基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)（Foundation Fieldbus）的發(fā)展動(dòng)態(tài)
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國際上著(zhù)名的自動(dòng)化咨詢(xún)公司ARC咨詢(xún)集團今年7月對60多個(gè)現場(chǎng)總線(xiàn)的用戶(hù)、系統集成商和OEM廠(chǎng)商就他們對各種現場(chǎng)總線(xiàn)的看法、使用的領(lǐng)域、體現的價(jià)值以及投資回報的情況作了一次調查，結論如下：
（1）用戶(hù)已經(jīng)開(kāi)始把現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)納入他們采購儀表和系統的選擇對象。在多種現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議中，基本集中在FF總線(xiàn)和PROFIbus兩種。在這兩種總線(xiàn)的選擇中，有23% 的用戶(hù)已經(jīng)安裝了FF總線(xiàn)H1的系統，15% 的用戶(hù)在未來(lái)的三年內有計劃安裝H1系統。對于HSE設備，由于該技術(shù)發(fā)表時(shí)間不長(cháng)，所以只有2%的用戶(hù)已經(jīng)安裝了這種設備，但是有21%的用戶(hù)表示在三年之內將安裝HSE設備。
PROFIbus PA的情況是，有9%的用戶(hù)已經(jīng)安裝PROFIbus PA設備，有6%的用戶(hù)打算在三年內安裝這種設備。同時(shí)有18% 的用戶(hù)已經(jīng)安裝了PROFIbus DP的設備，并有12% 的用戶(hù)有今后購買(mǎi)這種設備的意向。
（2）在應用項目的規模上，目前主要用于中小項目。被調查對象的項目數大體情況如表二所示。
表二 (附件4)
但實(shí)際上，現場(chǎng)總線(xiàn)系統已經(jīng)逐步在大型和超大型規模系統中得到采用。據報道，目前已經(jīng)在使用的FF總線(xiàn)系統的最大規模已經(jīng)達到12000臺儀表。我國廣西惠州新建的大型石化裝置約采用數千臺FF總線(xiàn)儀表，自動(dòng)化的總投資達到5000萬(wàn)美元。上海SECCO新建的石化裝置也全部采用FF總線(xiàn)技術(shù)和儀表，合同金額達到3000萬(wàn)美元。
（3）ARC還對現場(chǎng)總線(xiàn)的采用是作為新裝置還是老裝置擴張還是替換老裝置的情況做了調查。針對這60多個(gè)用戶(hù)，其結果是如表三所示。從表中可以看出，用戶(hù)在設計新裝置和替換老的DCS、PLC系統時(shí)，考慮采用現場(chǎng)總線(xiàn)的比例已經(jīng)超過(guò)60%，也就是說(shuō)，用戶(hù)開(kāi)始逐步接收現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)了。
表三 (附件5)
現在在我國已經(jīng)安裝的FF總線(xiàn)系統已經(jīng)超過(guò)100個(gè)，當然大部分是中小系統。最近報道廈門(mén)湘魯（音譯）石化有限公司，一期投資為6億美元。生產(chǎn)純凈對苯二酸，是世界上第一個(gè)在本安區域使用FF總線(xiàn)的PTA工廠(chǎng)。該系統在本安區域，有161個(gè)網(wǎng)段，掛接742臺FF總線(xiàn)設備。另外自備鍋爐還有38個(gè)網(wǎng)段，掛接173臺FF總線(xiàn)設備。平均一個(gè)網(wǎng)段掛接4臺設備。采用的系統是Emerson公司的產(chǎn)品。
二. 關(guān)于國際標準
由于各方利益的沖突，致使9種現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議都包含在IEC-61158國際標準中。但是，這種情況卻是用戶(hù)所不歡迎的。因此，各現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議組織又開(kāi)始互相合作，希望在協(xié)議的應用層形成統一的規范，從而使用戶(hù)在使用中得到方便。
