提供： SIEMENS-西门子自动化与驱动集团工业通讯网络 ，作者：Dan Hebert, P E, 高级技术编辑
剑客好象变魔术一样的舞动宝剑，但是其它人最好仅限于观赏。换句话说，虽然有些人已经成功的安装了数字化的现场总线网络，但是这并不意味着你或者你公司的任何人也可以不经过必要的培训就做到这一点。
那些不参考以前的经验教训就一跃而过现场总线鸿沟的人注定将会遭到象这些不愿透露自己姓名的回答者一样的结局，这些回答者都来自一家基地在美国的重要工程公司。“我们一直不愿意明确指定使用基金会现场总线、HART、PROFIBUS或者其它数字化的现场总线网络，”第一位工程师说道。“我们已经看过了各种介绍，出席了各种brown bags，但是我们的回答始终是谢谢你，我还是希望再等一等。”
他有很充分的理由犹豫不决。“我有一个朋友，他为一家系统集成商工作，这个系统集成商试图使一个现场总线网络正常工作。但是经过几乎两年的努力，现在他只想把自己所剩无几的头发都扯光。也许世界上存在一个魔幻之地，在那里魔术般的接线方式和设备已经被证明可靠、实用，已经被大量使用在先进的数据采集工业应用当中；在那里业主的现场技术员已经能够理解和维护这些魔术般的接线方式和设备。但是在我们所服务的工业行业，迄今为止我们还不想要它，或者说还不需要它，”我们的第一个回答者下结论说。
另一个工程师概括介绍了他们公司对数字化现场总线的看法。他说道：“现场总线从理论上讲是非常伟大的，但是由于各种各样的原因，在实际上现场总线还没有做到所承诺的事情。某些困难看起来与设计人员和安装人员的培训有关，或者说这些人对于现场总线的理解还不够。另外的问题似乎与系统组态的复杂性有关。总的来说似乎是现场总线系统所能够带来的好处被它带来的麻烦抵消了。”
比基于PC的网络更加复杂
把现场总线网络与PC网络进行类比。至少你在日常工作的时候也使用一台PC机，很可能在家里用得更多。如果你有一个家庭的有线或者无线局域网，你也许甚至知道一些关于网络的知识。但是这不会使你成为一个计算机网络专家。同样的，你可能也知道一些关于仪表和控制系统方面的知识。你可能曾经设计或者安装过一两个小规模的数字化现场总线仪表网络。但是这并不意味着你已经是一个数字化现场总线专家。
你知道，为了管理一个大规模的办公室网络，你的公司至少需要有一个经验丰富的、高质量的计算机网络专家小团队。
如果你想要完成从4到20毫安到数字化现场总线的转变，你也需要一个经验丰富的、高质量的数字化现场总线专家小团队。“对于想要完全转变成数字化系统的人，其过程是一个很大的学习曲线，”Richard McCormick说道，他是位于魁北克省李维斯的Mick自动化的负责人。“对于PC经验很有限的仪表技术人员来说，这是千真万确的。”
千万不要仅仅因为现场总线网络的节点比较少，就错误的认为一个数字化现场总线网络会比一个办公室网络更简单。也许你只有五十台仪表，但是其它因素甚至可能会使一个小型现场总线网络象一个拥有数百台PC机的PC网络一样复杂。
这些因素包括多种互不兼容的通讯协议、恶劣的安装条件以及许多个通常是相互竞争多过合作的供应商。“与第一次升级到一个数字化现场总线网络相关的并不仅仅只有一条巨大的学习曲线；当你需要问题的解决方案时，你还必须对付许多不兼容的设备驱动程序以及许多家供应商，”根据Thomas Tom的观察。他是总部设在北卡罗来那州Raleigh的Progress Energy公司的主任工程师。
在对付多个供应商的时候需要小心。“来自于某个供应商的网络主干单元也许与来自其它供应商的网络分支模块不完全兼容，”Philip Daniels讲道。他是位于华盛顿特区的King County废水处理部门的一名工程师。
