总线专题：第九讲 现场总线的应用

（5）现场总线的选型

以上讲述了工程设计的程序和各阶段的内容，也阐述了有关设计思想方面的问题，接着就要讲述有关应用方法上的若干问题。

选型是应用方面的重要组成部分，所谓选型，就是到底要选用什么厂家，什么型号的设备或产品对自己最为适用。

对于现场总线来讲，选型就是到底要选择哪一种现场总线为宜，当然，国际标准是在优选之首。如果国际标准只有一种，那就比较简单了，但在目前难就难于在有多种国际标准，而国际标准有不在少数，这就难上加难了。

首先用户要了解各种现场总线国际标准的内容及其特点，经过仔细研究就可发现大多数现场总线虽然都号称可以应用于各种领域，但根据支持其主要厂商的历史、典型产品，传统市场等方面就可发现都各有其特长或在性能方面有所侧重。

在用户方面，根据其生产过程的特点也各有差异，工业用户按生产过程可分为三类：即连续生产过程（Continuous Process）即从进料到成品的产出，其过程是连续的，化工，石油及石油化工和发电等的生产过程为其典型，而自动化应用于这类行业被称为过程自动化（Process Automation简称PA）；另一种生产过程是间歇的或离散的（Discrete Process），也就是生产是一步一步按顺序走的，最典型的就是汽车生产线，在生产线上，首先放上底盘，然后随着生产线的移动到某一部位时，停下来装上发动机，再移动到下一部位再停下来再装上车轮…，这样一步一步地移动，最后装配为一辆整车后出线。自动化应用于这类行业被称为工厂自动化（Factory Automation简称为FA），其信号的传输速度要求比PA快。第三种生产过程是批量生产过程（Batch Process），最近被叫做批过程，其特征介于连续生产过程和离散生产过程之间，即生产过程是按阶段生产的，这具有离散过程的特点；而在每个阶段内的生产又是连续的，又具有连续生产过程的特征，最典型的当属钢铁厂的转炉炼钢过程，即钢是一炉一炉炼的，每炉钢在装料或出钢时，需要停下来，而在用氧吹煤的过程却是连续的，用在这方面自动化就叫做批自动化（Batch Process简称 BA)。

从目前现场总线的类型来看：

1）PA领域。在PA领域内的控制系统一般选用DCS。适用于PA的现场总线的类型不多，最典型的为FF，其他则还有PROFIBUS的PA和EPA。FF继承了DCS与HART的一些行之有效的经验，如功能块与DDL等，所以熟悉仪表与DCS的设计人员不难使用FF。DA对信息的采样周期时间要求不高，一般以秒或毫秒来计算。

2）FA领域。在FA领域内的控制系统一般选用PLC。适合FA的现场总线的类型较多，如PROFIBUS DP，ControlNET，DeviceNET，Interbus，CC-link等。其采样周期所需的时间较高，一般以毫秒或微妙来计算。

3）BA领域。在BA领域内的控制系统过去一般采用DCS，但近来几乎都为PLC所置换。比较典型的是主要用于用于饲养业的P-Net。当然，其他类型的现场总线也可应用。

4）运动控制（Motion Control）。这是一种在时间上要求很高的控制，而且需要在时间上同步，一般以微妙甚至用纳秒（ns）来计算，主要应用于高速彩色印刷机或纺染设备，典型的现场总线如SercosIII等。

按照上述分类及适用的行业，选择的范围已收缩了不少，选型就比较容易了。一般要选择3种以上，然后进行分拆对此，最后推荐出一种。

（6）调研

对于某些首次应用的新产品，或重要的设备，一般还需要去制造厂商进行实地考察，调研的重点是元器件是否经过严格筛选、老化？制造工艺是否精湛？管理是否到位？有哪些质量保证措施？虽然不免走马看花，但看的厂家多了，经过对此分析，自然心中有数。有时还可邀请专业代表一同下厂考察，以便及时交流，在决定选型时才有共同语言。

