黃仍杰，沈樓燕，唐國標(biāo)，張帆，李宋江

（1.中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西 南昌 330031；2.中鐵資源集團(tuán)有限公司，北京 100089）

數(shù)字化轉(zhuǎn)型是制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢［1］。相比于企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）和制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），工業(yè)過程控制系統(tǒng)是最貼近生產(chǎn)制造的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)時感知生產(chǎn)狀態(tài)，直接執(zhí)行上層管理系統(tǒng)發(fā)出的生產(chǎn)指令。工業(yè)過程控制系統(tǒng)的操控實(shí)時性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性直接決定了制造企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量和能耗。所以，工業(yè)過程控制系統(tǒng)的數(shù)字化發(fā)展是企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和綠色發(fā)展的必經(jīng)之路。

現(xiàn)場總線是應(yīng)用在工業(yè)過程控制場合實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，是一種開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)，常用于儀器儀表、閥門定位器等現(xiàn)場檢測和執(zhí)行裝置與上位控制系統(tǒng)的數(shù)字化通信，同時也支持現(xiàn)場級、設(shè)備級的可編程控制器（PLC）、遠(yuǎn)程I/O站（RIO）和更高一級的控制系統(tǒng)組成工控網(wǎng)絡(luò)。在大量的實(shí)踐應(yīng)用中，現(xiàn)場總線技術(shù)以數(shù)字化的手段把封閉、專用的應(yīng)用場景變成了公開化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，把不同廠商生產(chǎn)但遵守同一協(xié)議規(guī)范的自動化設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)組成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)綜合自動化［2］。

1 基金會現(xiàn)場總線概述

1.1 開發(fā)背景

基金會現(xiàn)場總線（FF，foundation fieldbus）是在工業(yè)過程控制領(lǐng)域得到廣泛支持和具有良好發(fā)展前景的技術(shù)。其前身是以Fisher Rosemount 公司為首，聯(lián)合Foxboro、橫河、ABB、西門子等80 家公司制訂的可交互操作系統(tǒng)協(xié)議（ISP，Interoperable System Protocol），并以Honeywell公司為首，聯(lián)合歐洲等地的150 家公司制訂的工廠儀表世界協(xié)議（WORLD FIP，World Factory Instrumentation Protocol）。上述兩大陣營于1994年合并，成立了基金會現(xiàn)場總線，致力于開發(fā)出一種國際上統(tǒng)一的現(xiàn)場總線協(xié)議［3］。

1.2 與Profibus-PA總線技術(shù)的比較

作為使用最為廣泛的兩大現(xiàn)場總線協(xié)議，基金會現(xiàn)場總線與Profibus-PA 現(xiàn)場總線最顯著的區(qū)別是：Profibus-PA 是“主—從”協(xié)議，即通過耦合器（Coupler）掛接的方式將支持Profibus-PA 協(xié)議的節(jié)點(diǎn)集成至Profibus-DP 主干網(wǎng)，而基金會現(xiàn)場總線是“點(diǎn)對點(diǎn)”協(xié)議，儀表通過FF H1卡直連高速以太網(wǎng)，如圖1所示。

圖1 Profibus-PA與FF的組網(wǎng)方式區(qū)別（a）PA組網(wǎng)；（b）FF組網(wǎng)Fig.1 The difference between networking modes of Profibus-PA and FF（a）PA networking ；（b）FF networking

由于基金會現(xiàn)場總線節(jié)點(diǎn)并無“主—從”之分，閉環(huán)控制邏輯既可以在集散控制系統(tǒng)（DCS）/可編程控制器（PLC）的控制器參與下完成，也可以僅在節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間完成（參與該回路控制的支持基金會現(xiàn)場總線協(xié)議的變送器和閥門定位器應(yīng)分配在同一個FF H1網(wǎng)段）。

