數字革命的巨手，如同藤蔓一樣緊緊抓住了世界，並給這個世界帶來了難以計數的可能性：二(er)十(shi)年(nian)前(qian)，在(zai)加(jia)工(gong)製(zhi)造(zao)廠(chang)中(zhong)，要(yao)實(shi)現(xian)這(zhe)些(xie)被(bei)認(ren)是(shi)為(wei)不(bu)可(ke)能(neng)的(de)事(shi)情(qing)。今(jin)天(tian)，以(yi)總(zong)線(xian)技(ji)術(shu)為(wei)平(ping)台(tai)，新(xin)的(de)煉(lian)油(you)廠(chang)拔(ba)地(di)而(er)起(qi)，舊(jiu)的(de)工(gong)廠(chang)則(ze)獲(huo)得(de)升(sheng)級(ji)。 該文將對應用總線技術、構建最佳數字工廠結構的方方麵麵進行深入探討。
數(shu)字(zi)通(tong)信(xin)技(ji)術(shu)的(de)產(chan)生(sheng)，大(da)大(da)優(you)化(hua)了(le)工(gong)廠(chang)的(de)接(jie)線(xian)。您(nin)可(ke)以(yi)在(zai)同(tong)一(yi)個(ge)線(xian)路(lu)中(zhong)安(an)裝(zhuang)多(duo)台(tai)設(she)備(bei)，傳(chuan)遞(di)多(duo)個(ge)信(xin)號(hao)，這(zhe)就(jiu)能(neng)夠(gou)讓(rang)信(xin)號(hao)在(zai)同(tong)一(yi)個(ge)物(wu)理(li)層(ceng)中(zhong)的(de)傳(chuan)輸(shu)速(su)度(du)更(geng)快(kuai)。應(ying)用(yong)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)技(ji)術(shu)，橋(qiao)架(jia)、線槽、終端、輸入輸出卡、安全柵以及控製線路等數量都減少了。由於接線的減少，在圖紙設計、相關文件的編製等方麵也更加方便了，而回路的檢查和調試速度則由於數字結構帶來的自動化而大大加快。 總的來說，數字技術的應用可以使自動化項目的工程成本降低30%之多。 因為一個典型的工廠運作通常會持續15年nian或huo者zhe更geng久jiu，因yin此ci現xian場chang總zong線xian技ji術shu擁yong有you的de一yi項xiang關guan鍵jian性xing優you勢shi是shi，它ta可ke以yi提ti供gong一yi個ge數shu字zi平ping台tai，這zhe個ge平ping台tai對dui於yu今jin後hou技ji術shu和he軟ruan件jian的de升sheng級ji及ji變bian化hua具ju有you極ji強qiang的de兼jian容rong性xing。
圖1：基於EDDL製造的手持式通信工具可用於野外工作。
shuzitongxinjishukeyitigaodiandaodianxinhaochuandidejingquexinghewanzhengxing，keyitigonggengguangfandechuanganqiliangcheng，keyibimianliangchengdeshipei，bingqiekeyihuodelirushebeiyouxiaoxing、故gu障zhang報bao警jing，以yi及ji詳xiang細xi的de診zhen斷duan等deng遠yuan程cheng設she備bei的de信xin息xi，從cong而er更geng快kuai地di解jie決jue故gu障zhang。該gai技ji術shu還hai有you一yi個ge特te征zheng，即ji可ke以yi進jin行xing設she備bei固gu件jian的de無wu擾rao在zai線xian升sheng級ji，確que保bao在zai升sheng級ji過guo程cheng中zhong不bu會hui影ying響xiang運yun行xing。 這(zhe)些(xie)特(te)性(xing)使(shi)工(gong)序(xu)變(bian)得(de)簡(jian)單(dan)，使(shi)設(she)備(bei)處(chu)於(yu)更(geng)好(hao)的(de)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)，降(jiang)低(di)了(le)造(zao)成(cheng)停(ting)工(gong)的(de)風(feng)險(xian)。正(zheng)是(shi)由(you)於(yu)這(zhe)些(xie)特(te)性(xing)，數(shu)字(zi)工(gong)廠(chang)結(jie)構(gou)大(da)大(da)提(ti)高(gao)了(le)產(chan)品(pin)的(de)質(zhi)量(liang)和(he)產(chan)量(liang)，同(tong)時(shi)通(tong)過(guo)精(jing)確(que)的(de)、具有前攝性的維護計劃降低了過程的可變性及維護成本，從而使運行收益提高兩個百分點。
