【摘要】 基金会现场总线在工业过程控制方面取得了巨大突破。现场总线技术的应用在增强数据管理和过程控制方面有许多优点，如增强互操作性、减少布线成本、控制的灵活性、增强对现场信息的访问。1997年7月，Syncrude Canada Ltd.与Honeywell公司在评价该技术方面达成一致。本文将讨论互操作性测试要考虑的问题以及一系列的测试结果。 关键字: 现场总线 互操作 1 介绍 1997.7 Syncrude与honeywell在对现场总线过程控制设备进行Beta测试这一问题上达成一致，该测试大约每年进行一次。该协议规定，honeywell提供测试设备。本文简要介绍Beta测试的进展情况。 2 用户目标 基金会现场总线提供了对已存在的工厂环境以及新安装的设备的syncrude测试，总的目标是评估技术的当前状态、测试新设备的性能、深入研究利用现场总线技术的过程控制策略和工程研究方面的某些变化。 另一个目标是彻底测试基金会现场总线的互操作性。对用户来说，使用来自于不同的制造商的设备是至关重要的。为了达到这一点，对来自于不同的厂商的设备进行测试以确保互操作性是至关重要的。 3 制造商的目标 Honeywell的目标是评估其用于工业应用的现场设备和支持产品以便尽快向市场发布他们的产品。该评估包括测试硬件和软件的鲁棒性以及用户对现场总线人机接口的有价值的反馈。虽然不包括在初始目标中，他们也支持客户对设备提供商的设备进行互操作性测试的要求。 4 测试委托 互操作性测试是在成员单位的赞助下进行的，因此所有的参加者都正为此作出贡献。Honeywell提供仪器和技术支持，Syncrude提供设备和必要的技术人员以保证设备的连续运作并向制造商提供反馈。 除了与现场总线评估工作直接相关的研究队伍以外，Syncrude还组成了一个代表工厂策略中心和用户联盟的控制委员会，该委员会每月集中一次，讨论工程进展情况和出现的新问题，同时邀请制造商代表参加讨论并向他们提供反馈信息。 工厂和技术人员也参与该工程以使从测试中得到的知识融合到将来的工程中。对该核心技术的理解要求很严格，因为这些人不仅要决定现场总线的应用环境而且还要决定标准的修改。 标准的修改和测试过程是并行进行的，也要把技术的优点提供给用户，以便减少将来现场总线安装的复杂程度。 5 测试设备 图1是现场测试安装框图以及将来用于互操作性研究的连接结构。该数字通信链路包括一块National Instruments（以下简称NI）接口卡、电缆和现场设备。HMI(人机接口)是运行在NT Server(IBM Pentium 133)上的Scan 3000客户/服务器软件。测试的第一阶段使用的现场设备是Honeywell的差压变送器。测试的第二阶段采用MagneW3000电磁流量计。将来包括温度变送器、现场总线到电流转换器、气体色谱仪和控制阀门。 人机接口提供了有效的连续过程控制、流水线过程控制、监控和数据采集功能，人机接口设备允许用户启动小的单服务器操作站并扩展成多服务器/多操作站集成系统，支持从几点到几万点的数据库组态，而且可根据要求，增加更多的用户、软件选项、数据库的大小。所有这一切表明基金会现场总线的早期应用者试图在小规模的控制中实现协议第一次变成了现实。由于Scan3000是一个基于PC的平台适合于中小型应用，制造商可把它作为向大型控制设备如Honeywell Total Plant Solution System升级的第一步，而且也允许对当前工厂过程控制系统进行移植。 HMI的硬件接口是NI FBUS接口卡，该卡是连接到H1网络的标准AT卡。NI-FBUS的Windows NT通信管理软件为HMI到NI卡之间提供了低层驱动程序，HMI软件利用NI-FBUS通信管理软件执行现场总线网络的数据采集和控制，这样允许HMI计算机在现场总线系统中充当主机。 NI现场总线组态软件包是一个用于现场总线系统组态的32位Windows应用程序，完全支持来自不同厂家的可互操作的现场总线设备的组态，允许的组态功能包括设备和功能块的标签设置、基于模块化控制程序的功能的创建、功能块执行程序的下装。 图1 现场总线测试安装框图 网络使用的电缆是A型电缆Belden Wire(P/N 3076F)。A型电缆是屏蔽双绞线，最大长度是1900m。安装中大约使用300m电缆，虽然现场总线已存在的电缆可实现现场总线的测试，但是在测试时安装了新电缆。 测试中使用了电源调理和终端设备。现场设备与主机的连接采用图2所示的星型结构，安装的第二个H1段提供了在系统中增加和移去设备的能力。现场总线的连接系统提供了安装现场总线电缆和现场设备的所有组件。