2 基金會現(xiàn)場總線技術(shù)的工程應(yīng)用優(yōu)勢

基金會現(xiàn)場總線是專門用于過程控制系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)。它取代了4～20 mA 模擬信號和開關(guān)信號，將變送器、分析儀器、調(diào)節(jié)閥定位器和開關(guān)閥等儀表接至DCS、PLC、遠(yuǎn)程終端設(shè)備（RTU）和其他自動化系統(tǒng)［4］，具有諸多優(yōu)勢。

2.1 節(jié)省電纜和安裝空間

基金會現(xiàn)場總線的“主干-分支”通信結(jié)構(gòu)決定了其并不需要每個通信節(jié)點(diǎn)都通過單獨(dú)的線纜與上位系統(tǒng)直接聯(lián)系。在工程應(yīng)用中，每個FF H1網(wǎng)段平均最多可掛接8臺儀表，大大減少了儀表電纜總用量以及控制系統(tǒng)I/O 通道模塊和控制機(jī)柜的數(shù)量［5］。線纜和模塊的減少，使控制柜內(nèi)線纜和模塊的布局更加整潔，便于理線和擴(kuò)容，如圖2所示。

圖2 FF分配器接線盒Fig.2 FF distributor junction box

2.2 傳輸速率高

傳統(tǒng)二線制儀表使用的Hart 協(xié)議采用基于Bell202標(biāo)準(zhǔn)的FSK 頻移鍵控信號，即在低頻的4～20 mA 模擬信號上疊加幅度為0.5 mA 的音頻數(shù)字信號進(jìn)行雙向數(shù)字通信，數(shù)據(jù)傳輸率為1.2 kbps［6］?；饡F(xiàn)場總線則有兩種傳輸速率，F(xiàn)F H1是一種速率為31.25 kB/s 的中等速率局域網(wǎng)，通常用來連接儀表、閥門；FF HSE/H2 則描述了一種速率為1.0 MB/s 和2.5 MB/s 的基于以太網(wǎng)協(xié)議工作的一種總線網(wǎng)絡(luò)，通常用來連接I/O 站、子系統(tǒng)［7］。可見，基金會現(xiàn)場總線相比4～20 mA Hart 在數(shù)據(jù)傳輸速率上有質(zhì)的飛躍。

2.3 穩(wěn)定性和抗干擾

傳統(tǒng)的模擬量信號用電流強(qiáng)度擬合特定數(shù)值，如果傳輸4～20 mA 電流信號的導(dǎo)線受到電磁干擾，或組態(tài)過程中某工作環(huán)節(jié)出現(xiàn)紕漏，都有可能因信號失真、通道錯誤、量程錯誤等原因?qū)е律a(chǎn)過程數(shù)據(jù)獲取不準(zhǔn)確甚至執(zhí)行錯誤。在基金會現(xiàn)場總線技術(shù)體系下，現(xiàn)場儀表、調(diào)節(jié)閥被升級為以微處理器為核心的數(shù)字化設(shè)備，彼此之間通過雙絞線、光纜等介質(zhì)以總線拓?fù)湎噙B，網(wǎng)絡(luò)通信采用基帶傳輸，避免了模擬量信號失真、延遲等風(fēng)險。

2.4 便于診斷和調(diào)試

在對支持Hart 協(xié)議的傳統(tǒng)4～20 mA 儀表調(diào)試工作中，工程師通過手操器（一種支持Hart 協(xié)議的調(diào)試設(shè)備）進(jìn)行一系列規(guī)范化的操作完成調(diào)試［8］，這項(xiàng)工作通常需要在現(xiàn)場側(cè)或控制系統(tǒng)機(jī)柜側(cè)將手操器接入儀表的信號回路，以便對當(dāng)前回路的儀表進(jìn)行調(diào)試，一次只能調(diào)試一臺儀表?；饡F(xiàn)場總線技術(shù)支持在控制室通過智能現(xiàn)場總線設(shè)備管理軟件對總線型儀表進(jìn)行批量管理和配置。對常用參數(shù)的修改和設(shè)置可通過管理軟件直接發(fā)送到儀表，無需工作人員專程去現(xiàn)場設(shè)置［9］；對于一些普通故障，管理軟件能夠進(jìn)行自診斷，診斷結(jié)果也可以自主查詢，極大降低了調(diào)試維護(hù)工作量。

