一、总的情况
　　
　　基金会现场总线（FF）从基金会成立已来已经有10年了，2004年底为止，已发往用户或安装在现场的设备和系统分别为500,000套和8,000套，它们包括18个主要工业应用行业，其中头3个行业是石化和化工（29%）、石油和天燃气（22%）、发电（13%），按地区分配头4个地区为北美（46%0、欧洲（28%）、南美（14%）、亚太（10%，其中中国为7%）。广东惠州的中海油/壳牌南海项目中安装15,000台FF设备，上海的赛科项目中安装25,000台FF设备，而且主控系统及管控一体化系统均属上规模zui大、技术的系统，它们即将或正在正式投入生产运行，到那时将会起到很好的示范作用。美国ARC咨询集团认定，基金会现场总线为目前所有自动化项目的技术（注：指过程控制领域）。基金会现场总线技术正在向着5R（Reduce）和1F（Faster）方向迈进，即降低成本、减少工程设计时间、减少安装和开车时间、减少控制器和I/O接口设备、减少控制室空间和加快资金回收时间。
　　
　　我国从90年代后期至本世纪已开始几年，也在中小项目中尝试着采用FF，大约有40～50个项目，主要在石化和化工流程工业等行业，有的比较成功，能够可靠地运行，也有不很成功的。可以说是处在普及了FF技术，暴露了问题并逐步解决、应用范围在逐步扩大的阶段。
　　
　　FF的成熟是一个过程，1994年现场总线基金会组织成立后，就陆续制定了一系列指导性文件，在国内流传较广的有技术概论（FD-043）、布线和安装应用（AG-140）及系统工程指南（AG-181）等，2000年初正式通过了IEC-61158标准及随后发表了IEC-61784行规，均把FF作为为首的协议族。另外，就是开展对现场总线设备进行认证，建立现场总线注册库，对主机系统开展HIST测试（主机互操作性测试）及登录认可等工作，近年上述工作仍在继续进行，同时大量工程应用实践陆续开展。
　　
　　我们一方面要关注由外商承包或外商与国内设计院联合承包的大型FF工程，另一方面还要关注已运行了一段时间的国内中小FF工程，总结经验教训，以利以后的推广应用。
　　
　　“世界仪表与自动化”杂志在2003年10月刊载了“现场总线控制系统的应用及困惑”一文，2005年6月又刊载了同一作者的“再论”的论文。文章实事求是，情真意切。我作为一个从事工程实践的技术人员，对其深表同情，感同身受。齐鲁石化第二化肥秉承着对FF新技术的向往,於2001年在空气分离装置控制系统更新改造中采用了FF的现场总线控制系统。
　　
　　根据文章所述，费用问题、总线仪表品种匮乏、危险集中、信息流阻塞、软件漏洞、现场维护等均有困惑或烦恼，另有对FF与ESD紧急跳闸安全系统的连接问题也提出了担心，等等。
　　
　　本文将结合这些问题，从正面谈些看法，仅供参改。
　　
　　二、FF-HI及现场仪表
　　
　　1、关于产品品种问题：基金会现场总线低速部分FF-HI上可连接的设备品种逐渐丰富，而且发展很快，截至2005年3月为止，已注册的品种为227种、其中流量仪表24种、压力仪表40种、液位仪表43种、温度仪表21种（包括北京华控公司产品）、执行仪表40种、分析仪表33种、总线电源14种，链路设备10种。产品品种较多的公司有ABB、Emerson、E+H、Foxboro、Honeywell、Smar、Yamataka、Yokogawa等8家，它们的温、压、液、流变送器，执行器、链路设备，比较齐全。但是由於经过互操作测试，所以不同厂家产品可以互连、互通、互操作、部分可以互换，另有MTL、P+F、Relcom（近来与MTL合并）、Hawke、Turck、Weldmuller等公司提供各种辅助设备，这为系统配置、仪表选型带来很多方便。当然这是近三年的情况，2001年之前可选余地稍差些。