（7）参观示范工程

当大型工程采用新产品、新技术时，例如现场总线，最好去参观考察同类型、同规模的工程项目，从中汲取经验及教训。但要考虑国情与本企业的具体情况，因地制宜地通过调研、学习、消化和吸收而达到提高的过程，决不要去生搬硬套。当然借考察之名，行旅游之实，回来后，一无所获之事，虽然极少，但也还是有的。应委派具有一定水平的技术人员、认真负责的业务骨干参加，才能取得良好的效果。

（8）没有示范工程怎么办？

由于工程是不允许失效的，借鉴别人的经验固然是个好办法，但如果没有示范工程，难道就没有办法了吗？难道就不能进步，没有创新了吗？况且示范工程总也是要有人才能干出来的。

示范工程怎么干才行呢？要敢吃“螃蟹”，除了需要勇气之外，还需要根据具体的背景和条件，采取必要的措施来降低风险，避免事故的发生，现举例以供参改。

1）最简单而又万无一失的办法--采取备用措施。

如1978年开始建设上海宝山钢铁公司时，一号炼铁用的高炉就考虑要用DCS，而DCS是在1975年才开始推向市场的，连国外的炼铁厂当时也还没有成熟的使用经验，为了确保万无一失，采用了整套模拟仪表作为DCS的后备装置。这是因为上海的宝钢是一座完全从平地上新建的一个与国际接轨的大型钢铁企业，有着中央与地方的大力支持，而4000m3级的高炉在国际上也是为数不多的。当高炉顺利投产，证明DCS运行可靠以后，正因为有了这样的样板工程，随后我国新建的高炉就很快地推广应用了DCS。

但这是当时工期紧迫，投资充裕，对今后建设高炉自动化有着指导意义的情况下才做出的决策，但在目前的情况下不是随便哪个工程都能这样做了。

2）采用渐进的办法

所谓渐进的办法就是现在主机的外围工程或在辅助设施上，进而在主机不太关键的部位上采取一些必要的安全措施，先进行试点，待取得成功的经验以后再逐步扩大，这种做法，比起宝钢的方案，在费用上是节省了不少，但却需要较长的时间。

（9）工程投资

自动化在整个工程投资中占有一定的比例，由于各行业工艺设备的结构不同，炉窑、瓶瓶罐罐的设备费用不大，但大型工艺精密旋转机械的价格就很贵，因此自动化设备在化工、石化等行业所占的比重就较大。而钢铁行业所占的比重相对而言就较小。一般在可行性阶段就有结算；在基本设计时就有概算；而在详细设计时就有预算。各个专业都有一定的份额，如采用的新产品超过概算不大时，报工程的总设计师进行平衡，若超过太大而不能平衡时，则只能叫停。

（10）改、扩建及技术改造的项目

以上所述属于对大型新建的工程而言，若有改建、扩建时，而且就是新建的工程也有大、中、小之区别，因此所述的设计程序和阶段可根据不同的情况予以简化，但需要考虑的原则、思想、方法和精神则是不变的。不过改、扩建项目还需考虑与原有的设备协调和兼容的问题，因限于篇幅，不再细述了。

3.国内的应用状况

根据目前国内应用的情况归纳如下：

（1）FF的应用。2005年上海的Seeco中外合资90万t乙烯工程的顺利投产，标志着国内FF的最大用户的成功应用。虽然设有全部采用FF的仪表（占26.6%），HSE也没有用上，但在世界上同步建设的十个同类的项目上，FF也是用得最多的，而且简单的PID调节回路全部下放到现场仪表，堪称世界上的示范工程，但也突出了硬件投资过大，尤其是所用FF的附件，如插接件等投资也不在小数，同时也发现原FF的设计，每条H1总线可接32台现场仪表，但在实际应用时都平均只有5.8台仪表的问题。随后，在惠州投产的中外合资80万t乙烯工程CSPC也获得成功，也同样应用了大量FF仪表，不过其所有的PID调节，没有下放到现场，这是与Seeco的不同之处。但是最近兴建的新疆独山子工程是目前在石化行业内国内是最大的，其规模为1000万t炼油与100万t乙烯，但却没有采用FF。联想到我国上世纪60年代的计算机热，和上世纪70年代末的DCS热，那时全国一哄而起的情况，说明目前的用户日益成熟，更加理性，相信独山子工程的这样决策不失为明智之举，对今后“十一五”规划内兴建的大型乙烯项目会产生一定的影响。

