在水处理自动化中应用现场总线的一些建议

0　引言

　　改革开放以来，我国通过外国政府及世行贷款等项目，引进了国际上较先进的水处理自动化控制理念和技术。经过10多年的努力，以PLC构成的集散监控系统已成为水处理自动化的主流。经验证明，这样的控制系统对水处理工业来说是安全、可靠和经济适用的。随着PLC技术性能的不断提升，向来以采用DCS系统为主的化工、冶金行业也在争论是采用DCS或是DCS与PLC的混合系统，还是全PLC系统的问题。随着网络化、信息化概念向自动化领域的不断渗透，现场总线技术成为当今世界自动化领域的新起点。面对现场总线技术的崛起，水处理自动化控制技术还要不要向前发展了呢?回答是肯定的。问题是1999年现场总线技术标准IEC 61158的尘埃落定，有8种总线成为IEC现行的现场总线技术标准，人们所期望的由一种现场总线一统天下的局面并未发生。IEC 61158将最终选择权推给了用户，如何应用现场总线成为从事水处理自动化工作的技术人员正在思考的一个问题。对此，笔者有几点不成熟的看法，提出来与同行们共同商榷。

1　对应用现场总线问题的几点看法

　　1.1　现场总线是自动化技术发展的必然趋势

　　一个典型的企业网络信息集成系统可以分成三层结构：控制网infranet、企业内部网 int ranet和全球信息互联网 internet。就企业的控制网来说，传统的自动化监控及信息集成系统（包括基于PC、PLC、DCS产品的分布式控制系统），其主要特点是现场设备与控制站之间采用一对一连线的所谓I/O连接方式，用电压、电流的模拟信号进行测控，是一个模拟与数字混合系统，其缺点是：

　　（1）信息集成能力不强。控制站所获取的管理信息有限，大量的数据如设备参数、故障及故障记录等数据很难得到，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换与信息共享。

　　（2）系统不开放，可集成性差，不同厂家产品之间缺乏互操作性和互换性。

　　（3）可靠性不易保证。只是将控制分散到若干局部，而未能实现危险的彻底分散。大量I/O电缆敷设施工，不仅增加了成本，也增加了系统的不可靠性。

　　（4）可维护性不高。由于现场设备信息不全，其在线故障诊断、报警、记录功能不强，很难完成现场设备的远程参数设定、修改等参数化功能，影响了系统的可维护性。

　　随着计算机、微处理器、网络等技术的飞速发展，内置CPU的智能现场设备集检测与控制于一体，增强了就地处理能力，使得控制功能完全下放到现场。现场总线位于生产控制和网络结构的底层，是用于现场设备与控制室控制系统之间的一种全数字化、双向、多站的串行通信的数据总线。开放的、统一的全数字网络通信技术实现了现场设备的互联，形成了现场总线式全分布集成网络控制系统（FCS）。FCS将控制站、可通信智能现场设备以及其他信息资源作为企业网络中的节点，使非控制信息（管理信息）大大增加，从而为企业从过程控制走向过程管理，也即为企业构建管控一体化铺平了道路，促进了企业网络化进程，也为控制网络与公用数据网络的一体化，实现产供销最优起到了促进作用。因此，FCS是自动化技术发展的必然趋势。

　　1.2　现场总线的应用要着眼于控制技术的发展，不能为了应用而应用

　　在信息技术飞速发展的现阶段，我们的立足点应当高一点。不仅要考虑目前市场份额的因素，更宜从技术发展的角度来做出评估和判断。IEC 61158标准不得不采纳多种类型总线标准的根本原因通常认为有二：一是认为没有单一的标准可以从技术和经济角度同时满足不同类型和不同层次应用的需要，因此，从市场角度看不同类别的现场总线并无高低优劣之分;二是认为纯属商业竞争的结果。笔者更倾向于认为后者才是最重要的原因。按广义现场总线的观点可将总线划分为位总线（传感器执行器总线）、设备总线和信息流总线。这样的划分也许并不错，但问题是不能模糊了现代现场总线与古典现场总线之间的本质区别。从技术角度看，各种现场总线由于其发展的背景和应用的目的不同，技术上是存在差异的。例如作为现场总线关键性技术的网络通信技术，目前存在的若干种现场总线其通信方式主要是建立在三种基本的通信模式之上，即客户/服务器型;主/从型;生产者/消费者型。三种通信方式中前两者均为一对一、点对点的通信，后者则是一对多的通信方式，它们在通信的实时性、效率及网络结构灵活性等方面是不相同的。目前现场总线中，既有采用单一模式的，也有采用多种模式相结合以增强其通信能力，满足不同需要的，例如FF总线即是典型的三种基本通信模式相结合的总线，分别将其应用于非周期量通信和准确周期量通信，以提高网络结构的灵活性和安全性。总之，不同的现场总线尽管占有其一定的市场份额，但在技术上各有特点。因此，用户是从广义总线的角度出发，采用按系统的不同部分选用不同的总线即多层次总线呢还是在条件成熟时选用单一总线，是一个需要慎重考虑的问题。