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現場總線在國內推廣應用的再思

http://www.kadhoai.com.cn 2026-04-08 10:36:14 來源：中國自動化學會專家谘詢工作委員會

彭瑜（上海工業自動化儀表研究所）

現場總線的設想和概念是上世紀70年代在歐洲開始形成的。從概念走向開發、製定標準、驗證，到形成係列產品和實際投入使用，幾乎用了20年的時間。現場總線技術介紹到國內來大約是在80niandaizhongqi，zhihouyizhishiduigainiandelijiehezaizhidingguojibiaozhunguochengzhongchuyupangtingdediwei，juxianzaiyejiejixiaofanwei，meiyouyinqiquanxingyezugoudezhongshi。jinru90年代後開始受到較多的關注，不過等到現場總線產品和係統引進到國內，在比較大的範圍和大規模的應用，到今天幾乎也用了20年的時間。我們今天能說它的技術和應用已經成熟了嗎？也許誰也不敢作肯定的回答。

可是僅僅比這種技術早不了幾年的一些自動化技術譬如PLC，或者是同期開始發展的技術譬如DCS，我們今天完全可以說它們是成熟的技術。當然，它們還在繼續地發展。為什麼？我認為這個問題值得思考！

現場總線技術在我國的應用取得很大的成績

據英國敏思管理谘詢公司（IMS）對工業通信中國市場的調查報告看，截至2008年在我國已安裝現場總線和工業以太網的節點估計為1166.75萬個。其數量可以說是夠龐大的。其中按通信協議來分：Profibus 占24.2%（282.7萬個），CC-Link 占11.16%（130.31萬個），DeviceNet占 9.75%（113.83萬個），FF占 1.67%（19.58萬個）。顯而易見，工廠自動化用現場總線的任一個協議（如Profibus、CC-Link、DeviceNet等），它們已安裝的節點數要比過程控製用現場總線（如FF）高整整一個數量級。

從以上的數據看，我國現場總線的應用近些年來有長足的、全quan方fang位wei的de發fa展zhan。隨sui著zhe其qi應ying用yong麵mian的de擴kuo大da，暴bao露lu出chu一yi些xie深shen層ceng次ci的de問wen題ti，如ru現xian場chang總zong線xian係xi統tong運yun行xing的de亞ya健jian康kang問wen題ti，呼hu喚huan發fa展zhan現xian場chang總zong線xian的de在zai線xian診zhen斷duan技ji術shu，特te別bie是shi物wu理li層ceng的de高gao級ji診zhen斷duan技ji術shu，讓rang通tong信xin故gu障zhang變bian得de透tou明ming可ke視shi、可掌控、可快速處置的問題；再如不同現場總線協議的現場設備在係統層麵上的互操作問題，即設備集成的問題，尚待規範的出台和推廣；特別是對現場總線技術的價值取向的全麵正確的認識問題，更關係到它的可持續發展，這有待於自動化全行業進行再認識。

用(yong)於(yu)工(gong)廠(chang)自(zi)動(dong)化(hua)的(de)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)的(de)應(ying)用(yong)，在(zai)我(wo)國(guo)發(fa)展(zhan)基(ji)本(ben)上(shang)是(shi)健(jian)康(kang)的(de)，爭(zheng)論(lun)也(ye)較(jiao)少(shao)，我(wo)們(men)不(bu)做(zuo)討(tao)論(lun)。這(zhe)裏(li)僅(jin)關(guan)注(zhu)用(yong)於(yu)流(liu)程(cheng)工(gong)業(ye)的(de)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)主(zhu)要(yao)是(shi)FF的發展。