2.5 具有較高的性價比

從短期投入來看，基金會現(xiàn)場總線技術(shù)的資金投入高于傳統(tǒng)模擬量輸入/輸出產(chǎn)品，支持基金會現(xiàn)場總線傳輸?shù)膬x表、調(diào)節(jié)閥的采購價格，比模擬量信號傳輸產(chǎn)品高30%左右。雖然總線鏈路結(jié)構(gòu)其布線安裝費(fèi)和輔材費(fèi)相對較低，但費(fèi)用節(jié)省的空間仍然有限。從長周期來看，合理使用基金會現(xiàn)場總線技術(shù)可提高設(shè)備運(yùn)維的質(zhì)量和效果，并能夠?yàn)橹圃煨推髽I(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供大量實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)支撐，而這些寶貴的工業(yè)過程控制數(shù)據(jù)是工廠數(shù)字資產(chǎn)的重要組成部分。

3 工程設(shè)計(jì)內(nèi)容

在工程設(shè)計(jì)階段即對某項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用做好全面規(guī)劃和系統(tǒng)計(jì)算，落實(shí)內(nèi)外部條件等工作，可以將技術(shù)實(shí)施風(fēng)險降到最低。通常，選擇基金會現(xiàn)場總線技術(shù)作為某項(xiàng)工程過程自動化的主要解決方案，需要在可行性研究、初步設(shè)計(jì)階段做好充分的論證，這里提到的“工程設(shè)計(jì)”指施工圖設(shè)計(jì)，即詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。

以下是基金會現(xiàn)場總線技術(shù)在工程設(shè)計(jì)過程中需要注意的內(nèi)容。

3.1 鏈路設(shè)計(jì)

做鏈路設(shè)計(jì)之前需要考慮當(dāng)前儀表在現(xiàn)場的安裝位置，這是從事總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)和傳統(tǒng)接線方式設(shè)計(jì)的不同之處。儀表的安裝位置一部分取決于工藝管道、設(shè)備、裝置的就位地點(diǎn)，一部分又與該儀表可維護(hù)性、可目視觀測性有關(guān)。

基金會現(xiàn)場總線的鏈路有多種形式，比如：

1）總線-分支拓?fù)洌涸撔问绞且桓删€電纜穿過特定區(qū)域，該區(qū)域的儀表通過分支電纜連接到干線電纜上，適合區(qū)域跨度較大，儀表分布密度較低的場合，也適合新安裝場景。

2）樹型（雞爪型）拓?fù)洌涸撔问绞窃谔囟▍^(qū)域設(shè)置分配器接線盒，該區(qū)域的設(shè)備接入接線盒后，通過接線盒接入總線網(wǎng)絡(luò)，適合儀表分布密度較高的場合，也適合升級場景。因此，在總線鏈路設(shè)計(jì)時，最好預(yù)留一些端口以備后續(xù)擴(kuò)容所需。

基金會現(xiàn)場總線鏈路設(shè)計(jì)的時機(jī)通常選擇在車間內(nèi)部布置基本形成、設(shè)備定位明確、主要管道走向基本確定后，否則將導(dǎo)致設(shè)計(jì)返工，甚至到了調(diào)試階段才發(fā)現(xiàn)丟失FF 節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而增加額外的設(shè)計(jì)和施工工作量。此外，設(shè)計(jì)者還需考慮今后工廠擴(kuò)容和技術(shù)升級改造中本系統(tǒng)、本鏈路的可擴(kuò)展性。

