在水處理自動化中應(yīng)用現(xiàn)場總線的一些建議

0　引言

　　改革開放以來，我國通過外國政府及世行貸款等項目，引進了國際上較先進的水處理自動化控制理念和技術(shù)。經(jīng)過10多年的努力，以PLC構(gòu)成的集散監(jiān)控系統(tǒng)已成為水處理自動化的主流。經(jīng)驗證明，這樣的控制系統(tǒng)對水處理工業(yè)來說是安全、可靠和經(jīng)濟適用的。隨著PLC技術(shù)性能的不斷提升，向來以采用DCS系統(tǒng)為主的化工、冶金行業(yè)也在爭論是采用DCS或是DCS與PLC的混合系統(tǒng)，還是全PLC系統(tǒng)的問題。隨著網(wǎng)絡(luò)化、信息化概念向自動化領(lǐng)域的不斷滲透，現(xiàn)場總線技術(shù)成為當今世界自動化領(lǐng)域的新起點。面對現(xiàn)場總線技術(shù)的崛起，水處理自動化控制技術(shù)還要不要向前發(fā)展了呢?回答是肯定的。問題是1999年現(xiàn)場總線技術(shù)標準IEC 61158的塵埃落定，有8種總線成為IEC現(xiàn)行的現(xiàn)場總線技術(shù)標準，人們所期望的由一種現(xiàn)場總線一統(tǒng)天下的局面并未發(fā)生。IEC 61158將最終選擇權(quán)推給了用戶，如何應(yīng)用現(xiàn)場總線成為從事水處理自動化工作的技術(shù)人員正在思考的一個問題。對此，筆者有幾點不成熟的看法，提出來與同行們共同商榷。

1　對應(yīng)用現(xiàn)場總線問題的幾點看法

　　1.1　現(xiàn)場總線是自動化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢

　　一個典型的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)可以分成三層結(jié)構(gòu)：控制網(wǎng)infranet、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng) int ranet和全球信息互聯(lián)網(wǎng) internet。就企業(yè)的控制網(wǎng)來說，傳統(tǒng)的自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)（包括基于PC、PLC、DCS產(chǎn)品的分布式控制系統(tǒng)），其主要特點是現(xiàn)場設(shè)備與控制站之間采用一對一連線的所謂I/O連接方式，用電壓、電流的模擬信號進行測控，是一個模擬與數(shù)字混合系統(tǒng)，其缺點是：

　?。?）信息集成能力不強?？刂普舅@取的管理信息有限，大量的數(shù)據(jù)如設(shè)備參數(shù)、故障及故障記錄等數(shù)據(jù)很難得到，難以實現(xiàn)設(shè)備之間及系統(tǒng)與外界之間的信息交換與信息共享。

　?。?）系統(tǒng)不開放，可集成性差，不同廠家產(chǎn)品之間缺乏互操作性和互換性。

　?。?）可靠性不易保證。只是將控制分散到若干局部，而未能實現(xiàn)危險的徹底分散。大量I/O電纜敷設(shè)施工，不僅增加了成本，也增加了系統(tǒng)的不可靠性。

　　（4）可維護性不高。由于現(xiàn)場設(shè)備信息不全，其在線故障診斷、報警、記錄功能不強，很難完成現(xiàn)場設(shè)備的遠程參數(shù)設(shè)定、修改等參數(shù)化功能，影響了系統(tǒng)的可維護性。

　　隨著計算機、微處理器、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的飛速發(fā)展，內(nèi)置CPU的智能現(xiàn)場設(shè)備集檢測與控制于一體，增強了就地處理能力，使得控制功能完全下放到現(xiàn)場?，F(xiàn)場總線位于生產(chǎn)控制和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的底層，是用于現(xiàn)場設(shè)備與控制室控制系統(tǒng)之間的一種全數(shù)字化、雙向、多站的串行通信的數(shù)據(jù)總線。開放的、統(tǒng)一的全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備的互聯(lián)，形成了現(xiàn)場總線式全分布集成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（FCS）。FCS將控制站、可通信智能現(xiàn)場設(shè)備以及其他信息資源作為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，使非控制信息（管理信息）大大增加，從而為企業(yè)從過程控制走向過程管理，也即為企業(yè)構(gòu)建管控一體化鋪平了道路，促進了企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化進程，也為控制網(wǎng)絡(luò)與公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的一體化，實現(xiàn)產(chǎn)供銷最優(yōu)起到了促進作用。因此，FCS是自動化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

　　1.2　現(xiàn)場總線的應(yīng)用要著眼于控制技術(shù)的發(fā)展，不能為了應(yīng)用而應(yīng)用

　　在信息技術(shù)飛速發(fā)展的現(xiàn)階段，我們的立足點應(yīng)當高一點。不僅要考慮目前市場份額的因素，更宜從技術(shù)發(fā)展的角度來做出評估和判斷。IEC 61158標準不得不采納多種類型總線標準的根本原因通常認為有二：一是認為沒有單一的標準可以從技術(shù)和經(jīng)濟角度同時滿足不同類型和不同層次應(yīng)用的需要，因此，從市場角度看不同類別的現(xiàn)場總線并無高低優(yōu)劣之分;二是認為純屬商業(yè)競爭的結(jié)果。筆者更傾向于認為后者才是最重要的原因。按廣義現(xiàn)場總線的觀點可將總線劃分為位總線（傳感器執(zhí)行器總線）、設(shè)備總線和信息流總線。這樣的劃分也許并不錯，但問題是不能模糊了現(xiàn)代現(xiàn)場總線與古典現(xiàn)場總線之間的本質(zhì)區(qū)別。從技術(shù)角度看，各種現(xiàn)場總線由于其發(fā)展的背景和應(yīng)用的目的不同，技術(shù)上是存在差異的。例如作為現(xiàn)場總線關(guān)鍵性技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，目前存在的若干種現(xiàn)場總線其通信方式主要是建立在三種基本的通信模式之上，即客戶/服務(wù)器型;主/從型;生產(chǎn)者/消費者型。三種通信方式中前兩者均為一對一、點對點的通信，后者則是一對多的通信方式，它們在通信的實時性、效率及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活性等方面是不相同的。目前現(xiàn)場總線中，既有采用單一模式的，也有采用多種模式相結(jié)合以增強其通信能力，滿足不同需要的，例如FF總線即是典型的三種基本通信模式相結(jié)合的總線，分別將其應(yīng)用于非周期量通信和準確周期量通信，以提高網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的靈活性和安全性?？傊?，不同的現(xiàn)場總線盡管占有其一定的市場份額，但在技術(shù)上各有特點。因此，用戶是從廣義總線的角度出發(fā)，采用按系統(tǒng)的不同部分選用不同的總線即多層次總線呢還是在條件成熟時選用單一總線，是一個需要慎重考慮的問題。