現(xiàn)場(chǎng)總線證明“數(shù)字是最好的”

歷史上，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制系統(tǒng)之間的通信不是對(duì)等的，需要用4-20mA電流回路接口。這種廣泛運(yùn)用的技術(shù)運(yùn)行良好并允許正確傳輸測(cè)量的過(guò)程變量，以及有效的閉環(huán)回路控制。

現(xiàn)場(chǎng)總線使用數(shù)字技術(shù)——在技術(shù)上，它是一種用于儀器儀表和其它工廠自動(dòng)化設(shè)備的數(shù)字化、雙向的多點(diǎn)通信系統(tǒng)-因此它們有足夠的潛力來(lái)提高工業(yè)控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表之間的通信。它明顯地簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，相應(yīng)地節(jié)約了現(xiàn)場(chǎng)的布線、控制室的布局、機(jī)架編組和安全柵。而且，當(dāng)使用了數(shù)字式現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表時(shí)，就能提供大量的數(shù)據(jù)；具有高功能微處理器和記憶芯片的智能變送器，用來(lái)管理重要的設(shè)備組態(tài)和狀態(tài)信息。把數(shù)據(jù)用于遠(yuǎn)程工程策劃和維護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)，從而取得更加重要的效益。

以太網(wǎng)允許把辦公室和過(guò)程環(huán)境集成于一個(gè)全局網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)高速的基于以太網(wǎng)的寬帶網(wǎng)絡(luò)能輕易地以很快的掃描速率容納幾百臺(tái)設(shè)備。很明顯，在理論上，更為簡(jiǎn)化的布線節(jié)省了材料和安裝成本。

實(shí)際上的限制 實(shí)際結(jié)果卻不令人興奮。低速段的設(shè)備數(shù)量受每個(gè)段所能支持的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)量所支配。限制的電流消耗以及周期掃描率使每個(gè)段的設(shè)備限制為6-8個(gè)。但在實(shí)際應(yīng)用所需的低速段的數(shù)量可以很多，因此每個(gè)段需要一個(gè)連接設(shè)備、供應(yīng)電源、連接器和終端器等等。材料和布線的節(jié)余會(huì)比預(yù)想的少，根據(jù)系統(tǒng)拓?fù)涞牟煌鞑幌嗤?

不同的工業(yè)領(lǐng)域有不同的現(xiàn)場(chǎng)總線以適合它們自身的特殊要求。不少工業(yè)過(guò)程是在嚴(yán)酷的環(huán)境（存在易燃易爆的危險(xiǎn)）下進(jìn)行的，因此必須遵守嚴(yán)格的安裝標(biāo)準(zhǔn)。不同的應(yīng)用中有不同的技術(shù)，最普遍的測(cè)量和控制方法是本征安全Ex-I(IS) 。有了這種傳統(tǒng)技術(shù)，每個(gè)發(fā)送到危險(xiǎn)環(huán)境中的信號(hào)都需要一個(gè)IS柵過(guò)濾危險(xiǎn)電流和電壓高峰。IS柵通常置于設(shè)備區(qū)域的排架上。所需的附加設(shè)備可能很貴。

現(xiàn)場(chǎng)總線I/O連接作成了軟件，消除了成組排列的面板。另外，每個(gè)低速段只需要一個(gè)IS柵，因而大大減少了IS柵的數(shù)量。更少的材料帶來(lái)了很大的節(jié)余。

ABB推出新的智能以太網(wǎng)模塊，使跨越洲際的控制驅(qū)動(dòng)成為可能，它將驅(qū)動(dòng)與因特網(wǎng)連接起來(lái)。以太網(wǎng)模塊可與任何提供光纖連接的ABB驅(qū)動(dòng)一起運(yùn)行，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器通信，簡(jiǎn)單實(shí)時(shí)地訪問(wèn)驅(qū)動(dòng)。用戶(hù)能夠建立虛擬的監(jiān)視室，并配置能上網(wǎng)的電腦，包括簡(jiǎn)單的撥號(hào)上網(wǎng)。

