ABB

來自ABB在比利時Zaventem的Flavio Tolfo解釋了數字技術如何帶來了諸多好處，以及公司在提供產品時如何運用這一優勢。

歷史上，現場設備和控制系統之間的通信不是對等的，需要用4-20mA電流回路接口。這種廣泛運用的技術運行良好并允許正確傳輸測量的過程變量，以及有效的閉環回路控制。

現場總線使用數字技術——在技術上，它是一種用于儀器儀表和其它工廠自動化設備的數字化、雙向的多點通信系統-因此它們有足夠的潛力來提高工業控制系統和現場儀器儀表之間的通信。它明顯地簡化系統結構，相應地節約了現場的布線、控制室的布局、機架編組和安全柵。而且，當使用了數字式現場儀器儀表時，就能提供大量的數據；具有高功能微處理器和記憶芯片的智能變送器，用來管理重要的設備組態和狀態信息。把數據用于遠程工程策劃和維護自動化系統，從而取得更加重要的效益。

以太網允許把辦公室和過程環境集成于一個全局網絡。一個高速的基于以太網的寬帶網絡能輕易地以很快的掃描速率容納幾百臺設備。很明顯，在理論上，更為簡化的布線節省了材料和安裝成本。

實際上的限制 實際結果卻不令人興奮。低速段的設備數量受每個段所能支持的現場設備的數量所支配。限制的電流消耗以及周期掃描率使每個段的設備限制為6-8個。但在實際應用所需的低速段的數量可以很多，因此每個段需要一個連接設備、供應電源、連接器和終端器等等。材料和布線的節余會比預想的少，根據系統拓撲的不同而各不相同。

不同的工業領域有不同的現場總線以適合它們自身的特殊要求。不少工業過程是在嚴酷的環境（存在易燃易爆的危險）下進行的，因此必須遵守嚴格的安裝標準。不同的應用中有不同的技術，最普遍的測量和控制方法是本征安全Ex-I(IS) 。有了這種傳統技術，每個發送到危險環境中的信號都需要一個IS柵過濾危險電流和電壓高峰。IS柵通常置于設備區域的排架上。所需的附加設備可能很貴。

現場總線I/O連接作成了軟件，消除了成組排列的面板。另外，每個低速段只需要一個IS柵，因而大大減少了IS柵的數量。更少的材料帶來了很大的節余。

ABB推出新的智能以太網模塊，使跨越洲際的控制驅動成為可能，它將驅動與因特網連接起來。以太網模塊可與任何提供光纖連接的ABB驅動一起運行，通過標準的網絡瀏覽器通信，簡單實時地訪問驅動。用戶能夠建立虛擬的監視室，并配置能上網的電腦，包括簡單的撥號上網。

離線組態數字方式的優勢在于，整個自動化系統、網絡和現場儀器儀表都能通過系統工程工具進行離線組態。使用現場總線的優勢在投運期間尤其明顯。只要一個工程師就能單獨地處理每個回路的投運，取代了兩個工人（一個在控制室，另一個在現場）。時間和成本的節約是很顯著的，在一個應用系統中，能達到10%—15%。

在加工自動化領域的早期，一個現場設備與一個控制器連接，有不少這樣的平行操作的獨立回路連接。這種架構的主要好處是一個回路中出現的錯誤不會影響其它回路（單回路的完整性）。

之后，分散控制系統將I/O和控制功能集中到更加有力的控制器和I/O模塊中。但是這就犧牲了單回路的完整性；一個部件的出錯能影響到幾個回路，并可能對運行帶來致命的影響，因此昂貴的冗余方案必須結合到架構中。

現場總線恢復了單回路的完整性。例如，Foundation Fieldbus協議能夠將控制功能分散到現場設備中。設備之間的對等通信保證了該功能對于架構的其它部分具有自主性。現在，可將一個控制回路分配給一個低速段，即使在網絡的其他部分有出錯的情況，保證它仍能繼續運轉。另外，現場總線檢測網絡元素的狀況。一個部件如有故障能很快地查出并進行報告。現場設備可以在線替換，無須切斷電源或中斷正常的網絡操作。

在一個模擬的架構中，如過程的某處出現了一個超限的報警。定位出錯設備是一個漫長的過程，也許是一個必要的過程中斷。但是現場總線狀態信號允許操作人員立刻辨識出錯設備，得到出錯原因的指示并且通過在線替換極大地加速了維修過程。

通常的維修一般在工廠停運期間進行，這是避免閥門的潛在出錯的最好方式。這包括：手工打開并檢查閥門，有許多閥處于正常工作秩序中—這是為安全運行所付出的代價。當安裝完總線后，維護工程師必須訪問內部閥門參數，如閥芯的總行程長度、沖擊行程次數和總運行時間等等。這些參數都是指示閥門運行性能的數據，它們能夠暴露出一些性能降低的情況。只在需要時才進行維護。

用于現場總線的高速以太網部件可以大批量生產，通常生產穩定且有過剩；這就降低了冗余架構的成本和對它的需要。批量總開銷（CAPEX）的好處一般在于評估自動化項目中現場總線的投資，典型的引用為節省25%（雖然實際結果并非這么具有吸引力）。

晏波譯自“Industrial Networking & Open Control” 2003,9(3):12-13

楊昌琨校對