現場(chǎng)總線(xiàn)實(shí)現安全性—一根線(xiàn)足矣？

　　從離散到過(guò)程
　　現場(chǎng)總線(xiàn)安全協(xié)議最初應用于離散領(lǐng)域。AS-I工作安全系統通常包含一些諸如急停開(kāi)關(guān)設備、安全門(mén)、光電保護設備和其它安全監控器之類(lèi)的功能。
　　大多數離散加工領(lǐng)域內的Profisafe應用都在Profibus DP上運行。Profibus Trade Organization（PTO）聲明在2007年底已安裝的Profisafe節點(diǎn)已經(jīng)達到410000個(gè)，而且在2008年節點(diǎn)預計有80%的增長(cháng)。它可以直接應用于很多類(lèi)似的應用中，例如AS-i接口，同時(shí)它也提供了更高等級的精密度，以確保生產(chǎn)線(xiàn)和機器人上集成的更高精細程度的應用，例如驅動(dòng)器集成安全功能。類(lèi)似地，CIP主要工作于設備級別的網(wǎng)絡(luò )上。
　　安全網(wǎng)絡(luò )進(jìn)入過(guò)程制造業(yè)應用的步伐很緩慢，事實(shí)上是，幾乎不被采用。自從誕生之初，Profisafe協(xié)議就可以與Profibus PA網(wǎng)絡(luò )一同使用，但是儀器儀表工業(yè)在開(kāi)發(fā)可以用于安全應用并具有現場(chǎng)總線(xiàn)接口的流量、壓力、液位和溫度傳感器上投注的努力微乎其微。這種需求和可用性之間的錯位經(jīng)常發(fā)生在新技術(shù)中。
　　Siemens公司的過(guò)程安全經(jīng)理Charlie Fialkowski說(shuō)道：“通過(guò)Profisafe通訊的設備并未進(jìn)入快速開(kāi)發(fā)時(shí)代。我知道Siemens公司有一臺差分壓力變送器能夠與Profisafe通訊，可以用于安全應用。我們具有完整的冗余、容錯安全控制器，經(jīng)過(guò)了Profibus/Profisafe通訊底板認證。所以我們可以將通訊協(xié)議發(fā)送至現場(chǎng)，但是，現場(chǎng)并沒(méi)有能夠與之通訊的設備。”

　　尋找安全設備
　　現場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì )（FF）幾年來(lái)一直致力于開(kāi)發(fā)它的SIF（安全儀表功能）協(xié)議，目前供應商和用戶(hù)已經(jīng)合力開(kāi)始進(jìn)行示范項目。正如運行于Profibus PA上的Profi-safe，FF SIF的成功依賴(lài)于用戶(hù)和供應商對技術(shù)的足夠支持，使其得以開(kāi)始生產(chǎn)足夠數量的設備和控制器，滿(mǎn)足用戶(hù)的使用。比較兩種平臺的相似之處，可以看出一個(gè)生產(chǎn)通過(guò)認證的傳感器的公司，將其產(chǎn)品轉移成另一種傳感器，并不很難。
　　習慣安全儀器儀表要求的設備生產(chǎn)廠(chǎng)家應該更容易增加現場(chǎng)總線(xiàn)接口。然而，那些從未試圖生產(chǎn)安全設備的廠(chǎng)家會(huì )發(fā)現，這一過(guò)程充滿(mǎn)了挑戰。
　　Risknowlogy公司總裁Dr. Michel Houtermans說(shuō)道：“目前我們正在幫助一些供應商完成這一過(guò)程，基本上，他們可以分為兩類(lèi)。第一類(lèi)供應商，他們是安全業(yè)內企業(yè)，有通過(guò)認證的傳感器產(chǎn)品，他們只需要增加現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議即可。第二類(lèi)供應商，他們已身處現場(chǎng)總線(xiàn)的世界，卻從未生產(chǎn)過(guò)安全產(chǎn)品。”
　　他補充道：“對于第二類(lèi)供應商更加困難，因為他們不具有安全標準的任何知識。他們需要證明安全產(chǎn)品本身是一種安全的產(chǎn)品。也就是說(shuō)他們需要符合IEC61508的標準要求，對于他們中的大部分，這是一個(gè)全新的世界。他們需要完成艱巨的學(xué)習任務(wù)，幸運的是，今天有更多的信息可以查詢(xún)，所以這一進(jìn)程得以加快。但是，哪怕是當今的條件，要完成這一過(guò)程也需要6個(gè)月到兩年的時(shí)間。”
　　過(guò)程加工中的安全功能在現場(chǎng)總線(xiàn)上實(shí)現，例如Profibus PA或者基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)，這并不需要特殊的接線(xiàn)。實(shí)際上，同樣的物理層面的硬件就足以支持這兩種操作了。
　　MTL公司工業(yè)網(wǎng)絡(luò )負責人Ian Verhappen稱(chēng)，對于安全，他們已經(jīng)準備就緒。他說(shuō)道：“電源和現場(chǎng)設備接線(xiàn)保持不變，只有終端設備改變了，亦即主系統或者邏輯解算器具有了新的功能模塊。我們就像電話(huà)線(xiàn)一樣，將信息從一處送到另一處。”
　　在同一個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)段內連接安全和普通控制儀表是完全可行的，當然，用戶(hù)可能更希望將兩者隔離開(kāi)來(lái)。而且，安全設備不能向控制系統發(fā)送數據是沒(méi)有理由的，一臺壓力或者液位傳感器作為安全設備也可以通過(guò)在安全邏輯解算器和DCS之間的交互將過(guò)程變量傳送至控制系統。

