1、 總線技術在石油石化的部分應用及展望摘要：現場總線（FCS）技術在石油化工領域起著重要的作用，從DCS到FCS的過渡，會使石油化工的自動控制、產業(yè)管理更加完善。FCS中的PROFIBUS總線，有很多優(yōu)勢，基于PROFIBUS的設計會使工業(yè)生產更易于控制和管理。本文主要以PROFIBUS介紹了現場總線的應用，以及FCS的發(fā)展前景。關鍵詞:現場總線 DCS PROFIBUS 冗余 油田應用 總線發(fā)展前景世界工業(yè)經過了機械化、電氣化、自動化等主要階段以后，基本完成了工業(yè)化的主要任務。在進入信息時代以后，石油化工業(yè)，開始向數字化、網絡化、模型化，或者稱智能化方向發(fā)展。現場總線技術將給石油化工界，帶來巨

2、大的影響。進入21世紀以來，世界上的石油化工企業(yè)都面臨著共同的挑戰(zhàn)，諸如最大限度地降低成本、提高利潤、保障安全、生產清潔產品、面對全球性競爭和獲得最佳運營業(yè)績等等。因此發(fā)展現場總線和智能儀表技術勢在必行。在石油和化工企業(yè)DCS有著很廣泛的應用。DCS自20世紀70年代問世以來，經過幾代技術變遷和更新發(fā)展，現已廣泛應用于各個行業(yè)，其中石油和化工企業(yè)的應用更為普及，技術改造項目用DCS，新建項目用DCS。但DCS本身在具有很多優(yōu)點的同時，也存在著發(fā)展的制約，因此，FCS應運而生。一、總體概括FCS是一種新型的分布式網絡控制系統(tǒng)，它既是現場通信網絡系統(tǒng)，也是現場自動化系統(tǒng)。它作為一種現場通信網絡系統(tǒng)

3、，具有開放式數字通信功能，可與各種通信網絡互連。它作為一種現場自動化系統(tǒng)，把安裝于生產現場的具有輸入、輸出、運算、控制和通信功能的各種現場儀表作為現場總線的節(jié)點，并直接在現場總線上構成分散的控制回路。現場總線技術（FCS）將使現在的模擬與數字混合的、分散控制系統(tǒng)（DCS）更新?lián)Q代為全數字式的徹底分散的現場總線控制系統(tǒng)（FCS），真正做到危險分散、控制分散、信息集中和監(jiān)控集中。二、幾種主流的現場總線做一簡單介紹1、基金會現場總線（Foundation Fieldbus 簡稱FF）FF分低速H1和高速H2兩種通信速率，前者傳輸速率為31.25Kbit/秒，通信距離可達1900m，可支持總線供電和本

4、質安全防爆環(huán)境。后者傳輸速率為1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距離為750m和500m，支持雙絞線、光纜和無線發(fā)射，協(xié)議符號IEC1158-2標準。FF的物理媒介的傳輸信號采用曼切斯特編碼。2、CAN（Controller Area Network 控制器局域網） 最早由德國BOSCH公司推出，它廣泛用于離散控制領域。3、Lonworks采用Lonworks技術和神經元芯片的產品，被廣泛應用在樓宇自動化、家庭自動化、保安系統(tǒng)、辦公設備、交通運輸、工業(yè)過程控制等行業(yè)，被譽為通用控制網絡。4、PROFIBUS PROFIBUS是德國標準（DIN19245）和歐洲標準（EN50170）的現場

5、總線標準。由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-NET、PROFIBUSPA系列組成。5、HART（Highway Addressable Remote Transducer） HART最早由Rosemount公司開發(fā)。其特點是在現有模擬信號傳輸線上實現數字信號通信，屬于模擬系統(tǒng)向數字系統(tǒng)轉變的過渡產品。雖然現場總線國際標準IEC61158包含了FF、Profibus、ControlNet、WorldFIP、P-NET等在內的八種類型（現已增加到十種類型）的現場總線，沒有實現它最初的“制定單一現場總線”的目標，同時也宣告了多種現場總線并存的局面已經形成。但與現有的DCS、PLC等相比，現

6、場總線控制系統(tǒng)FCS由于具有的全數字多點通信、現場設備狀態(tài)可控、開放性、互可操作并能實現分散控制等特點，仍然是石油化工行業(yè)基礎自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。三、PROFIBUS介紹在現場總線中，最值得注意的是Profibus總線。PROFIBUS是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產商的現場總線標準，廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通、電力等其他領域自動化它由3個兼容部分組成，即PROFIBUSDP(Decentralized Periphery)、PROFIBUSPA(Process Automation)和PROFlBUSFMS(Fieldbus Message Specifica

