現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 現(xiàn)場總線的現(xiàn)狀 1.現(xiàn)場總線的國際標準 （1）IECTC65（IEC第65技術(shù)委員會） 1999年底IEC通過的現(xiàn)場總線標準IEC1158共有8種類型，2003年有了修訂版，將8種類型增加了2種，達10種類型，其內(nèi)容如付表所示。

（2）IECTC17（IEC第17技術(shù)委員會） IEC62026有4中現(xiàn)場總線類型即AS－i（Actuator Sensor－interface執(zhí)行器傳感器接口），主要由Siemens公司支持；DeviceNet（ Rockwell公司）；SDS（Smart Distributed System靈巧式分散型系統(tǒng)）（美Honeywell）；Serilex（串聯(lián)多路控制總線）。 （3）ISO11898與ISO11519 ISO（International Standardization Organization國際化標準組織）亦是制訂國際標準的3個組織之一。 CAN ISO11898（1Mbit/s） CAN ISO11519（125kbit/s） CAN主要由德國Robert Bosch公司支持。 綜上所述，IEC61158雖有10種類型，但類型1、5、9實際上都屬于FF，因此可歸納為8中現(xiàn)場總線，加上IEC62026的4種與ISO的1種，共計有13種現(xiàn)場總線技術(shù)國際標準。 2.實際工業(yè)以太網(wǎng)的國際標準 （1）PAS 由于實時工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展很快，而IEC/TC65在2002年決定，在2007年開始對現(xiàn)場總線國際標準IEC61158進行修訂之前，不再增加新的類型，但又考慮到要適應市場的需要和技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)過相關(guān)成員得悶投票同意（簡單多數(shù)贊成票）而將某些成熟的技術(shù)規(guī)范直接發(fā)布的一種標準化文件PPAS（Publicly Available Specification）,即公共可用規(guī)范。 在2004年1月在法國召開的IEC會議上，有6種實時工業(yè)以太網(wǎng)申請成為PAS ,這6種是中國的EPA（ Ethernet for Plant Automation主要由浙大中控支持），德國Beckhoff公司的Ether CAT（Ethernet for Control and Automation Technology），日本橫河的V－net，日本東芝的TCnet，歐洲開放網(wǎng)絡聯(lián)合會的IAONA的EPL（Ethernet Powerlink）和法國施耐得的MODBUS TUP（RIPS）。 2005年2月26日經(jīng)過投票表決EPA正式稱為IEC的PAS。有效期為2年。 （2）IEC61784－2 〕IEC61784是“與工業(yè)控制系統(tǒng)中使用的現(xiàn)場總線有關(guān)的用于連續(xù)和離散制造的行規(guī)集”。它描述IEC61158中規(guī)定的“服務”集的子集，該子集用于特定的現(xiàn)場總線系統(tǒng)的通信或基于以太網(wǎng)系統(tǒng)的通信。用這種方法定義的特定的通信行規(guī)（CP）被組合在“通信行規(guī)簇（CPF Communication Profile Family）中并對應于他們在各自通信系統(tǒng)中的使用情況?！?2004年1月IEC/SC65C在法國召開會議，會上規(guī)定起草實時以太網(wǎng)標準，即IEC61784－2。它包括IEC61158中規(guī)定的現(xiàn)場總線在實時以太網(wǎng)應用中的行規(guī)（類型1～9）以及將要發(fā)布的PAS行規(guī)，即CPF作為類型10～15。 2005年12月IEC、SC65C在美國開會確定了IEC61158新版本（第4版）將以現(xiàn)版本（第3版）為基礎(chǔ)，加入已稱為PAS文件的實時以太網(wǎng)解決方案，成為新的IEC61158現(xiàn)場總線標準。經(jīng)討論IEC61158（第4版）將包括14類現(xiàn)場總線技術(shù)，IEC61784中將包括39種通信行規(guī)。 IEC61158的第4版將在2007年投票表決，確定是否成立正式的國際標準。 