如何评价现场总线技术的优越性

以FF总线为例，现场总线技术主要有以下优越性：
（1）FF现场总线系统安装材料与调试工作量减少
　　现场总线的I/O系统卡件和布线简单，减少相应的设计、安装的工作量及控制室占用面积。
（2）FF现场设备的全数字化、智能化与功能自治化
　　现场总线设备将微处理器置入现场测量控制仪表中，具有数字计算和数字通信能力。数字信号使设备的信息量大大增加，传输抗干扰能力强，精确度高，减少了传送误差，提高系统的可靠性。传感测量、补偿计算、工程量处理与基本控制等功能在现场总线设备中完成，而且为现场设备更高级的智能化提供了平台空间。
现场总线控制系统是全分散性的体系结构，控制功能可以分散在各个现场智能仪表中，这样减轻DCS主控制器的负荷，系统结构可能苗条化，或用于更高级的控制和管理功能。
（3）FF现场总线具有开放性、互操作性与互用性
　　如果说FF-H1总线现场设备的可互操作性使现场总线达到了DCS系统的4～20mA的信号互连的水平，而高速以太网现场总线HSE的可互操作性则达到了DCS系统控制总线的开放的水平。使不同公司生产的控制器可以挂在同一网络上协同工作，这对DCS而言是不可能实现的。电子设备描述语言（Electronic Device Description Lanquige， EDDL），为对象设备提供一个不依赖于某种软件平台的描述文件，使控制系统（FF、 Profibus 或其他）能够理解设备中数据的意义并无功能损失地使用它们。这为用户摆脱商业垄断提供了可能性。
如果说FF-H1总线现场设备的可互操作性使现场总线达到了DCS系统的4～20mA的信号互连的水平，而高速以太网现场总线HSE的可互操作性则达到了DCS系统控制总线的开放的水平。
（4）FF现场总线系统降低了设备的生命周期成本
　　由于FF现场总线控制设备具有更多的自诊断参数和故障自诊断能力，并通过数字通信方式将诊断维护信息送往DCS，管理人员通过DCS的资产管理系统（AMS）可查询所有仪表设备的运行情况，诊断维护信息，寻找故障，以便早期分析故障原因并快速排除，仪表设备状况始终处于维护人员的远程监控之中。与此同时，根据AMS系统提供的信息准确地制定大修或抢修的作业计划和备件准备，不必进行调节阀的周期性的轮流解体检修，缩短停工维修时间，节约维修费用，降低生命周期成本。

