遠(yuǎn)程I/O與現(xiàn)場(chǎng)總線何去何從

如果按照對(duì)待現(xiàn)場(chǎng)總線的態(tài)度來對(duì)人們進(jìn)行分類的話，那么大體上可以分為如下四類：Ａ、使用者；Ｂ、堅(jiān)定的支持者；Ｃ、徹底的反對(duì)者；Ｄ、尚未做出決定者。在工廠自動(dòng)化領(lǐng)域，或更精確地說，在汽車工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，Ａ類人群已經(jīng)有５０％以上，Ｂ類人群會(huì)有９０％左右，而Ｃ類和Ｄ類人群所占的比例則很小。在此領(lǐng)域內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)總線所帶來的好處已經(jīng)十分的明顯，再去談?wù)搼?yīng)不應(yīng)該選用現(xiàn)場(chǎng)總線就沒有什么必要了。但是，對(duì)于過程自動(dòng)化領(lǐng)域來說，情況就大不相同了。例如，在化學(xué)工業(yè)中，Ａ類人群所占比例很?。唬骂惾巳赫谥饾u增多；Ｃ類人群所占比例超過２０％；但Ｄ類人群仍然占有一個(gè)非常大的比例。
　在這兩個(gè)不同的工業(yè)門類中，現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)際使用情況也呈現(xiàn)出明顯的不同。在汽車工業(yè)中，人們考慮的是使用哪一種總線（總線的參數(shù)以及結(jié)構(gòu)非常重要），例如，是ＰＲＯＦＩＢＵＳ，ＩＮＴＥＲＢＵＳ還是ＤＥＶＩ-ＣＥＮＥＴ等等，是使用銅芯導(dǎo)線還是光纖或者兩者混用，是使用“即插即用（ＰＬＵＧ?。粒危摹。校蹋粒伲?rdquo;還是使用接線端子的方式進(jìn)行總線的連接等等?，F(xiàn)存的以及正在不斷發(fā)展的各種各樣的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品和解決方案完全可以滿足用戶的需要。而在過程自動(dòng)化領(lǐng)域的情況則截然不同。盡管有許多支持者，但實(shí)際上只是ＰＲＯＦＩＢＵＳ?。校梁停疲希眨危模粒裕桑希巍。疲桑牛蹋模拢眨佑幸恍y(cè)試性質(zhì)的安裝實(shí)例，現(xiàn)場(chǎng)總線大規(guī)模的使用看起來還要有相當(dāng)長(zhǎng)的路要走。雖然，可能有５０％的人相信使用總線能降低成本同時(shí)增加靈活性，但是究竟使用哪一種現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)合適是大家面臨的一個(gè)突出問題。如同其它的工業(yè)門類一樣，化工、石化和醫(yī)藥行業(yè)必須要考慮經(jīng)濟(jì)和商業(yè)的因素。它們所面臨的一些特殊情況使得人們很難下定決心去使用現(xiàn)場(chǎng)總線。
　下面，我們來分析一下這些特殊情況。在化工行業(yè)中，有兩個(gè)不同的過程，一個(gè)是所謂的“批量”生產(chǎn)過程，另一個(gè)是所謂的“連續(xù)”生產(chǎn)過程。在這兩個(gè)過程中，一個(gè)意外的中途“停車”可能會(huì)帶來很大的損失，因?yàn)榍逑捶磻?yīng)釜和管道就需要好幾天的時(shí)間。因此，系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)能力是需要首先考慮的問題，這也就解釋了在該領(lǐng)域內(nèi)做系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候?yàn)槭裁词謴?qiáng)調(diào)“故障－安全”的原因了。也就是說，如果采用現(xiàn)場(chǎng)總線，那么，系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)能力至少不能夠比采用傳統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)低。傳統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)中，某一點(diǎn)的故障只會(huì)影響這一個(gè)或幾個(gè)相關(guān)點(diǎn)的工作，不至于影響到整個(gè)的控制系統(tǒng)，但是這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接（一根導(dǎo)線上只連接兩個(gè)點(diǎn)）概念就與現(xiàn)場(chǎng)總線的在一根總線電纜上盡可能多地串接設(shè)備的概念是相互矛盾的。為了做到這一點(diǎn)，就要考慮將現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)為冗余的結(jié)構(gòu)，但這樣做就會(huì)降低成本節(jié)省的潛力。同時(shí)，又帶來了另一個(gè)重要的問題，就是要求每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備要具有兩個(gè)總線接口或者采用環(huán)型的總線結(jié)構(gòu)來連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，很顯然，這樣做是不經(jīng)濟(jì)的。如果采用一定數(shù)量的小型遠(yuǎn)程I/O來連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的話，就可以通過在該遠(yuǎn)程I/O上配置兩個(gè)網(wǎng)關(guān)來實(shí)現(xiàn)總線線路的冗余，而且最大的好處就是大大減少了現(xiàn)場(chǎng)儀表與總線的連接部件從而大大降低了接線成本。