3.現(xiàn)場總線的應用狀況 （）PROFIBUS PROFIBUS非常注意市場的推廣。到2005年為止，PROFIBUS已在世界上安裝了1300萬個節(jié)點。占世界上第1位，主要是他的DP，而且PROFIBUS以每年30％的速度在增漲。到2007年將達到2000萬個節(jié)點以上。 （2）Interbus 2005年Interbus累計銷售了750萬個節(jié)點。占世界上第2位。主要應用于FA領(lǐng)域。 （3）FF 2006年2月28日FF的年會在上海召開。FF總載Timong在會上的報告中提到，F(xiàn)F在全世界已安裝運行了60萬臺現(xiàn)場設(shè)備和1萬套現(xiàn)場總線系統(tǒng)。特別是上海的Secco90萬t乙烯工程和廣東惠州的80萬t乙烯工程建成，標志著FF進入了大型工程應用的新階段。FF的安全儀表系統(tǒng)（SIS）完成了開發(fā)，得到了T?V的認證。 4.二個“示范工程” （1）上海賽科（Secco）90萬T乙烯工程 1）概況 ①10套獨立的工廠，他們是聚乙烯、聚苯乙烯、苯乙烯、聚丙烯、芳烴油提、丁二烯和乙烯、甲基丙烯酸甲脂、有機硅樹脂、丙烯腈、OSBL（公用工程和界外設(shè)施）。年產(chǎn)230萬t。 ②工程總投資：27.48億美元。 ③投資比例：億諾化學（原為英國石油BP公司）50％；中國石化30％；上海石化20％。 ④工程進度：2004年8月啟動，2005年6月29日宣布正式投產(chǎn)。 2）自控規(guī)模 ①總回路數(shù)：48200個 ②總位號：168000個。 ③現(xiàn)場總線儀表設(shè)備54025臺，其中FF現(xiàn)場設(shè)備14375臺，占26.6％。 ④電纜根數(shù)：66000根，其中FF的HI網(wǎng)段2473個，平均每個網(wǎng)段上掛5.8臺FF現(xiàn)場設(shè)備。 ⑤工作站數(shù)目：164個。 ⑥MD控制站130個。 ⑦現(xiàn)場接線箱5300個。 3）主要儀表供貨商（MIV）為Emerson公司 4）中央控制室和外站 ①全廠設(shè)一個中央控制室，所有生產(chǎn)控制、公用工程及輔助設(shè)備的操作控制和生產(chǎn)管理全部集中。 ②全廠設(shè)15個外站，分別設(shè)在各生產(chǎn)裝置設(shè)施內(nèi)，除各種控制系統(tǒng)和機柜外，還有帶工程師屬性的操作站，外站面積在50～300m2之間，全部按防爆結(jié)構(gòu)設(shè)計。 ③各外站到中央控制室之間采用雙冗余光纖電纜通信方式傳輸，最長距離約2.5km。 5）自控系統(tǒng)的設(shè)備選型 ①DCS與FCS相結(jié)合：系統(tǒng)框架為Emerson的PlantWeb，采用10套DeltaV。 ②安全儀表系統(tǒng)，HIMA。 ③現(xiàn)場儀表：FF、HART。 6）現(xiàn)場總線的控制方式 基本的調(diào)節(jié)功能原則上放在現(xiàn)場只能閥門定位器中執(zhí)行。 7）HI網(wǎng)段上的設(shè)備數(shù)量 規(guī)定每個HI要安裝12臺設(shè)備，色計為9臺，實際平均安裝5.8臺。 （2）德國尼德豪森電廠 1）概況 尼德豪森電廠位于德國西部，該廠的K機組采用了熱電聯(lián)產(chǎn)方式，總出力達到101.2萬kW，該機組為超超臨界機組，主汽溫度為580℃，主汽壓力達到27MPa。由于采用了過程優(yōu)化技術(shù)，整個機組的效率達到了45%。由于采用了PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)，號稱目前全球范圍內(nèi)全面采用數(shù)字化電廠技術(shù)的裝機容量最大的機組。 2）工程進度2002年12月投入商業(yè)運行。 3）供貨商及供貨范圍 西門子。包括DCS、DEH、變送器、智能高中壓配電系統(tǒng)，低壓配電系統(tǒng)、電磁閥、閥門定位器、電動執(zhí)行機構(gòu)、MIS、SIS及主控室設(shè)計。 4）自控規(guī)模 模擬量I/O 2703個，開關(guān)量I/O 3865個。智能馬達保護裝置721個，電磁閥670個、閥門定位器957個、電動執(zhí)行機構(gòu)698臺。 5）系統(tǒng)配置：共分3個層次，即操作管理層、過程控制層和現(xiàn)場設(shè)備層。操作管理層集成了SIS（監(jiān)控信息系統(tǒng)Supervisory Information System），MIS（信息管理系統(tǒng)）和ERP（企業(yè)資源規(guī)劃）功能。 