總線專題：第九講 現(xiàn)場總線的應用

1.現(xiàn)場總線在制造廠商方面的應用

現(xiàn)場總線是在現(xiàn)場設備之間以及在現(xiàn)場設備與控制室監(jiān)控設備之間的一種通信技術，如果設備制造廠商采用了現(xiàn)場總線技術，那么就可使自己生產的現(xiàn)場設備或監(jiān)控系統(tǒng)與其它廠商所生產的設備（須同一種現(xiàn)場總線技術或協(xié)議）相互通信或相互操作。如果世界上只有一種現(xiàn)場總線的國際標準，正如目前現(xiàn)場儀表只有一種4-20mA的國際信號標準的話，那么情況就非常簡單了，采用他就是了。就等于有了一張使自己產品進入國際市場的通行證。但是，目前的情況是：現(xiàn)場總線的國際標準已有十多種，最近CC-Link又成為ISO的標準，向2007年IEC61158又要重新改版，又要有幾種實時以太網的標準加入進來，為數(shù)就更多了，何況現(xiàn)場無線通信網絡又已經展露了頭角，使情況更為復雜。擺在現(xiàn)場設備制造廠商面前的問題是到底選用哪一種國際標準為宜。

現(xiàn)場總線國際標準如此之多，不是一種正?，F(xiàn)象，從歷史上看恐怕也是絕無僅有的，多標準等于是沒有標準，這對目前現(xiàn)場總線的國際標準的狀況是一種諷刺，作為用戶來講，希望只有一種標準。有一次在與IEC負責現(xiàn)場總線官員的交流會上交談，當我提出這個觀點時，他也同意，但他也無力改變這一經過幾個跨國大公司十多年來現(xiàn)場總線國際標準大戰(zhàn)的妥協(xié)結果。從歷史上看，無論是氣動儀表的模擬信號制，還是電動儀表的模擬信號制，都是只有一種國際標準，前者為0.2～1.0kgf/cm2；后者為直流4～20mA。在1975年前，電動儀表的信號制也極不統(tǒng)一，各大國家，各大公司都有各自的標準，如德國為0～10mA，其他國家則有5～25mA，0～20mA等標準，我國第一代電動單元組合儀表DDZ-I（電子管式）就采用了0～10mA的標準，但到了1975年國際標準定為4～20mA以后，DDZ-Ⅲ型（集成電話）就不得不改為4～20mA，這對國內的儀表廠與用戶造成了損失與不便。從長遠看現(xiàn)場總線的國際標準應該只有一種標準。本人正擬撰寫一篇文章，呼吁在IEC的組織中，增設用戶委員會，如果有25%以上的用戶投票表決表示反對，則該標準實現(xiàn)一票否決制，以代替目前如果有25%以上，包括觀測員國在內表示反對的一票否決制。當然還有“必須有2/3以上有投票表決權的代表必須同意才能通過該標準”的這一條。因為在市場經濟的條件下，用戶才最有發(fā)言權和決定權。只有徹底改變IEC有關部門由制造廠商代表“一統(tǒng)天下”的局面才能徹底改變目前多標準的狀況。

由于現(xiàn)場總線有許多優(yōu)點，如果沒有眾多的國際標準，恐怕早已獲得推廣應用，就是在目前的狀況下，還是有不少廠商企圖開發(fā)此一產品。當然在現(xiàn)場總線的國際標準尚未獲得統(tǒng)一之前，是有風險的。因此，在開發(fā)現(xiàn)場總線產品之前務須謹慎從事。

研究開發(fā)一種新產品是屬于科學研究的范疇，所以也允許失敗，但由于投入較大，需要規(guī)避風險，盡可能使之獲得成功。因此，事先必須做好可行性研究?？尚行匝芯堪ㄒ韵聨讉€方面：