7、tion)現在的PROFlBUSFMS基本上PROFlNET所取代。其中：PROFIBUSDP是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統(tǒng)與分散式IO的通信，使用它可取代420 mA直流信號傳輸；PROFIBUS-DP的基本功能和特征有：1傳輸技術：RS-485雙絞線、雙芯電纜或光纜。波特率從9.6Kbit/s到12Mbit/s。2總線存?。焊髦髡鹃g采用令牌傳遞方式占用總線，主站與從站之間為主-從輪詢方式，支持單主站或多主站系統(tǒng)，總線上最多站點（主從設備）數為126。3通信：點對點（用戶數據傳送）或廣播（控制指令發(fā)送），周期性主-從用戶數據傳送和非周期性主-主數據傳送。4運行模式：運行、清除、停止

8、。5同步：控制指令允許輸入和輸出同步。同步模式：輸出同步；鎖定模式：輸入同步。6功能：DP主站和DP從站之間的周期性用戶數據傳送，各DP從站的動態(tài)激活和禁止，DP從站組態(tài)檢查，診斷功能，三級診斷信息，輸入/輸出同步。通過總線設置DP站點地址、參數。每個DP從站的輸入和輸出數據可以多達246字節(jié)。7可靠性和保護機制：DP從站帶看門狗定時器（Watchdog Timer），對DP從站的輸入/輸出進行存取保護。DP主站帶可變定時器對用戶數據傳送進行監(jiān)視。8設備類型：第一類DP主站（DPM1）是中央可編程控制器，如PLC、PC等；第二類DP主站（DPM2）是可以進行編程、組態(tài)、診斷的設備，如編程器和P

9、C等。DP從站是帶二進制或模擬量輸入輸出的驅動器、閥門、智能儀表和分布式I/O等。9診斷功能：PROFIBUS-DP診斷能對故障進行快速定位。PROFIBUSPA專為過程自動化設計，可使傳感器和執(zhí)行機構聯(lián)在一根總線上；PROFIBUSFMS用于車間級監(jiān)控網絡，可實現現場設備層到車間級監(jiān)控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供可行的解決方案。總之，DP用于分散外設間高速數據傳輸，適用于加工自動化領域。FMS適用于紡織、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等。PA用于過程自動化的總線類型，服從IEC1158標準。PROFIBUS支持主-從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多

10、從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。PROFIBUS的傳輸速率為9.6Kbit/s至12Mbit/s，最大傳輸距離在9.6Kbit/s下為1200m，在12Mbit/s小為200m，可采用中繼器延長至10km，傳輸介質為雙絞線或者光纜，最多可掛接127個站點。下面我們以基于PROFIBUS的工業(yè)以太網在油田中的應用為例：該設計的思路是：為了將油井的生產管理由人工管理變成自動化管理，實現油井的遠程實時監(jiān)控，提出了采用SIEMENS OSM形成一個雙環(huán)冗余的工業(yè)以太網的方法，以應用油井遠程監(jiān)控系統(tǒng)(RTUSCADA)解決油井生產管理的自動化問題該系統(tǒng)基于PROFIBUS現場總線，采用SIEMENS OSM形

11、成一個雙環(huán)冗余的工業(yè)以太網，在網絡或器件出現問題時均能保證網絡的通暢，可實現油井的遠程實時監(jiān)控、計量站無人值守、聯(lián)合站生產參數和設備運行狀態(tài)自動檢測等，對實現油井管理的自動化、提高工作效率、保證數據采集的準確性及加強現場事故的應急處理等都起到了重要的作用以其中的幾個設計圖為例：1、采油平臺設計陸采平臺使用SIEMENS PCS7冗余控制器AS414-4H和分布式IO ET200M組成RTU，實現數據采集及控制要求AS414-4H與ET-200M使用PROFIBUS現場總線連接，連接時使用一個帶光纖接口的IMl53高性能接口模板工藝參數遠傳以光纖為介質，使用西門子的OSM各平臺示意圖如圖2所示，

