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现场总线在国内推广应用的再思

2010-07-27 11:29:14 来源:中华工控网 浏览:83

    现场总线在国内推广应用的再思(上)

    现场总线的设想和概念是上世纪70年代在欧洲开始形成的。从概念走向开发、制定标准、验证,到形成系列产品和实际投入使用,几乎用了20年的时间。现场总线技术被介绍到国内大约是在80年代中期,之后一直是对概念的理解和在制定国际标准过程中处于旁听的地位,局限在业界的极小范围内,没有引起全行业足够的重视。进入90年代后开始受到较多的关注,不过等到现场总线产品和系统引进到国内,在较大范围内大规模的应用,到今天几乎也用了20年的时间。我们今天能说它的技术和应用已经成熟了吗?也许谁也不敢作出肯定的回答。

  可是仅仅比这种技术早不了几年的一些自动化技术,譬如PLC,或者是同期开始发展的技术,譬如DCS,我们今天完全可以说它们是成熟的技术。当然,它们还在继续地发展。为什么?我认为这个问题值得思考!

  现场总线技术在我国的应用取得很大的成绩

  据英国敏思管理咨询公司(IMS)对工业通信中国市场的调查报告看,截至2008年在我国已安装现场总线和工业以太网的节点估计为1166.75万个,其数量可以说是够庞大的。其中按通信协议来分:Profibus占24.2%(282.7万个)、CC-Link占11.16%(130.31万个)、DeviceNet占9.75%(113.83万个)、FF占1.67%(19.58万个)。显而易见,工厂自动化用现场总线的任一个协议(如Profibus、CC-Link、DeviceNet等),它们已安装的节点数要比过程控制用现场总线(如FF)高整整一个数量级。

  从以上的数据看,我国现场总线的应用近些年来有长足的、全方位的发展。随着其应用面的扩大,暴露出一些深层次的问题,如现场总线系统运行的亚健康问题,呼唤发展现场总线的在线诊断技术,特别是物理层的高级诊断技术,让通信故障变得透明可视、可掌控、可快速处置的问题;再如不同现场总线协议的现场设备在系统层面上的互操作问题,即设备集成的问题,尚待规范的出台和推广;特别是对现场总线技术的价值取向的全面正确的认识问题,更关系到它的可持续发展,这有待于自动化全行业进行再认识。

  用于工厂自动化的现场总线的应用,在我国发展基本上是健康的,争论也较少,我们不做讨论。这里仅关注用于流程工业的现场总线,主要是FF的发展。

  表1给出了国内迄今最大三个FF应用工程上海赛科、南海中海油壳牌和福建炼油乙烯的概况一览。总的来看,这三大FF应用工程一个比一个成功。上海赛科乙烯工程大规模全面使用FF现场总线控制技术取得很大成绩,用事实证明FF总线的通讯速度能够满足石油化工过程控制的要求;除少量仪表故障外,FF总线仪表运行基本正常。中海油壳牌联合石化公司应用FF是成功的,其经验有两条特别重要:一是加强对仪表维护人员的培训,这是在充分认识到FF设备与控制系统之间的通讯协议与传统仪表不同,其维护方式和方法也不尽相同;二是在更换FF现场设备时,必须考虑FF现场设备的设备描述文件的版本,以及是否通过了HIST(主机互操作测试)测试。相信今年投产的福建炼油乙烯工程的FCS的应用,吸取前两个大项目的经验教训,一定会取得更多成果。

  2004-2005年,在我国掀起应用高潮后,FF应用虽在继续踏实推进,但像上海赛科、惠州中海油壳牌这些安装节点达到数以万计水平的典型项目,除了福州的炼油乙烯一体化项目外似乎没有再现,石油、石化系统新建大项目中很少会用FF现场总线。近一两年来陆续上马的采用FF的项目有五六十个,所上项目虽不算少,不过我们只要看2008年我国实际安装FF的节点数仅为3.46万个,就可以推算其总体的发展速度不够理想。况且,前述的三个大项目清一色是合资项目,这个现象难道不值得注意吗?为什么我国全资的大项目不选择FF现场总线,而宁愿选用HART呢?

  我国流程工业现场总线应用的发展探讨

  看来我国现场总线应用的发展,特别是用于流程工业的现场总线应用的发展,与原先的估计相距甚远。我个人认为,这里牵涉到两方面的问题:一方面是现场总线技术发展本身的问题,主要是对其多样性应该怎么理解和处理,以及如何解决数字通信技术工业应用的易用性(这牵涉它的普及);另一方面是对现场总线应用的价值取向的认识问题,凭什么现场总线终究会取代现有的模拟技术?这将在很大程度上影响现场总线应用的发展进程,以及现场总线技术的可持续发展趋势。从另一个角度看,如果我们仅仅将现场总线当作工业通信的一类工具,而不是将它纳入整个企业信息整合的基础环节,更深层次对其加以运用,这必将影响其今后的发展方向。

  回忆起在2000年以前,长期担任IEC?61158现场总线国际标准工作组组长的美国人Dick?Caro,在2001年对现场总线FF应用的发展做过一个很有影响的估计。当时他乐观地认为,现场总线控制系统FCS取代DCS大约要用4、5年的时间。事实上,现在已经过去8、9年了,至今仍然争论不断。不仅仅在国内,即使在德国等欧洲发达国家仍然分为两派。到现在为止在所有的现场总线里面,全世界FF安装的节点还没有突破100万个。中国算是多的,到2008年已安装了接近19.58万个。

  在国内,由于价格贵、难用、效果不理想等因素,对FF的反映持负面看法的多过持正面看法的,特别在石化行业更明显。这至少说明FF现场总线技术的推广普及距离大众化还差的较远,是FF的技术不成熟还是存在其他问题,值得讨论。

现场总线在国内推广应用的再思(下)

  我国流程工业现场总线应用的发展探讨

  在流程行业中,为什么需要像FF这样的现场总线?国外是怎样看待这个问题的?其实不只我国对FF现场总线的应用感到困惑,在德国同样也存在问题和挑战。在今年《流程工业》杂志的第一期就刊登过一篇名为《讨论现场总线应用中的症结》的文章,介绍了德国7位专家(用户和仪表厂商)在圆桌会议上发表的各自的看法。讨论得出的结论是:FF现场总线本身工作表现很出色,但现场总线设备的集成存在较大问题。现场总线系统的优点包括:现场总线品种和规格满足用户要求;故障诊断简单方便;在空间非常紧张的流程设备中,现场总线系统能很好解决问题。主要问题包括:现场总线设备的集成性能迟迟不能满足用户要求;难以接受微软操作系统频繁升级给现场总线应用带来的影响。

  为了使问题一目了然,笔者设计了一张中德业内人士对流程工业用现场总线的看法比较表,如表1所示。从中我们可以明显看出,德国专家的困惑更多集中于现场总线的技术,特别是设备集成与最终用户的期望相距甚远;而国内的困惑更多的还是对现场总线价值的认识问题和培训及服务还不能跟上等问题。

  为此,笔者认为FF在我国发展速度放慢的原因可能有以下三个方面:

  缺乏有力的应用支持

  我国没有第三方的FF应用技术支持服务机构,来自供货厂方的技术支持在FCS应用上不能认为是强有力的。因为当FF的系统和仪表来自多个供应商时,某个供应商的技术支持难免是跛脚的。据说在德国法兰克福H chst工业园区,在遇到紧急情况时,可以很快得到FF技术专家和检测实验室的帮助。我们期待在我国,也能在短期内出现这样的第三方的FF应用技术支持服务机构。

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