（1）市場的調研。針對當前和今后若干年內，哪一種現(xiàn)場總線的產品是適銷對路的。

（2）對現(xiàn)場總線的調研。了解各種現(xiàn)場總線的特點和不足之處，加以分析比較，做到心中有數(shù)。

（3）對同行的調查。要了解哪些產品已經有人生產？而哪些產品還是空白？哪個行業(yè)的應用有著良好的前景？今后的切入點何在？

（4）對各個現(xiàn)場總線組織的了解。一般各個現(xiàn)場總線都有其國際化的組織來推廣其技術和規(guī)范。但各個現(xiàn)場總線技術的難度和進入“門檻”的高低各不相同。例如在現(xiàn)場儀表方面，F(xiàn)F的技術雖然比較完備，但難度也是比較高的。在進入的“門檻”方面，有的比較嚴格，收費也較高；有的入門雖然簡易，芯片也比較便宜，但其開發(fā)裝置就不便宜，功能越全的開發(fā)裝置，價格也越貴。須知天下沒有“免費的午餐”，每種現(xiàn)場總線的開發(fā)費用都不在少數(shù)，他們的付出是要求回報的。按照正規(guī)的程序，你要開發(fā)某種現(xiàn)場總線的產品，他們是非常歡迎的，一般先要求你入會作為會員，當然會費是必須每年交的，會費的多少對制造廠來講是按銷售額來定的，分幾個檔次，銷售額越大，交費也更多，對于院?；蛟核臅M則較少，一般每年1000美元左右，但所享受的權利也較少。會員的權利一般對購買資料，參加培訓班等都有優(yōu)惠折扣，信息的獲得也頗及時。至于不參加該會，如需購買資料或芯片也是可以的，但就沒有優(yōu)惠待遇，而且信息的獲得也不及時。

此外，了解該組織在中國有沒有派出機構、技術支持中心或認證機構也是重要的，因為當產品研制出來以后，必須進行一致性和可互操作性的測試，如該組織在國內沒有認證中心時，就用不到走出國門了，一般一致性測試是比較容易通過的；而可互操作性的認證測試是比較難的，而出國的費用也是一筆不小的開支。

各種總線的核心技術一般是不公開的，做在專用芯片之內。芯片一般由二個以上的廠家出售購買是比較容易的。

（5）目前在市場上也可購得各種協(xié)議的轉換接口，如由4～20mA的模擬信號制通過轉換接口來達到與其它現(xiàn)場總線的通信功能，這種做法當然簡便，但這是在一定程度上以犧牲精度、可靠性與延遲信號傳遞時間為代價而獲得的。

（6）資金問題。新產品開發(fā)的初期，是需要投入的，2～3年之內一般是要賠本的，3－5年之內才能有盈利，弄得不好，也有血本無歸的先例。最好的辦法是先以別的產品的利潤來培育此一新的產品。

（7）人才問題。由于現(xiàn)場總線技術牽涉到控制、計算機與通信技術，因此除了專業(yè)人才以外，還需要有一專多能的復合型人才作為開發(fā)新一產品的技術骨干。開發(fā)新產品，人才問題是至關重要的。

（8）盡量爭取政府或有關部門在政策上、財務上、技術上的支持。

以上的幾個因素，有的是相互制約的，這就要根據本企業(yè)的實際情況，權衡利弊，審視度勢做出抉擇。

從目前情況來看，大企業(yè)、大集團由于實力雄厚，往往“腳踩幾條船”如有些儀表集團公司既開發(fā)FF的產品，又開發(fā)PROFIBUS等的產品。所以政府號召各企業(yè)進行重組，以加大產品創(chuàng)新的力度。當然，這也不能說中小型企業(yè)，或者新創(chuàng)建的小企業(yè)就沒有機會了。

由于EPA是我國具有自主知識產權的現(xiàn)場總線，一則2007年國際標準IEC61158改版時，極有可能正式成為國際標準；二則EPA的起點較高，因為EPA是基于實時工業(yè)以太網的技術；三則適合本國的國情與企業(yè)文化；四則振興我國的民族工業(yè)，人人有責。因此，不妨優(yōu)先考慮。