　　
　　2003年10月刊文章中所说的阀门定位器品种问题，可以参改中海油/壳牌南海项目中的4000台控制阀的选型实例，该项目中的定位器全部采用美卓公司（MetsoAutomation）的智能型ND9000系列的FF总线型阀门定器，它除去完成控制功能外，还可对整个阀门进行远程组态，在线诊断和整个生命周期的管理。
　　
　　现场仪表中提供的功能块比较齐全，除完成模拟量回路控制外，有各种开关量功能块。如开关量输入较多，还有如848L逻辑功能变送器（8DI/4DO）等，为实现在现场的顺序控制带来方便，这对空分装置的控制很有利，为了满足控制策略的复杂要求，还有柔性功能、增强块等可以做到控制功能本地化，实现基于现场的控制，借“现场控制”分散控制付诸工程实践，提高了工厂自动化系统的可靠性和可用性。
　　
　　2、关于危险集中的困惑问题：齐鲁石化二化肥厂出现的两次故障，一是H1现场总线通信模块故障，一是现场总线接线箱因下雨进水，造成双绞干线接地，现象分别是该网所带现场设备数据全部为坏值、该电缆所带仪表和阀门的数据全部回零。这两个故障均很典型，值得分析，吸取经验教训。
　　
　　如2003年10月刊中18页图2所示，通信模块H1为全链路主设备（LM，LinkMaster）,或链路主设备兼作以太网的局域网相连的网桥。作为FF-H1低速现场总线的一个网段的全链路主设备，它是通信的调度中心，即应成为全链路活动调度器（LAS，LinkActivescheduler）,如果该网段所带之测量仪表和调节阀，是在一个重要的生产区域或生产单元，则该网段还应持有备份的全链路主设备，一旦通信模块H1出现故障，则此后备的全链路主设备就成为LAS，以确保该网段通信正常。注意在组装时备份全链路主设备应组装成B/VLAS方式，并将其放置到现场节点地址zui低网络设备中。作为可靠性的其它措施尚有供电电源，H1接口卡等部件冗余设置等。另外，还要求无论现场设备PID算法结果如何，网段短路或电源失效时，阀门应处于其的功效位置，以保证安全。
　　
　　在AG-181网段设计中，还规定了网段风险管理，要求将现场总线设备分配到网络/网段时，每个zui终用户都应标识并记录风险评估方案。方案应考虑网段的隔离、每个H1端口的多个网段等，风险许诺等组应在网段图清晰地标明，拓朴结构应尽可能降低单点失效。装载现场网段时，应定义阀门和相关测量的关键程度。规定1级、2级阀门和网段为：阀门失效将导致整个系统故障，引起整个装置停车，其中1级定位超过1千万美元的不可避免的损失，2级定位它超过十万美元的不可避免的损失，而且2级阀门的过程动态时间允许由故障状态快速恢复，可以是快速修复故障或采取手动控制等；3级阀门和网段为：此类阀门的失效时，短时间内不会造成任何整个装置停车或重大损失，可以无需操作员采取立即措施切入（goto）其故障位置：４级网段为：只有测量设备，它不得用于控制．正确的网段设计除考虑上述风险管理外，还应考虑备用容量、网段执行时间、电压降和电流限制，虚拟通信资源等项。如备用容量在网段设计中应预备25%，具体设计时还可以预备添加1个控制回路；又如要求网段执行时间为1秒的网段，zui大设备数为带4个阀门的12个设备，要求执行时间0.25秒的网段为带1个阀门的3个设备等。所以，1个网段究竟应带几个控制回路为*，应具体情况具体分析。
　　