二 现场总线另一角度的优点

　　如果换一个角度看，上述现场总线技术的优越性又可以划分为表面的、隐含的和潜在的优越性3类。
1．表面性
　　最表面的优越性就是节省60%甚至更多的电缆及相关的辅件、节省系统硬件数量和设备投资。节省电缆是非常直观的也没有什么分歧。据有关典型试验工程的测算资料表明。可节约安装费用30%以上。有一点说明的是，对于大中系统这个优点是重要的，有震撼力的。而对于小系统则因为节省额度有限经常不被当作重要因素考虑。
　　系统硬件节省主要是减少了很多I/O卡。一条总线段如果挂8台现场设备（不分输入和输出），那么有2个通道的总线接口卡可以取代2块8通道的传统I/O卡，而4通道的总线接口卡可以取代4块I/O卡。同时本安系统可以节省许多数量的安全栅。特别是FISCO（现场总线本质安全概念）安全栅，一台可以取代4～8台传统安全栅。
　　但需要特别说明一点。现场总线系统硬件节省与系统结构和设计有较大的关系。所以在规划设计阶段理解现场总线技术精髓，合理确定系统结构和功能分配对降低硬件开销有较大的作用。分析目前市场可以买到的现场总线系统可以大致分为：
（1）传统DCS＋现场总线接口卡结构，优点是全面继承DCS所有特点和用户已有习惯。
（2）完全基于现场总线体系的结构，优点是更有效地节省硬件开销。
　　由于智能现场总线现场仪表可以完成基本控制功能。如PID调节，甚至较复杂的串级、比率、前馈和分程等。所以，上位控制器/链接桥路器可以设计得较“苗条”。这也为降低现场总线控制系统硬件费用创造了条件。反之，如果我们不在现场仪表中完成它们本来可以而且应该执行的任务而继续完全依靠传统DCS一样强大复杂的“控制器”来完成所有控制任务，而仅仅将总线用于信号通信。这就“浪费了”现场总线现场设备的智能能力，导致了上下功能重叠和成本不必要地上升。
　　合理地设计网段上仪表的数量对系统硬件成本也有直接的影响。
　　另外，合理地设计网段上仪表的数量对系统硬件成本也有直接的影响。在考虑了风险度、速度、电源压降和设计裕度后尽可能在网段上多挂仪表能明显降低硬件成本。
　　一般说现场总线控制系统设备费用构成和DCS有所差别，现场总线现场设备的列表价比同档次的智能设备高20%。但设计合理的控制室设备应比DCS低。两者之和应与DCS持平。对于设备费用的比较特别要注意“同档次”。因为DCS可以选择低成本简单模拟现场设备。而现场总线现场仪表则都是“智能”的，而且目前大部分是进口设备。从这个角度说，现场总线的确不是以“便宜”为卖点的低成本技术。但因为它用不贵的价格购买到有更高技术性能的系统，所以我们还是说它为用户节省了金钱。
　　上海塞科的工程实践证明，如果采用进口电缆则虽然节省了电缆数量但将比采用国产电缆的DCS系统的投资反而增加17.5%，但如果采用国产电缆就将减少4.5%。安全栅的情况也类似，如果采用国产总线安全栅就可以不仅减少安全栅数量同时也减少投资。影响设备采购价格还有许多复杂因素。例如一次购买的数量，因为商业竞争局面而导致的“特殊折扣”等。供应商掌握的原则是既要体现性能价格比的竞争力，也要尽可能快地收回研发的投入以利于继续的技术进步。所以预计现场总线控制系统设备费用（不是建设费用）目前会维持在DCS的同样水平。随着应用不断扩大，价格呈下降趋势而且有更大的空间。
目前使人感到现场总线不便宜的一个原因是大部分“辅件”全部采用进口设备所致。如果类似安全栅、端子及接线盒之类的设备采用国产设备的话，则这些设备不仅数量比传统系统减少且费用也同步减少。笔者认为，以国内的技术水平而言完全可在短期内研发出这些产品。
2．隐含性
　　现场总线技术的很大一部分优越性是有“隐含”的性质。它们虽然肯定有社会效益但可能不会立即表现为业主的经济利益，例如安装施工费用。虽然电缆减少将节省很多工作量，但由于缺少经验和核算数据，可能在初期阶段施工单位并没有少收业主的费用。特别是在调试、运行和维护的全过程，这些隐含利益是不断地陆续得以体现。
　　供应商掌握的原则是既要体现性能价格比的竞争力，也要尽可能快地收回研发的投入以利于继续的技术进步。
　　为了充分发挥这些“隐含”的优越性，用户必须首先重视人员的培训。使用者一定要熟悉现场总线技术和设备的性能甚至是技术细节。如果技术非常生疏，“误操作”不断，所谓优越性的发挥就无从谈起。一些初次的使用者恰恰就是这样而没有体会到什么优越性的。另外，人员组织机构也会影响优越性的发挥。传统情况往往是由那些不熟悉计算机技术的人员负责现场仪表，而熟悉计算机技术的人员负责控制室DCS。现场总线的情况不同了，现场仪表也由计算机管理起来了，所以人员配备应该有所调整。由于调试、运行和维护省时省力，可以体现为缩短占用时间和减少人工。所以适当地调整组织机构才能体现这一节省。例如基金会统计认为，采用现场总线技术将安装施工劳动节省50%，调试劳动节省75%，工程设计节省50%。（总节省占工程投资的比例因为国内外劳动价格不同而不同，所以本文不予以引用）但同时强调只有在项目一开始就按现场总线技术来规划时，才容易显现优越性认识，反之如果还完全按常规方法规划组织项目，可能有若干优越性也许就被埋没了。

图1 不同精度系统控制工艺参数的优化水平

图2 自动化系统各部分的故障发生率

图3 自动化系统维护工作量构成

　　数字系统的“鲁棒性”使生产效率的提高和产品质量的改善是现场总线技术典型的“隐含”优越性。手动、模拟自动和数字自动控制的精确度不同，而精度最好的数字系统可以使参数控制点靠近最优同时又是极限的区域，而精确度低的系统为防止超出极限只能将设定值放在远离参数优化的位置上，如图1所示。