2.現(xiàn)場總線在最終用戶方面的應用

現(xiàn)場總線在為用戶的應用方面與科研完全不同，它是屬于工程技術的范疇，工程技術是具體實現(xiàn)某一目標而采取的各種具體方法，技術和措施，它是不允許失敗的，所以必須按照一定的程序和階段，逐步深入，具體細化，一直到竣工投產和驗收，講究的是能使自動化專業(yè)（包括現(xiàn)場總線）配合其他專業(yè)做到以最少的投資獲得最大的效益，也就是說是投產的企業(yè)能達到：優(yōu)質低耗，高產穩(wěn)產和安全環(huán)保的目的。隨著技術的進步，經驗的積累，這方面的發(fā)展是永無止境的，做得好的話，就不完全是技術而會上升達到了藝術的境地。這就需要我們下大力氣地去追求和創(chuàng)造。

現(xiàn)提出以下幾個方面供應用時參改：

（1）大的項目必須按工程的辦法來實施

所謂按工程的辦法，就是首先按需要進行立項，再經過可行性研究，初步設計或擴大初步設計，現(xiàn)在按西方的習慣又有叫做基本設計（basic design）的，然后再進行施工圖設計或叫做詳細設計（detail design），施工安裝，調試投產，試生產，正式投產竣工驗收等階段，每個階段內又必須按照各自一定的程序進行，例如立項，設計階段必須由委托，招標，投標，評標，分包，各級審批等程序，以便層層把關，確保工程的質量和進度。大的項目一般由業(yè)主通過按投標的辦法先委托設計院進行設計或總承包，目前有的設計院已改名為工程公司，除了設計的業(yè)務以外還承擔采購訂貨等任務。

（2）包括現(xiàn)場總線在內的自動化系統(tǒng)是整個工程的重要組成部分。

隨著市場競爭的日趨激烈，產品生產的規(guī)模越來越大，外加技術的進步，人們對自動化的重要性已經十分清楚不再多說。

（3）自動化是為生產工藝服務的，在工程中處于配合的專業(yè)

自動化固然重要，但他不能在工業(yè)生產過程中獨立存在，只能依附于生產流程和工藝設備，才能體現(xiàn)出自己的價值，從而增加企業(yè)的效益。所謂皮之不存，毛將焉附。

由于自動化專業(yè)是屬于新興的技術，所以目前其發(fā)展往往比工藝生產技術的發(fā)展要快，容易使自動化技術工作者不知不覺地陷入以自我為中心，甚至凌駕于工藝之上的境地。

如前年有一次聽到有一位自動化的技術權威要做一個“以自動化來治理三高”的報告會，我是懷著以一種“虔誠的心態(tài)去聽取的，報告的前一部分講的是我國目前能耗環(huán)境污染與原材料消耗指標與國外工業(yè)發(fā)達國家的差距，具體的數(shù)字與事例深動人心；但第二部分講自動化怎么來治理三高時，卻大講什么開發(fā)軟硬作平臺，建立技術標準…，最后報告就這樣結束了。聽了報告的第一部分，雖然過去也知道當前的情況比較嚴重，但不具體，聽了以后大有收獲；但聽完報告以后，卻感到茫然。自動化能直接降低三高嗎？”用了什么平臺，什么標準以后就行了嗎？當然我絕不懷疑這位權威在自動化方面的造詣，但怎么具體來降低三高呢？沒有解決我思想上的問題。

目前火電與銅鐵是耗能大戶，又因我國的煤炭含硫量比較高，要降低SO2的排放量只有應用清潔能源，如天然氣或事先將煤進行脫硫，或者從排出的煙氣中將SO2脫去，目前在煙氣中用濕法脫硫比較實際，但一個脫硫裝置要使火電廠的造價增加近2個億，如再要脫氧化氮化合物（NOX）又要加1個億；再如為了節(jié)水，用空（空氣）冷的辦法還要增加1億元左右。一般自動化在工程的總投資中占有的比例不大，如能用自動化辦法去解決節(jié)能、環(huán)保問題不是太好了嗎？

