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  編者語：現(xiàn)場總線動搖了離散和過程安全網(wǎng)絡(luò)的根基——硬接線系統(tǒng)。便于查錯和維護的承諾使用戶心動不已。

   網(wǎng)絡(luò)安全性長久以來一直是硬接線技術(shù)的強項。保守的用戶堅信只有使用沒有問題的系統(tǒng)，才能提供確實的保護，而唯一的辦法就是使用直接接線技術(shù)和隔離。問題在于當(dāng)需要維護和查錯的時候，那些系統(tǒng)是十分昂貴的而且用戶界面并不十分友好。 

   回到現(xiàn)場總線之前的年代，那時所有的傳感器、設(shè)備、執(zhí)行器都采用直接接線技術(shù)，很多用戶期待系統(tǒng)能夠完成自動診斷、減少接線以及簡化設(shè)置過程。HART提供了部分解決方案，但是用戶發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)可以傳送更加精確的信息。那些開始將現(xiàn)場總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使用在離散和過程傳感器上的用戶開始從雙向通訊和診斷中獲益。所以下一個問題變成：“我們何時可以將其用于安全設(shè)備？” 

   一些操作人員經(jīng)常會問及上面的問題。如果你認(rèn)為將一整套傳統(tǒng)設(shè)備連接在一條電纜上是令人不安的，那么對于將安全傳感器安裝在同一條電纜上，你將感到倍加不安。而有些人已經(jīng)將現(xiàn)場總線技術(shù)全面引入離散加工領(lǐng)域 ，而且正對其在過程應(yīng)用的成長興味盎然。 

   將安全功能整合到現(xiàn)場總線上與其他設(shè)備有些不同。大多數(shù)人認(rèn)為安全網(wǎng)路必須是普通現(xiàn)場總線的加強版，必須具有更高等級的通訊安全性。但這僅僅是邏輯上正確，實際并不是這樣的。事實上，安全現(xiàn)場總線所提供的平臺并不依賴于傳輸媒介。換句話講，這種安全系統(tǒng)的安全性與網(wǎng)路效力并無直接聯(lián)系?？此撇缓铣＠?，然而這就是現(xiàn)場總線的關(guān)鍵。 

   Profisafe和AS-I工作安全系統(tǒng)是第一個被廣泛接納的安全協(xié)議，它們可以被使用在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上，并于1998年同期發(fā)布。它們本身并非現(xiàn)場總線，而是將安全功能加入到相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)中去。例如，Profisafe必須通過ProfibusDP、ProfibusPA或者Profinet來實現(xiàn)功能。2005年，ODVA小組發(fā)布了CIPSafety系統(tǒng)，它可以通過EtherNet/IP、ControlNet和Device-Net平臺來實現(xiàn)功能。

   傳送和接收的不同概念 

   安全協(xié)議的核心是傳送和接受安全信息的方式 ，而不是傳輸他們的媒介。以下是關(guān)鍵的功能組件： 

   首先，傳輸媒介被認(rèn)為是黑色通道。安全系統(tǒng)并不關(guān)心安全信息是如何被承載的——可以通過現(xiàn)場總線、Ethernet、無線或者任何東西控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，這都不重要。這就是協(xié)議通常都可以在多種網(wǎng)絡(luò)下工作的原因。 

   其次，安全系統(tǒng)必須能夠檢測到那些經(jīng)常被漏檢的錯誤。每個安全信息都使用循環(huán)冗余碼校驗（CRC），以判斷信息是否被篡改?，F(xiàn)場總線協(xié)議通常使用一個幀校驗碼序列（FCS）來判斷信息，安全應(yīng)用要求對基本的FCS增加額外的檢查手段。 

   最后，安全信息必須能在一段時間內(nèi)以某一特定序列在網(wǎng)路上移動。 

   在2008年ControlEngineering雜志所發(fā)表的一篇采訪中，TüVRhineland（德國萊茵TüV集團）的ErichJanoschek將安全現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)描述為一種專門的信使過程。他的關(guān)于黑色通道的例子就是郵局投遞信件的方式。為了將安全信息與普通的信息區(qū)別開來，你可以將它們放在黃色的信封中。

   他說到：“如果你將黃色信封與普通信封一起郵寄，你無法判斷它們是如何投遞的，是空運、船運還是其它的。但是當(dāng)收件人收到黃色信封的時候，他就可以在接收閱讀之前判斷這封信是否被撕開或者損壞。收件人也知道這封信息必定每天都會收到，如果沒有收到這枚黃色信封，他就得關(guān)閉系統(tǒng)?！?nbsp;

   雖然安全功能獨立于網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮作用，然而如果網(wǎng)絡(luò)不能安全地運作 ，那也是一件令人頭痛的事情。如果通訊不可靠，信息有可能會被損壞或者全部丟失，這兩種可能都會使系統(tǒng)失效。

