編者按：基金會現(xiàn)場總線（FF）技術(shù)開始推廣應(yīng)用的初期，生產(chǎn)廠商 、工程公司、工廠技術(shù)人員付出了艱苦努力，通過學(xué)習(xí)和實(shí)踐，以掌握總線技術(shù)、產(chǎn)品性能，積累工程經(jīng)驗(yàn)。 基金會現(xiàn)場總線（FF）技術(shù)開始推廣應(yīng)用的初期，生產(chǎn)廠商 、工程公司、工廠技術(shù)人員付出了艱苦努力，通過學(xué)習(xí)和實(shí)踐，以掌握總線技術(shù)、產(chǎn)品性能，積累工程經(jīng)驗(yàn)。在經(jīng)歷上千個(gè)基金會總線項(xiàng)目的系統(tǒng)安裝應(yīng)用之后，技術(shù)人員已經(jīng)能夠快速而經(jīng)濟(jì)地實(shí)施現(xiàn)場總線的工程項(xiàng)目，對現(xiàn)場總線提供技術(shù)支持得到加強(qiáng)，對于應(yīng)用總線項(xiàng)目的工廠，在工程投資和運(yùn)營操作方面都獲得了預(yù)期的結(jié)果。通過十多年持續(xù)不斷的改進(jìn)，在控制系統(tǒng)運(yùn)行期間，任何一個(gè)階段要采用基金會現(xiàn)場總線技術(shù)都變得更加容易?，F(xiàn)場總線技術(shù)日益成熟，相應(yīng)的知識積累和用戶群體也隨之成長，這種自動化技術(shù)已經(jīng)不再僅僅是屬于專家們的專利。 現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用，使得工程項(xiàng)目投資成本節(jié)省達(dá)到 30% ，項(xiàng)目投運(yùn)后，可以使得工廠運(yùn)營效益獲得 2% 的提高，認(rèn)識到這樣的結(jié)果，你就不會對基金會現(xiàn)場總線的成長感到驚訝。利用數(shù)字化工廠的架構(gòu)，充分應(yīng)用現(xiàn)場智能設(shè)備，以提高工廠的運(yùn)營能力。 在化工 、油氣 、煉油 、石化 、電力，以及紙漿造紙行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)中，越來越多的工廠采用基金會現(xiàn)場總線技術(shù)，是否采用現(xiàn)場總線，成為新建項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)。 大部分過程自動化廠商現(xiàn)在都支持基金會現(xiàn)場總線技術(shù)。 例如，艾默生PlantWeb數(shù)字工廠結(jié)構(gòu)采用基金會技術(shù)，建立整個(gè)工廠的數(shù)字化控制網(wǎng)絡(luò)。推崇技術(shù)領(lǐng)先的工程公司已經(jīng)接收數(shù)字化工廠的概念，已經(jīng)實(shí)施了很多的現(xiàn)場總線項(xiàng)目，并積累了豐富的總線項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，。相關(guān)自動化項(xiàng)目部門已經(jīng)認(rèn)可現(xiàn)場總線技術(shù)，并制定工程相關(guān)規(guī)范，以保證總線項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)其最佳性能。 為了加速現(xiàn)場總線在控制系統(tǒng)中的實(shí)施，應(yīng)將其納入到規(guī)范中。通過采用當(dāng)今最新的技術(shù)和產(chǎn)品的新功能，將有助于工程獲得最佳效果。 啟動和診斷 利用基金會現(xiàn)場總線技術(shù)的互操作性能，可以將工廠中來自于不同廠商的各種類型的 Ff 儀表整合到同一系統(tǒng)。這些設(shè)備包括諸如溫度變送器、分析儀表、閥門定位器、雷達(dá)液位計(jì)及機(jī)械設(shè)備健康狀態(tài)檢測儀等等。 EDDL技術(shù)的應(yīng)用，使得技術(shù)人員可以讀取現(xiàn)場總線設(shè)備的所有功能，對設(shè)備的高級設(shè)置及復(fù)雜診斷，也可以通過圖形方式來實(shí)現(xiàn)和表示，清晰明了，較之以前的表格方式有了很大的改觀。 1992年提出的DD（設(shè)備描述）技術(shù)沒有圖形顯示，不能支持某些復(fù)雜的現(xiàn)場總線設(shè)備的高級設(shè)置和診斷功能。中期的技術(shù)方案中包含圖形功能，但是受限于制造商的控制系統(tǒng)，不具備通用性。另一種解決方案則要求安裝第三方設(shè)備的驅(qū)動程序，在DCS控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)是不能進(jìn)行軟件安裝的，更糟糕的情況是即使有了驅(qū)動軟件，設(shè)備也不能正常使用。 