離線組態(tài)數(shù)字方式的優(yōu)勢(shì)在于，整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表都能通過(guò)系統(tǒng)工程工具進(jìn)行離線組態(tài)。使用現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)勢(shì)在投運(yùn)期間尤其明顯。只要一個(gè)工程師就能單獨(dú)地處理每個(gè)回路的投運(yùn)，取代了兩個(gè)工人（一個(gè)在控制室，另一個(gè)在現(xiàn)場(chǎng)）。時(shí)間和成本的節(jié)約是很顯著的，在一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中，能達(dá)到10%—15%。

在加工自動(dòng)化領(lǐng)域的早期，一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與一個(gè)控制器連接，有不少這樣的平行操作的獨(dú)立回路連接。這種架構(gòu)的主要好處是一個(gè)回路中出現(xiàn)的錯(cuò)誤不會(huì)影響其它回路（單回路的完整性）。

之后，分散控制系統(tǒng)將I/O和控制功能集中到更加有力的控制器和I/O模塊中。但是這就犧牲了單回路的完整性；一個(gè)部件的出錯(cuò)能影響到幾個(gè)回路，并可能對(duì)運(yùn)行帶來(lái)致命的影響，因此昂貴的冗余方案必須結(jié)合到架構(gòu)中。

現(xiàn)場(chǎng)總線恢復(fù)了單回路的完整性。例如，F(xiàn)oundation Fieldbus協(xié)議能夠?qū)⒖刂乒δ芊稚⒌浆F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中。設(shè)備之間的對(duì)等通信保證了該功能對(duì)于架構(gòu)的其它部分具有自主性?，F(xiàn)在，可將一個(gè)控制回路分配給一個(gè)低速段，即使在網(wǎng)絡(luò)的其他部分有出錯(cuò)的情況，保證它仍能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，現(xiàn)場(chǎng)總線檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)元素的狀況。一個(gè)部件如有故障能很快地查出并進(jìn)行報(bào)告。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以在線替換，無(wú)須切斷電源或中斷正常的網(wǎng)絡(luò)操作。

在一個(gè)模擬的架構(gòu)中，如過(guò)程的某處出現(xiàn)了一個(gè)超限的報(bào)警。定位出錯(cuò)設(shè)備是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，也許是一個(gè)必要的過(guò)程中斷。但是現(xiàn)場(chǎng)總線狀態(tài)信號(hào)允許操作人員立刻辨識(shí)出錯(cuò)設(shè)備，得到出錯(cuò)原因的指示并且通過(guò)在線替換極大地加速了維修過(guò)程。

通常的維修一般在工廠停運(yùn)期間進(jìn)行，這是避免閥門(mén)的潛在出錯(cuò)的最好方式。這包括：手工打開(kāi)并檢查閥門(mén)，有許多閥處于正常工作秩序中—這是為安全運(yùn)行所付出的代價(jià)。當(dāng)安裝完總線后，維護(hù)工程師必須訪問(wèn)內(nèi)部閥門(mén)參數(shù)，如閥芯的總行程長(zhǎng)度、沖擊行程次數(shù)和總運(yùn)行時(shí)間等等。這些參數(shù)都是指示閥門(mén)運(yùn)行性能的數(shù)據(jù)，它們能夠暴露出一些性能降低的情況。只在需要時(shí)才進(jìn)行維護(hù)。

用于現(xiàn)場(chǎng)總線的高速以太網(wǎng)部件可以大批量生產(chǎn)，通常生產(chǎn)穩(wěn)定且有過(guò)剩；這就降低了冗余架構(gòu)的成本和對(duì)它的需要。批量總開(kāi)銷(xiāo)（CAPEX）的好處一般在于評(píng)估自動(dòng)化項(xiàng)目中現(xiàn)場(chǎng)總線的投資，典型的引用為節(jié)省25%（雖然實(shí)際結(jié)果并非這么具有吸引力）。