“也许一个供应商提供了安装在主机单元上的本质安全隔离栅，而另一个供应商也许提供了安装在分支模块上的安全栅。如果你挑选了错误的供应商组合，结果会是你的回路上没有本质安全隔离栅在起作用，”Daniels补充道。
“另一个问题是单元的地址。基金会现场总线网络就像任何其它网络一样，其中的各种各样的组件都必须拥有独一无二的地址。我们必须为现场设备编写地址，就像为企业内部网的办公室网络编写地址一样。另一个给我们带来麻烦的问题是单独组件的编程。每一个设备都有独特的编程要求，同时供应商也并非总能提供正确的设备文档，”Daniels总结道。
因此你如何才能达到要求的速度呢？一个办法是去雇佣一名对你需要的网络和你现有的控制系统在设计、安装和维护方面具有经验的专家。不过我要说祝你好运！如果你能够找到这样一名专家的话。
这不像是在PC机的领域。只有很少的可互操作标准，具有长期的可跟踪记录资料以及一大群高质量的、具有证书的网络工程师。相反，你必须处理许多的相互不兼容的技术、相当新的产品，但是只有很少有经验的专业人员。
如果雇佣一个专家实际上是不可能的，那么另一个办法就是你自己或者你的同事成为专家。这意味着获得培训，既可以从设备供应商那里获得，也可以从专门的服务供应商那里获得。
培训的挑战
下一步是以正确的方式进行培训。这里的最终用户选择了这种困难的方式。“我们在实现数字化网络方面的主要挑战在于更加复杂设备的仪表技术培训，”Danny Cox报告说，他是位于田纳西州Collierville的AOC Resins公司的生产系统总监。Cox的公司使用过基金会现场总线、DeviceNet、AS-i以及HART协议来把现场设备连接到一套爱默生过程管理公司的Delta V控制系统。
“我们尝试进行了供应商培训，结果完全可以说是一场灾难。现在我们找了一家工程公司，他们派人到工厂现场来，为我们提供手把手的培训。至少对于我们的状况来说，厂内培训看起来更加有效，”他总结说。
AOC Resins公司必须处理四种不同的网络以及来自十个不同供应商的仪表设备。把你所有的员工都送去接受十种不同的供应商课程培训是不现实的。最好是培养一个公司自己的专家，他可以从各家供应商那里学习尽可能多的东西，也可以从网络机构和其它最终用户那里学习，然后由他来培训公司里的其它人员。
对于数字化现场总线网络来说，另一个区别于办公室网络的挑战来自于需要熟悉和了解数字化现场总线网络的人员数量太多。在一个办公室里，只有少数的网络专家了解网络的详细情况。但是在一个工厂里，整个自动化部门可能都需要处理现场总线网络的问题，至少是部分的网络问题。工程师们需要知道怎样对网络进行初始设置。他们还需要确定有些重要仪表的参数，过程控制和信息系统需要这些仪表的信息。他们需要知道怎样对软件包进行组态以便接收网络传送过来的数据。
仪表技术员们需要知道怎样使用网络进行远程校验。他们必须能够理解仪表的数据以便进行预防性维护。仪表技术员们必须保存校验记录，这样他们就必须知道怎样存储这些数据，在哪里存储这些数据。
如果有些地方出了故障或者在初次安装后需要作一些改变，工程师和仪表技术员常常需要一起工作来解决问题。
因此我们面临这样一种状况，你公司里面的很多人都必须迅速学习了解各种网络、各种各样的现场设备以及至少一种控制和信息系统。恰当的培训是至关重要的，这样你才能够预先了解你将会遇到什么样的情况。你应该多看看和多了解和你类似的其它最终用户是怎样在现场总线战役当中获胜的。
赢得胜利
在供应商信息方面的最大问题是他们总是描绘出一幅非常美妙的画面，因为供应商总是希望推广自己的网络。如果你听信供应商的推荐而采用某一特定的数字化网络技术，你必然会带着不能实现的预期开始你的项目。
你有两个途径来获知真相。第一个是从其它最终用户、系统集成商以及工程公司那里了解情况，他们可能已经经历过你想要作的事情。有一些服务提供商为最终用户提供实时帮助，安装来自不同供应商的网络系统。