表1給出了國內迄今最大三個FF應用工程上海賽科、南海中海油殼牌和福建煉油乙烯的概況一覽。總的來看，這三大FF應用工程一個比一個成功。上海

表1 國內迄今最大三個FF項目概況一覽表

	上海賽科	南海中海油殼牌	福建煉油乙烯
生產裝置產能規模 (萬噸/年)	90萬噸乙烯，50萬噸芳烴抽提，50萬噸苯乙烯，9萬噸丁二烯抽提，30萬噸聚苯乙烯，25萬噸聚丙烯，60萬噸聚烯，26萬噸丙烯腈	乙烯裂解裝置，苯乙烯單體 / 環氧丙烷聯合裝置，環氧乙烷 / 乙二醇裝置，公用工程，聚丙烯裝置，高密度聚乙烯裝置，低密度聚乙烯裝置，多元醇裝置，物流	80萬噸乙烯，80萬噸聚乙烯裝置，40萬噸聚丙烯，70萬噸芳烴裝置，整體煤氣化聯合循環發電裝置，800萬噸煉油聯合裝置，原有400萬噸煉油聯合裝置改造
全廠控製係統規模	DCS I/O 141,809 SIS I/O 9,487 總I/O點 151,296	總IO 60,000 軟件點200,000	總I/O點數超過40,000
現場儀表設備總數	54025 台其中FF現場總線設備 14，375 台，占 26.6%	FF現場設備數量： 15，800台	FF現場設備12，000台
FF網段	2，473	不詳	不詳
現場控製回路	簡單PID	無	不詳
每個網段設備數	≤8個，有PID控製的網段一般僅安排1個控製回路	≤10個，並有20%的餘量，即實裝不超過8台	不詳
投運日期	2005.6	2007	2009
投資方	BP 華東投資有限公司,中國石化和上海石化	中海油,殼牌	中石化ExxonMobil和Aramco

賽科乙烯工程大規模全麵使用FF現場總線控製技術取得很大成績，用事實證明FF總線的通訊速度能夠滿足石油化工過程控製的要求；除少量儀表故障外，FF總線儀表運行基本正常。中海油殼牌聯合石化公司應用FF是成功的。其經驗有兩條特別重要：一是加強對儀表維護人員的培訓，這是在充分認識到FF設備與控製係統之間的通訊協議與傳統儀表不同，其維護方式和方法也不盡相同；二是在更換FF現場設備時，必須考慮FF現場設備的設備描述文件的版本，以及是否通過了HIST（主機互操作測試）測試。相信今年投產的福建煉油乙烯工程的FCS的應用，吸取前兩個大項目的經驗教訓，一定會取得許多成果。

FF應用在我國04、05年掀起應用高潮後，雖在繼續踏實推進，但像上海賽科、惠州中海油殼牌這些安裝節點達到數以萬計水平的典型項目，除了福州的煉油乙烯一體化項目外似乎沒有再現，石油、石化係統新建大項目中很少會用FF現場總線。近一兩年來陸續上馬的采用FF的項目有五六十個，所上項目雖不算少，不過我們隻要看2008年我國實際安裝FF的節點數僅為3.46wange，jiukeyituisuanqizongtidefazhansudubugoulixiang。kuangqie，qianshudesangedaxiangmuqingyiseshihezixiangmu，zhegexianxiangnandaobuzhidezhuyima？weishenmewoguoquanzidedaxiangmubuxuanzeFF現場總線，而寧願選用HART呢？

