现场总线和设备网络在制造业的应用正持续快速地增长。尤其在同时使用连续和离散应用的混合流程行业，制造商们已认识到同种现场总线结构的好处，该结构能突破不同装置的界限，把从简单的传感器到复杂的现场仪表联结成网。PROFIBUS以其统一的通信协议、诸多的应用形式和多种可选传输介质为制造商们提供了实实在在的长期效益，从而保护他们在自动化方面的投资。
图1：PROFIBUS应用行规基于统一的通信协议，满足不同应用领域的需求
现场总线和设备网络的效益已经不同于最初市场对它的认识。诸如布线和安装费用降低这样的好处是显而易见的，却掩盖了现场总线和设备网络的长期益处。根据ARC的研究，现场总线和设备网络的最大益处体现在工厂投运很长时间后的维护和运行方面。换言之，现场总线本身通常并不能直接降低费用，它通过有效提高资产管理水平，从而大幅度降低了运营成本，帮助制造商取得优异的运营绩效。当用户对应用于工厂环境中的现场总线和设备网络更有经验后，他们会发现这种技术更多的好处。
在诸如制药、食品饮料和精细化工这样典型的混合流程行业，现场总线大大有助于实现最佳运行。混合生产流程由连续的和提出独自要求的
在离散流程方面，诸如装瓶和制粒位于生产线的中心，而物料搬运和包装通常在生产的上下游区域。在这部分，网络的速度和确定性是关键因素。
基于IEC61158国际标准的PROFIBUS是在离散行业中使用最广泛的设备网络，用于连接可编程控制器和外围设备，如远程I/O、智能传感器和执行器、变频器和运动控制器等。为了满足过程行业对本质安全和两线制总线供电的特殊需要， PROFIBUS也提供MBP-IS（曼彻斯特编码、总线供电、本质安全）传送技术，但仍使用相同的通讯协议。
图2：PROFIBUS为混合流程的应用提供了浑然一体的通信解决方案
混合流程行业制造商需要集成的现场总线解决方案
混合流程行业的用户必须应付其工厂在连续和离散这两方面的日常操作问题。这两方面的自动化结构越相似，则运行和维护费用越低。因此，混合流程行业制造商需要贴合这两大制造领域的一体化工业网络解决方案。这里，PROFIBUS独特的价值在于其公共通信协议，由此可以对工厂的所有区域使用同一种方法进行组态和诊断。
除了有多种网络传输介质可供选择外，PROFIBUS的应用行规还能满足混合流程用户提出的各种要求。在包装应用中普遍使用的PROFIdrive可使多个变频器或伺服系统同步运行。PROFIsafe添加了一个额外的安全协议层，以帮助用户满足诸如IEC61508等国际安全标准严格的防错要求。这两种应用形式都以PROFIBUS DP为基础，且提供额外的特定应用的功能。
图3：混合流程行业既利用过程应用，同时又利用离散应用
PROFIBUS满足混合流程用户的需求
在危险区域，PROFIBUS PA设备应用行规采用本质安全的物理层，该层以两线技术向设备提供总线电源。该方案称为PROFIBUS PA。由于离散流程使用同一个通信协议，PROFIBUS PA段可以通过对总线协议透明的段耦合器与非危险区域或离散区域的PROFIBUS DP主干网络联结起来，作为它的延伸。
HART协议已成为加工行业的一个事实标准。据ARC估计，目前安装的智能型、基于微处理器的现场设备大多数与HART协议兼容。鉴于已安装的HART装置数量庞大，PROFIBUS HART规范在PROFIBUS上复制了HART的客户机-主机-服务器的模型。安装在DCS控制器和现场设备上的通信通道可使HART信息在接于PROFIBUS设备之间透明传输。
FuRIOS研究显示在混合流程中应用现场总线能降低费用