　　另一個(gè)更為復(fù)雜的問題是現(xiàn)場(chǎng)的爆炸防護(hù)。常規(guī)的爆炸防護(hù)方法很簡(jiǎn)單，例如，通過限制能量來避免產(chǎn)生火花的本安（EXi）方法，通過特殊的外殼來防護(hù)的隔爆（EXd）和澆封（EXm）的方法等等。但是，這些方法都與現(xiàn)場(chǎng)總線的基本概念有相抵觸的地方。如果，從限制能量的角度考慮（運(yùn)用本安方法），那么，每個(gè)總線分支上允許連接的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)量就會(huì)大大的減少，例如，PROFIBUSPA或FOUNDATIONFIELDBUS的每一個(gè)總線分支上允許連接的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)量被限制在6-10個(gè)，但是本來如果沒有能量限制的話，PROFIBUSDP的一個(gè)分支上可以連接100多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（通過中繼器）。如運(yùn)用隔爆（EXd）或澆封（EXm）的方法（它們常常與增安方法組合使用），那么，對(duì)進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)的能量基本上是沒有什么限制，但是，這兩種方法的缺陷就是在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行檢修或更換之前必須要把供電切斷。但對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)來說，設(shè)備的“熱插拔”應(yīng)該是一個(gè)起碼的要求。當(dāng)然，可以采用總線是本安的，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備用隔爆（EXd）或澆封（EXm）方法的系統(tǒng)方案，也就是說，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備均選用無需總線供電的獨(dú)立供電形式，總線上傳誦的信號(hào)能量達(dá)到本安的水平。如果這樣做，就需要在有一條通訊電纜的同時(shí)鋪設(shè)一條供電電纜。但是，每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的供電也存在較大的困難，因?yàn)槟壳按蠖鄶?shù)儀表的供電電壓都是直流24伏，但直流24伏電源的遠(yuǎn)傳是一個(gè)較難解決的問題；如果采用交流220付供電，儀表需要改型不說，交流220伏進(jìn)入危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)本身就存在著較大的安全隱患。
　　有沒有更好的解決辦法呢？比較起來，遠(yuǎn)程I/O應(yīng)該是最佳的選擇：
　　l與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采用傳統(tǒng)的安裝連接方式
　　l使用單一的電源模塊（如必要，也可冗余配置）為眾多的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電
　　l檢修或更換現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備時(shí)可以“熱插拔”
　　l更加經(jīng)濟(jì)
　　總結(jié)一下上述的情況，我們發(fā)現(xiàn)采用遠(yuǎn)程I/O的方案要比采用現(xiàn)今的現(xiàn)場(chǎng)總線方案具有更多的優(yōu)勢(shì)。但是，遠(yuǎn)程I/O并不是用來取代現(xiàn)場(chǎng)總線的，它要通過現(xiàn)場(chǎng)總線與PLC或DCS相連。使用遠(yuǎn)程I/O的主要目的一方面是為了解決現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與總線相連需要統(tǒng)一的總線接口的問題，因?yàn)榻o每一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（包括傳送開關(guān)量的設(shè)備）都配置一個(gè)總線接口目前來看是既不經(jīng)濟(jì)也不實(shí)際的；另一方面是為了解決現(xiàn)場(chǎng)的防爆問題，既可以做到本安防爆又可以帶電插拔。進(jìn)一步分析后，我們發(fā)現(xiàn)在遠(yuǎn)程I/O解決了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與總線相連時(shí)需要統(tǒng)一的總線接口這一問題的同時(shí)，如果其能夠直接安裝在危險(xiǎn)區(qū)域之內(nèi)，也就是說它不僅僅作為一個(gè)本安設(shè)備的關(guān)聯(lián)設(shè)備（需放置在安全區(qū)）而且其本身可以通過不同的防爆方法直接安裝在危險(xiǎn)區(qū)的話，那么，從危險(xiǎn)區(qū)到安全區(qū)的大量的電線和電纜就可以十分輕松地省掉了。
　　至此，我們可以斷言，這種可以直接安裝在危險(xiǎn)區(qū)（1區(qū)）的具有總線接口的遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)將是我們近年內(nèi)所最最需要的。