現(xiàn)場總線采用PROFIBUS，包括DP與PA，也有部分HAPT儀表。DP總線有20個雙絞線總線段和40個光纖總線段。 6）達到的水平：由于DCS系統(tǒng)中大量采用了PROFIBUS。通過現(xiàn)場總線將智能儀表、高低壓智能保護裝置接入DCS，同時現(xiàn)場設(shè)備的管理信息、設(shè)備維修信息等通過現(xiàn)場總線進入DCS和上層SIS/MIS軟件，從而實現(xiàn)了機組的優(yōu)化操作及優(yōu)化維修管理，使整個機組僅配備一個操作員。 5、實時工業(yè)以太網(wǎng)是當前的一個熱點 以太網(wǎng)在信息領(lǐng)域內(nèi)已獲得廣泛應用，由于以太網(wǎng)的優(yōu)勢在于技術(shù)上成熟，軟硬件資源豐富；市場上容易購得；通信速率高，目前已有100～1000M，而且發(fā)展?jié)摿Υ螅粌r格便宜；熱已有熟練的經(jīng)驗，因此已成功地用于工業(yè)控制領(lǐng)域，當然以太網(wǎng)要從條件優(yōu)越的IT環(huán)境下進入工業(yè)領(lǐng)域，必須采取下列措施：采用優(yōu)質(zhì)元器件及材料；要適應機械環(huán)境（如耐振動、耐沖擊）氣候環(huán)境（如溫度要求－40℃～85℃，并要耐腐蝕，防塵與防水）以及適應電磁的干擾。這樣價格就要貴得多，但由于具有優(yōu)越的性能，目前已獲得廣泛應用。在國內(nèi)比較知名的廠商就有德國的赫斯曼，美國的卓越等公司。但目前只在車間一級的主干網(wǎng)上應用。 那么工業(yè)以太網(wǎng)能否在企業(yè)內(nèi)部現(xiàn)場這一層上獲得應用呢？如果能行，那么從企業(yè)的ERP（企業(yè)資源規(guī)劃）、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)），PCS（過程控制系統(tǒng)）層再往下到現(xiàn)場層，實現(xiàn)e網(wǎng)到底無縫連接豈不更好，但由于以太網(wǎng)所采用的CSMA/CD載波監(jiān)聽多路訪問沖突檢測的方法是一種非實際性，在時間上不具有確定性的通信方式，不能滿足現(xiàn)場儀表或設(shè)備這一層的通信要求。 但是在采用增加帶寬，提高通信速率（如達到100M）；降低網(wǎng)絡負荷（如低于10％）；采用全雙工通信以及采用星形網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的交換機以后，就可以滿足實時通信和在時間上具有確定性的通信要求了。因此實時工業(yè)以太網(wǎng)一下子就熱了起來，目前就有PROFINET和浙大中控的EPA等。但都還不完善（如供電、防爆等）都還有待于妥善解決。 6、儀表安全系統(tǒng)SIS（Safety Instrumented System）成為當前的一個亮點 當前安全問題日益得到人們的重視，這是由于生產(chǎn)的規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)工藝日益強化，一旦發(fā)生事故其危害的程度也越大，這些血的教訓使我們記憶猶新。為此IEC制定了有關(guān)功能安全的標準IEC61508及有關(guān)流程工業(yè)的安全標準IEC61511。現(xiàn)在各大公司紛紛提出了有關(guān)功能安全的產(chǎn)品和措施，一時成為當前的一個亮點。如PROFIBUS首先推出了PROFIsafe的行規(guī)，Emerson也有了SIS的概念與產(chǎn)品，橫河也推出了PROsafe－RS，浙大中控也有了EPAsafety。這個潮流正方興未艾。 存在的問題及今后的發(fā)展趨勢 1.現(xiàn)場總線的國際標準還會更多 到2007年現(xiàn)場總線的國際標準還會增加，單以IEC61158而言，由于有IEC61784－2實時以太網(wǎng)的加入，其標準將會由目前的10種增加到18種。甚至還會更多。 2.種類雖多，但卻會此消彼長 SwiftNet將會在標準中被刪去而SDS也會“淡出江湖”；World FIP源自法國的國家標準FIP，過去受到法國大企業(yè)Alstom及Schneider等的支持，但目前Schneider已有了自己的MODBUS－TCP和MODBUS－RTPS，對World FIP的支持力度將會下降；SERCOS（Serial Real time Communication System）也一樣，Rockwell由于也有了自己的ConrtolNet/IP，