在水處理自動化中應(yīng)用現(xiàn)場總線的一些建議

0　引言

　　改革開放以來，我國通過外國政府及世行貸款等項(xiàng)目，引進(jìn)了國際上較先進(jìn)的水處理自動化控制理念和技術(shù)。經(jīng)過10多年的努力，以PLC構(gòu)成的集散監(jiān)控系統(tǒng)已成為水處理自動化的主流。經(jīng)驗(yàn)證明，這樣的控制系統(tǒng)對水處理工業(yè)來說是安全、可靠和經(jīng)濟(jì)適用的。隨著PLC技術(shù)性能的不斷提升，向來以采用DCS系統(tǒng)為主的化工、冶金行業(yè)也在爭論是采用DCS或是DCS與PLC的混合系統(tǒng)，還是全PLC系統(tǒng)的問題。隨著網(wǎng)絡(luò)化、信息化概念向自動化領(lǐng)域的不斷滲透，現(xiàn)場總線技術(shù)成為當(dāng)今世界自動化領(lǐng)域的新起點(diǎn)。面對現(xiàn)場總線技術(shù)的崛起，水處理自動化控制技術(shù)還要不要向前發(fā)展了呢?回答是肯定的。問題是1999年現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158的塵埃落定，有8種總線成為IEC現(xiàn)行的現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，人們所期望的由一種現(xiàn)場總線一統(tǒng)天下的局面并未發(fā)生。IEC 61158將最終選擇權(quán)推給了用戶，如何應(yīng)用現(xiàn)場總線成為從事水處理自動化工作的技術(shù)人員正在思考的一個(gè)問題。對此，筆者有幾點(diǎn)不成熟的看法，提出來與同行們共同商榷。

1　對應(yīng)用現(xiàn)場總線問題的幾點(diǎn)看法

　　1.1　現(xiàn)場總線是自動化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢

　　一個(gè)典型的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息集成系統(tǒng)可以分成三層結(jié)構(gòu)：控制網(wǎng)infranet、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng) int ranet和全球信息互聯(lián)網(wǎng) internet。就企業(yè)的控制網(wǎng)來說，傳統(tǒng)的自動化監(jiān)控及信息集成系統(tǒng)（包括基于PC、PLC、DCS產(chǎn)品的分布式控制系統(tǒng)），其主要特點(diǎn)是現(xiàn)場設(shè)備與控制站之間采用一對一連線的所謂I/O連接方式，用電壓、電流的模擬信號進(jìn)行測控，是一個(gè)模擬與數(shù)字混合系統(tǒng)，其缺點(diǎn)是：

　?。?）信息集成能力不強(qiáng)。控制站所獲取的管理信息有限，大量的數(shù)據(jù)如設(shè)備參數(shù)、故障及故障記錄等數(shù)據(jù)很難得到，難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間及系統(tǒng)與外界之間的信息交換與信息共享。

　　（2）系統(tǒng)不開放，可集成性差，不同廠家產(chǎn)品之間缺乏互操作性和互換性。

　?。?）可靠性不易保證。只是將控制分散到若干局部，而未能實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)的徹底分散。大量I/O電纜敷設(shè)施工，不僅增加了成本，也增加了系統(tǒng)的不可靠性。

　?。?）可維護(hù)性不高。由于現(xiàn)場設(shè)備信息不全，其在線故障診斷、報(bào)警、記錄功能不強(qiáng)，很難完成現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定、修改等參數(shù)化功能，影響了系統(tǒng)的可維護(hù)性。

　　隨著計(jì)算機(jī)、微處理器、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的飛速發(fā)展，內(nèi)置CPU的智能現(xiàn)場設(shè)備集檢測與控制于一體，增強(qiáng)了就地處理能力，使得控制功能完全下放到現(xiàn)場?，F(xiàn)場總線位于生產(chǎn)控制和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的底層，是用于現(xiàn)場設(shè)備與控制室控制系統(tǒng)之間的一種全數(shù)字化、雙向、多站的串行通信的數(shù)據(jù)總線。開放的、統(tǒng)一的全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場設(shè)備的互聯(lián)，形成了現(xiàn)場總線式全分布集成網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（FCS）。FCS將控制站、可通信智能現(xiàn)場設(shè)備以及其他信息資源作為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，使非控制信息（管理信息）大大增加，從而為企業(yè)從過程控制走向過程管理，也即為企業(yè)構(gòu)建管控一體化鋪平了道路，促進(jìn)了企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程，也為控制網(wǎng)絡(luò)與公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的一體化，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)供銷最優(yōu)起到了促進(jìn)作用。因此，FCS是自動化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

　　1.2　現(xiàn)場總線的應(yīng)用要著眼于控制技術(shù)的發(fā)展，不能為了應(yīng)用而應(yīng)用

　　在信息技術(shù)飛速發(fā)展的現(xiàn)階段，我們的立足點(diǎn)應(yīng)當(dāng)高一點(diǎn)。不僅要考慮目前市場份額的因素，更宜從技術(shù)發(fā)展的角度來做出評估和判斷。IEC 61158標(biāo)準(zhǔn)不得不采納多種類型總線標(biāo)準(zhǔn)的根本原因通常認(rèn)為有二：一是認(rèn)為沒有單一的標(biāo)準(zhǔn)可以從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度同時(shí)滿足不同類型和不同層次應(yīng)用的需要，因此，從市場角度看不同類別的現(xiàn)場總線并無高低優(yōu)劣之分;二是認(rèn)為純屬商業(yè)競爭的結(jié)果。筆者更傾向于認(rèn)為后者才是最重要的原因。按廣義現(xiàn)場總線的觀點(diǎn)可將總線劃分為位總線（傳感器執(zhí)行器總線）、設(shè)備總線和信息流總線。這樣的劃分也許并不錯(cuò)，但問題是不能模糊了現(xiàn)代現(xiàn)場總線與古典現(xiàn)場總線之間的本質(zhì)區(qū)別。從技術(shù)角度看，各種現(xiàn)場總線由于其發(fā)展的背景和應(yīng)用的目的不同，技術(shù)上是存在差異的。例如作為現(xiàn)場總線關(guān)鍵性技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，目前存在的若干種現(xiàn)場總線其通信方式主要是建立在三種基本的通信模式之上，即客戶/服務(wù)器型;主/從型;生產(chǎn)者/消費(fèi)者型。三種通信方式中前兩者均為一對一、點(diǎn)對點(diǎn)的通信，后者則是一對多的通信方式，它們在通信的實(shí)時(shí)性、效率及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活性等方面是不相同的。目前現(xiàn)場總線中，既有采用單一模式的，也有采用多種模式相結(jié)合以增強(qiáng)其通信能力，滿足不同需要的，例如FF總線即是典型的三種基本通信模式相結(jié)合的總線，分別將其應(yīng)用于非周期量通信和準(zhǔn)確周期量通信，以提高網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的靈活性和安全性?？傊煌默F(xiàn)場總線盡管占有其一定的市場份額，但在技術(shù)上各有特點(diǎn)。因此，用戶是從廣義總線的角度出發(fā)，采用按系統(tǒng)的不同部分選用不同的總線即多層次總線呢還是在條件成熟時(shí)選用單一總線，是一個(gè)需要慎重考慮的問題。