   “為什么系統(tǒng)會失效？”SiemensMilltronicsProcessInstruments公司的通訊產(chǎn)品經(jīng)理兼專業(yè)工程師JamesPowell，說道：“流程正在運轉(zhuǎn)，但是你希望它失效，或者由于系統(tǒng)中的通訊錯誤，導(dǎo)致系統(tǒng)失效。安全總線對于信息準(zhǔn)確性投注了極大的努力，你無須擔(dān)心丟失信息，需要關(guān)心的是那些沒有被檢測出來的錯誤。” 

   他說：“安全系統(tǒng)最糟糕的事情可能就是通信信道的不可靠，你會因此卷入無休止的錯誤當(dāng)中。Profibus和基金會現(xiàn)場總線都有堅強的通信信道，只要合理設(shè)計、按規(guī)定安裝，那么它們的性能就可以輕松保證?！?BR>
   從離散到過程 

   現(xiàn)場總線安全協(xié)議最初應(yīng)用于離散領(lǐng)域。AS-I工作安全系統(tǒng)通常包含一些諸如急停開關(guān)設(shè)備、安全門、光電保護設(shè)備和其它安全監(jiān)控器之類的功能。 

   大多數(shù)離散加工領(lǐng)域內(nèi)的Profisafe應(yīng)用都在ProfibusDP上運行。ProfibusTradeOrganization（PTO）聲明在2007年底已安裝的Profisafe節(jié)點已經(jīng)達到410000個，而且在2008年節(jié)點預(yù)計有80%的增長。它可以直接應(yīng)用于很多類似的應(yīng)用中，例如AS-i接口，同時它也提供了更高等級的精密度，以確保生產(chǎn)線和機器人上集成的更高精細(xì)程度的應(yīng)用，例如驅(qū)動器集成安全功能。類似地，CIP主要工作于設(shè)備級別的網(wǎng)絡(luò)上。

   安全網(wǎng)絡(luò)進入過程制造業(yè)應(yīng)用的步伐很緩慢，事實上是，幾乎不被采用。自從誕生之初，Profisafe協(xié)議就可以與ProfibusPA網(wǎng)絡(luò)一同使用，但是儀器儀表工業(yè)在開發(fā)可以用于安全應(yīng)用并具有現(xiàn)場總線接口的流量、壓力、液位和溫度傳感器上投注的努力微乎其微。這種需求和可用性之間的錯位經(jīng)常發(fā)生在新技術(shù)中。 

   Siemens公司的過程安全經(jīng)理CharlieFialkowski說道：“通過Profisafe通訊的設(shè)備并未進入快速開發(fā)時代。我知道Siemens公司有一臺差分壓力變送器能夠與Profisafe通訊，可以用于安全應(yīng)用。我們具有完整的冗余、容錯安全控制器，經(jīng)過了Profibus/Profisafe通訊底板認(rèn)證。所以我們可以將通訊協(xié)議發(fā)送至現(xiàn)場，但是，現(xiàn)場并沒有能夠與之通訊的設(shè)備。”

   尋找安全設(shè)備 

   現(xiàn)場總線基金會（FF）幾年來一直致力于開發(fā)它的SIF（安全儀表功能）協(xié)議，目前供應(yīng)商和用戶已經(jīng)合力開始進行示范項目。正如運行于ProfibusPA上的Profi-safe，F(xiàn)FSIF的成功依賴于用戶和供應(yīng)商對技術(shù)的足夠支持，使其得以開始生產(chǎn)足夠數(shù)量的設(shè)備和控制器，滿足用戶的使用。

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   比較兩種平臺的相似之處，可以看出一個生產(chǎn)通過認(rèn)證的傳感器的公司，將其產(chǎn)品轉(zhuǎn)移成另一種傳感器，并不很難。 

   習(xí)慣安全儀器儀表要求的設(shè)備生產(chǎn)廠家應(yīng)該更容易增加現(xiàn)場總線接口。然而，那些從未試圖生產(chǎn)安全設(shè)備的廠家會發(fā)現(xiàn) ，這一過程充滿了挑戰(zhàn)。 

   Risknowlogy公司總裁Dr.MichelHoutermans說道：“目前我們正在幫助一些供應(yīng)商完成這一過程，基本上，他們可以分為兩類。第一類供應(yīng)商，他們是安全業(yè)內(nèi)企業(yè)，有通過認(rèn)證的傳感器產(chǎn)品，他們只需要增加現(xiàn)場總線協(xié)議即可。第二類供應(yīng)商，他們已身處現(xiàn)場總線的世界，卻從未生產(chǎn)過安全產(chǎn)品?！?nbsp;