基金會現(xiàn)場總線技術(shù)最重大的改進(jìn)是增強(qiáng)型的電子設(shè)備描述語言（EDDL）的應(yīng)用，它的前身是設(shè)備描述語言DDL，EDDL被賦予了強(qiáng)大的圖形功能，以彌補(bǔ)之前的不足。 （請參看“亞洲控制工程”，2007年9月，第24-29頁）。 基金會現(xiàn)場總線技術(shù)向前邁出如此重要的一步，得益于它同HART 通信基金會、Profibus國際組織以及OPC 基金會共同組成EDDL 協(xié)作團(tuán)隊(duì)（ECT）的組織。應(yīng)用EDDL之后，設(shè)備信息可以通過波形圖、趨勢圖、圖表、圖形、餅圖、柱狀圖以及表格等等表現(xiàn)出來。通過圖像、文本，以及根據(jù)上下文提供的幫助，設(shè)備供貨商方面的專家可以將他們擁有的知識教授給技術(shù)人員。 而且，因?yàn)橛辛烁鞣N標(biāo)簽卡片、標(biāo)簽樹形圖、標(biāo)簽框架以及彈出窗口式等等的菜單，使得設(shè)備診斷過程更加容易。 目前，對于來自各個(gè)廠商的現(xiàn)場總線設(shè)備，無論是簡單還是復(fù)雜，EDDL都可以采用同一個(gè)軟件或手操器方便地對其進(jìn)行監(jiān)視、組態(tài)/設(shè)置和診斷。對于現(xiàn)場總線設(shè)備，設(shè)備廠商可提供設(shè)備描述的EDDL是文本文件，而不是應(yīng)用程序軟件，可以將現(xiàn)場總線設(shè)備的診斷功能同控制系統(tǒng)操作站整合到一起。EDDL使現(xiàn)場總線設(shè)備的設(shè)置和校準(zhǔn)更加容易，即便不是技術(shù)專家，也能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行操作。 例如，由設(shè)備廠商寫入設(shè)備管理軟件和手操器中的“方法”，以向?qū)А癢izard”的方式呈現(xiàn)，可以引導(dǎo)技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)備的操作，如消除雷達(dá)液位計(jì)的假回波等復(fù)雜程序，并且將錯(cuò)誤發(fā)生的概率降到最低。同樣，對于設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)的過程，也可以通過“Wizard”引導(dǎo)進(jìn)行，簡化了現(xiàn)場總線設(shè)備的操作。 按照常規(guī)的校驗(yàn)方法，對壓力變送器的校準(zhǔn)要求有兩位技術(shù)人員通過對講機(jī)相互聯(lián)系，一位在現(xiàn)場工作，一位在控制室進(jìn)行操作。對總線設(shè)備，利用手操器，只要一位技術(shù)人員就可以完成同樣的工作。有了EDDL，一臺通訊器就可以對所有現(xiàn)場總線設(shè)備進(jìn)行操作。 互操作性測試 在一些大型工廠或裝置中，會應(yīng)用不同廠商不同型號的現(xiàn)場總線設(shè)備。這些現(xiàn)場總線設(shè)備必須能夠進(jìn)行互操作，并與控制系統(tǒng)軟件兼容。但在現(xiàn)場總線發(fā)展初期，總線設(shè)備沒有進(jìn)行互操作測試，這就導(dǎo)致了某些現(xiàn)場總線設(shè)備和系統(tǒng)不能兼容，因此不能和系統(tǒng)整合。 針對上述情況，基金會提出了嚴(yán)格的互操作性測試程序。在總線設(shè)備發(fā)布之前，現(xiàn)場總線設(shè)備及其EDDL文件必須接受互操作性測試。由專業(yè)人士組成的現(xiàn)場總線基金會的成員密切協(xié)作，解決技術(shù)問題，而規(guī)范和測試也在不斷升級。對基金會總線的其它關(guān)聯(lián)設(shè)備，例如總線電源和現(xiàn)場連接器等，也須進(jìn)行互操作性測試。 新推出的主機(jī)系統(tǒng)注冊程序（HRP）是一種更為嚴(yán)格的對控制系統(tǒng)主機(jī)測試的方法,用于確保系統(tǒng)完全支持現(xiàn)場總線設(shè)備,并能夠從現(xiàn)場總線設(shè)備中獲得全部信息，例如擁有EDDL圖形的能力。 正是由于有這些嚴(yán)格的測試過程和持續(xù)不斷的改進(jìn)，減少了現(xiàn)場總線設(shè)備和控制系統(tǒng)不兼容的風(fēng)險(xiǎn)，整合過程變得更加容易,同時(shí)也降低了相關(guān)網(wǎng)絡(luò)硬件產(chǎn)生問題的風(fēng)險(xiǎn)。對于設(shè)備、主系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)硬件的互操作性測試，基金會現(xiàn)場總線已經(jīng)達(dá)到了其它任何總線技術(shù)所不可及的水平。 