首先让我们听听来自一个最终用户的介绍。当Richard McCormick还在Ultramar公司的时候，该公司在一个底层装置上实施了一个基金会现场总线（FF）项目。工程师通过现场总线接口模件把现场仪表连接到一套Honey-Well Expersion PKS（www.honeywell.com）自动化系统上。“我们使用霍尼维尔公司的资产管理软件采集来自于Expersion系统的FF数据。我认为这些软件是必须的，如果你想要完全开发FF的功能。因为通过FF仪表有如此丰富的数据可资利用，在把这些数据呈现给仪表技术员之前，你需要一种软件对它们进行去粗取精的处理。这个软件能够向仪表技术员提供从不同仪表供应商的内建诊断程序获得的公用的故障源信息，这能够大大简化仪表技术员的工作，”McCormick建议说。
现在让我们听听来自供应商的建议，他使用过许多不同类型的现场总线技术并且对推广某一种技术不感兴趣。“某些最困难的问题会在开车阶段出现，一般是由不正确的安装造成的，”Desmond Ho说道。他是位于中国上海的MooreHawke公司的现场总线应用顾问。
“在很多情况下是网段的终端器没有设置好。所有的现场总线网段都需要合适的终端器来防止不受控制的信号反射造成通讯错误。而很多分包商很少注意终端器，甚至把它们完全给忘记了，或者是不管哪里的到处安装终端器。这两种方式都会使网段无法正常操作。通常，对中间接线盒和现场保护箱进行逐个检查是唯一解决终端器位置错误的办法，这会给调试过程带来巨大的延误，”Ho继续道。
“这个问题其实可以在开始的时候就避免的，只要选择新型的带有自动网段终端器的连接设备就可以了，例如我们公司的设备连接器。自动化网段终端器完全消除了这类设置太多终端器或是终端器设置不足的问题，对网段的调试工作有很大帮助。如果使用了多个现场设备连接器，永远是在最远端设备上的自动终端器被自动激活。如果这根线被断开了，自动终端器也会自动随着网段而变化，”Ho总结道。
ARC Advisory Group的研究总监Wil Chin为我们提出了一些如何处理来自多个供应商的通讯协议的很有价值的建议。“对于终端用户来说，最好的办法就是挑选一个具有多协议处理能力的供应商。作为一个备选项，在工厂升级的时候也可以考虑FDT技术，特别是当你的目标是设计一套全厂范围的资产管理系统的时候。”
正确应对问题的好处
一旦AOC Resins公司解决了怎样对人员进行培训的问题，他们就开始感觉到随之带来的好处。“数字化数据的主要优点在于在线仪表的健康状况监视以及多变量信息的通讯能力。最好的例子就是我们的科里奥利流量计驱动增益监测。如果一个增益超过了限值，我们可以假定这台流量计里有气体，同时把第一测量切换到负载单元。我们还可以用一种类似的方法来识别雷达液位计没有被锁定在一个目标上，只要观察信号的强度就可以知道了。这样可以防止冒罐。”Cox说道。
防止了一次冒罐以及与之相关的溢流、停车和清扫工作，这些好处很大程度上证明了数字化现场总线系统的优势。
Mick自动化公司的McCormick说其它重要的优势还有：分散化的控制、简单的接线、降低了实施费用、测量精确度更高以及预防性维护能力。
“过程工厂现在能够获得历史数据用于过程分析、过程改进以及实时生产管理，”Dan Miklovic说道，他是Gartner公司的制造研究副总裁。“工厂还能够使用仿真技术来组态软件传感器，以及由此避免安装和维护在爆炸危险区域的硬件传感器。”
现场总线带来的这些好处是否值得付出金钱和承担风险呢？这是你必须作出的判断。你必须确保在分析的时候已经把所有的花费和好处都考虑在内，并且保证你的信息都来自于立场公正的信息来源。
什么使数字化现场总线的实施困难重重？
工业界缺乏大量的专家；
标准太多；