過程自動化中的總線技術
過程控製、工廠自動化，以及機器人技術等等，為控製方麵帶來了不同的挑戰， 因此需要不同的總線技術。 在24種總線技術中， 過程自動化基本上會用到 三種協議：HART、基金會現場總線以及PROFIBUS-DP協議。 在應用HART 和基金會現場總線的現代工廠控製係統中，這幾種協議得到廣泛的支持，這些係統同時支持手操器的遠程使用。
基金會現場總線 H1
在精煉廠和石化工廠的設備目錄上可能有數百甚至數千台設備，由於每條電纜可連接6至8台或更多的設備以求設備工作能力的最大化，因此布線將大大減少。
基金會現場總線H1協議以其獨特的性能滿足控製方麵的要求，是石化和精煉行業以及許多其它行業的不二之選。 在常規過程控製中，如PID和流量測量累計，要求輸入輸出的采樣過程有準確的周期， 並且同通信和控製同步。在這裏避免混淆、避免延長反應時間、避免由於通訊繁忙帶來的不穩定性是有必要的。 同樣地，對於非實時通信必須有信道隔離，以防止其產生對實時通信的幹擾。H1協議還滿足以下總線方麵的要求：從控製室到現場之間的遠距離工作；可以有長的分支以滿足拓撲的靈活性；支持用於設備配置和診斷的電子設備描述語言(EDDL)；實現即插即可調試的自動尋址功能；總線供電；可在危險區域帶電作業的本安功能。
基金會現場總線H1所獨有的IEC-6180402功能塊語言，可以用來製定控製策略。
協議名稱
基金會現場總線H1
距離
1.9 km或者使用中繼器可達9.5 km
每個網段的可掛接設備
32 (理論上), 8-16 (實際應用)
總線供電
是
本安
是
通訊速率
31.25 kbit/s
分支長度
max 120 m
每個總線上的設備
240 (理論上), 8-16 (實際)
通訊關係
周期性的發布訂閱，點到點的主從方式，報警發布
數據
循環的 IO與非循環的設備數據
EDDL 支持
是
自動分配地址
是
其他
根據模塊和參數組織數據
設備類型
溫度,壓力, 液位,流量, 密度,和電導計 and 濃度變送器
電導, pH/ORP, 電阻, 融氧, 和氧分析
機械健康監控
閥門定位器, 電動執行機構,離散開關,開關閥
信號轉換器
H1gongnengkuaidezhixingyutongxingongnengdezhixingshitongbude，zheyangsiqushijianjiukeyijiangdaozuidi，bingkedadaogengjiadekongzhixiaoguo。weilejianshaowangluotongxunfuhe，haikeyixuanzezaixianchangshebeishixiankongzhi。xindekuaisushuzixianchangshebeizhixingkongzhihuiludeshijiankeyidadao250ms，甚至可以滿足最嚴格的過程技術要求，所以完全能夠獲得過程認證部門的許可。
HART 協議
在同一根雙線上麵，HART協議采用數字通訊和4-20mA技術相結合的方式來連接單個設備，這種方式還可以用作純粹的多分支數字總線。
HART協議支持的設備類型範圍幾乎跟基金會現場總線相同。 另外，HART還用於安全儀表係統的變送器和閥門定位器。
協議名稱
HART
距離
3 km
每個網段掛接設備
15 (可以), 1 (通常)
總線供電
是
本安
是
通訊速率
1.2 kbit/s
分支長度
N/A
每個總線掛接設備
15 (可以), 1 (通常)
通訊關係
主從輪詢
數據
通常僅有非周期數據
EDDL 支持
是
否
其他
基於命令
設備類型
溫度,壓力, 液位,流量, 密度,和電導計 和 濃度變送器電導, pH/ORP, 電阻, 融氧, 和氧分析
閥門定位器
圖2： 智能安全邏輯處理器與HART通訊
PROFIBUS-DP 協議
PROFIBUS-DP協議用於幾種不同的組態，並采用RS485接口。請注意，離散式近接開關、線圈和其它簡單的開關設備並不使用PROFIBUS來連接。 然而，PROFIBUS上的遠程I/O子係統會通過傳統的線路來連接離散式的信號。
協議名稱
PROFIBUS-DP
距離
1.2 km at 93.75 bit/s or below, 100 m at 3 Mbit/s 或更高
每個網段掛接設備
32
總線供電
否
本安
否
通訊速率
9.6/19.2/45.45/93.75/187.5/500 kbit/s or 1.5/3/6/12 Mbit/s
分支長度
在1.5 Mbit/s速度分支最大 6.6 米或更短
Devices per bus
126 (理論上)
通訊關係
非計劃同步的主從方式數據輪詢
數據
周期性的 IO數據與非周期設備數據
EDDL 支持
是
自動分配地址
否
其他
由插槽和索引組織數據
設備類型
遠程 I/O,稱重儀, 馬達驅動,馬達啟動器, 電流斷路器,電動執行機構和，多孔電磁閥