对于特殊网络的连接通过选择适当的连线块组件来实现，这些组件通过插针和插座的形式互相连接，这样很容易地增加连接到网络中的设备并减少内部块之间的连线。第一次网络安装时采用了下列连线块：一个电源调理终端器(FCS-PCT)，一个隔离终端块(FCS-TI)，两个扩展块。电源调理终端块组件是在一个封装中提供了电源调理和终端器两部分。通过使用电源调理终端块组件，在现场总线段的控制室端不再需要额外的终端匹配器。这种方式提供了大多数的现场总线配置，控制室组件块提供电源和控制室端的匹配，隔离终端块用于终端匹配，浪涌衰减器和内置的暂态电压吸收器保护设备不受电压干扰的影响。扩展块在没有内置终端器时通过电缆的互连，将来将扩展其互连能力以包含其它的设备和TURK现场设备。 系统中安装了24V、2.4A的直流电源，初次安装时没有安装本安安全栅。作为将来测试的一部分，安装MTL现场总线安全栅以检验本段上设备的性能。大部分工厂操作处于危险环境，因此当前正在开发的用于这种环境的现场总线段的性能将变得非常重要。 测试中安装的ST3000FF现场总线压力变送器测量差分压力、精确压力、绝对压力。微处理器通过补偿温度的影响、静态压力的变化和非线性提高测量的精度。这种差压传感器安装在两个典型的应用中：第一个是通过孔板的流量应用，第二个应用是测量容器中的水流量。设备中含有AI和PID功能块，支持多项定制的流量线性化，并且支持“电子标签”和代码通过总线的下装。 电磁流量计和陶瓷流量管安装在结晶流量应用中，MagneW含有一个AI功能块，在写操作时，并非所有的设备描述都是允许的。 测试系统与非现场总线设备互联采用TCP/IP协议。NT现场总线服务器通过以太网适配器采用TCP/IP协议连接到工厂控制网络。第二块以太网卡提供了到SCAN3000客户机的通路，通过TCP/IP(B类地址)形成公司级局域网。 主计算机系统由制造商在工厂中进行了预先配置，包括安装NI AT-FBUS板、NI-FBUS和NI组态软件，并且安装了SCAN3000软件。 现场设备(ST-3000FF和MagneW)组态成具有唯一的设备地址和设备功能块标签。布线在主机和现场设备安装之前已完成。 图2 用于现场总线beta测试的星型连线拓扑 6 初始结果 测试本身就引入了现场总线技术，对软件和硬件的修正提高了测试的进度，制造商通过电话和Email提供技术支持。来自客户代表的现场人员对理解现场总线设备和HMI软件的操作有很大的帮助。刚开始，所有的设备都处于初始阶段。幸运的是，机构人员进驻现场以使研究人员很容易地对系统进行升级。 测试开始时，所有的设备都没有通过基金会的一致性测试，一致性测试和互操作性测试同时进行。由于问题出在现场总线基金会，现在新软件已经得到了修正并发给了用户。这期间的设备升级包括升级NI的通信管理器和组态器、ST3000FF发送器。测试主机使用制造商提供的应用程序下装软件对设备进行升级，这种方式允许用户在不打开设备的情况下通过现场总线网络对设备进行升级。 HMI软件允许操作者观察来自现场总线设备和分离网络上的非现场总线设备的数据，然而并非所有的现场总线参数都映射成scan 3000参数，但是通过辅助参数，scan 3000可以访问所有的数据并提交给操作员。 7 互操作性 Syncrude 公司已决定对互操作性进行研究以便获得对该技术如何更好地应用于未来工程的理解，初期参加人员的选择基于当前仪表的需求。为了使测试顺利进行，测试指南已开发出来并得到了认可。 测试初期，所有的现场设备来自于同一个厂家，即使如此，还有一些满足进行互操作性测试的基本因素，如主机软件来自NI。 作为互操作性测试协议的一部分，所有的设备在没有进行互操作性测试之前不能安装在工厂应用。一旦一个设备可用，那么便可以安装到网络中与其它已存在的设备一起工作。 8 需要考虑的问题 当一种新技术得到认可时，有许多值得考虑的因素。首先，测试新的通信协议要先于这种技术得到全面认可。另一个要考虑的问题包括工程标准的修正，仪器和培训的可行性。 开发可修正的工程标准与测试并行进行。通过与制造商和用户一起工作，开发的工业文档和工程惯例将满足所有用户的苛刻要求。 现场总线技术的实现将变为现实，为此，对工程、维护、操作进行培训将变得重要并且尽可能地加快。 测试总部决定参加现场总线最终用户协会致力于技术的开发。 现场总线系统有许多部件要在多个层次上进行升级，适当的电子认证实体也要承认现场总线兼容设备，包括终端块和本安安全栅。 9 结论和未来的工作 一致性测试是一项值得付出的工作，使来自不同厂家的设备能够进行互操作。随着现场总线的技术成熟并变成可接受的标准，