12、1號陸采平臺的光纖網絡連接中控室和2號陸采平臺圖22、光纖網絡設計光纖網絡采用SIEMENS OSM形成一個雙環(huán)冗余的工業(yè)以太網，在網絡或器件出現問題時均能保證數據傳送的通暢，實現雙網冗余熱備份運行雙環(huán)冗余網絡連接的示意圖如圖3所示圖3雙環(huán)冗余網絡連接示意圖3、控制中心設計控制中心包括冗余服務器2臺，操作員站2臺，工程師站l臺，數據庫歷史站l臺，冗余集線器2套，AS414-4H控制器1臺每臺計算機安裝2塊CPl613網卡，其中操作員站和工程師站接到一臺集線器上，其余接到環(huán)行網絡的另一集線器上控制中心示意圖如圖4所示圖四 控制中心示意圖數據庫歷史冗余服務器工程師站工業(yè)以太網(雙管冗余)操作員站S

13、IEMENS PCS7冗余控制器雙絞線轉光纖模塊具有光纖接口的M153四、發(fā)展前景：雖然，FCS在石油化工的應用還沒有DCS那么成熟，很多控制設備還是依然采用DCS控制系統(tǒng)，FCS尚未進入大批量應用階段，現場總線儀表及輔助設備價格偏高。但隨著FCS的推廣應用，技術進步，市場競爭，優(yōu)勝劣汰，FCS的經濟性將會顯現，我們應該相信，FCS的發(fā)展前景是非常美好的。1、現在的FCS與DCS已有很強的兼容性，將FCS和DCS集成到一起應該是FCS發(fā)展的必經之路，只有這樣，FCS在包容與改革中才會發(fā)展的更加完善。下面我們來看一個FCS與DCS共同使用的實例：  FCS的集成：小型工程項目中FCS自

14、成系統(tǒng)，中、大型工程項目中FCS和DCS控制站集成，一般有兩種集成方式。一種是FF-H1現場總線模塊作為控制站的下屬I/O模塊，例如Emerson公司的DeltaV系統(tǒng)，如圖3所示；另一種是FF-H1現場總線模塊獨立，例如Honeywell公司的ExperionPKSR300系統(tǒng)，如圖4所示。  前者FF-H1依附于控制器，信息傳輸慢；后者FF-H1獨立，信息傳輸快。圖3和圖4中工程師站（ES）、操作員站（OS）、計算機站（CS）為DCS操作監(jiān)控層設備，控制站中有冗余電源（P）、控制器（C）、現場總線接口（H1）以及各類I/O模塊。 圖5 FCS和DCS集成之一圖6 FCS和DCS集

15、成之二      2、 不同類型的現場總線組合使用經過對不同類型現場總線的簡單比較，可以看出，有的總線速度快，有的總線成本低將他們組合起來，既提高了工作效率，又降低了成本。因此，針對不同的情況選用不同的總線可以最大限度地降低系統(tǒng)成本。大家可能會擔心，用了多種現場總線，會使整個系統(tǒng)的操作、管理變得復雜。實際現在一些通用的人機界面軟件，都支持多種現場總線，因此到人機界面這一層，不同總線的區(qū)別對使用者來說是不大的。3、信息處理現場化技術更加成熟采用現場總線，現場總線系統(tǒng)的信息量大大增加了，而傳輸信息的線纜卻大大減少了。這就要求一方面要大大提高線纜傳輸

16、信息的能力、減少多余信息的傳遞。另一方面要讓大量信息在現場就地完成處理，減少現場與控制機房之間的信息往返。信息處理的現場化是智能化儀表和現場總線所追求的目標，也是現場總線不同與其它計算機通信技術的標志。4、工業(yè)以太網發(fā)展更加成熟，應用更加廣泛所謂工業(yè)以太網，是指技術上與商用以太網(即IEEE802.3標準)兼容，但在產品設計時，在材質的選用、產品的強度、適用性以及實時性等方面能滿足工業(yè)現場需要的以太網絡。簡言之，工業(yè)以太網是將以太網應用于工業(yè)控制和管理的局域網技術。目前以太網已經滲透到了控制層和設備層，開始成為現場控制網絡的一員。5、 系統(tǒng)組態(tài)通用化現在一些帶現場總線的現場儀表本身裝了許多功能塊，雖然不同產品同種功能塊在性能上會稍有差別，但一個網絡支路上有許多功能類同功能塊的情況是客觀存在的。選用哪一個現場儀表上的功能塊，是系統(tǒng)組態(tài)要解決的問題。目前現場總線系統(tǒng)的組態(tài)是比較復雜的，需要組態(tài)的參數多，各參數之間的關系比較復雜，如果不是對現場總線非常熟悉，很難將系統(tǒng)設置到最佳狀態(tài)。我們可以提高組態(tài)的功能，使其更加通用化。結束語：動態(tài)的信息網絡在石油化工廠運行。成千上萬的傳感器通過網絡直接