3.2 電纜選型

表1 列出了可用于基金會現(xiàn)場總線系統(tǒng)的電纜，其中AWG是美國線規(guī)，#18表示18號線，線徑為1.024 mm。通常采用單屏蔽A 類電纜，A 類電纜應(yīng)用于基金會現(xiàn)場總線通信場景時，主干長度和分支長度之和通?？刂圃?900 m 以內(nèi)，這已經(jīng)適合大多數(shù)工業(yè)場景的自控系統(tǒng)信號傳輸［10-11］。

表1 多種總線電纜的速率與傳輸距離對照表Table 1 Look-up-table for speed and transmission distance of fieldbus cables

3.3 分支電纜長度控制

保障基金會現(xiàn)場總線組網(wǎng)通信節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定性最有效的方法是在設(shè)計(jì)階段就控制好每個網(wǎng)段的負(fù)載和分支電纜長度。設(shè)計(jì)時，可通過經(jīng)驗(yàn)粗略估算負(fù)載和分支電纜長度，如表2所示。需要注意的是：每一路分支電纜僅連接一臺現(xiàn)場儀表，且所有分支電纜長度與主干電纜的長度之和，不能超過1900 m（選擇A類電纜的情況下）。

表2 網(wǎng)段儀表數(shù)量與分支電纜長度對照表Table 2 Look-up-table for number of nodes and branch cables length

3.4 屏蔽與接地

基金會現(xiàn)場總線屏蔽層接地遵循“單端接地”原則，即各段總線電纜的屏蔽層應(yīng)在接線箱內(nèi)通過接線端子連接起來，通過屏蔽線在控制系統(tǒng)機(jī)柜側(cè)的接地端子處接地，除此以外機(jī)柜側(cè)至現(xiàn)場端的任何地方對地絕緣都應(yīng)保持良好［12］。

3.5 防浪涌保護(hù)設(shè)計(jì)

在雷電災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)，當(dāng)現(xiàn)場儀表或總線電纜敷設(shè)路徑靠近大感性負(fù)載設(shè)備時，應(yīng)考慮網(wǎng)段的浪涌保護(hù)，并且應(yīng)保證浪涌保護(hù)器不會造成信號大幅衰減。

4 實(shí)踐案例

中非銅鈷成礦帶是世界著名的巨型沉積巖層控型銅礦帶之一，橫跨贊比亞、剛果（金），該帶集中了全球10%的銅礦資源和近70%的鈷礦資源，是全球第一大鈷產(chǎn)地和第三大銅產(chǎn)地［13］。銅鈷選冶聯(lián)合生產(chǎn)工藝流程長、物理化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜、不同作業(yè)段協(xié)同性要求高，因此，基金會現(xiàn)場總線技術(shù)能夠較好地發(fā)揮其綜合優(yōu)勢服務(wù)生產(chǎn)。以下是該技術(shù)在剛果（金）某銅鈷選冶項(xiàng)目上的應(yīng)用：某礦山項(xiàng)目采用一套DCS 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全流程過程自動控制，主要工藝流程包括采礦工藝（高品位礦、低品位礦、廢石等開拓運(yùn)輸系統(tǒng)，配礦措施，分期開采等）、選礦工藝（碎磨工藝、浸出工藝、浸前脫水工藝及逆流洗滌工藝等）及尾礦庫、濕法冶煉工藝（萃取、電積、鈷生產(chǎn)系統(tǒng)工藝等）和各公用輔助設(shè)施。

4.1 中央控制室（CCR）選址

根據(jù)廠區(qū)總圖布置，將位于主要生產(chǎn)區(qū)域中央位置的生產(chǎn)指揮中心作為全廠DCS 系統(tǒng)的中央控制室，兼顧生產(chǎn)過程操作監(jiān)視和工廠調(diào)度功能，如圖3所示。