本質(zhì)安全 對于油氣、精煉、化工，以及處理易燃液體的區(qū)域被認(rèn)為是危險(xiǎn)區(qū)域。針對危險(xiǎn)區(qū)域有一種常用的自動化方法，就是本質(zhì)安全性。 早期，本質(zhì)安全建立在“實(shí)體”概念,除了對設(shè)備數(shù)量和接線距離有嚴(yán)格限制外，技術(shù)人員要為所有部件實(shí)體的參數(shù)進(jìn)行建檔，并核實(shí)電容和電感，工程量較大。 領(lǐng)先的安全柵及網(wǎng)絡(luò)硬件供應(yīng)商為基金會現(xiàn)場總線在危險(xiǎn)區(qū)域的應(yīng)用提供了新的解決方案，即現(xiàn)場總線本質(zhì)安全的概念（FISCO），應(yīng)用FISCO概念,允許在本安區(qū)域使用更大的功率、更多的設(shè)備，同時(shí)大大地簡化了設(shè)計(jì)工作?！皩?shí)體”參數(shù)制表已經(jīng)不再需要, FISCO的概念使設(shè)備的選擇和文件編制得以簡化。 網(wǎng)段設(shè)計(jì) 對系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師而言，進(jìn)行總線網(wǎng)段設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算支線的總線設(shè)備電壓，尤其是對于本安設(shè)備電壓的計(jì)算，是一個(gè)較為煩瑣的過程。最初的設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)用電子數(shù)據(jù)表格實(shí)現(xiàn)，既冗長，又容易產(chǎn)生錯(cuò)誤。 現(xiàn)在則不同，利用艾默生公司提供的網(wǎng)段設(shè)計(jì)工具，就可以自動進(jìn)行總線網(wǎng)段設(shè)計(jì)及驗(yàn)證。 工程人員利用工具軟件，依次選擇網(wǎng)段所在危險(xiǎn)區(qū)域的等級，以及電源、安全柵、總線連接器、現(xiàn)場總線設(shè)備等，即可完成網(wǎng)段的設(shè)計(jì)。 相關(guān)總線產(chǎn)品的數(shù)據(jù)被放置到軟件數(shù)據(jù)庫中，從而減少了煩瑣的計(jì)算工作。該軟件根據(jù)有關(guān)分支、總長、電流電壓限制等等的規(guī)則來對網(wǎng)段設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，生成報(bào)告，作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)文件的一部分。 網(wǎng)段設(shè)計(jì)工具軟件的應(yīng)用，使得總線網(wǎng)段設(shè)計(jì)及驗(yàn)證變得簡單易行，降低了工程成本，加快了項(xiàng)目的實(shí)施。（登陸www.emersonprocess.com/systems/support/segment網(wǎng)站，可免費(fèi)下載現(xiàn)場總線設(shè)計(jì)工具） 控制策略組態(tài) 基金會現(xiàn)場總線的功能塊編程語言符合國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61804-2。現(xiàn)場總線設(shè)備的功能塊和自動化系統(tǒng)控制器之間無縫連接，并包括了防積分飽和、無擾動切換的控制策略，無論在控制器還是在現(xiàn)場設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制策略，其組態(tài)方式完全相同，無需使用兩種組態(tài)工具。 組態(tài)工具可自動完成總線宏周期時(shí)間表，實(shí)現(xiàn)基金會總線精確的周期性控制和通訊的功能，精確的周期通訊對于PID回路來說是致關(guān)重要的。 最新的控制系統(tǒng)允許同一條總線上混合不同處理周期的控制回路，例如周期分別為250ms和1000ms的回路。宏周期時(shí)間表的可視化，使驗(yàn)證也變得很方便，確保了優(yōu)化操作的順序正確，為總線的通信負(fù)荷配置保留充足的空間，以備非實(shí)時(shí)通信功能之所需。軟件功能的增強(qiáng)加快了系統(tǒng)組態(tài)和驗(yàn)證速度。 熱升級（運(yùn)行中設(shè)備升級） 工廠內(nèi)已經(jīng)安裝了成百上千的現(xiàn)場總線設(shè)備，這些設(shè)備運(yùn)行非常穩(wěn)定，其使用壽命可達(dá)到數(shù)十年之久，技術(shù)的不斷進(jìn)步，設(shè)備的功能也在不斷改進(jìn)，隨之新版本出現(xiàn)。