“现场总线技术之争”已经有着很长的历史。如今，现场总线技术已经在流程工业生产领域中得到了广泛的应用。这一话题还有再次讨论的价值吗？参加PROCESS圆桌会议的代表们异口同声的回答是：“有必要。”本文将向您介绍这次讨论的关键——现场总线应用中的症结和挑战。

如今，业内专家们还能非常清楚的回忆起当初参与现场总线争论的企业，能够清楚的回忆起当初大范围的引进现场总线技术所带来的麻烦。尽管这一技术在流程工业领域中的应用已经有20余年的历史了，但是它的应用情况看起来一直不够理想，不像使用者和生产者所想象的那样。在这样的背景下，PROCESS编辑部把用户企业和生产厂家们都请到了圆桌会议上来，以便探究其根源。在德国测量与控制标准委员会(Namur)担当了多年负责人Hasso Drathen博士的主持下，7位与会的专家在维尔茨堡市就这一话题展开了讨论。

得到的第一个结论多少有些令人惊讶：现场总线本身工作的非常出色，问题是现场总线设备的集成，用户们持怀疑态度，并且忧心忡忡。

现场总线系统的优点

现场总线的用户们对现场总线设备的品种和规格都表示非常满意。尤其是那些模块化结构的现场总线设备，它们在现场总线系统中充分的显示出了自己的优势。在空间非常紧张的流程设备中，现场总线表现也非常出色。Clariant公司的电子技术工程师、Namur委员会2.6现场总线委员会主席Michael Pelz先生说道：“总有一天会出现设备安装空间不足的问题。到那时，现场总线可能是惟一的解决方案了。”

一般来讲现场总线的安装公司都具有安装Profibus和Fieldbus Foundation两种不同现场总线系统的能力。因此，在安装现场总线系统时很少出现错误，在流程设备的调整试车时进度也比较快。设备调试成功后，由于现场总线发生的故障易于查找，易于维护保养，所以用户能够很快的掌握和使用这一系统。例如Michael Pelz先生在强调现场总线的优点时所列举的例子，故障诊断简单方便。

与会者也提出了这样的问题：“为什么在德国，现场总线的应用情况不像过去那么普遍了呢？这与较高的采购成本或者项目实施费用有关吗？”Pelz先生认为，绝不是这样的。他的经验是所有的费用在项目审批时都已经计算出来了，不可能成为影响因素。艾默生过程管理德国公司的Ernst J?ger先生尝试着对这一现象进行了解释：“德国的企业非常愿意采用现场总线，只是不愿在德国本国使用，而是在他们国外的生产基地中使用。”重要的现代技术就这样远足国外，同时也把竞争优势转移到了国外？J?ger先生的回答是：“在德国，很多情况下没有必要对已经使用的4~20mA的设备进行全面的更换，因为这些流程设备性能很好，运行非常正常。”

德国伯格工业服务集团（Berger Industrial Services AG，简称BIS）的Manfred Dietz先生也有着类似的看法。Dietz先生讲述了H?chst工业园中，小型和中型流程设备使用现场总线项目的情况。同时，这位经验丰富的专家也认为H?chst工业园的用户们由于地处法兰克福，所以在遇到紧急情况时，可以很快的得到现场总线技术专家和检测实验室的帮助。

并不是各个生产基地都具备这种有利的基本条件的。同时，Dietz先生还认为，只有企业生产基地中的流程设备操作者或者服务商也具备了相应的现场总线技术的知识和经验时，才能真正的在那里使用现场总线技术控制生产。因此，应该对那里的职工进行很好的专业技术培训，使他们能够利用学到的知识和经验保障流程设备的日常生产。

此外，现场总线技术在德国应用较少的另一个原因是，新的大型项目数量很少, 负责流程设备生产运行的工程技术人员承受着很大的项目压力。他们要仔细的考虑是采用新技术还是采用久经考验的Remote I/O技术。