　　关于通信电缆双绞线接地问题，正如用户所知“双绞线不能接地、短路、开路”（屏蔽应单点接地）。虽然“下雨进水”可以设法避免，但生产现场如何能“”做到呢？这是要人们在设计、制造、施工、验收、维护等多个环节上努力，这在AG-140、AG-181等指南文件中有各种规定，可供参改。本文对于现场数字通信介质的“浮空”，在工程上如何能“”做到，也不能妄加评论，这有赖于在实践中集思广益吧！的确双绞线数字通信并带供电、本质安全防爆、防雷击，且现场有电磁干扰、高温、高压、有毒、有腐蚀性等，这是个难题。不过，这决不能成为此项技术就不可采用的理由。近闻该厂换上可防接地、开路、短路的被动型集线器，这有待进一步在实际中考验。
　　
　　关于数字式阀门定位器死机问题，这线属仪表质量问题，因为在控制回路中执行器非常重要，这种故障应引起各方足够重视。
　　
　　一个网段带4个或更少控制回路，而且在无上位系统及其它网段的情况下，也可以保证数字通信、实现控制，运行正常。如能正确设置，困惑通过实践是可以解决的。
　　
　　3、维护问题：这更是个要在工程实践中*的问题。AG-140第10章“检查并排除故障”有些参考价值。其中提出布线和安装中测试装置有网络分析器、示波器、数字电压表等，这对现场故障维护是很不够的，近翻P+F公司推出“现场总线设备故障排除指南”一书，不知能否为用户解决燃眉之急。
　　
　　总的来说，FF数字通信仪表比模拟仪表或HART标准仪表的测量和检查、维护是不同的，现场维护设备要专门研制，而且有个改变维修习惯问题，所以要认真对待。数字，通信可以得到更多的关于现场仪表本身及现场工艺环境、工艺参数、其它工艺设备的信息，而且可以在控制室内得到信息，也可以在现场设备的LED、LCD上得到灯亮或数字、文字的诊断信息，但是如培训不够或“应急预案”不*，使维修人员处于故障时“手足无措”的状态，这是工程之大忌。这种情况下推广新产品、新技术是很困难的。
　　
　　现场总线技术推动了工厂设备管理，艾默生公司有AMS，横河公司有PRM，ABB公司有PAM（IT800×A的DMS）等，能维护整个工厂设备，所以对现场总线设备本身的维护问题是可以实现预测性维护和优化维护的。
　　
　　4、费用问题：FF-H1现场仪表及辅助设备价格很高，而且其它费用也较高，目前这是实际情况，这影响了FF技术的推广，这有待於性能/价格比的提高和大批量生产FF仪表、开发费用减少、开发费用均摊回收期延长等方面综合解决，使之形成良性循环，不能把负担过多地压在zui终用户头上。
　　
　　三、FF-HSE主系统（HighSpeedEthernet）
　　
　　1、集成的系统：主系统是一个宽松的统称，AG-181中，主机系统，FF主机、主机、系统主机及上位机等名词含意一致，都是指与FF-H1的现场总线网络/网段相连的并通过HIST主机互操作性测试（HostlnteroperabilitySupportTesting）的系统。系统应采用标准产品（标准化硬化、系统软件和固件）、系统软件和固件级配置后应能满足规定的要求。FF主机性能指标包括：设备位号分配、设备地址分配、链路主设备的组态、块位号组态、块实例化、标准块、增强块、客户块（包括转换块）、功能块、功能块链接组态、FF警示组态、FF警示处理、FF趋势组态、FF趋势处理、设备描述（DD）服务、DD方法的执行、DD菜单处理、DD编辑显示处理、能力文件等共19项。目前已有8家公司11个自动化控制系统通过了HIST则试。其中不少公司产品的名称同时又称为DCS系统，这也不足为怪，因为在现场存在大量的模拟仪表和HART标准的仪表等，其控制部分的控制站还集中放置于控制室或在其附近，即只能是DCS兼容FF-H1，或反言之。总之，这是自动化系统的继承性和包容性，这样可以保护zui终用户的利益，现有自动化设备制造商的利益，更有利FF就产品融入自动化市场。为此，AG-181中规定，所有FF（DCS+FF）功能，……应集成到单个无缝系统中工程，组态维护和操作性能应能够与传统模拟或离散I/0、智能HART和I/O，基于总成的I/O和FF系统实现兼容和无缝集成，建议不要采用只针对FF并且与传统系统不兼容的独立软件工具，显示或程序。