经常需要协调多种网络和多个供应商；
恶劣的安装条件；
需要处理大量的数据；
很多使用者都必须学习怎样利用网络；
供应商总是推荐他们自己的网络，而不是针对项目实施当中的困难对客户提出警告。
怎样迅速掌握信息？
在你的公司里指定一个或者多个人，使之成为专家
培养自己的内部专家，由他来培训公司里的其它人员
确保操作人员尽早使用技术，经常使用技术
寻找和参加供应商的立场公正的介绍会
与其它有类似项目经验的终端用户讨论
任命一个独立于各家供应商的系统集成商
你将从中得到什么？
降低了安装费用
加快了调试速度
实现远程仪表维护
获得更多的仪表数据
使用多变量仪表更加方便
更高的测量精度
具备分散控制能力
PROFINET集成现场总线系统
终端用户必须经常处理自己工厂里边的多种现场总线网络。这使得网络设计、安装和维护变得更加复杂。
刚好是所需要的淀粉数量
Jeff Mueller是位于北卡罗来那州索尔兹伯里的国民淀粉和化学公司电子材料分部的工程经理。他的公司使用profibus pa和profibus dp来连接现场设备与一套西门子PCS7系统。
国民淀粉公司采用现场总线通讯来监视压力、流量、液位、电导率、pH值和重量测量仪表。“大多数仪表供应商现在都能够提供profibus作为一种通讯可选项，或者为你提供一块卡板来把自己的仪表改造为profibus通讯。这有助于维持一个开放的供应商列表，使我们保持工厂历来的仪表设备标准，”Mueller说道。
Mueller给我们提出了一些很好的关于设计和安装的建议：
1． 确保你的仪表供应商拥有与profibus通讯的GSD文件；
2． 获得每个供应商的最大需要电流数值（mA），这样你就可以设计最优化的profibus连接顺序布置方案；
3． 选择电磁阀执行机构可以使用小于7.5mV电压的自动控制阀门，这样你就可以使用本质安全的输出卡件，不再需要配置单独的安全栅；
4． 与你的电气/仪表安装承包商密切合作，确保他们理解profibus可以减少安装时间及费用的优点；
5． 每个DP/PA仪表组（5到7个模拟仪表）使用一根电缆，配置5到7个终端；
6． 在安装完成以后，请系统集成商或者工厂的控制工程师重新打开每一个T型连接器下游的分支，为小组里的每一个后继仪表分配地址；
7． 每个仪表都应该在线组态，而不是在现场组态。
国民淀粉公司获得的好处还包括降低了安装费用以及可以远程接入仪表。“profibus消耗的安装费用更少，因为我们只用一根电缆连接5到7台仪表。这是保证总电流低于85毫安，同时维持本质安全情况下所允许的最大仪表数量，”Mueller说道。
“每台仪表都需要人员去激活/解锁其软件通讯、设置DIP开关或者准备接受新的profibus地址。但是经过这些操作以后，剩下的编程工作可以在有空调的舒适的控制室里完成。任何坐在10000加仑火箭推进剂上、在华氏95度的温度以及湿度95％的环境下为储罐的液位计编程的人都会非常喜欢现在的方式，”Mueller总结说。
HART使油漆保持流动
Terry Dave是位于加利福尼亚州Redlands的Meter Maintenance & Controls公司的总裁。他的公司从去年开始在Valspar油漆和涂料工厂实施HART数字化现场总线技术。
“组态非常方便，同时还具备从工厂最底层取回关键诊断信息的能力，却不需要与设备进行直接连接。这些特点使我们的信息采集能力达到了全新的水平，”Dave说道。
“我们正在使用基于PC的ProSoft组态生成器，这个软件非常容易使用并且具有很强的通用性。它使我们既可以从PLC获得信息，也可以使用板载的ProSoft客户端模件向PLC发送信息。这给我们提供了很大的组态选择权，”他补充道。