在这样的背景下，可以解释为什么现场总线技术能够在时间进度要求不紧的项目中得到应用。但是，这是现场总线在德国应用相对迟缓的所有理由吗？

较差的集成性能

“不是”，巴斯夫公司负责自动化工艺技术的Oliver Weigel先生认为：“现场总线技术应用迟缓的原因另有所在。目前，现场总线设备的集成太复杂。当然，我们可以对职工进行技术培训，但是他们是工程技术人员，不是计算机专家。”Weigel先生认为，现场总线设备集成后最糟糕的问题是其使用寿命稳定性问题。Clariant公司的Michael Peltz先生对Weigel先生的意见也表示赞同：“我们体验到了现场总线仪表设备集成的复杂性了。”同时，他还指出了集成问题中涉及到用户使用的另一个要求：“若联系到无线通信技术或者以太网时，这一问题随时都会成为爆炸性的问题。而且在这一技术中，现场总线的设备也应在集成后能够与上一级控制系统相互联系。”

而业内专家Manfred Dietz先生则对现场总线大加赞赏，他说：“必须清楚的说明一下，现场总线是我们所知道的最好的、最稳定的和最坚固的总线系统，是给我们带来麻烦最少的总线系统。”尽管如此，也挡不住他要对现场总线设备集成的情况提出批评。Dietz先生就目前现场总线设备选择的实际情况给出了一个大概的描述：“用户不是在寻找一个适合于他的需要的现场总线设备，相反是从众多设备中选择一个在特定的环境中可以运行的应用软件控制的设备。”

在一个问题上所有用户看法都是一致的：在现有技术的基础上实现现场总线设备稳定的集成是非常困难的。不仅是在制造方面，而且在用户的使用方面都非常难。因为有些工程项目处于系统安全性的考虑更愿意采用有备用系统的结构，有些生产厂长期以来只提供EDDL国际标准电子设备描述语言的产品，而为设备的集成研发设计的是DTM动态同步传输模式。所有的这些都带来了很高的附加费用支出，都意味着要付出更多的时间。对目前的状况，Michael Pelz先生一语道出了其中的焦点问题：“基于不断提高的复杂程度，我不敢肯定实现统一集成还需要多长的时间。”

沿着正确方向迈出的第一步

Namur委员会提出的NE 121推荐标准是保证现场总线设备集成后长期稳定工作的一个开端。它指出了过程控制系统新的最佳采购途径和保证长时间使用运行的方法，并回答了，流程设备运行工程师如何才能保障过程控制系统有着尽可能长的使用寿命，同时又把设备技术改造的费用限制在规定的范围之内。这里的核心问题是过程控制系统的老化管理和系统研发的质量管理，包括了用于可用性和可持续性的控制系统研发技术规范的制定。这并不是泛泛的空谈，已经问世的Profibus总线系统的Profi PA 3.02就准确的考虑了长期使用时的稳定性问题。

生产厂家也认识到了现场总线设备集成的复杂性。Endress＋Hause公司的Raimund Sommer博士说：“作为一个仪表设备的生产厂，我们有义务和责任来解决设备集成的问题，我们的主要精力集中在现场总线仪表的最佳集成方面。对此，我们承诺提供最具竞争力的产品，为用户提供最有用的产品。”

为了使现场总线的驱动能够更好的与仪表设备相匹配，E+H公司研发设计了自己的数据库，在E+H公司的现场总线实验室中进行了大范围的测试。在那里，他们对自己生产的现场总线仪表设备与几乎所有的过程控制系统进行了匹配试验。这样做带给用户的好处是，从2009年起，可以根据系列号和DCS版本号从这一数据库中找出合适的驱动程序。

用户对微软的喜恶参半

Hans-Georg Kumpfmüller先生也强调了IT的意义。该公司在传感器和通信技术领域中与西门子的自动化系统部有着密切的合作。Kumpfmüller先生解释说道：“在自动化领域中，集中控制结构与分散式的现场控制结构有着很大的差异。因此，在自动化控制的各个层次中都规定了要使用以太网进行通信，保证能够在控制系统直至各个现场层都实现畅通无阻的信息交流。在此基础上，开放式的IT工作站在自动化技术中得到了广泛的应用，IT和自动化也随之紧密结合，共同发展。”当然，这种发展在用户那里看来也存在一些问题。IT技术的创新速度很快，一般每3~4年就要更新换代；而过程控制系统的使用寿命一般都是20年。这种发展速度在一定程度上是用户不能接受的、戏剧性的发展。