所以说系统集成是其技术特点。齐鲁二化肥厂的空分装置正是要求这样的主系统。当然这不是一般意义上的系统集成，而应是购买了某自动化系统制造商的集成系统，这其间的差别，内行人一定是理解的。正如基金会技术专家JoneBerge所说：“……我们需要的是“集成的系统”，而不是“系统的集成”……”。FF-HSE高速以太网应该做到具有高速、DCS式的气余、完备的基金会应用层和基金会功能块编程语言的能力，而且可做到在商务层的网络交互……。做到这些，才能用於大型石化企业和电站等的管控一体化系统。
　　
　　关于操作员显示，AG-181中指出操作员只需访问部分信息，太多的信息会造成屏幕刷新速度降低，此外，还有过程可视化策略、置信度、利用率、安全等方面的考虑。总之过程可视化的组态原则要做到为操作员提供直观而方便的界面。
　　
　　2．齐鲁二化肥厂实际工程情况：是操作员功能未能满足“一键通”等需要；信息阻塞，仅操作员报怨“数据刷新太慢了，而且越急越上不来”；软件有漏洞，“缺少特定行业有专业特色的基本元素软件，不但使用户完成各自特定应用软件负担加重，而且软件占用硬件资源很大，仅系统运行起来显得十分吃力……”；为了针对操作界面的死锁（即死机），“……冒险每周手动切换控制器，将系统吃掉的内存重新释放……”（注意：这不是我们工程中遇到的操作站死机，只须操作站本身热启动或重新通电“冷启动”即可！）有监於此，用户还“进一步调整并削减了每条网上的挂在量，原则上每条网段要少于6台现场仪表”及将重要点的逻辑扫描时间由系统默认的500ms调整到100ms等。又向系统提供厂商提出软件升级问题，但目前结果是：由于控制器硬件限制，系统软件不能采用版本进行升级。
　　
　　关于软件版本升级，在AG-181中指出，系统应做到对系统中所有冗余模块上的系统操作软件升级时，无需停止过程，操作员接口不会失效，也不会丧失对任何控制功能的访问；而且应用软件无需进行修改，即可在系统操作软件环境下运行，任何版本的系统软件应对先前版本软件创建的文件兼容。本人认为该工程应按这要求来进行软件版本升级。
　　
　　3．一般系统集成：我国众多系统集成商均可以做到将PLC等控制器、多种现场总线（如Lon、Profibus-DP等）集成以太网下，一般均采用“OPC+组态软件+HMI软件”,OPC作为数据传输的工具，在AG-181的7.5.2节提到“OPC兼容测试”，当然其目的是为了保证系统能够将第三方数据库系统集成到现场总线设备中。在此，我觉得FF供应商也应允许一般系统集成商在从事一般自动化系统（传统系统）工程中，把FF部分作为第三方的情况，并给予。如能做到这一点，FF的“开放性”就可以和其它现场总线媲美了。
　　
　　系统集成技术的发展，现在已经进入标准化阶级。2003年发布了ISO-15745标准，它解决了系统集成的应用需求和接口两个基本问题，其中以IEC-61158标准（包括FF）为基础的控制系统参改描述、以以太网标准为基础的控制系统的参考描述，都与该工程有关，证明这方面技术已比较公开，此情况仅供zui终用户参改。
　　
　　四、PCS的系统工程
　　
　　用户先用FCS现场总线控制系统，在技术交流基础上选定了某一家供应商的主系统及多家的现场仪表，在谈判的基础上，供应商提出的解决方案（solufion），能满足用户的要求，就在价格能承受基础上签订了合同。这其中有一个重要注意事项，即关于保证产品质量和服务质量，应该是以现场总线基金会发布的一系列规程文件为基础，尽管此时用户对基金会的一系列规程文件并不熟习！由此可见，这里应结合系统工程来谈谈规程中相关的规定。在开工之后，对设备清单的校正、网页设计、主系统、软件组态等项均属FCS系统工程前期、中期的工作，前期中期也应注意工程文档，下面就从工程文档入手。