圖3 總平面圖Fig.3 General layout

4.2 DCS系統(tǒng)部署

根據(jù)生產(chǎn)區(qū)域的相對獨(dú)立性和工藝流程的連貫性，在主要生產(chǎn)區(qū)域設(shè)置FCS 分站：SYS01 破碎車間配電室、SYS02 磨礦車間變配電、SYS03 攪拌浸出逆流洗滌變配電室、SYS04硫酸和二氧化硫配電室（安全儀表系統(tǒng)）、SYS05萃取和電機(jī)車間1#低壓配電室、SYS06 萃取和電機(jī)車間2#低壓配電室、SYS07沉鈷工段變配電室。DCS分站采集本區(qū)域的電、儀控制信號，負(fù)責(zé)本區(qū)域內(nèi)設(shè)備成套PLC、RIO通信訊號的采集。FCS分站的工業(yè)以太網(wǎng)通信訊號通過隨廠區(qū)管網(wǎng)敷設(shè)的自動化網(wǎng)絡(luò)匯入位于CCR的自動化核心交換機(jī)，與CCR內(nèi)的操作站、工程師站、OPC服務(wù)器組成一個整體，如圖4所示。

圖4 DCS分站布置圖Fig.4 DCS substation layout

該套DCS 系統(tǒng)通過FF 網(wǎng)關(guān)連接了近400 臺FF總線型儀表、60臺FF 總線型調(diào)節(jié)閥，通過DP 通訊卡實(shí)現(xiàn)300 臺變頻器、200 臺電機(jī)馬達(dá)保護(hù)器、50臺軟啟設(shè)備、30 套小型PLC 的通信控制.系統(tǒng)還搭載了智能設(shè)備管理系統(tǒng)，以數(shù)字通信的方式對在網(wǎng)的所有總線型儀表、調(diào)節(jié)閥、變頻器、馬達(dá)保護(hù)器等設(shè)備進(jìn)行在線管理，大大提高了工作效率。

4.3 儀表和調(diào)節(jié)閥選型

磨礦車間FRC-2013-04 旋流器沉砂槽補(bǔ)加水量控制，由一臺流量計(jì)（FT-2013-04）和一臺調(diào)節(jié)閥FV-2013-04 組成閉環(huán)控制回路。PIA-2013-01A，B旋流器給料壓力用于壓力實(shí)時顯示和報警，上述儀表和調(diào)節(jié)閥的物理安裝位置彼此接近。

1）流量檢測儀表

電磁流量計(jì)是比較常用的在線流量檢測儀表，本工況選擇了一臺艾默生8705 系列電磁流量傳感器，搭配8732E 系列變送器，支持FF 現(xiàn)場總線輸出、外部電源輸入。設(shè)計(jì)時結(jié)合測點(diǎn)位置考慮選用一體化儀表或分體式儀表，如測點(diǎn)位置較高或位于不方便到達(dá)的區(qū)域，建議選擇分體式儀表，通過勵磁電纜和信號電纜連接傳感器與變送器，則可將變送器安裝在操作維護(hù)人員方便觀察的位置。在FF 現(xiàn)場總線系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中，如具備條件，可將儀表變送器集中安裝在裝有FF 總線分線器的接線箱附近，既便于觀察和維護(hù)，又節(jié)約了總線網(wǎng)段的電纜長度。

2）調(diào)節(jié)閥

本工況在FV-2013-04 調(diào)節(jié)閥選型上，針對閥體選擇了一臺氣動調(diào)節(jié)蝶閥，定位器選擇了薩姆森的3730-5 總線型定位器，集成了必要的資源塊、轉(zhuǎn)換塊和功能塊，可作為鏈路的主設(shè)備（LMD）且具有聯(lián)絡(luò)活動調(diào)度器（LAS）功能。