BIS公司的Manfred Dietz先生说道：“我们今天使用的每一种技术都在过程控制系统中保持较长的一段时间，而且必须在很长的时间里对这一系统进行维护。若得到的是每六年或者七年就要修改一次的控制系统，实在是令人痛心。”他的看法是，人们关于硬件集成的问题谈论的太多了,而关于软件的作用谈论的太少了。因为使得仪表设备集成踉踉跄跄的一个原因就是微软的技术，就是一开始受到用户欢迎的Microsoft。就像艾默生公司的Ernst J?ger先生指出的那样：“借助于Windows技术使得流程控制系统明显的更加经济实惠，但是节约下来的资金必须在整个使用寿命管理的其他地方又都交出去。”生产厂家应该为此而支付什么样的代价，可以从实际中清清楚楚的看出来，例如,在过去的5年里艾默生公司就研发设计了3种不同的过程控制系统，而且这种全新设计似乎还需要继续。”

E+H公司的Raimund Sommer博士对这一症结做了如下的小结：“用户对微软的喜恶参半。他们认为，利用微软技术能够相对经济的进入IT技术世界，同时他们也察觉到这是一种有着严格游戏规则的技术。”他的最终结束语是：“我们必须对我们所要做的一切集成，无论是EDD，是DTMS或者是FDI，都要注意到流程设备中IT系统的规则。”此外，IT还有可能引出全新的问题。J?ger先生指出：“我们必须问问自己：使用现代的通信技术存在着什么样的安全风险。当我们今天进入了企业网络也就是打通了企业网络通向外界的大门。与此有关的风险问题必须解释清楚。”

一般来讲，未来流程设备的使用寿命周期费用管理系统需要与现场总线仪表设备的供应商、控制系统的供应商和流程设备的操作者密切合作。巴斯夫公司的专家Oliver Weigel先生则要求用户更加密切的与生产厂进行对话，他说：“我们不能更换已经有效运行的基础。”为什么会这样呢？因为定期的对过程控制系统进行升级是非常困难的。Michael Peltz先生也同意这样的说法，他补充道：“我们不再是只有一个与控制系统连接的接口了。相反，信号发生器和传感器等等有着很多的通信接口，这些都是寿命周期管理系统必须注意的连接接口。”他的忧虑是：“在我知道现有的过程控制系统中已经出现了这么多的问题之后，我就问自己，在现场总线仪表设备中采用IT技术是否还有意义。是否从长期的角度来看真的有用？或者我们要彻底的转变思路了？”

有时候“不多”表示的就是“很多”

还有一个用户经常遇到的问题就是由现场总线带来的信息洪流的问题。目前，过程控制系统传递和生成的信息太多，其中有些信息是没有经过编码的信息。Weigel先生批评道：“其结果是带来了信息洪流。对流程设备操作者提出了过分要求的信息洪流。”若在过程控制系统和相应的信息传递过程中坚定不移的执行Namur的NE 107推荐标准（现场总线仪表设备的自我监控和自我故障诊断），则可使控制系统中显示的现场总线信息数据更加简洁，能够更好的被加以利用。在这方面，用户希望能够在现场总线仪表设备中进行数据信息的预处理，最终传递的是有用的信息而不是一堆数据。只有这样，流程设备的操作者才能根据得到的信息做出决策。

数据量的不断增加也带来了其他的问题，如Dietz先生所指出的那样。根据他的看法，目前生成的数据太多了：“我设计了一套流程设备，把数据给了流程设备制造厂，他又搞出了一堆数据。是些有关不同报警、不同维护保养的数据。直到有一天我们把设备拆回来了，需要再采集一遍数据。”他的建议是向IT学习。把过程控制系统中与原始任务没有关系的功能都去掉。“原则上我们也可以做一个长期时间数据库，停止使用所有与此有关的程序，对数据进行管理。例如，这一数据库可以是Unix数据库。在流程设备的整个使用寿命周期内，新的数据简单的作为Add-on添加到数据库中就可以了。”这样做的好处是可以利用一套系统，例如SAP或者过程控制系统完成所有的任务。