（2）PROFIBUS。PROFIBUS的特点是注意市场运行，而且在技术上不断改进，所以在世界上的业绩首屈一指，前三年就已超过1000万个节点，而在功能上也有增加，如PROFIBUS过去只有主从通信，但现在又具有了像FF那样的“Publisher-Subscriber”广播式的通信功能。在国内又有技术推广中心与认证机构，在产品的开发上，上手又比较容易，所以在国内FA方面，其DP推广很快。在其PA方向，在水泥厂获得成功，据说所用的投资还更省。

（3）INTERBUS。INTERBUS在国际上的业绩，仅次于PROFIBUS。在国内的烟草工业的应用上比较突出，受到玉溪卷烟厂的好评，当然，在汽车工业上也有应用。

（4）Device NET。在中国已有了推广其技术的UDVA中国的组织。在国内的FA领域内也有很多的应用。如汽车行业也用得较多。

（5）CAN。目前国内有些厂商将CAN做成智能式I/O的控制系统，但一般都属于中小型规模的系统。

（6）LonWorks。LonWorks目前还没有成为国际标准，仅为美国的标准。由于它起源于楼宇自动化，进入中国也比较早，所以在楼宇自动化方面用得较多。

4.建议

鉴于现场总线的国际标准过多，影响了推广应用，要解决这个问题须从源头上着手。

目前制定国际标准的组织，有三大家，即ISO，IEC与ITU（国际通信联盟）。ISO已批准了CAN与CC-Link作为国际标准。随着现场总线又在向无线现场网络方面发展，ITU会不会也会批准一些标准呢？而且可以预见的是，无限频道是属于电信管辖的范畴，所以ITU肯定是要管的，这样就会产生一些矛盾。因此，建议如下：

（1）能否将与电子、电气、仪表与管的通信协议标准划归IEC负责，当然三巨头之间需要协商和协调，以化解其矛盾。

（2）在IEC TC65或TC65C的进行试点，考虑设置用户委员会或工作组（Working Group），实行一票否决制，为建立单一的现场总线国际标准开辟道路。当然，考虑到PA、FA与运动控制方面的应用，有其特殊性，当一种标准目前不能完全覆盖时，也可分别设置三种标准，待技术发展到一定程度后再加以统一。

5.结论—怎样才能使现场总线便于应用

建立国际标准的目的，不外乎有效地推动生产的发展，更好地为用户，也为全世界人民服务。为了便于应用，我们希望现场总线有单一的国际标准。在目前多标准的情况下，各大制造厂商当然是皆大欢喜，可就是苦了用户。为了让现场总线这样的先进技术早日为用户创造效益，谋取福利。必须打破这一多标准的格局。

目前，第一代的现场总线尚未全面推广，第二代给予实施以太网还正在完善，而第三代的现场无线网络又已兴起正在快速发展，Honeywell，西门子，HCF（HART基金会），ISA（美国仪表学会）与IEC等都在各自着手制定标准。多标准的局面，看来又将逐步形成。

除此关键时刻。不是大家都说“用户就是上帝”吗？我们不仅要大声疾呼，现场总线的国际标准应该让“上帝”－用户来说了算！

参考文献

[1]阳宪惠.现场总线及其应用.北京：清华大学出版社，1999 .

[2]阳宪惠.工业数据通信与控制网络.北京。清华大学出版社：2003.6.

[3]夏得海主编.现场总线技术.北京：中国电力出版社，2003.9.

[4]夏得海主编.钢铁企业过程检测和控制自动化设计手册.北京：中国冶金出版社，2002.