷最優起到了促進作用。因此，FCS是自動化技術發展的必然趨勢。

　　1.2　現場總線的應用要著眼于控制技術的發展，不能為了應用而應用

　　在信息技術飛速發展的現階段，我們的立足點應當高一點。不僅要考慮目前市場份額的因素，更宜從技術發展的角度來做出評估和判斷。IEC 61158標準不得不采納多種類型總線標準的根本原因通常認為有二：一是認為沒有單一的標準可以從技術和經濟角度同時滿足不同類型和不同層次應用的需要，因此，從市場角度看不同類別的現場總線并無高低優劣之分;二是認為純屬商業競爭的結果。筆者更傾向于認為后者才是最重要的原因。按廣義現場總線的觀點可將總線劃分為位總線（傳感器執行器總線）、設備總線和信息流總線。這樣的劃分也許并不錯，但問題是不能模糊了現代現場總線與古典現場總線之間的本質區別。從技術角度看，各種現場總線由于其發展的背景和應用的目的不同，技術上是存在差異的。例如作為現場總線關鍵性技術的網絡通信技術，目前存在的若干種現場總線其通信方式主要是建立在三種基本的通信模式之上，即客戶/服務器型;主/從型;生產者/消費者型。三種通信方式中前兩者均為一對一、點對點的通信，后者則是一對多的通信方式，它們在通信的實時性、效率及網絡結構靈活性等方面是不相同的。目前現場總線中，既有采用單一模式的，也有采用多種模式相結合以增強其通信能力，滿足不同需要的，例如FF總線即是典型的三種基本通信模式相結合的總線，分別將其應用于非周期量通信和準確周期量通信，以提高網絡結構的靈活性和安全性。總之，不同的現場總線盡管占有其一定的市場份額，但在技術上各有特點。因此，用戶是從廣義總線的角度出發，采用按系統的不同部分選用不同的總線即多層次總線呢還是在條件成熟時選用單一總線，是一個需要慎重考慮的問題。