即使不这么做，但按照E+H公司研发设计的W@M解决方案也能收到相同的效果。Raimund Sommer博士解释说道：“在我们的数据库中，汇集了有关过程仪表设备使用寿命周期内的数据，并能对这些数据进行维护。它带有与工程管理和设备管理系统连接的接口。”

用强化现有技术代替研发新的技术

在圆桌会议中有一点是非常明确的：长期以来人们一直不是孤立的考察现场总线系统。其他技术，例如以太网技术、无线通信技术等都是考察现场总线技术的同时必须考察的对象了。Turck公司的Frank Rohn先生的经验是：这些技术已经慢慢的渗入到流程工艺的实践中去了。他说道：“经过我们多次与用户的交流给我们留下了这样的印象，用户首先希望的是巩固、改进和提高现有技术，而不是一再的引入新的技术。”

根据他的看法，现场总线可以采用的新技术有成千上万种之多，在这些新技术的作用下将会导致现场总线技术的分离。其中就包括无线通信技术、以太网技术、安全技术、工程管理和设备管理技术以及分散式自动化控制技术等等。Frank Rohn先生的小结是：“未来，这些技术都不应孤立的进行考查了。这样，我们就又回到了研发的起点，回到了自动化领域发生基本变化的起点。”

新技术的研发也应从全球的角度进行考虑。艾默生公司的J?ger先生讲述的非常明确，首先应该知道哪些控制软件是用于何种目的的，有哪些国际标准。“我们生活在一个经济全球化的世界里，这就必须为全球不同的市场提供符合不同需求的产品。因此，国际的标准化是我们关注的一个重要方面。”西门子公司Hans-Georg Kumpfmüller先生的讲话还回答了如何满足工业通信技术的附加要求。他说：“满足工业通信的附加要求包括实时性能，直至高精度的运动监控应用，有安全保护，与现有现场总线连接的投资保护以及在易燃易爆危险场合中使用的现场总线仪表设备和电力供应等等。对于用户的这些附加要求，我们的回答只有一个——Profinet，开放的工业以太网标准。它的基础是工业以太网，利用了TCP/IP和IT标准，具有实时性，通过现场总线系统的集成可以实现投资保护。”

用户的责任也更大了

毫无疑问，为了保证能够完成好更多的任务，要求生产厂和用户在未来更加紧密的合作。Kumpfmüller先生要求道：“用户应该更加深入的参与FDI的技术规范制定工作中去。4~20mA仪器设备的时代已经过去了。对于我们生产厂来讲这是很有益的，只是要求我们经常要对市场上的两种变型进行跟踪。”

Namur协会在这方面发挥着重要的作用，这种作用在其他的市场中，例如在美国或者中国的市场中都没有发挥出来。Namur推荐标准将用户的经验和知识结合在一起，以便对生产厂的产品研发提供帮助。Namur委员会的成员没有责任完全遵守这些技术细则，而且遵守推荐标准的要求也不是他们的任务。因此，业内专家Dietz先生认为，积极参与FDI专项技术规范的制定不是一个愿意不愿意的问题，相反是一个能够不能够的问题。

他的看法是，一般情况下，用户具有的知识不是在这种情况下要求具备的自动化专业技术知识。他们的首要任务是保障流程工艺设备的正常运行。Dietz先生解释说：“在流程工业企业中，已有的专业知识很快就过时了，只有少数几个公司还能够执行这些详细、具体的要求。项目工程师淹没在繁重的日常工作中，没有时间顾及自动化技术的研发。他希望简单化，但必须正常发挥功能和作用。”

在这种相互关系的状况下，像专业技术学校的教学和培训自然就是非常重要的了。“不仅是用户，而且生产厂也都应该更多的掌握一些现场总线的有关知识。”Turck公司现场总线技术专家Frank Rohn先生建议。在完成学习和培训之后，使用现场总线技术的工作就变得简单多了。

期待着成功的解决方案

提出问题、论问题的圆桌会议在生产厂和用户共同关心的现场总线话题中结束了。Hans-Georg Kumpfmüller先生说道：“用户对现场总线技术应用的评价很高，远远高于我的想象。仪表设备集成的问题还是一个大问题，是我们将来要大力解决的一个问题。”而使用寿命周期管理在仪表设备的集成中是一个非常重要的因素。艾默生公司的Ernst j?ger先生对此表示同意，他说：“在项目研发设计的早期阶段，所有项目的参与者尽可能早的坐在一起讨论是非常必要的。”