　　
　　1．工程文档：AG-181专门有一章。文档要求中对图纸、控制叙述、仪表索引/数据库、仪表数据表、材料、生产商文档、维护手册均有详细规定，其中过程&仪表图（P&ID：Process&InstrwmentafionDiagrams）这个表示工艺流程，以及仪表与不同管道，容器和设备互联位置的图纸，要求很详细，并有示例，如采用多变量仪表质量流量变送器（123号），即采用相连仪表球来表示。又带PID控制的控制网（100号）可以是FV-100和FC-100，相应阀门可以标为FCV-100。另外对控制叙述，应提供各类功能和控制模块的叙述，详细说明参数设置和后继块/模块操作，叙述内容应包括参数组态、信号“状态”的操作、坏值确定、故障模式切换、初始化性能、防止复位限幅性能等。这些均是以后出厂验收和工程安装调试，验收的基础，一定要甲、乙双方共同关注，事先互相确认。
　　
　　2．出厂验收试验FAT（FacforyAccepfanceTesting）:这可以参考AG-181第10章和AG-140。出厂装箱运输之前的验收是非常重要的。虽然严格的现场总线测试将在现场综合测试时进行，但FAT中除对主系统外，对一部分有代表性的现场设备及网可进行测试也是必须的。
　　
　　FAT的测试规划和设计指南应由系统销售商和客户共同制定，各类现场设备至少要提供一个样品测试，测试内容包括：互操作性系统中每个组态至少测试1个例子的功能控制策略和/或控制方法组态确认、备用LAS功能、第三方系统通信（即OPC通信），将设备由一个网络移动到另一个网络。
　　
　　FAT进行前应做到各项硬件连接完成，具有组态所有典型网段（网段）所需要的足够设备，……并且已经完成供电和接地检查，而且“对于特别长或特别复杂的网络，应采用工厂的电缆盘进行仿真。”
　　
　　FAT它确保主机的所有组件都能正常工作，控制策略的实质部分都在现场设备中执行。具体测试为：功能性测试，标定测试，校准和设置程序，冗余切换测试程序，网络测试程序等。
　　
　　FAT测试具体步骤分网络/网段检查、设备检查、数据校正（DataReconciliation）三步。网络/网段检查中提到使用总线监视器至少能稳定运行12小时，这给出了一个明确的考核方法。至关重要的阀门定位器的数据校正步骤为：确认AO块位于CAS模式，确认PID块位于MAN模式、在控制器口板上手工输入控制器输出值、确认阀门定位器保持相同的输出。
　　
　　3．现场安装调试和工程验收：
　　
　　AG—181第11章列出网络安装、电缆测试程序、网络/网段的检查程序、回路检测/现场集成测试、热切换……及维护程序（设备更换）等。其中热切换就分9点进行指导，证明对此项操作之重视。具体安装高度程序包括：电缆、接线盒、连续性（continuify）、接地和绝缘测试，现场设备连接和分析，设备下载/软件检查，总线监视器捕获，波形捕获，过程连接压力测试和检验，现场设备（物理安装），阀门标定，回路整定等项。文中几处提到Nationallnsfrumenfs公司的BusMonifor和Relcom公司的FBT-3现场总线监视器，本文作者不甚了解，更不知是由谁提供。AG-181对工程验收并未提供说明，只说明销售商负责MCCFAT。我想这是至点重要的一步，应该比对待传统系统的工程验收更严格。
　　
　　结束语
　　
　　zui后用“一论”的文章的结尾作本文的结束语，并共勉之：“随着科学技术的不断进步，新一代产品必然会取代老一代产品，这是事物发展的客观规律，即使出现挫折和失败，其发展趋势也是不容质疑的，现场总线控制系统也一样。”