智能I/O系统与现场总线网络

在过去的几年里，主要的过程控制系统供应商一个接一个地推出了新的现场I/O系统，这些系统提供了某种简化的布线方案和更容易配置的功能。(见下方2013年1月的文章。)这些新系统远没有使用接线盒、编组柜和半编织和扇出等技术的传统模拟现场布线复杂。参观有这种线路的工厂，一定会看到瀑布般的电缆和托盘。(见下方2013年3月的文章。)

现场总线技术的推动者，主要是基金会现场总线和Profibus PA，看着这些新的可配置I/O系统，指出现在吹捧的那种便利性已经在使用现场总线网络很多年了。正如PI北美副总监卡尔·亨宁(Carl Henning)所问的，“现在是2014年——为什么还会有人用编组柜来设计项目呢?在工艺应用中，Profibus PA和基金会现场总线很久以前就消除了对编组柜的需求。这些机柜在工程、建造、布线、维护和故障排除方面都很昂贵。建议跳过机柜，直接从控制器到设备。现场总线系统提供多点连接，无需将设备连接到编组柜等中间点。这在初始成本上有明显的好处，但更重要的是，现场总线提供了诊断数据，可用于防止或缩短停机时间。”

虽然Henning的观点都是正确的，但有人可能会问，为什么没有更多的现场总线部署，为什么公司仍然使用传统的布线方案安装系统。致力于使用现场总线网络的工厂，已经投资安装了这些网络，并对用户进行了全面培训，发现它们非常可靠，并对它们保持普遍的忠诚。有相当多的用户集中在石油、天然气和石化行业，他们不考虑其他任何事情。在过去的几年里，世界各地有许多非常大的新绿地现场总线安装来加强这一点。

然而，Klaus Erni, DeltaV和DeltaV SIS硬件产品营销/业务开发经理，艾默生过程管理，认为他的业务现场总线方面基本上是持平的。他说:“选择现场总线的大型石油和天然气公司至少还会坚持10年。”“现在有两种类型的客户。其中一种几年前就开始采用现场总线，他们不想改变方向。他们说，‘我们在调试方面标准化了整个现场总线。我们已经完成了所有的模板和测试，因此调试现场总线对我们来说比HART更容易。“这很公平，他们希望继续使用他们发明的东西和已经到位的程序。另一种现场总线用户则希望根据应用程序选择使用哪种方法。根据功能的不同，他们看到了需要现场总线并想要使用它的情况，但在一些不太关键的情况下，他们说他们可以使用HART设备。他们根据功能进行选择，并将这些设备添加到他们的系统中，但这很麻烦。”

霍尼韦尔过程解决方案部门Experion控制和I/O解决方案经理乔•巴斯滕(Joe Bastone)对此表示同意，但他认为第二种类型的情况较少，正是因为网络混乱。“公司决定，‘我们将采用现场总线，因为它为我们提供了诊断支持，’”他说。“他们不会在一两两的基础上做出决定，然后说，‘我们将在这里使用现场总线，在那里使用HART。’这更像是一个大规模的决定，因为还有其他基础设施与资产管理系统等相关。”

即便如此，Bastone说他已经看到许多工厂部署了小型孤立的现场总线，这些总线只是作为实验进行了尝试，但从未得到更广泛的应用。如果技术人员不经常使用这些技术来保持他们的技能敏锐，那么这些问题就会出现。

诊断和功能

新的智能I/O系统仍然使用传统的模拟和HART设备。在这种情况下，数字设备严格来说是开关的。与传统的HART-enabled I/O相比，新系统不提供更多的诊断信息;然而，他们确实充分利用HART提供的服务。传统的工作假设是现场总线网络能够提供比HART更多的诊断信息。这仍然是正确的，但目前的HART版本在一定程度上缩小了这一差距。从版本5开始，使用HART 6和HART 7的设备增加了新的功能，新的I/O系统可以读取它。

诊断差异的本质取决于设备的类型，但有一些或多或少是通用的。

多变量- hart设备可以提供除了主要变量之外的变量，但是现场总线设备可以提供更多的信息，并且更直接。很少能找到一个通过辅助HART变量进行控制的工厂，但现场总线更常见。

现场-基金会现场总线中的控制支持在同一段上的传感器和执行器进行通信，以允许两者在不支持外部主机的情况下驱动PID循环。

链路活动调度-基金会现场总线还允许一个段继续工作，甚至控制一个循环，当主机系统出现故障时。只要有电力，设备中就有足够的智能来继续运作。

部署了现场总线网络但发现不成功的公司通常将培训问题列为主要问题，而不是技术问题。现场总线不是直观的，技术人员发现它需要一些努力来掌握。即使是热衷于使用现场总线网络的公司也发现设计分段的过程令人生畏。幸运的是，这个过程一旦结束，就很少需要重新审视。

电子输入输出正在增长

Erni认为现场总线设备的销售稳定但平稳，艾默生的电子编组产品线正在稳步增长。该方程的关键因素是新的电子系统提供的灵活性，这有效地消除了设计I/O策略的任何需要。“即使是现场总线段也必须对设备的连接位置有一定的意义。你不能在一个段上混合设备，数据只能绑定到那个段。通用I/O的最大优势是它避免了任何设计设备策略的需要。任何东西都可以去任何地方。”

巴斯滕说，这种能力可以在新的应用程序中产生巨大的不同。他补充说:“通用I/O的杀手级应用程序是能够在项目的后期进行更改，而不会因为意识到‘哦，傻瓜，我们忘记为另一个压缩机设计了’而遭受巨大的惩罚。“现在我们非常匆忙，因为我们必须弄清楚我们将在哪里实现这个I/O，我们将如何完成所有的工程图纸，并试图避开项目的关键路径。这就是通用I/O和通用机柜的魅力所在。”

接下来是什么?

毫无疑问，云技术的影响正在开始改变我们对现场设备的看法。只要敲击几下键盘，就可以将信息从任何类型的设备引导到控制体系结构中的任何点，这对于那些必须对硬连线设备进行故障排除或通过移动相关电缆来重定向输出的人来说是非常有吸引力的。

现场总线架构比传统布线更容易使用，并且它代表了诊断功能的极致，因此在未来几年它仍然会有忠实的追随者。即便如此，更接近于真正的仪器云的新型I/O系统的简单性和便利性是难以忽视的。无论哪种方式，都没有什么理由继续使用老式的硬连线I/O。正如亨宁提醒我们的那样，现在毕竟是2014年。

彼得·韦兰德是个控制工程贡献内容专家。联络他的地址是pwelander@cfemedia.com．

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