“这涉及到用户企业，涉及到供应商企业，当然也涉及到现场总线仪表设备的供应商。”每一个相关企业都应在自己的职责范围内为解决集成问题而努力。Frank Rohn先生坚定的认为，最终不是用户企业自己在品尝仪表设备集成不利带来的苦果。“我们生产厂有14天的合同中止期。因此，我们必须找到解决现场总线仪表设备集成问题的途径。”E+H公司的Raimund Sommer博士的结论是：“尽管今天在新产品的研发阶段就注意到了集成问题、或者说是集成的可能性问题，但这还是不够的，将来要更多的关注集成问题。”长期以来，用户期望的不是一个满足所有要求的解决方案，但是他们要一个明确的说明，正如Michael Pelz先生向众位与会者的生产厂代表所要求的那样：“对我们用户来讲，若某个问题不能解决不是最重要的，给我们一个清清楚楚的说明则是非常重要的。”他和巴斯夫公司的同行Oliver Weiger先生都高兴的看到，生产厂家们已经认识到现场总线仪表设备集成中和长期使用寿命中存在的问题了，并尝试着找出解决这些问题的途径。

最后，Manfred Dietz先生对整个圆桌会议作了小结：“只要我们今后坚持这种生产厂和用户之间的对话，我们就可以解决未来存在的一切问题。”

在自动化领域中，集中控制结构与分散式的现场控制结构有着很大的差异。因此，在自动化控制的各个层次中都规定了要使用以太网进行通信，保证能够在控制系统直至各个现场层次都实现畅通无阻的信息交流。在此基础上，开放式的IT工作站在自动化技术中得到了广泛的应用，IT和自动化也随之紧密的结合在一起发展。

满足工业通信的附加要求包括实时性能，直至高精度的运动监控应用，有安全保护，与现有现场总线系统连接的投资保护以及在易燃易爆危险场合中使用的现场总线仪表设备和电力供应等。

图6 Hans-Georg Kumpfmüller，西门子传感器与通信部负责人。

现场总线是我们所知道的最好的、最稳定的和最坚固的总线系统，是给我们带来麻烦最少的总线系统。给我们带来麻烦的是现场总线仪表设备的集成问题。根据我的看法，这一问题不容易解决。许多生产厂只看到硬件的集成问题，但真正的困难是软件的研发。最终，自动化技术的世界是在IT技术基础之上驱动的。IT技术的创新速度很快，一般每3~4年就要更新换代；而过程控制系统的使用寿命一般都是20年。我们引进的每一项技术都要在过程控制系统中工作很多年，我们必须在这很长的时间内对软件系统进行维护。在我们讨论现场总线技术的研发时，应该也考虑着与此有关的软件研发。

图7 Manfred Dietz，BIS检验实验室负责人。

目前现场总线技术领域有三个问题急需解决：仪表设备集成、长期使用的稳定性和信息洪流。在现场总线系统中最常遇到的问题是仪表设备的集成和互换。它们应该像4~20mA的仪表设备一样简简单单的就能行了，但在实践中却不是这样。我们可以对我们的员工进行技术培训，但是现场总线仪表设备的集成太复杂了，它们应该简单化。第二个问题涉及到长期使用时的稳定性，对于这一问题应该在研发工作开始时就确定好明确的目标。包括详细的解决方案，新产品研发，例如FDI的研发，必须考虑相应较长的使用寿命。有关这方面合适的方法例如Namur委员会制定的推荐标准NE 121。我们正在努力解决的第三个问题是现场总线系统的数据量太多，有些甚至没有解码就传送到过程控制系统中去了。其结果是带来了信息洪流。对流程设备操作者提出了过分要求的信息洪流。若在过程控制系统和相应的信息传递过程中坚定不移的执行Namur委员会的NE 107推荐标准，则在控制系统中显示的现场总线信息数据能够更加简洁、一目了然，能够更好的被加以利用。

图8 Oliver Weigel ，巴斯夫公司自动化技术和维护工程师。