FF、HART和PROFIbus已經(jīng)組成聯(lián)合小組，加強在設備描述語(yǔ)言（DDL）方面的開(kāi)發(fā)。他們希望在現有IEC61804-Part 2的基礎上，開(kāi)發(fā)出通用的規范，滿(mǎn)足比較復雜的功能模塊的要求。例如實(shí)現閥門(mén)特征，傳感器校驗曲線(xiàn)，運行趨勢曲線(xiàn)等功能。這項規范的聯(lián)合開(kāi)發(fā)制訂了四個(gè)前提：（1）現有的DD和EDD應能繼續使用，不做任何修改；（2）新的元素應該有獨立的操作系統和協(xié)議；（3）以IEC 61804-2 EDDL為開(kāi)發(fā)基礎；（4）要保護用戶(hù)和制造商的投資利益。該規范分為兩部分。第一部分是以IEC 61804-1《過(guò)程控制功能塊》第一部分為基礎制訂的，名稱(chēng)為“系統全貌”；第二部分是以IEC61804-2《過(guò)程控制模塊》第二部分為基礎制訂的，名稱(chēng)為“功能塊概念和電子設備描述語(yǔ)言規范”。這兩部分草稿已經(jīng)在各球循環(huán)投票。計劃在今年7月，結束這5個(gè)月的循環(huán)投票，并準備好國際標準的草案（DIF）。7月8日到8月15日，準備國際標準最終草案投票文件。8月15日開(kāi)始為期2個(gè)月的最終草案國際標準投票。10月15日投票結束。爭取11月1日成為正式國際標準。該標準的發(fā)布對今后不同總線(xiàn)之間互通信息將大有好處。盡管在工廠(chǎng)里可能采用了不同總線(xiàn)的產(chǎn)品和系統，但用戶(hù)將可以用統一的界面和方法對不同的系統進(jìn)行組態(tài)。
另一個(gè)重要的標準是關(guān)于本質(zhì)安全防爆的標準。FF總線(xiàn)提出了現場(chǎng)總線(xiàn)結構下的本質(zhì)安全防爆的新模型，叫做《FISCO》?！禙ISCO》提出，只要電纜的參數處在給定的限制值內，電纜的電容值和電感值不必再集中考慮，而仍能保證系統安全。同樣，《FISCO》概念下的安全柵也不用規定電容和電感的允許值，因此，可以比傳統的安全柵連接更多的設備。這項新技術(shù)已經(jīng)被IEC批準為技術(shù)規范（但不是標準）。美國儀表學(xué)會(huì )（ISA）的SP12小組正在努力，要把《FISCO》列入美國國家標準（ANSI）。
三. 關(guān)于技術(shù)發(fā)展
2003年，FF基金會(huì )在技術(shù)發(fā)展方面提出了三個(gè)項目。它們是《靈活功能模塊(FB CiHBA)規范》，《HSE冗余系統規范》和《安全儀表系統規范》。
《靈活功能模塊規范》是在FF總線(xiàn)的基本功能模塊和先進(jìn)功能模塊的基礎上，為了滿(mǎn)足離散控制、批量控制和混合控制的要求，開(kāi)發(fā)的一種新型功能模塊。它的輸入、輸出通道和編號以及內部的控制算法全部都由用戶(hù)組態(tài)確定。只是把功能模塊裝在Function Block Shell里面，可以在FF總線(xiàn)協(xié)議下運行。這種完全由用戶(hù)自己確定的功能模塊不能裝在現場(chǎng)儀表內，而是從上位設備進(jìn)行軟件下載，經(jīng)過(guò)HSE、H1途徑裝入現場(chǎng)儀表運行。在FF的網(wǎng)站上還發(fā)布了靈活功能模塊的應用范例。包括脫甲烷塔多變量控制，順序靜態(tài)啟動(dòng)，冷卻水變速驅動(dòng)控制，液位的簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)量邏輯控制，維他命C發(fā)酵批量控制等。但是，業(yè)內專(zhuān)家認為，靈活功能模塊的開(kāi)發(fā)必然會(huì )牽涉設備描述語(yǔ)言（DD）的生成技術(shù)。而這項技術(shù)是被FF基金會(huì )壟斷的。所以一般的企業(yè)將無(wú)法自己進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
