摘 要：近年來隨著控制技術(shù)的發(fā)展越來越多的新建項(xiàng)目采用了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線是過程工業(yè)中使用最多的一種總線。本文主要介紹了基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線在某硫酸項(xiàng)目中網(wǎng)段劃分的方法并介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)目前存在的問題，闡述了現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)（FCS）將和集散控制系統(tǒng)（DCS）走向融合的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線 網(wǎng)段劃分

中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）02（b）-0091-02

現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus）是一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線，應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。在智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信，以及這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和上層控制系統(tǒng)之間的雙向信息傳遞。近年來隨著技術(shù)的發(fā)展越來越多的新建項(xiàng)目都在嘗試使用這一先進(jìn)技術(shù)。目前在過程控制中使用比較多的是基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線和PROFIBUS兩種。某國外硫酸項(xiàng)目控制系統(tǒng)采用了基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線，本文就其中現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)段劃分方法進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

1 基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線

基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）系統(tǒng)是為適應(yīng)自動(dòng)化系統(tǒng)、特別是過程自動(dòng)化系統(tǒng)在功能、環(huán)境與技術(shù)上的需要而專門設(shè)計(jì)的。它可以工作在工廠生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下，能適應(yīng)本質(zhì)安全防爆的要求，還可以通過傳輸數(shù)據(jù)的總線為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供工作電源。其前身是以美國Fisher-Rosemount公司為首，聯(lián)合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80家公司制定的ISP協(xié)議和以Honeywell公司為首，聯(lián)合歐洲等地的150家公司制定的World FIP協(xié)議。這兩大集團(tuán)于1994年9月合并，成立了現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)，致力于開發(fā)出國際上統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議。目前基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)由現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)組織開發(fā)。[1]（見圖1）

根據(jù)基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)，結(jié)合以往工程的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過方案論證在這個(gè)項(xiàng)目中主要的模擬量信號(hào)采用總線儀表，安全儀表、DI/DO/MCC、進(jìn)PLC系統(tǒng)的信號(hào)不采用總線儀表，使用傳統(tǒng)DCS實(shí)現(xiàn)。FCS和DCS都使用EMERSON的DeltaV系統(tǒng)?；饡?huì)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 網(wǎng)段的劃分

網(wǎng)段劃分是現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用中的重要內(nèi)容，對(duì)充分發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)總線的優(yōu)勢(shì)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用。

2.1 系統(tǒng)工程指南中的劃分方法

本項(xiàng)目參考基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線“系統(tǒng)工程指南2.0”進(jìn)行設(shè)計(jì)。工程指南中介紹[2]：（1）現(xiàn)場(chǎng)總線的安裝應(yīng)采用樹形、分支或組合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。不要采用菊花鏈拓?fù)?。?）電纜應(yīng)該采用基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線專用的單獨(dú)屏蔽的雙絞線對(duì)和全屏蔽電纜。（3）在沒有安裝中繼器的情況下，現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段的最大允許長(zhǎng)度為1900 m。其中，網(wǎng)段總長(zhǎng)度等于主干線和所有分支線的長(zhǎng)度之和。（4）網(wǎng)段最大設(shè)備數(shù)為12。獨(dú)立服務(wù)的1級(jí)閥門一個(gè)網(wǎng)段只能有1個(gè)，獨(dú)立服務(wù)的2級(jí)閥門一個(gè)網(wǎng)段不能超過2個(gè)，獨(dú)立服務(wù)的3級(jí)閥門一個(gè)網(wǎng)段不能超過3個(gè)。

2.2 本項(xiàng)目中采用的方法

結(jié)合以往工程的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過方案論證在這個(gè)項(xiàng)目中按照以下原則進(jìn)行設(shè)計(jì)：（1）現(xiàn)場(chǎng)總線的安裝采用組合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。（2）電纜采用基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線專用的單獨(dú)屏蔽的雙絞線對(duì)和全屏蔽電纜。（3）采用總線供電方式。一般不使用中繼器?，F(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段的最大允許長(zhǎng)度不超過1500 m。（4）一條總線按照9塊儀表考慮，個(gè)別的純監(jiān)視儀表可接10塊儀表。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)儀表的位置情況，根據(jù)危險(xiǎn)分散和閥門劃分等級(jí)等因素綜合考慮劃分網(wǎng)段，將同一區(qū)域的相關(guān)參數(shù)盡量分在不同的網(wǎng)段上，結(jié)合國內(nèi)總線閥門設(shè)置情況，一條總線上的3級(jí)閥門不應(yīng)超過兩個(gè)（見圖2）。

圖2是現(xiàn)場(chǎng)總線一個(gè)網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)連接圖。網(wǎng)絡(luò)采用組合型樹形拓?fù)洌偩€上共有七個(gè)設(shè)備，其中有兩個(gè)3級(jí)閥門。網(wǎng)段的總長(zhǎng)度為230 m。

3 結(jié)語

從90年代FCS引入我國以來，以其全數(shù)字化、高控制分散、高開放性、現(xiàn)場(chǎng)儀表高可維護(hù)性等特點(diǎn)贏得了大家的共識(shí)，但是其推廣應(yīng)用一直較少。在大型系統(tǒng)中一般只是作為DCS的補(bǔ)充實(shí)現(xiàn)部分非核心的功能。在實(shí)際工程應(yīng)用中暴露出在系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面相較于成熟的DCS還有不足。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 故障率較高

FCS基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能儀表技術(shù)。一個(gè)網(wǎng)段一旦發(fā)生故障將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)段的全部?jī)x表不可用?，F(xiàn)場(chǎng)屏蔽一旦有問題將直接導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤而不是模擬儀表的精度變差。DCS將控制功能放在機(jī)柜室，通常環(huán)境比較溫和，不易出現(xiàn)故障。而智能儀表控制功能在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)，環(huán)境比較差，容易出現(xiàn)故障。

3.2 工程初期投資高，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性有待提高

在FCS節(jié)省費(fèi)用的宣傳中，基本都是節(jié)省了I/O模塊、電纜和橋架材料、敷設(shè)、安裝等費(fèi)用，但都淡化了智能儀表和網(wǎng)絡(luò)附件等的費(fèi)用增加。實(shí)際綜合費(fèi)用FCS比DCS還要高。

3.3 缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)

目前FCS還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這是制約現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要原因。雖然1999年通過了IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線國際標(biāo)準(zhǔn)，但是這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)并沒有統(tǒng)一到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)而是8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的合集。

3.4 市場(chǎng)保障薄弱，用戶缺少維護(hù)經(jīng)驗(yàn)

目前由于FCS工程實(shí)例較少，用戶缺少應(yīng)用、維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，而FCS技術(shù)要求高，相應(yīng)對(duì)使用維護(hù)人員的要求也比較高，組建設(shè)備維護(hù)技術(shù)隊(duì)伍面臨諸多困難，后續(xù)人才培養(yǎng)也面臨問題，這點(diǎn)在對(duì)國內(nèi)業(yè)主的影響尤其明顯。

FCS代表了控制系統(tǒng)未來發(fā)展的方向，但相比成熟的DCS，現(xiàn)階段在可靠性、安全性方面還存在比較大的問題，隨著技術(shù)的發(fā)展成熟FCS應(yīng)用范圍正在逐步擴(kuò)大。但同時(shí)DCS技術(shù)也在不斷的發(fā)展，開放性和可擴(kuò)展性越來越強(qiáng)，筆者認(rèn)為兩者將逐漸走向融合，而不是FCS完全取代DCS。

參考文獻(xiàn)

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