虽然HART网络每个通道总共最多能够连接15台设备，设备管理器一般将每个总线限制在十台设备或者更少，以便提高通讯速率和可靠性。
Valspar公司使用Micro Motion公司的质量流量计来读取批量过程当中的流量、温度和密度信息。他们使用一个诊断屏幕在静态状况下接触这些内部参数。在批量过程当中，系统跟踪来自仪表的信息，通过洛克维尔软件公司的RSSQL将其转换成一个微软的SQL数据库，用于趋势和维护计划。报警和计量信息通过RS-View进行显示。
“分析计量数据为我们提供了预测机泵变化和计量问题的能力，我们现在不需要在批量过程正在进行的时候到现场去了。我们现在还能够在设备出问题以前发现有问题的趋势，”Davis说道。
我们发现分析和操作通过HART从仪表里得到的信息为我们带来了极大的好处。现在我们的任何系统都没有停机时间，并且我们还发现用这种系统通过HMI来获取重要信息并不需要专门的技术知识。
“Valspar公司已经完全接受了这种技术，他们正在使用这些信息获得巨大成功。他们现在能够根据流量来了解过滤器的变化趋势，并且预测过滤器何时必须进行更换。而不是象以前一样等到过滤器完全堵塞了再进行更换。这种改变既节省时间又节省金钱，”他总结说。
现场总线使125年的老厂重新青春焕发
Yves Levesque是位于魁北克Kingsey Falls的Cascades工程和项目公司的技术办公室主管。他的公司把有125年历史的Rolland造纸厂升级为基金会现场总线（FF）。
这个造纸厂的控制系统非常老旧，大多数是气动仪表，加上少量4到20毫安的HART设备。“费用很高，需要大量的人工干预，而且工厂正在亏损，” Levesque说道。“随着最近加元的升值和来自东南亚的有史以来最激烈的竞争，我们需要迅速作出改变才能使工厂不至于被迫关门。”
工厂作出决定将其中两个造纸厂的机械进行自动化改造。“由于考虑对其进行整体的更新，我们把所有气动仪表都更换成为FF仪表，并且把它们连接到新的DeltaV控制系统。我们还安装了一些DeviceNet设备来处理数字量I/O，同时把现有的4到20毫安HART设备连接到一个DeltaV的远程I/O系统” Levesque说道。
“我们选择基金会现场总线的最重要原因是降低电缆的费用。通过把多个仪表连接到一个FF，同时利用远程I/O的能力把数字量I/O或者4到20毫安HART设备也连接到控制系统，从而大大降低了所需要的电缆数量，” Levesque说道。
Levesque宣称每台设备大约节省了400美元的调试费用。Cascade公司还在没有一次大规模停车的情况下完成了升级工作。“我们进行了七次独立过程的小规模停车，但是整个升级改造期间造纸厂总体上一直保持运转。”
他补充说，“一个很大的好处是我们可以从FF仪表获得大量的信息。对于模拟信号和HART信号你需要有特殊的卡件和特别的培训才能做到这样。而对于FF系统，这些是完全透明的、开放的。我们发现这是一种非常好的工具，可以在很短的时间周期内传送许多的信息。”
最主要的挑战就是对于基金会现场总线不熟悉。“在Cascade公司没人有FF的经验或者以前曾经组态过FF设备。两个Cascade工程和项目公司的技术人员接受了短期的基金会现场总线培训课程，然后我们就能够进行完整的组态工作，所花费的时间与处理模拟设备一样多，”Levesque说道。
“我们确实上过一堂课。当我们安装现场总线系统时我们在网段上使用了T形连接器，同时我们很快意识到如果使用连接块或者模块连接器可能会更好。其中的秘密就在于事先稍微多做一些计划工作，” Levesque继续说。
“最后的挑战来自于工厂的人员。他们当中的许多人对于气动仪表已经有25到30年的经验，我们担心他们在学习FF时会遇到困难。但是DeltaV与FF的组合非常的用户友好，所以他们学习的很快，” Levesque总结道。（完）