再用一些例子說明只有革新工藝流程與研發(fā)出新的工藝裝置才能顯著地減少投資節(jié)能與增產。如鋼鐵工業(yè)過去靠平爐來煉鋼，一爐鋼要十多個小時，要用大量煤氣，為了節(jié)能，當時蘇聯(lián)的自動化專家花了很大的力氣去研發(fā)平爐的綜合自動化一直沒有完成，但當上世紀60年代，奧地利成功地發(fā)明了純氧頂吹轉爐煉鋼法，煉一爐鋼只要幾十分鐘，氧氣的吹入與鐵水中的碳起了氧化反應，產生大量的熱足以保證煉鋼所需的溫度，時間縮短了，產量提高了，煤氣也不用了，相反還能回收產生的二次能源（轉爐煤氣），效益非常顯著，所以現(xiàn)在平爐早已不存在了，那時還未完成的平爐綜合自動化也就用不著再去研發(fā)和完善了，而保證轉爐高效運轉的副輪測溫，定碳，爐口微差壓調節(jié)與用轉爐計算機來判斷吹煤終點的自動化系統(tǒng)則起到了關鍵的作用；再如過去鋼水煉成以后，用模鑄的方法鑄成鋼錠，冷卻以后如需開坯成鋼坯，還需均熱爐加溫均熱，經過功率強大的初扎機扎制成所需尺寸的鋼坯，冷卻以后放入鋼坯庫，如需軋制成成品（如鋼板、型鋼、管材等）時，還需從鋼坯庫中取出，經加熱爐再加熱進入成品軋機軋制成材，這種冷了又熱，熱后又冷，冷了又熱的過程既浪費了能源又需要多種工藝設備（均熱爐、加熱爐、初軋機等），上世紀50年代，德國與我國相繼發(fā)明了連鑄工藝，即將鋼水直接注入連續(xù)鑄錠機，通過結晶器冷卻水的冷卻，不斷地靠引錠桿從結晶器出口拉出板坯，這就廢除了模鑄，均熱爐，初軋機等工序，既節(jié)省了投資，縮小了廠房面積，又節(jié)約了能源與時間，效益也非常顯著，因此，現(xiàn)在的鋼鐵廠都已實現(xiàn)了全連鑄工藝，而其中連鑄機結晶器的鋼水液位的測量與控制，控制二次冷卻水的計算機數(shù)學模型等方法都是保證連鑄機高效而安全生產的關鍵，而上世紀90年代出現(xiàn)的連鑄連軋工藝，實現(xiàn)了一火火成材，即可將鋼水直接加工成鋼板，其中板型的測量與控制以及連軋機各機架的速度控制亦至為關鍵。

從上可以看出，降低三高或創(chuàng)造顯著效益，主要是靠工藝流程的革新和研發(fā)新的工藝設備，自動化只達到了使工藝生產穩(wěn)定而高效地安全環(huán)保生產，起到了保駕護航或畫龍點睛的作用。

從以上的事例，充分說明只要一個自動化的工作者，能夠在工作中正確地定位，牢固地樹立為工藝生產服務的思想，這樣才能使你的聰明才智在工作中充分地體現(xiàn)出價值與貢獻。

（4）關于采用先進技術的問題

采取先進技術是發(fā)展生產的動力之一，而且采用先進的技術也確實能為企業(yè)創(chuàng)造效益，但是要采用先進技術卻需要具備一定的前提條件。在自動化領域內也有不少先進技術，現(xiàn)場總線也是一項重大的先進技術，但在采用時，如果沒有先進的工藝流程和工藝設備，良好的原材料條件和足夠的資金，以及在企業(yè)內部需要科學的管理水平、操作水平和維護水平與之配套及相適應，即使采用了最先進的自動化技術和裝備，也不能奏效而甚至造成浪費。歷史的經驗值得注意，上個世紀70年代末和80年代初引進的DCS當時大多數(shù)投產的DCS只發(fā)揮了30%左右的功能即為一例。

我們知道先進的技術僅是一種手段，一種工具，采用它的本身并不是我們的目的，以最少的投資獲得最大的效益才是我們真正的目的，因此，作為一個自動化工作者切不可為先進而先進，為現(xiàn)場總線而現(xiàn)場總線。