3）壓力檢測儀表

壓力測點(diǎn)使用E+H 的PMP51 總線型帶隔膜密封的一體化壓力變送器

4.4 物理拓?fù)湟?guī)劃

總線接線箱FJB-2013-01 安裝在橋架匯聚且方便維護(hù)人員檢修的位置，根據(jù)管線敷設(shè)圖，選擇靠近流量變送器FT-2013-04 和閥門FV-2013-04 的1.2 m 標(biāo)高處。由于旋流器給料壓力PT-2013-01A，B 位于高度為9.6 m 的礦漿主管上，選擇以總線分支電纜將信號引至FJB 內(nèi)。FJB-2013-01 所在鏈路的主干電纜接入同車間內(nèi)另一接線箱，并依次進(jìn)入FF現(xiàn)場總線主干網(wǎng)絡(luò)。

4.5 儀表回路設(shè)計(jì)

流量變送器FT-2013-04 和閥門FV-2013-04 組成閉環(huán)控制回路，應(yīng)匯入同一總線分配器；壓力變送器PT-2013-01A，B 的安裝位置選擇在附近，一同接入FJB-2013-01。FF 現(xiàn)場總線分配器FJB-2013-01 通過上級分配器FJB-2013-02 接入FCS 系統(tǒng)。工程設(shè)計(jì)上以分配器為單元繪制儀表回路圖便于理清儀表與上下層級網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞碾娎|聯(lián)系，同時也便于施工和運(yùn)維方理解設(shè)計(jì)意圖。

4.6 鏈路計(jì)算

現(xiàn)場總線回路設(shè)計(jì)中總線主干電纜和分支電纜的長度與電纜選型、儀表選型、物理位置都有關(guān)系。雖然在線徑、儀表功率、主干+分支線長上有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可循，但仍然推薦設(shè)計(jì)者在結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際安裝情況和經(jīng)驗(yàn)考量后，使用專業(yè)軟件進(jìn)行鏈路計(jì)算，最大程度避免可能發(fā)生的設(shè)計(jì)錯誤。

本案例中使用MTL Fiedbus Segment Calculator作為鏈路計(jì)算工具軟件，工作流程如下：

1）選擇控制系統(tǒng)型號

Host Control System 是指控制系統(tǒng)選型，結(jié)合本工況設(shè)計(jì)應(yīng)用，在下拉菜單中選擇Emerson DeltaV系統(tǒng)，如圖5所示。

圖5 控制系統(tǒng)選型Fig.5 Selection of control system

2）選擇FF現(xiàn)場總線電源型號

Fieldbus Power Supply 是FF 電源選型，總線電源的輸出決定當(dāng)前網(wǎng)段的允許負(fù)載，此外還覆蓋了符合本質(zhì)安全設(shè)計(jì)的FISCO電路所需電源，計(jì)算軟件的下拉菜單中列出了可選的電源型號，本工況使用MTL 的9189系列的FF 電源，在軟件下拉選項(xiàng)卡中選擇對應(yīng)的選項(xiàng)。根據(jù)產(chǎn)品資料，每個Segment可為500 mA的設(shè)備供電，如圖6所示。

圖6 總線電源選擇Fig.6 Fieldbus power selection

3）選擇FF現(xiàn)場總線分配器型號

本工況包含F(xiàn)T-2013-04，F(xiàn)V-2013-04，PT-2013-01A，B 共4 個FF 總線接入點(diǎn)，選用4 路FF 總線分配器即可，如考慮今后擴(kuò)展，可選擇8 路。由圖7可見，在軟件的FF總線分配器選項(xiàng)框中，F(xiàn)304即代表4路分配器。

圖7 FF總線分配器選擇Fig.7 FF fieldbus distributor selection

4）輸入主干、分支總線電纜長度

根據(jù)儀表回路圖，將主干FF 總線電纜FJB201301C，分支FF 總線電 纜FT201304C，F(xiàn)V201304C，PT201301AC，PT201301BC 的長度輸入至軟件的線纜長度一欄。