我國流程工業現場總線應用的發展探討

看kan來lai我wo國guo現xian場chang總zong線xian應ying用yong的de發fa展zhan，特te別bie是shi用yong於yu流liu程cheng工gong業ye的de現xian場chang總zong線xian應ying用yong的de發fa展zhan，與yu原yuan先xian的de估gu計ji相xiang距ju甚shen遠yuan。我wo個ge人ren認ren為wei，這zhe裏li牽qian涉she到dao兩liang方fang麵mian的de問wen題ti。一yi方fang麵mian是shi現xian場chang總zong線xian技ji術shu發fa展zhan本ben身shen的de問wen題ti，主zhu要yao是shi對dui其qi多duo樣yang性xing應ying該gai怎zen麼me理li解jie和he處chu理li，以yi及ji如ru何he解jie決jue數shu字zi通tong信xin技ji術shu工gong業ye應ying用yong的de易yi用yong性xing（這牽涉它的普及）。另ling方fang麵mian是shi對dui現xian場chang總zong線xian應ying用yong的de價jia值zhi取qu向xiang的de認ren識shi問wen題ti，憑ping什shen麼me現xian場chang總zong線xian終zhong究jiu會hui取qu代dai現xian有you的de模mo擬ni技ji術shu？這zhe將jiang在zai很hen大da程cheng度du上shang影ying響xiang現xian場chang總zong線xian應ying用yong的de發fa展zhan進jin程cheng，以yi及ji現xian場chang總zong線xian技ji術shu的de可ke持chi續xu發fa展zhan趨qu勢shi。從cong另ling一yi個ge角jiao度du講jiang，如ru果guo我wo們men僅jin僅jin將jiang現xian場chang總zong線xian當dang作zuo工gong業ye通tong信xin的de一yi類lei工gong具ju，而er不bu是shi將jiang它ta納na入ru整zheng個ge企qi業ye信xin息xi整zheng合he的de基ji礎chu環huan節jie，從cong更geng深shen層ceng次ci的de加jia以yi運yun用yong，這zhe必bi將jiang影ying響xiang其qi今jin後hou的de發fa展zhan方fang向xiang。

回憶起在2000年以前長期擔任IEC 61158現場總線國際標準工作組的組長的美國人Dick Caro，在2001年對現場總線FF應用的發展做過一個很有影響的估計。當時他樂觀的認為，現場總線控製係統FCS將會取代DCS大(da)約(yue)要(yao)用(yong)四(si)五(wu)年(nian)的(de)時(shi)間(jian)。事(shi)實(shi)上(shang)，現(xian)在(zai)已(yi)經(jing)過(guo)去(qu)八(ba)九(jiu)年(nian)了(le)，至(zhi)今(jin)仍(reng)然(ran)爭(zheng)論(lun)不(bu)斷(duan)，不(bu)僅(jin)僅(jin)在(zai)國(guo)內(nei)，即(ji)使(shi)在(zai)德(de)國(guo)等(deng)歐(ou)洲(zhou)發(fa)達(da)國(guo)家(jia)仍(reng)然(ran)分(fen)為(wei)兩(liang)派(pai)。到(dao)現(xian)在(zai)為(wei)止(zhi)在(zai)所(suo)有(you)的(de)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)裏(li)麵(mian)，全(quan)世(shi)界(jie)FF安裝的節點還沒有突破100萬個。中國算是多的，到2008年已安裝了接近19.58萬個。

在國內，對FF的反映持負麵的看法多過持正麵看法的。貴、難用、效果不理想，等等。特別在石化行業更明顯。這至少說明FF現場總線技術的推廣普及距離大眾化還差的較遠。是FF的技術不成熟，還是存在其他問題，值得討論。

在流程行業中，為什麼需要像FF這樣的現場總線？國外是怎樣看待這個問題的？其實也並不是我國對FF現場總線的應用感到困惑，在德國同樣也存在問題和挑戰。在今年《流程工業》雜誌的第一期就發表過一篇名《討論現場總線應用中的症結》文章，介紹德國7位專家（用戶和儀表廠商）在圓桌會議的各自看法。討論得出的結論是：FF現場總線本身工作表現很出色，但現場總線設備的集成存在較大問題。現場總線係統的優點有：現場總線品種和規格滿足用戶要求；故障診斷簡單方便；在空間非常緊張的流程設備中，現場總線係統能很好解決問題。主要問題是：現場總線設備的集成性能遲遲不能滿足用戶要求；難以接受微軟操作係統頻繁升級給現場總線應用帶來的影響。

為了使問題一目了然，筆者設計了一張中德業內人士對流程工業用現場總線的看法比較表（見表2）。從中我們可以明顯看出，德國專家的困惑更多的集中於現場總線的技術，特別是設備集成與最終用戶的期望相距甚遠；而國內的困惑更多的還是對現場總線價值的認識問題和培訓及服務還不能跟上等問題。

