現場(chǎng)總線(xiàn)證明“數字是最好的”

歷史上，現場(chǎng)設備和控制系統之間的通信不是對等的，需要用4-20mA電流回路接口。這種廣泛運用的技術(shù)運行良好并允許正確傳輸測量的過(guò)程變量，以及有效的閉環(huán)回路控制。

現場(chǎng)總線(xiàn)使用數字技術(shù)——在技術(shù)上，它是一種用于儀器儀表和其它工廠(chǎng)自動(dòng)化設備的數字化、雙向的多點(diǎn)通信系統-因此它們有足夠的潛力來(lái)提高工業(yè)控制系統和現場(chǎng)儀器儀表之間的通信。它明顯地簡(jiǎn)化系統結構，相應地節約了現場(chǎng)的布線(xiàn)、控制室的布局、機架編組和安全柵。而且，當使用了數字式現場(chǎng)儀器儀表時(shí)，就能提供大量的數據；具有高功能微處理器和記憶芯片的智能變送器，用來(lái)管理重要的設備組態(tài)和狀態(tài)信息。把數據用于遠程工程策劃和維護自動(dòng)化系統，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設備。很明顯，在理論上，更為簡(jiǎn)化的布線(xiàn)節省了材料和安裝成本。

實(shí)際上的限制 實(shí)際結果卻不令人興奮。低速段的設備數量受每個(gè)段所能支持的現場(chǎng)設備的數量所支配。限制的電流消耗以及周期掃描率使每個(gè)段的設備限制為6-8個(gè)。但在實(shí)際應用所需的低速段的數量可以很多，因此每個(gè)段需要一個(gè)連接設備、供應電源、連接器和終端器等等。材料和布線(xiàn)的節余會(huì )比預想的少，根據系統拓撲的不同而各不相同。

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

現場(chǎng)總線(xiàn)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柵的數量。更少的材料帶來(lái)了很大的節余。

ABB推出新的智能以太網(wǎng)模塊，使跨越洲際的控制驅動(dòng)成為可能，它將驅動(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驅動(dòng)一起運行，通過(guò)標準的網(wǎng)絡(luò )瀏覽器通信，簡(jiǎn)單實(shí)時(shí)地訪(fǎng)問(wèn)驅動(dòng)。用戶(hù)能夠建立虛擬的監視室，并配置能上網(wǎng)的電腦，包括簡(jiǎn)單的撥號上網(wǎng)。

離線(xiàn)組態(tài)數字方式的優(yōu)勢在于，整個(gè)自動(dòng)化系統、網(wǎng)絡(luò )和現場(chǎng)儀器儀表都能通過(guò)系統工程工具進(jìn)行離線(xiàn)組態(tài)。使用現場(chǎng)總線(xiàn)的優(yōu)勢在投運期間尤其明顯。只要一個(gè)工程師就能單獨地處理每個(gè)回路的投運，取代了兩個(gè)工人（一個(gè)在控制室，另一個(gè)在現場(chǎng)）。時(shí)間和成本的節約是很顯著(zhù)的，在一個(gè)應用系統中，能達到10%—15%。

在加工自動(dòng)化領(lǐng)域的早期，一個(gè)現場(chǎng)設備與一個(gè)控制器連接，有不少這樣的平行操作的獨立回路連接。這種架構的主要好處是一個(gè)回路中出現的錯誤不會(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)部件的出錯能影響到幾個(gè)回路，并可能對運行帶來(lái)致命的影響，因此昂貴的冗余方案必須結合到架構中。

現場(chǎng)總線(xiàn)恢復了單回路的完整性。例如，Foundation Fieldbus協(xié)議能夠將控制功能分散到現場(chǎng)設備中。設備之間的對等通信保證了該功能對于架構的其它部分具有自主性?，F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 )的其他部分有出錯的情況，保證它仍能繼續運轉。另外，現場(chǎng)總線(xiàn)檢測網(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)行報告?，F場(chǎng)設備可以在線(xiàn)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)模擬的架構中，如過(guò)程的某處出現了一個(gè)超限的報警。定位出錯設備是一個(gè)漫長(cháng)的過(guò)程，也許是一個(gè)必要的過(guò)程中斷。但是現場(chǎng)總線(xiàn)狀態(tài)信號允許操作人員立刻辨識出錯設備，得到出錯原因的指示并且通過(guò)在線(xiàn)替換極大地加速了維修過(guò)程。

通常的維修一般在工廠(chǎng)停運期間進(jìn)行，這是避免閥門(mén)的潛在出錯的最好方式。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—這是為安全運行所付出的代價(jià)。當安裝完總線(xiàn)后，維護工程師必須訪(fǎng)問(wèn)內部閥門(mén)參數，如閥芯的總行程長(cháng)度、沖擊行程次數和總運行時(shí)間等等。這些參數都是指示閥門(mén)運行性能的數據，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。

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