5）輸入FF總線儀表的額定電流

根據(jù)制造商提供的技術(shù)參數(shù)或產(chǎn)品樣本，將FF 總線儀表的額定電流輸入至計(jì)算軟件負(fù)載欄，如圖8所示。

圖8 FF總線電纜長度和FF總線儀表額定電流輸入Fig.8 FF cable length and FF instrument rated current input

6）完成網(wǎng)段內(nèi)其他分配器信息錄入

FF 鏈路計(jì)算以網(wǎng)段為單位，要求設(shè)計(jì)者將網(wǎng)段內(nèi)搭載的其他FF 總線分配器信息輸入至軟件計(jì)算框內(nèi)，重復(fù)步驟（3～5）直至所有信息均被輸入。

7）檢驗(yàn)結(jié)果

全部信息錄入完成后，軟件會自動計(jì)算每個FF 總線分支末端的電壓，同時計(jì)算出FF 總線主干和分支電纜的全長，便于設(shè)計(jì)者提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)錯誤，如圖9所示。

圖9 計(jì)算結(jié)果匯總Fig.9 Summary of calculation results

4.7 設(shè)計(jì)效果

在具備一定現(xiàn)場總線設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的情況下，工程設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)儀表和調(diào)節(jié)閥的物理位置搭配FF 總線分配器規(guī)劃現(xiàn)場級的鏈路設(shè)計(jì)，借助FF總線計(jì)算軟件驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可靠性。若干個FF 總線分配器將FF 現(xiàn)場總線儀表和調(diào)節(jié)閥的信號上傳至分布于各車間的DCS 分站，最終匯聚至中央控制室。在FF 總線技術(shù)的高速率和高帶寬的數(shù)據(jù)采集能力支撐下，智能設(shè)備管理系統(tǒng)以數(shù)字化的方式高效管理著整個工廠的儀表和設(shè)備，使得一座工廠的全部生產(chǎn)過程控制只需要在中央控制室就可以全部完成。

5 展 望

基于現(xiàn)場總線技術(shù)的特點(diǎn)：數(shù)字通信與分布式控制，使得工業(yè)過程控制系統(tǒng)能夠以安全、可靠的方式實(shí)現(xiàn)“萬物互聯(lián)”，既提高了工業(yè)過程數(shù)據(jù)的積累數(shù)量和質(zhì)量，也為數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)挖掘等高層次綜合管理系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)，可廣泛地用于實(shí)時數(shù)據(jù)收集與監(jiān)測、制造過程狀態(tài)識別與診斷、強(qiáng)化人機(jī)交互等領(lǐng)域，更好地應(yīng)對制造業(yè)的復(fù)雜性管理［14］。

5G 技術(shù)作為一種無需電纜直連的移動通信技術(shù)，具有高速率、低時延、廣連接的特點(diǎn)［16］。工信部于2022 年9 月印發(fā)的《5G 全連接工廠建設(shè)指南》，支持企業(yè)加快各類“啞設(shè)備”、單機(jī)系統(tǒng)等網(wǎng)絡(luò)化改造，在安全可控的前提下，提升工業(yè)數(shù)據(jù)實(shí)時采集能力；對具有移動部署、靈活作業(yè)、遠(yuǎn)程操控等需求的設(shè)備，提倡使用帶有5G 功能的芯片、模組、傳感器等進(jìn)行改造，加快5G 與PLC，DCS 等工業(yè)控制系統(tǒng)融合［15］。

基于以上背景，未來在標(biāo)準(zhǔn)延伸、專業(yè)廠商填補(bǔ)產(chǎn)品空白等因素的促進(jìn)下，基金會現(xiàn)場總線有希望作為一項(xiàng)非常成熟可靠的工業(yè)過程數(shù)字化通信技術(shù)與5G 技術(shù)深度融合，獲得更加簡便的部署方式，滿足更多應(yīng)用場景，也激發(fā)新的需求。