為此，筆者試圖探討FF在我國發展速度放慢的原因可能有以下三個方麵：

p 缺乏有力的應用支持

我國沒有第三方的FF應用技術支持服務機構，來自供貨廠方的技術支持在FCS應用上不能認為是強有力的。因為當FF的係統和儀表來自多個供應商時，某個供應商的技術支持難免是跛腳的。據說在德國法蘭克福Höchst工業園區，在遇到緊急情況時可以很快得到FF技術專家和檢測實驗室的幫助。我們期待在我國也能在短期內出現這樣的第三方的FF應用技術支持服務機構。

p 缺乏FCS使用和維護的合格培訓

在大規模使用FF產品的企業，應對流程設備的操作人員和現場總線係統的維護人員進行合格培訓。對DCS係統熟悉的人員不經過FCS培訓和考核，不應上崗。中海油殼牌聯合石化公司應用FF的成功經驗也有力地支持這個判斷。

p 對現場總線價值認識不到位，遠未挖掘FCS的潛力

用戶對係統底層信息化（控製、診斷、管理）改造的需求是現場總線技術推廣的原始動力。模擬技術難以全麵地滿足這些需求。即使是HART技術由

表2 中國和德國對流程工業用現場總線的看法比較

	中國	德國
價格因素	由於采購費用高，總成本並無節省而不願采用	采購和實施成本可以接受
性能因素	節省電纜投資，節省空間，調試進度快	對現場總線設備的品種和規格均表示滿意；節省安裝空間；流程設備調試進度快；故障查詢容易，易於維護保養
不用原因	樣本工程未起到充分的示範作用；對現場總線價值認識不到位，因而使決策者望而卻步	不願在德國本土使用而在國外生產基地使用，因為現有設備性能好運行正常；新上大項目少；負責生產運行的技術人員寧願采用成熟技術
主要存在問題	缺乏FCS使用和維護的合格培訓；缺乏有力的應用支持；對現場總線價值認識不到位，遠未挖掘FCS潛力	如何解決：現場儀表集成問題；長期使用的穩定性；大量信息有效利用問題
改進方向	加強對現場總線價值取向的認識；加強對現場總線係統設計者、施工者和運行、維護人員的培訓	首先是鞏固、改進和提高現有技術，而非過分引入新技術；新技術引入應遵從國際標準；充分尊重用戶意見，用戶參與製定改進要求（如過程控製係統的使用壽命20年，而IT技術每3~4年更新換代，致使流程工業難以接受這種速度）

顧(gu)了(le)模(mo)擬(ni)和(he)數(shu)字(zi)技(ji)術(shu)，既(ji)有(you)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)的(de)簡(jian)捷(jie)和(he)使(shi)用(yong)方(fang)便(bian)，又(you)可(ke)利(li)用(yong)數(shu)字(zi)技(ji)術(shu)提(ti)高(gao)儀(yi)表(biao)的(de)智(zhi)能(neng)化(hua)水(shui)平(ping)，至(zhi)今(jin)仍(reng)然(ran)獲(huo)得(de)國(guo)內(nei)外(wai)自(zi)動(dong)化(hua)業(ye)界(jie)的(de)青(qing)睞(lai)。不過，限於HART的主從通信機製及其處理能力和帶寬的限製，致使HART儀表的診斷能力相當有限，隻能發出診斷報警，較為詳細的故障信息還必須由主機發出查詢後才可發出，因此有人將此歸類於所謂“被動式診斷”。而FFzhinengyibiaodexingnengsuizhejiaoweifuzadechuanganqiheguochengzhenduanjishudefazhanerbuduantigao，qizhenduanshujuzuoweishebeifankuixinxideyibufen，kezhudongerlianxudixiangzhuxitongbaogaoheshuaxin。zuijinjiniancaichuxiandegaojiwulicengzhenduan，shizhenggexitongdejiankongfanweidaweikuozhan，budankeyiduiguzhangzuochuzhenduan，erqiehainenggouduinaxieshangweifashengguzhang、但有可能發展為故障的一些問題發出預警。這些都是HART所難以企及的。