在操作中對現(xiàn)場總線設(shè)備進(jìn)行升級，并通過應(yīng)用新功能，改進(jìn)現(xiàn)有解決方案，是非常合理的要求，但在過去，不能對設(shè)備固件升級，即使作升級，也必須將設(shè)備拿到工廠來完成升級過程。 基金會現(xiàn)場總線的周期性通信的執(zhí)行和傳輸確保了實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)通信進(jìn)行， 設(shè)備固件文件可以在不影響實(shí)時(shí)控制的前提下進(jìn)行下載。比如先進(jìn)的閥門定位器可以在操作運(yùn)行中接收新的固件，并在不干擾過程的前提下切換到新固件的應(yīng)用。 這樣工廠不用更換舊設(shè)備，也能獲得現(xiàn)場總線設(shè)備的新功能。由于基金會現(xiàn)場總線是唯一能夠提供本質(zhì)安全的總線，因此它能夠?qū)?shí)時(shí)通信同非實(shí)時(shí)通信根據(jù)定制分離開來，其它類型的總線設(shè)備均無法達(dá)到相同效果 執(zhí)行時(shí)間 在某些行業(yè)中，過程控制要求設(shè)置快速回路，例如流量和液位控制回路，以250ms的時(shí)間為周期執(zhí)行。在早期，由于總線上功能塊通信數(shù)據(jù)量很大，只有當(dāng)總線段上掛接的設(shè)備較少時(shí)，才可能實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，這樣，總線獲得的成本效益就比較低。 新的現(xiàn)場總線設(shè)備功能有了較大改進(jìn)，可以以高達(dá)20-30ms的時(shí)間來執(zhí)行功能塊算法。 控制系統(tǒng)支持現(xiàn)場控制（CIF）以減少通信要求。目前在工程方面無需付出過多的努力，就可以使控制周期達(dá)到250ms。 基金會現(xiàn)場總線是唯一支持在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)控制功能的總線，過程控制中，80%以上的回路可以在閥門定位器及其它設(shè)備中實(shí)現(xiàn)PID等算法功能。對于相關(guān)到其它總線和連鎖回路的控制算法，仍然在控制器中執(zhí)行，因此，一個(gè)系統(tǒng)的控制策略實(shí)際上是DCS控制器和現(xiàn)場控制同時(shí)存在。 仿真測試 對新項(xiàng)目的控制系統(tǒng)進(jìn)行工廠驗(yàn)收測試（FAT）時(shí)， 必須模擬現(xiàn)場信號，以便對流程圖數(shù)據(jù)動態(tài)鏈接、控制策略以及報(bào)警的設(shè)置是否正確進(jìn)行驗(yàn)證。早期對回路進(jìn)行測試的唯一方法， 是將所有實(shí)際的現(xiàn)場總線設(shè)備都連接到系統(tǒng)中去進(jìn)行測試。 這些測試只能在項(xiàng)目的后期進(jìn)行，因此，項(xiàng)目執(zhí)行時(shí)對重要的回路才進(jìn)行測試。 現(xiàn)在，大多數(shù)控制系統(tǒng)都具備對現(xiàn)場總線設(shè)備和功能塊進(jìn)行模擬的能力，因此可以實(shí)現(xiàn)對過程及報(bào)警狀況模擬，驗(yàn)證系統(tǒng)的組態(tài)軟件功能，在工廠驗(yàn)收測試（FAT）中對整個(gè)回路進(jìn)行測試，降低了現(xiàn)場開車的風(fēng)險(xiǎn)。 自整定 一個(gè)控制系統(tǒng)可能包括上百個(gè)PID控制回路， 對這些回路必須進(jìn)行“整定”以使工藝過程運(yùn)行在最佳狀態(tài)。 整定對于現(xiàn)場總線設(shè)備的PID回路同樣適用。 控制系統(tǒng)的自整定軟件，僅用于控制器的回路整定，現(xiàn)場的就地PID回路則需要手動調(diào)節(jié)。 在某些控制系統(tǒng)中，自整定軟件也用于整定現(xiàn)場總線設(shè)備中的PID參數(shù)，而不會影響到控制效果。 因此，通過對現(xiàn)場設(shè)備中的PID算法進(jìn)行整定，提高了回路性能。 快速更換 由于工藝裝置規(guī)模不同，一個(gè)工廠的儀表設(shè)備可能介于數(shù)百到數(shù)千臺之間。若平均無故障時(shí)間為200年，則工廠每個(gè)月都會有一次設(shè)備故障。故障設(shè)備必須快速進(jìn)行更換，以保證生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。 過去，如果進(jìn)行儀表的更換，要求工藝人員對相關(guān)過程進(jìn)行手動操作，按正確的順序來更換一個(gè)設(shè)備，要求儀表工程師具備相當(dāng)?shù)膶I(yè)知識?