图1 SIEMENS中国有限公司自动化与驱动集团现场总线产品经理刘岩

在自动化领域，现场总线越来越成为热门技术，现场总线技术的出现，改变了传统工业控制系统的基本结构，具有更强的开放性和实用性。因而使今天的自动化系统有更大灵活性，可以为企业提供一个从现场控制到企业管理全方位的、一体化的自动化解决方案。本刊编辑走访了不久前在北京举行的中国国际总线与工业流程控制展，请在自动化领域处于领先地位的专业公司谈谈现场总线技术对化工自动化带来的变化。

PROCESS：目前国际上流行的总线技术有哪些？总线技术国际标准是什么？

Fisher － Rosemount：目前常用的总线主要分为两部分：一是已经被IEC61158采用的国际标准总线，如FF现场总线基金会（Fieldbus Foundation）是基于World-FIP North American(FIP)和InterOperable System Project(ISP)的共同利益，合并而成的。它的关键特点是：在应用层上面，增加了一个内容广泛的用户层。可以充分实现设备的互操作性，而且可以做到即插即用(Plug and Play)，这在其他总线是没有的； 还有Profibus (Process Fieldbus)协议，是满足ISO/OSI 网络化参考模型对开放系统的要求，构成从变送器/ 执行器，现场级，单元级直至管理级的透明的通信系统；WorldFIP是一种用于自动化系统的现场总线网络协议。它采用3 层通信结构：物理层，数据链路层和应用层，其目的是提供0级设备（传感器/执行器）和I 级设备(PEC/ 控制器)之间的连接。Wor ldFIP 的特点是，具有单一的总线，可用于过程控制及离散控制，而且没有任何网桥或网关，低速与高速部分的衔接用软件的办法来解决；P-Net采用OSI结构模型中的物理层、数据链路层、网络层、服务层和应用层。它的电气规范基于RS-485 标准，以NRZ编码异步传输。标准数据传输速率为76.8kb/s，不支持本质安全，采用主从制，但有多个主站；ControlNet 最早由Rockwell 公司提出。是一种具有高速、高度确定性和可重复性的网络，特别适用于对时间有苛刻要求的复杂应用场合的信息传输。

另一部分虽然没有被纳入国际标准，但在市场上仍比较有生命力，象LonWorks 在市场上仍占有一定的份额，特别是在楼宇自控，仪器加工等领域。还有HART(Highway Address Remote Transducer)是Rosemount公司开发的一个可寻址远程传感高速通道的开放通信协议。其特点是具有与现场总线相类似的体系结构，既具有数字通信。又兼容现场总线。

图2 FISHER－ROSEMOUNT公司EMERSON过程管理中国地区总经理SweeChee Lee

从1984 年ＩＥＣ开始制订现场总线国际标准至今，经过16 年的努力和有关各方的协商妥协。最终，采用包括8种类型现场总线的IEC61158，于1999年底的投票中得以通过。这8种类型现场总线分别是：

类型1 IEC 技术报告（即FFH1）；

类型 2 ControlNet 美国Rockwell公司支持）；

类型3 Profibus(德国Siemens公司支持)；

类型4 P-Net(丹麦Process Data公司支持)；

类型5 FFHSE(即原FFH2,美国Fisher-Rosemount 公司支持)；

类型6 SwiftNet(美国波音公司支持)；

类型7 WorldFIP(法国Alstom 公司支持)

类型8 Interbus(德国Phoenix Contact公司支持)。

8种总线采用完全不同的通信协议，不能互相兼容和互操作。

图3 8月7日～10日中国国际总线技术与工业流程控制展在北京国际展览中心举行

SMIEMENS：总线技术的概念是在10几年前提出来的，根据不同的行业用户和生产厂商，目前流行的总线大概有Profibus,Device Net,Interbus,Ethernet 等。不同的总线侧重点不同，适用行业也不同。象侧重于制造业的有SIEMENS的Profibus，Rockwell 主推的Device Net 等；侧重过程控制的Profibus、Fieldbus 等；侧重楼宇自动化的Foxboro 等。还有其他厂家推出的AS － I 总线等；Profibus 是唯一能够面向不同行业的总线技术。每一种总线都有它存在的意义，现在还没有一种总线能够作为唯一的生产标准，来提供解决所有自动化问题的方案。所以IEC经过多年努力，相互协商，把几种技术上先进、客户认知程度好的产品作为IEC国际总线标准。包括8个总线，7个文件。这是各个厂商之间、各个国家之间利益协调、相互妥协的结果。由于每个部分都是独立的，按数据通讯层、物理层、数据层、会议层等打散了分别描述，所以不合适用户用来自己设计，而适合于自动化厂家作为生产标准。SIEMENS目前正和国家技术监督局合作制定中国自己的总线标准。这也是为了保护用户和自动化厂商双方的利益，可以避免选择产品的盲目性，防止错误投资。