   他補充道：“對于第二類供應(yīng)商更加困難，因為他們不具有安全標(biāo)準(zhǔn)的任何知識。他們需要證明安全產(chǎn)品本身是一種安全的產(chǎn)品。也就是說他們需要符合IEC61508的標(biāo)準(zhǔn)要求，對于他們中的大部分，這是一個全新的世界。他們需要完成艱巨的學(xué)習(xí)任務(wù)，幸運的是，今天有更多的信息可以查詢，所以這一進程得以加快。但是，哪怕是當(dāng)今的條件，要完成這一過程也需要6個月到兩年的時間?！?nbsp;

   過程加工中的安全功能在現(xiàn)場總線上實現(xiàn)，例如ProfibusPA或者基金會現(xiàn)場總線，這并不需要特殊的接線。實際上，同樣的物理層面的硬件就足以支持這兩種操作了。 

   MTL公司工業(yè)網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)人IanVerhappen稱，對于安全，他們已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。他說道：“電源和現(xiàn)場設(shè)備接線保持不變，只有終端設(shè)備改變了，亦即主系統(tǒng)或者邏輯解算器具有了新的功能模塊。我們就像電話線一樣，將信息從一處送到另一處?！?nbsp;

   在同一個現(xiàn)場總線段內(nèi)連接安全和普通控制儀表是完全可行的，當(dāng)然，用戶可能更希望將兩者隔離開來。而且，安全設(shè)備不能向控制系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)是沒有理由的，一臺壓力或者液位傳感器作為安全設(shè)備也可以通過在安全邏輯解算器和DCS之間的交互將過程變量傳送至控制系統(tǒng)。 

   單線帶來的問題 

   對于通用應(yīng)用和安全應(yīng)用來說，現(xiàn)場總線最大的技術(shù)弊端就是多種設(shè)備連接在一條電纜上。即使此網(wǎng)絡(luò)固若金湯，一旦電纜發(fā)生故障，那么上面所有的設(shè)備都會失效。這對于過程工業(yè)中的很多用戶，是十分致命的。幸運的是，故障冗余接線技術(shù)極大地減少這種情況發(fā)生的可能。

   Fiakowski說道：“業(yè)內(nèi)對于安全現(xiàn)場總線的討論已經(jīng)長達10年，但是人們從未打破思想的束縛。一個關(guān)鍵原因就是缺乏故障冗余能力：你使用單線連接所有的設(shè)備，一旦這根線因為任何原因發(fā)生了故障，你就缺失了所有的設(shè)備，這很糟糕。3、4年前，我們已經(jīng)使用令牌環(huán)技術(shù)克服了這個缺點，在物理層面上提供了故障冗余能力。” 

   MooreIndustries公司Moore-HawkeFieldbus分部的負(fù)責(zé)人MikeO’Neil知道用戶很擔(dān)心一條電纜故障會導(dǎo)致段內(nèi)所有設(shè)備失效。他說道：“MooreHawke在現(xiàn)場總線物理層提供了2條中繼線，一旦其中一條斷開或者短路，另一條仍舊可以維持工作。” 

   O’Neill補充道：“不管哪一條出問題，兩條中繼線都可以維持工作并發(fā)出警報。
這將系統(tǒng)的失效可能降至很低。在主機和功率調(diào)節(jié)器處無需使用特殊的軟件，就和MooreHawke為普通的非安全現(xiàn)場總線提供的軟件一樣。2008年5月，這套系統(tǒng)被HIMA使用于ShellGlobalSolution的FF-SIF示范項目中?！?nbsp;

   對于用戶，將安全性搭建在現(xiàn)場總線上將會帶來巨大的好處，具體表現(xiàn)就是設(shè)備診斷。VincentPalughi是Chevron公司的高級工程師，他一直致力于精密儀器的通訊協(xié)議的部署。 

   Palughi說道：“站在Chevron的立場上，我認(rèn)為在線診斷的能力很重要。資產(chǎn)管理系統(tǒng)連接到智能設(shè)備上，可以幫助你更快建設(shè)工廠控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，減少了試運行的時間。而且我認(rèn)為還可以延長周期測試間隔時間。一般，你需要每年對設(shè)備進行檢測控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，但是，既然我們對診斷如此有信心，我們可以將此事件延長。使用這種技術(shù)將給我們帶來很多潛在的好處?！?

   現(xiàn)場總線基金會的市場總監(jiān)BillTatum嘗試將SIF應(yīng)用于石油和天然氣領(lǐng)域?！澳壳?，在一家典型的精煉廠中，由于區(qū)域分級 ，他們只能在30%的地方使用現(xiàn)場總線。一旦使用了SIF技術(shù)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，這個數(shù)字可以上升到70%到80%。幾乎是以前現(xiàn)場總線設(shè)備的2倍。實際的優(yōu)點就是可以獲得診斷數(shù)據(jù)，這正是用戶所需要的——與現(xiàn)場總線給控制環(huán)境帶來的改善一樣重要。正是由于這一點，預(yù)防性維護才成為可能?！?