，F(xiàn)在，由于控制系統(tǒng)軟件具備“向?qū)А惫δ埽夹g(shù)人員按照指導(dǎo)步驟就可以順利完成故障設(shè)備的更換。 對總線的診斷要有專用的工具，診斷設(shè)備可以安裝在控制室內(nèi)總線的末端，對總線段電源電壓、信號和噪音進(jìn)行測量，也可以利用便攜式設(shè)備，臨時(shí)接入總線段任意節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行測量。診斷工具的使用，使總線和設(shè)備的維護(hù)變得容易多了。 實(shí)施和規(guī)范 現(xiàn)場總線技術(shù)優(yōu)勢很明顯，現(xiàn)場總線項(xiàng)目要獲得更大的利益，其工程項(xiàng)目實(shí)施執(zhí)行和管理方式很重要，實(shí)施不當(dāng)則不能體現(xiàn)其技術(shù)優(yōu)勢。 早期，項(xiàng)目如果采用現(xiàn)場總線，最大的障礙是工廠要自行開發(fā)所有的工程程序、操作規(guī)程以及維護(hù)措施等。如果工廠不改變他們的操作方式，那么他們僅僅會獲得一個(gè)更好的DCS（分布式控制系統(tǒng)），而不能在應(yīng)用總線功能方面獲得提升。 但是現(xiàn)在，通過一系列的創(chuàng)新和經(jīng)驗(yàn)積累，總線工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和實(shí)施執(zhí)行已經(jīng)有章可循。 現(xiàn)場總線基金會制定了相關(guān)文件，包括工程設(shè)計(jì)指南和安裝指導(dǎo)等，以在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段提供幫助。 控制系統(tǒng)供應(yīng)商已配備經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)顧問，同EPC一起工作，針對特定的項(xiàng)目編制額外的文件，包括檢查表和功能性設(shè)計(jì)規(guī)范等。 技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)都已接受過現(xiàn)場總線技術(shù)專業(yè)培訓(xùn)。 設(shè)備供應(yīng)商不斷完善設(shè)備管理解決方案，以促進(jìn)現(xiàn)場總線設(shè)備管理的執(zhí)行，并將該管理融入到工廠資產(chǎn)管理軟件中。 解決舊系統(tǒng)存在問題 對于幾十年前應(yīng)用的控制系統(tǒng)，備件是難以解決的問題，必須將控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。況且信號電纜的狀況也不容樂觀，到了必須更換的程度。對于舊控制系統(tǒng)的升級，主要的問題是現(xiàn)場儀表。 過去的DCS系統(tǒng)，大多數(shù)使用專用協(xié)議，這樣，用戶只能從DCS廠商購買現(xiàn)場儀表，從而保證系統(tǒng)的互操作性。由于沒有可替代的備件，儀表維修的成本很高。 有些DCS廠商依然使用自己公司專用的通信接口、設(shè)備和非標(biāo)設(shè)備，對用戶來說，應(yīng)該意識到這個(gè)存在已久的問題。 支持EDDL技術(shù)的現(xiàn)場總線基金會實(shí)現(xiàn)了其總線標(biāo)準(zhǔn)的承諾。在舊有的控制系統(tǒng)升級時(shí)，主要的目標(biāo)是從專有技術(shù)過渡到主流的現(xiàn)場總線協(xié)議。 有些工廠開始小規(guī)模應(yīng)用現(xiàn)場總線，以便使技術(shù)人員熟悉現(xiàn)場總線的技術(shù)。 在一些應(yīng)用中， 利用網(wǎng)關(guān)及Modbus將增加的控制回路集成到舊的DCS系統(tǒng)中，采用單獨(dú)的工作站實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的管理。 采用基金會現(xiàn)場總線技術(shù)，用戶可以選擇多家供應(yīng)商，以高性價(jià)比獲得現(xiàn)場設(shè)備。有些工廠通過“熱切換”將常規(guī)控制轉(zhuǎn)換到現(xiàn)場總線控制。 利用以上技術(shù)，將工廠的控制系統(tǒng)升級到數(shù)字化工廠架構(gòu)變得容易執(zhí)行，數(shù)字化結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)規(guī)模可變，易擴(kuò)展和升級，為更好的管理現(xiàn)場智能設(shè)備創(chuàng)造了條件。