应用现场总线是否能降低投资费用的争论已经持续了许多年。最终用户一面摸索完全实现网络化的仪表的长期益处，一面为与现场总线兼容的设备继续支付高昂的价格。对用户和系统集成商来说，远程I/O（4-20mA信号的过程仪表与联网的I/O模块相连）已经是现场总线有力的替代品，因为它展示了在布线和物理架构方面同样可以做到节省费用。为了更好地理解这些费用，Infraserv H歝hst、IGR和安万特（Aventis）制药公司进行了名为“FuRIOS”（现场总线与远程I/O系统比较）的研究，在一家主要的制药厂中对比现场总线和远程I/O。FuRIOS证实，现场总线能比远程I/O大大地降低投资费用。这给实施现场总线提供了强有力的证据，尤其对系统集成商来说，其主要考虑的是降低安装费用，而非系统生命周期内的整体费用。
系统
现场总线系统和远程I/O参比系统均采用相同的控制系统和仪表。ABB 工业IT控制系统连同多种其他仪表、控制阀和软件一起使用。在一个新建的Aventis制药厂进行了比较研究。工厂对这两种系统都有相同的要求，包括可用性和部分冗余。研究中使用的现场总线系统包括两条用于现场设备的冗余PROFIBUS DP干线、一条用于驱动器和变频器的PROFIBUS DP干线、两个线段耦合器、17个PROFIBUS PA线段和64个现场总线安全栅。该工厂于2001年开始建造，并在2002年投运。项目总费用是1380万欧元，其中仪表和控制系统的费用为350万欧元。
设备费用比较
现场总线系统去除了远程I/O系统必需的一些设备。例如，在远程I/O系统中，限位开关与控制阀要一起使用，而在与现场总线兼容的系统中使用的数字阀门定位器能在到达限位时通过现场总线通知控制系统。另外，电磁阀被置于远程I/O系统调节阀前，以完全切断产品流；但数字阀门定位器能通过监视阀位集成的反馈信号完全切断产品流。在生产设备的设计阶段，还没有与现场总线兼容的信号灯、状态监控设备这样的装置。这些设备必须要通过传统的I/O接口与自动
表1
I/O费用比较
现场总线的应用大大地降低了I/O费用，因为去除了大量的I/O和相关硬件。与远程I/O系统不同，现场总线系统采用了PLC I/O卡用以连接来自与现场总线不兼容的设备、现场总线安全栅、阀门端子箱、段耦合器和电源链接模块。总体上，现场总线系统能比基于传统远程I/O的系统在I/O和相关产品方面的投资节省18%。
选择现场总线对DCS工程费用也有重大影响。与DCS的直接数字连接给工程、投运和检验带来了便利。大量用于组态不同设备的费用也节省了，因为通过诸如EDD等技术，系统能立刻识别与网络相连的设备，并且能识别设备的功能和特性。总体上可节约4.7%的DCS工程费用。
安装、校验和投运费用比较
表2
由于减少了电缆敷设使得远程I/O系统与传统系统节省大量的费用，而现场总线通过更短的分支电缆可以进一步节约费用。研究表明，现场总线比远程I/O共节约1.5%的安装费用，此外，由于很少需要信号校准，质检和编写相关文档，因此校验和质检的费用降低了 4.3%。由于无需回路检查，试车时间相应减少也降低了额外2.3%的费用。
总而言之，Aventis研究显示，现场总线装置首先能节约硬件和工程费用，其次是校验和试车，共能节约3.6%的费用。
建议
■ 现场总线方案可以通过更好的诊断、简化日常维护和支持预先维护，从而为生产系统增加长期效益。为了使这些效益最大化，用户应该在整个流程中审视PROFIBUS的效益（不应只是自动化孤岛上），特别是在资产管理方面。
■ 化工、制药或食品饮料等混合流程行业的用户均能从PROFIBUS中受益，其独一无二的好处体现在将连续流程的设备，如压力变送器和流量计与离散部分的设备，如驱动器和传感器进行无缝集成。PROFIBUS的公共通信协议营造了一个统一的环境，可以帮助降低工程、培训和维护的费用。
■ 新的控制系统可以利用现有已安装的HART设备，同时也利用PROFIBUS功能，用户可以把这些系统看作是向现场总线迁移的一种经济有效的方案。
