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。
shuzitongxinjishudechansheng，dadayouhualegongchangdejiexian。ninkeyizaitongyigexianluzhonganzhuangduotaishebei，chuandiduogexinhao，zhejiunenggourangxinhaozaitongyigewulicengzhongdechuanshusudugengkuai。yingyongxianchangzongxianjishu，qiaojia、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。
| 數shu字zi通tong信xin技ji術shu可ke以yi提ti高gao點dian到dao點dian信xin號hao傳chuan遞di的de精jing確que性xing和he完wan整zheng性xing，可ke以yi提ti供gong更geng廣guang泛fan的de傳chuan感gan器qi量liang程cheng，可ke以yi避bi免mian量liang程cheng的de失shi配pei，並bing且qie可ke以yi獲huo得de例li如ru設she備bei有you效xiao性xing、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。
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協議名稱 |
基金會現場總線H1 |
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距離 |
1.9 km或者使用中繼器可達9.5 km |
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每個網段的可掛接設備 |
32 (理論上), 8-16 (實際應用) |
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總線供電 |
是 |
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本安 |
是 |
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通訊速率 |
31.25 kbit/s |
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分支長度 |
max 120 m |
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每個總線上的設備 |
240 (理論上), 8-16 (實際) |
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通訊關係 |
周期性的發布訂閱，點到點的主從方式，報警發布 |
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數據 |
循環的 IO與非循環的設備數據 |
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EDDL 支持 |
是 |
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自動分配地址 |
是 |
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其他 |
根據模塊和參數組織數據 |
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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 |
H1功(gong)能(neng)塊(kuai)的(de)執(zhi)行(xing)與(yu)通(tong)信(xin)功(gong)能(neng)的(de)執(zhi)行(xing)是(shi)同(tong)步(bu)的(de)，這(zhe)樣(yang)死(si)區(qu)時(shi)間(jian)就(jiu)可(ke)以(yi)降(jiang)到(dao)最(zui)低(di)，並(bing)可(ke)達(da)到(dao)更(geng)佳(jia)的(de)控(kong)製(zhi)效(xiao)果(guo)。為(wei)了(le)減(jian)少(shao)網(wang)絡(luo)通(tong)訊(xun)負(fu)荷(he)，還(hai)可(ke)以(yi)選(xuan)擇(ze)在(zai)現(xian)場(chang)設(she)備(bei)實(shi)現(xian)控(kong)製(zhi)。新(xin)的(de)快(kuai)速(su)數(shu)字(zi)現(xian)場(chang)設(she)備(bei)執(zhi)行(xing)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)的(de)時(shi)間(jian)可(ke)以(yi)達(da)到(dao)250ms，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。
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協議名稱 |
HART |
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距離 |
3 km |
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每個網段掛接設備 |
15 (可以), 1 (通常) |
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總線供電 |
是 |
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本安 |
是 |
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通訊速率 |
1.2 kbit/s |
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分支長度 |
N/A |
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每個總線掛接設備 |
15 (可以), 1 (通常) |
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通訊關係 |
主從輪詢 |
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數據 |
通常僅有非周期數據 |
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EDDL 支持 |
是 |
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|
否 |
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其他 |
基於命令 |
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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。
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協議名稱 |
PROFIBUS-DP |
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距離 |
1.2 km at 93.75 bit/s or below, 100 m at 3 Mbit/s 或更高 |
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每個網段掛接設備 |
32 |
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總線供電 |
否 |
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本安 |
否 |
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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 |
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分支長度 |
在1.5 Mbit/s速度分支最大 6.6 米或更短 |
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Devices per bus |
126 (理論上) |
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通訊關係 |
非計劃同步的主從方式數據輪詢 |
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數據 |
周期性的 IO數據與非周期設備數據 |
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EDDL 支持 |
是 |
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自動分配地址 |
否 |
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其他 |
由插槽和索引組織數據 |
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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 |
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