《HSE冗余系統規范》是為了防止由單電源、單網(wǎng)絡(luò )和單接口構成的系統因為其中一部分故障而造成系統癱瘓。項目安排在今年2季度完成實(shí)驗室試驗和系統測試。3季度完成規范文稿，4季度完成Beta注冊測試的準備工作。于2004年完成第一個(gè)產(chǎn)品的注冊。
《安全儀表系統規范》是當前用戶(hù)的熱門(mén)話(huà)題。這個(gè)項目是FF基金會(huì )與德國T ＆#368; V合作開(kāi)發(fā)。該項目由四個(gè)用戶(hù)（Exxon Mobile，Dupont，Shell，Saudi Aramco）和9個(gè)制造商（ABB，Emerson，HIMA，Honeywell，Mesto，Invensys，Rotok，Softing，Yokogawa）參與。在今年3季度提出應用導則和規范文本，2004年2季度完成初步規范，供FF成員審查。4季度完成最終規范文本和應用導則。
四. FF總線(xiàn)系統功能體系結構及火電廠(chǎng)FF總線(xiàn)系統設想框架
通過(guò)這幾年的發(fā)展，新的FF總線(xiàn)系統的功能體系結構已經(jīng)基本形成。結構圖如圖一所示，體系共分為五個(gè)層次。
最底層是H1層。它的特點(diǎn)是可以總線(xiàn)供電，可以通過(guò)中繼器延長(cháng)電纜距離。網(wǎng)段的調度設備（LAS）可以冗余?？梢栽趦x表中運行功能塊，使控制功能分散到現場(chǎng)儀表?？梢杂糜诒举|(zhì)安全防爆環(huán)境。
第二層是HSE層。它是高性能的控制干線(xiàn)，通訊速率達到100Mbit/s。采用標準以太網(wǎng)設備和網(wǎng)絡(luò )。通過(guò)聯(lián)接設備可以集成H1子系統。HSE可以選擇冗余。通過(guò)HSE不但能夠運行標準的功能塊，而且可以運行靈活功能塊，以滿(mǎn)足批量控制和混合控制的需要。
第三層是OPC數據交換層(OPC DX)。在這一層，服務(wù)器與服務(wù)器之間可以交換數據。從而使數據可以用于支持各種應用軟件包。例如，應用于ERP系統，資產(chǎn)管理系統（Asset Management），歷史數據處理，最優(yōu)化算法，數據倉庫等。通過(guò)OPC Dx還可以與非FF系統進(jìn)行數據交換。
第四層是上述的各種應用軟件包在這一層運行。
第五層是MIS系統。將過(guò)程數據用于全廠(chǎng)管理。
圖一 FF總線(xiàn)系統體系結構（附件1）
在上述的五層結構體系下，大致可以勾畫(huà)出大型火電廠(chǎng)的系統結構，如圖二所示。
圖二 火電廠(chǎng)FF總線(xiàn)系統體系結構框架 （附件2）
從圖二上可以看出，整個(gè)系統由燃料與燃燒子系統、鍋爐管理子系統、汽輪機控制子系統和批處理（如化水程控等）子系統構成。批處理子系統又包括若干H1系統以及非FF總線(xiàn)的系統。脫硫和制氧自成系統。兩個(gè)PLC子系統是用來(lái)完成安全連鎖等功能的。這些子系統分別連接到兩個(gè)HSE的連接設備上，采取星型拓撲結構。連接設備與上位計算機，如操作站（人機接口），ERP（企業(yè)資源計劃）站，工程師站（組態(tài)與診斷）和管理信息系統（MIS）等，通過(guò)HSE構成網(wǎng)絡(luò )。當然，這個(gè)系統框圖只是一種設想，相當于汽車(chē)中的“概念車(chē)”。具體各子系統的構成都沒(méi)有涉及。但它給了我們一個(gè)思路，啟發(fā)我們去考慮大型火電站復雜系統的體系結構。
隨著(zhù)現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，制造商和用戶(hù)將越來(lái)越加深對它的理解。據預測，到2005年，我國的幾個(gè)采用FF總線(xiàn)系統的大型石化工程都將投產(chǎn)。屆時(shí)，我國安裝的FF儀表將達到數萬(wàn)臺。人們對如何進(jìn)行FF總線(xiàn)系統的設計、調試、組態(tài)、維護以及現場(chǎng)總線(xiàn)為用戶(hù)帶來(lái)的實(shí)際利益都會(huì )更加明朗。因此，隨時(shí)掌握各種總線(xiàn)的發(fā)展狀況是十分重要的。
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