摘要：現(xiàn)場總線基金會自1984年成立以來，經(jīng)過二十幾年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一個成熟的，開放的、全數(shù)字化的工業(yè)通信系統(tǒng)。本文通過描述基金會現(xiàn)場總線在寧波三菱化學(xué)有限公司的DCS系統(tǒng)項目中的應(yīng)用，結(jié)合本人在該項目中的實際工作經(jīng)歷，介紹基金會現(xiàn)場總線的概念，并分析了它的優(yōu)點與
　　
　　基金會現(xiàn)場總線是一種全數(shù)字，串行，雙向通信系統(tǒng)。它用于工廠網(wǎng)絡(luò)底層網(wǎng)絡(luò)或工廠自動化環(huán)境。目前H1是基金會現(xiàn)場總線zui常用的方案，H1的通訊速率為31.25千字節(jié)／秒，通常用于連接現(xiàn)場設(shè)備。它通過雙絞線實現(xiàn)通信和供電。
　　
　　一、DCS項目中基金會現(xiàn)場總線的應(yīng)用
　　
　　2008年7月，艾默生過程控制有限公司為寧波三菱化學(xué)有限公司提供工廠自動化系統(tǒng)項目（以下簡稱MCC項目）正式開工。該工廠自動化系統(tǒng)包括DCS（離散控制系統(tǒng)）和515（緊急停車系統(tǒng)）兩部分。整個DCS系統(tǒng)中，有模擬量輸入點440個，模擬量輸出點162個。其中帶有現(xiàn)場總線的模擬量輸入點就有403個，占總模擬輸入點的91.5％；帶有現(xiàn)場總線模擬量輸出點158個，占總模擬輸出點的97.5％。所以說基金會現(xiàn)場總線在MCC項目中起著主導(dǎo)地位。
　　
　　1.1MCC項目的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　　
　　（l）操作站：控制室內(nèi)包括5臺操作站，1臺工程師站，1臺APP應(yīng)用工作站（用于工廠管理），兩對HUB。
　　
　　（2）控制網(wǎng)絡(luò)：為了系統(tǒng)的可靠，為該系統(tǒng)配置了冗余的控制網(wǎng)絡(luò)。在中控室通過兩個不同的HUB接入位于現(xiàn)場的兩個控制機(jī)柜中的兩個不同的HUB，建立了兩條*獨立的網(wǎng)絡(luò)，形成冗余的主副網(wǎng)絡(luò)集線器，提高了系統(tǒng)的可靠性。
　　
　　（3）控制器：系統(tǒng)中配有兩套DCS控制機(jī)柜，每套機(jī)柜中裝有一些傳統(tǒng)卡件（AI、AO、DI、DO）和Hl卡件。其中為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，AI卡、AO卡和H1卡都是冗余的。控制器為MD＋控制器，其管理所有I/O卡件的控制活動。管理所有的網(wǎng)絡(luò)通信功能；管理時間抽樣、報警、趨勢對象；執(zhí)行控制策略，在100ms內(nèi)完成從輸入通道取信號，控制策略執(zhí)行，傳送結(jié)果到輸出通道.
　　
　　每對DCS控制器下冗余Hl卡可通過總線方式將現(xiàn)場總線設(shè)備信號連接到DCS系統(tǒng)中，連接電纜為屏蔽雙絞線。H1卡下帶有2個port，即兩個干線段（segment），通過P十F安全柵模盒連接現(xiàn)場總線儀表，每個干線段zui多帶12臺總線儀表。
　　
　　1.2MCC項目中的現(xiàn)場總線
　　
　　1.2.1MCC項目中的現(xiàn)場總線設(shè)計
　　
　　基金會現(xiàn)場總線的網(wǎng)段設(shè)計可用總線網(wǎng)段設(shè)計軟件（SegmentDesignTool）自動生成圖紙，圖l所示為MCC項目中的某個網(wǎng)段設(shè)計圖紙，由H1卡件連接現(xiàn)場總線的電源，由電源驅(qū)動接線盒下連接的各個現(xiàn)場總線儀表。利用總線網(wǎng)段設(shè)計軟件還可自動分析出網(wǎng)段中的設(shè)計是否符合規(guī)范，簡化了設(shè)計流程，也為項目的設(shè)計進(jìn)度贏得了寶貴的時間。　　
　　每個網(wǎng)段中都會選擇一臺簡單的不帶控制策略的現(xiàn)場總線設(shè)備作為鏈路活動調(diào)度器（LAS）。LAS的功能可為網(wǎng)段上的設(shè)備之間維護(hù)中央的，確定性通信調(diào)度。通過強(qiáng)迫個設(shè)備在其預(yù)定的時間周期性傳送數(shù)據(jù)，它全面提高通信的可靠性。也就是說當(dāng)整個網(wǎng)段中的某一設(shè)備沒有響應(yīng)鏈路活動調(diào)度器的強(qiáng)迫數(shù)據(jù)消息，鏈路活動調(diào)度器將再次發(fā)送消息強(qiáng)迫該設(shè)備發(fā)布信息。當(dāng)鏈路活動調(diào)度器失效時，會由網(wǎng)段中的備用鏈路活動調(diào)度器成為主調(diào)度器，接管其功能。這就意味基金會現(xiàn)場總線的設(shè)計可以更好地避免系統(tǒng)性能衰減，并進(jìn)一步增加可靠性。