PROCESS：目前采用现场总线技术取代传统的DCS已成为趋势，与旧的DCS相比，带现场总线的DSC有哪些优点？

Fisher － Rosemount：由于传统的DCS 现场信号的检测、传输与控制是模拟信号，且现场测控站处于集中位置，违背了DCS 分散控制、集中监控的核心思想。现场总线技术正是为解决这些弊端而产生的。首先，采用一对N结构，一对传输线，N 台仪表，双向传输，使得接线简单、工程周期短、安装费用低、维护方便；数字信号传输抗干扰性强、精度高，无需采用抗干扰和提高精度的措施；操作员在控制室即可了解现场设备或现场仪表的工作状况，也能对其进行参数调整，还可以预测和寻找事故，提高系统的可靠性、可控性和可维护性。用户可以自由选择不同制造商所提供的性能价格比最优的现场设备或现场仪表，并将不同品牌的仪表进行互换，实现即接即用；现场仪表既有检测、变换和补偿功能，也有控制和运算功能，实现了一表多用，不仅方便了用户，也节省了成本；控制站功能分散到现场仪表中，通过现场仪表可构成回路，实现彻底的分散控制。提高了系统的可靠性、自治性和灵活性；现场设备或现场仪表都引入了功能块的概念，所有制造商都使用相同的功能块，并采用统一组态方法。这使组态非常简单。现场总线为开放式互联网络，所有的技术和标准都公开，制造商都必须遵循。这样，用户可以自由集成不同制造商的通信网络，既可以与同层网络互连，也可以与不同层网络互连；另外，用户可以极其方便地共享网络数据库。

SIEMENS：传统DCS的缺点是采用一对一结构造成接线庞杂、工程周期长、安装费用高、维护困难。模拟信号传输不仅精度低，而且易受干扰。操作员在控制室即不了解模拟仪表的工作状况，也不能对其进行参数调整，更不能预测事故，导致操作员对其处于失控状态； 尽管模拟仪表统一了4 ～20mA的信号标准。可是大部分技术参数仍由制造商自定，致使不同品牌的仪表无法互换。电子技术的发展，使DCS 与PLC 之间互相渗透，现在推出的是一个一机化、全集成的概念。因而基于现场总线技术的DCS 具有节省、安全性好和便于维护的特点。因为，国际标准要求每个站点发出的数据至少带有6个字节的诊断信息。可以更快的发现问题、解决问题。而且新的元器件和自动化软件使得系统更具开放性、实用性。

PROCESS：现场总线技术在化工领域有哪些用途？

Fisher － Rosemount：自动化总线用途大致分为过程控制自动化、制造自动化、电力和楼宇管理自动化几种。化工行业主要是用过程自动化，而现在越来越多的企业采用综合一体化自动化方案。各种总线由于支持的厂商不同，其产品用途也有所不同。但现在有一个互相溶和的趋势，象FF 现在在做高速以太网，就是为了进入制造自动化领域。R o c k w e l l 也在和Rosemount 合作Controlnet。但如果技术不能完全开放的话，无法做到真正意义上的溶和。Fisher Rosemount是Emeson电气公司的成员，是过程管理产品及方案的主要供应商。北京燕山石化的乙烯装置、陕西兴平化肥厂、太原玻璃厂等都采用了我们的工厂管控网。

SIEMENS：每一种总线面对的行业会有不同，这与生产的厂商背景有关，象Devicenet是面向制造自动化的，它的主推厂商Rockwell 就是作制造业的。SIEMENS 是唯一能够向诸多行业提供自动化解决方案的。原因是我们提供了三个协议：P r o f i b u s F M S 、Profibus DP 和Profibus PA ，它们俩俩之间的数据传递是透明的，而它们又分别适用于不同领域。FMS 主要用于工厂、DP主要用于楼宇自动化，PA则用于过程控制。所以我们既可做过程自动化，也可做非过程自动化。在北京燕山石化、上海的吴泾化工厂、中美史克、罗氏制药等都有SIEMENS的自动化系统。2000 年以前，我们在全球共有80 万个站点在工作，而今年一年安装的站点就达80万个。