　　單線(xiàn)帶來(lái)的問(wèn)題
　　對于通用應用和安全應用來(lái)說(shuō)，現場(chǎng)總線(xiàn)最大的技術(shù)弊端就是多種設備連接在一條電纜上。即使此網(wǎng)絡(luò )固若金湯，一旦電纜發(fā)生故障，那么上面所有的設備都會(huì )失效。這對于過(guò)程工業(yè)中的很多用戶(hù)，是十分致命的。幸運的是，故障冗余接線(xiàn)技術(shù)極大地減少這種情況發(fā)生的可能。
　　Fiakowski說(shuō)道：“業(yè)內對于安全現場(chǎng)總線(xiàn)的討論已經(jīng)長(cháng)達10年，但是人們從未打破思想的束縛。一個(gè)關(guān)鍵原因就是缺乏故障冗余能力：你使用單線(xiàn)連接所有的設備，一旦這根線(xiàn)因為任何原因發(fā)生了故障，你就缺失了所有的設備，這很糟糕。3、4年前，我們已經(jīng)使用令牌環(huán)技術(shù)克服了這個(gè)缺點(diǎn)，在物理層面上提供了故障冗余能力。”
　　Moore Industries公司Moore-Hawke Fieldbus分部的負責人Mike O’Neil知道用戶(hù)很擔心一條電纜故障會(huì )導致段內所有設備失效。他說(shuō)道：“MooreHawke在現場(chǎng)總線(xiàn)物理層提供了2條中繼線(xiàn)，一旦其中一條斷開(kāi)或者短路，另一條仍舊可以維持工作。”
　　O’Neill補充道：“不管哪一條出問(wèn)題，兩條中繼線(xiàn)都可以維持工作并發(fā)出警報。這將系統的失效可能降至很低。在主機和功率調節器處無(wú)需使用特殊的軟件，就和MooreHawke為普通的非安全現場(chǎng)總線(xiàn)提供的軟件一樣。2008年5月，這套系統被HIMA使用于Shell Global Solution的FF-SIF示范項目中。”
　　對于用戶(hù)，將安全性搭建在現場(chǎng)總線(xiàn)上將會(huì )帶來(lái)巨大的好處，具體表現就是設備診斷。Vincent Palughi是Chevron公司的高級工程師，他一直致力于精密儀器的通訊協(xié)議的部署。

lughi說(shuō)道：“站在Chevron的立場(chǎng)上，我認為在線(xiàn)診斷的能力很重要。資產(chǎn)管理系統連接到智能設備上，可以幫助你更快建設工廠(chǎng)，減少了試運行的時(shí)間。而且我認為還可以延長(cháng)周期測試間隔時(shí)間。一般，你需要每年對設備進(jìn)行檢測，但是，既然我們對診斷如此有信心，我們可以將此事件延長(cháng)。使用這種技術(shù)將給我們帶來(lái)很多潛在的好處。”
　　現場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì )的市場(chǎng)總監Bill Tatum嘗試將SIF應用于石油和天然氣領(lǐng)域。“目前，在一家典型的精煉廠(chǎng)中，由于區域分級，他們只能在30%的地方使用現場(chǎng)總線(xiàn)。一旦使用了SIF技術(shù)，這個(gè)數字可以上升到70%到80%。幾乎是以前現場(chǎng)總線(xiàn)設備的2倍。實(shí)際的優(yōu)點(diǎn)就是可以獲得診斷數據，這正是用戶(hù)所需要的——與現場(chǎng)總線(xiàn)給控制環(huán)境帶來(lái)的改善一樣重要。正是由于這一點(diǎn)，預防性維護才成為可能。”