　　
　　MCC項目的每個網(wǎng)段還配備了P十F的診斷模塊，用來實時地監(jiān)控每個網(wǎng)段的運(yùn)行狀況。用戶可以通過分析波形，幫助客戶了解整個網(wǎng)段的健康狀況，對于可能發(fā)生的故障有很好的預(yù)防作用。
　　
　　1.2.2MCC項目中的現(xiàn)場總線儀表
　　
　　MCC項目中采用的儀表有羅斯蒙特壓力變送器3051S，羅斯蒙特壓力變送器848T、3144P，還有費希爾閥門和數(shù)字閥門定位器等，其中大部分都是現(xiàn)場總線儀表。與常規(guī)模擬儀表控制回路不同的是：現(xiàn)場總線儀表的zui大特點是它的控制單元在物理位置上可與測量變送單元或操作執(zhí)行單元合為一體。
　　
　　PID功能既可放在變送器，也可放在閥門定位器。MCC項目中將所有的控制回路PID功能下放到現(xiàn)場總線設(shè)備中執(zhí)行，提高控制安全性和準(zhǔn)確性，縮短了控制周期，同時降低了控制器的運(yùn)行符合，使得控制器有更多資源可以用于執(zhí)行*控制功能。
　　
　　MCC項目中有236個溫度點，項目中使用了35臺羅斯蒙特848T多點溫度變送器，這些848T分布在16個Hl網(wǎng)段上，實際使用的相關(guān)材料，工程調(diào)試等費用節(jié)省超過50％。848T多點溫度變送器的使用，使得項目實際總儀表臺數(shù)較傳統(tǒng)方案降低了15％。
　　
　　1.2.3MCC項目中的現(xiàn)場總線的輔助工具
　　
　　由基金會現(xiàn)場總線配合智能設(shè)備管理軟件（AMS），為MCC項目在開車階段降低了開車風(fēng)險。通過使用AMS軟件，用戶可以在控制室直接發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的安全故障，并提示工程人員及時處理，將近90％的安裝故障在開車前得以及時排除，節(jié)省了開車調(diào)試時間，該項目比原計劃提前二十幾天順利開車。
　　
　　二、MCC項目中基金會現(xiàn)場總線應(yīng)用的幾點問題
　　
　　2.1現(xiàn)場總線噪音問題
　　
　　通常現(xiàn)場總線應(yīng)用必然涉及到系統(tǒng)噪音問題，由于所有的現(xiàn)場設(shè)備*連接到現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，連接處必然使用TAP接頭，這種接頭長期處于現(xiàn)場環(huán)境較為惡劣的地方，就會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)噪音的現(xiàn)象，繼而出現(xiàn)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接錯誤的報警，而MCC項目也不例外。所以現(xiàn)場總線對現(xiàn)場的衛(wèi)生條件，現(xiàn)場的振動條件都有嚴(yán)格的要求。接頭每次停機(jī)都要進(jìn)行檢查，但是并不是檢查后就可以*消除噪音。
　　
　　2.2維修成本較高
　　
　　選用的大多數(shù)都是艾默生的儀表，但也有些其它公司的儀表，經(jīng)常會出現(xiàn)一些故障。在維修中，如果更換一臺儀表都會有很昂貴的費用。減低這種費用就要選擇信譽(yù)較好的廠家，如果設(shè)備的性能好，對環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，同樣可以達(dá)到降低生產(chǎn)成本的效果，改善設(shè)備運(yùn)行性能。
　　
　　三、總結(jié)
　　
　　MCC項目已在2009年6月順利開車試運(yùn)行。基金會現(xiàn)場總線在整個項目的運(yùn)用，減少了設(shè)備組態(tài)及調(diào)試時間；回路控制精度得到提高；PID功能下裝到現(xiàn)場設(shè)備，真正實現(xiàn)分散控制；現(xiàn)場智能設(shè)備的預(yù)警功能及時發(fā)現(xiàn)并排除設(shè)備潛在故障；使用AMS設(shè)備管理軟件縮短了開車時間。目前開車一年多以來，沒有發(fā)生過大的停車事故，保證了生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，提高了工廠的效益，受到用戶的*。