現場總線最大的利益體現在生產裝置投運之後長期的維護和運行中，這方麵還需積累經驗不斷改進，還有很長的路要走。

為什麼設備集成是難點？

在理論上，現場總線標準的實現容許儀表和控製係統之間的連接“即插即用” （plug-and-play)，但要達到這一理想境地常常遇到困難。因為：不同的儀表供應商和係統供應商的產品設計者和實現者對同一標準會有不同理解和解釋；標準本身在變化和版本更新；不同供應商對標準的適應速度存在差異；儀表設備和控製係統的生命周期不同，致使在任意一個時間，市場存在多種版本的產品。

HART解決這一問題采用了隻有一個主係統開發包，不管哪個係統供應商都是直接從HART通信基金會取得HART主係統的開發包。也就是說，HART通信隻存在一個相同版本的主係統，不管是哪家廠商提供的，實質上都是同樣的實現。FF做不到這一點，因為不同的係統廠商和儀表廠商可能都用不同的開發包。標準雖然完全一致，但實現卻不是真正一致的。

怎麼解決這一難題呢？在當前，有些提供控製係統的大公司為保證市場上常用的儀表都能和自己的係統即插即能投用（plug-and-work)，專門建立了現場設備集成中心FDIC 。譬如，ABB為保證市場的常用FF儀表與其800xA、Freelance 800F等係統集成，在2004年就成立FDIC。FDIC每季度要測試120種儀表設備。每台設備的平均測試周期為12周。現在在其ABB集成解決庫中累計已有超過50個儀表廠的六七百種儀表產品通過測試，可與其控製係統無縫集成。

中海油殼牌聯合石化公司一條成功經驗就是保證每台儀表都要通過HIST（主機互操作測試）測試。

現場總線共用技術——設(she)備(bei)集(ji)成(cheng)，追(zhui)求(qiu)將(jiang)係(xi)統(tong)中(zhong)所(suo)有(you)的(de)智(zhi)能(neng)儀(yi)表(biao)或(huo)設(she)備(bei)的(de)數(shu)據(ju)和(he)功(gong)能(neng)性(xing)，不(bu)論(lun)采(cai)用(yong)何(he)種(zhong)協(xie)議(yi)，都(dou)可(ke)無(wu)縫(feng)地(di)為(wei)整(zheng)個(ge)自(zi)動(dong)化(hua)係(xi)統(tong)所(suo)利(li)用(yong)。隻(zhi)要(yao)真(zhen)正(zheng)實(shi)現(xian)了(le)這(zhe)個(ge)目(mu)標(biao)，就(jiu)能(neng)使(shi)最(zui)終(zhong)用(yong)戶(hu)接(jie)受(shou)在(zai)工(gong)業(ye)自(zi)動(dong)化(hua)和(he)過(guo)程(cheng)控(kong)製(zhi)領(ling)域(yu)中(zhong)存(cun)在(zai)多(duo)種(zhong)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)和(he)工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)的(de)現(xian)實(shi)。但(dan)目(mu)前(qian)進(jin)展(zhan)遠(yuan)不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)用(yong)戶(hu)要(yao)求(qiu)，即(ji)使(shi)同(tong)一(yi)種(zhong)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)協(xie)議(yi)仍(reng)然(ran)存(cun)在(zai)設(she)備(bei)集(ji)成(cheng)的(de)頭(tou)疼(teng)問(wen)題(ti)。

今後如果設備集成的標準正式推出並經過認證，也許這方麵的問題就不會像今天那樣突出了。

（說明：本文中除已指明的材料出處以外，均采自國內外相關專業網站公開發表的內容）

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