现场总线如虎添翼---Aventis制药厂的首次体验

　　Sanofi-Aventis集团旗下的德国Aventis Pharma公司正在组建基于现场总线技术的两条新生产线，生产用于治疗急性呼吸道传染的新型抗生素Ketec的两种基本物质。Aventis公司的工程师团队独立的管理了该项目，并在其总工程顾问团－西门子公司的协助下实现了工程的自动化。“最具有挑战性的工作就是改进一个正在运行的产品设备”，Aventis的过程控制项目经理Bodo Bartscheit如是说。作为工程的一部分，Infraserv Hoechst Tchnik的测试实验室被委托从事现场总线的技术工作。而Ketek设备则成为第一个建立在“现场总线与远程I/O系统比较”（FuRIOS）研究基础上的工业设备。

　　工程项目
　　2004年9月初，在位于德国Lahnstein的“过程控制技术用户协会”NAMUR的总会上，Sven Seintsch先生通过对所有的工程参与者进行总结，得出了关于FuRIOS如何在实践中得到应用的初步结论。Seintsch先生是Infraserv测试实验室的成员之一，同时，他也是IGR（工业实践兴趣组）的现场总线技术资深专家和NAMUR现场总线工作组的成员。两年前，作为在德国Aventis Pharma公司的技术工程领袖，Thomas Tauchnitz博士在同一礼堂介绍了FuRIOS的研究进展。该分析的目的就是从用户的角度研究现场总线的可行性和性价比。系统比较的结果和由Infraserv Hoechst Technik进行的广泛性实验室试验，为Aventis公司决定在毗邻德国Frankfurt的“Industriepark Hoechst”工业区建设新的现场总线设备奠定了重要的基础。
　　实施中的现场总线
　　目前设备使用Profibus PA总线。然而，依照FuRIOS，基金会现场总线（Foundation Fieldbus）H1可以表现得同样出色。
　　首先，Aventis和Infraserv Hoechst Technik在实验室条件下建立了一个测试段，用于彻底地检验该技术，以预先排除可能潜在的问题。在这项开创性的工程中，复杂的实验结构在很多方面被证明是极为有用的。而这样做的主要目的之一就是开发一个用于测试不同组件间的通讯、并能训练安装公司使用该项新装置技术的试运行方针。
　　除了与安全相关的信号仍按传统方式连线外，所有的过程仪器通讯均建立在现场总线的基础上。该设备由含22个Profibus PA段的11个process-near组件构成，连接在其上的有250个电机和换流器。两条新产品线由包含了1,600个Profibus PA设备的200个Profibus PA段构成。传统的固有安全阀和它们的末位位置信号由190个阀门箱耦合到总线上，同时由20个传感器箱读取固有的安全二进制开关信号。50个段耦合器使信号在Profibus的DP和PA段间无误传输。模块化的段耦合器电源连接模块为Profibus PA段提供较大电流，并通过来自Pepperl + Fuchs公司的470个现场总线安全栅（Fieldbus barrier）分配给每个现场装置。依据给出的区域1的拓扑图，现场总线安全栅的使用是决定操作效率的关键标准。典型情况下，每段由联接了12个设备的4个现场总线安全栅组成，大约60到70个现场装置连接到一个段耦合器。因此，Aventis公司并未使用现场总线安全栅的所有连接点，而是留下了约20%的空余节点用于日后产品生产线的扩充，而无需重新布线。该设备使用了15个不同类型的装置，分别来自多个厂商，如ABB，Endress + Hauser，Krohne，Knick，Pepperl + Fuchs，Samson和Vega。设备的试运转使用了基于FDT/ DTM（现场设备工具/设备类型管理）的集成工具，直接在DCS系统上完成。

图1:区域1的拓扑图

　　FDT/DTM问题
　　“总的来讲，FDT/DTM技术是优秀的，制造商应紧随其发展，因为它毕竟不是在发展的初级阶段”，Seintsch先生评论并补充道：“或许你并不总是想做先行者”。由于用于设备的集成技术还是较为新颖的技术，Ketek设备同时为用户和制造商提供了一条学习曲线。“FuRIOS已经预见到了会在首个工程中出现的问题，事实上，问题已经凸显出来。但是，这些问题都主要集中在设备集成阶段，这并不是系统对比研究所关注的领域”，Seintsch先生解释说。有一点可以相当肯定：设备集成的初始化问题与现场总线无关。通过与设备制造商和Infraserv测试实验室协作，Aventis公司克服了若干障碍，

现在这项工作已经接近尾声。如今，除了一个设备以外的所有设备都运行良好，而该项目的负责人也对他们会成功克服这最后一个障碍而充满了信心。
　　Profibus PA的康庄大道
　　Seintsch先生说：“我们如今已经可以肯定的说，Ketek工程已在系统的快速运转和易于安装方面证明了FuRIOS的研究结论”。而总的基本条件是：要有一个具有良好资质且受过特殊训练，并能在系统的设计和安装阶段有独特的思考问题方法的工作人员。还可以肯定的是，现场总线技术通过利用FISCO模型减少了验证系统内在安全性的麻烦。用这种方式，无需繁杂冗长的计算，只需记录少量的参数即可。其生命周期成本尽管会在长期操作中趋于研究结果，但目前还不能与之相比。同样，为了证明FuRIOS关于现场总线在维护和诊断方面带来的预期的额外好处，所需的只是一些耐心和时间。
　　所有的工程参与者都希望从制造商处得到一个能为Profibus PA 总线提供更大电流，并支持更多现场装置的基于双导体（two-conductor）技术的冗余光耦。所有过程自动化技术的用户对现场总线给予一个肯定的答案：它“是”可能会加速新器件的发展。至少，它对制造商来说是个很明确的信号，说明继续在该技术上投资是值得的。对Aventis和Infraserv Hoechst Technik的专家来说，未来在Frankfurt的工程会广泛地使用现场总线。但是，长期有效的方案，得以保证的向下兼容性和软件维护必须在制造商一方得到优化。我们已朝正确的方向迈出了第一步，几个正处于设计阶段和安装阶段的相关工程证明了现场总线技术在化学和药物工业场合已被越来越多的人所接受。也许，伴随着现场总线技术在过程工业领域的突破，制造商多年的期望会最终得到满足！
　　结论
　　应用现场总线安全栅！
　　关于设备连接方法的突破是现场总线安全栅，这是工作组2.6“Fieldbus”在2004 NAMUR总会上的结论之一。现场总线安全栅在由DSM、Infraserv/ Aventis和Novartis提交的所有三份体验报告中都扮演了主要角色。回溯到2000年，在现场总线安全栅未得到广泛应用之前，不管是Profibus PA总线还是基金会现场总线H1，如果现场总线的布局还是基于控制室中安全栅的传统类型，那么只有极少数的装置能够在一个段上工作。而使用目前被NAMUR工作组推荐为“最实用”的典型拓扑结构，安装基于现场总线安全栅，由于其减少了布线、规划和安装开销，因此也为该技术的操作效率提升做出了重大贡献。现场总线安全栅输出线保证了更高的灵活性和每个Profibus段能够连接更多的装置，并提高了系统的实用性。现场总线安全栅的输出有各自的短路电流限制，且依据Entity和FISCO的结论，它是本质安全的——即设计和操作现场总线设备的另一优点，而这也使现场总线适用于所有现有的设备。而且，现场总线安全栅可以在系统操作的同时断开和更换其上的装置，从而促进了设备的服务和维护的便利性。