編者語：現場總線動搖了離散和過程安全網絡的根基——硬接線係統。便於查錯和維護的承諾使用戶心動不已。

   網(wang)絡(luo)安(an)全(quan)性(xing)長(chang)久(jiu)以(yi)來(lai)一(yi)直(zhi)是(shi)硬(ying)接(jie)線(xian)技(ji)術(shu)的(de)強(qiang)項(xiang)。保(bao)守(shou)的(de)用(yong)戶(hu)堅(jian)信(xin)隻(zhi)有(you)使(shi)用(yong)沒(mei)有(you)問(wen)題(ti)的(de)係(xi)統(tong)，才(cai)能(neng)提(ti)供(gong)確(que)實(shi)的(de)保(bao)護(hu)，而(er)唯(wei)一(yi)的(de)辦(ban)法(fa)就(jiu)是(shi)使(shi)用(yong)直(zhi)接(jie)接(jie)線(xian)技(ji)術(shu)和(he)隔(ge)離(li)。問題在於當需要維護和查錯的時候，那些係統是十分昂貴的而且用戶界麵並不十分友好。 

   回到現場總線之前的年代，那時所有的傳感器、設備、執行器都采用直接接線技術

，很多用戶期待係統能夠完成自動診斷、減少接線以及簡化設置過程。HARTtigonglebufenjiejuefangan，danshiyonghufaxianxianchangzongxianwangluokeyichuansonggengjiajingquedexinxi。naxiekaishijiangxianchangzongxiantuopujiegoushiyongzailisanheguochengchuanganqishangdeyonghukaishicongshuangxiangtongxunhezhenduanzhonghuoyi。suoyixiayigewentibiancheng：“我們何時可以將其用於安全設備？” 

   yixiecaozuorenyuanjingchanghuiwenjishangmiandewenti。ruguonirenweijiangyizhengtaochuantongshebeilianjiezaiyitiaodianlanshangshilingrenbuande，nameduiyujianganquanchuanganqianzhuangzaitongyitiaodianlanshang，nijianggandaobeijiabuan。eryouxierenyijingjiangxianchangzongxianjishuquanmianyinrulisanjiagonglingyu ，而且正對其在過程應用的成長興味盎然。 

   jianganquangongnengzhenghedaoxianchangzongxianshangyuqitashebeiyouxiebutong。daduoshurenrenweianquanwanglubixushiputongxianchangzongxiandejiaqiangban，bixujuyougenggaodengjidetongxunanquanxing。danzhejinjinshiluojishangzhengque，shijibingbushizheyangde。shishishang
，anquanxianchangzongxiansuotigongdepingtaibingbuyilaiyuchuanshumeijie。huanjuhuajiang

，zhezhonganquanxitongdeanquanxingyuwangluxiaolibingwuzhijielianxi。kansibuhechangli，ranerzhejiushixianchangzongxiandeguanjian。 

   Profisafe和AS-I工作安全係統是第一個被廣泛接納的安全協議
，它們可以被使用在現場總線網絡上，並於1998年同期發布。它們本身並非現場總線
，而是將安全功能加入到相對應的網絡中去。例如
，Profisafe必須通過ProfibusDP
、ProfibusPA或者Profinet來實現功能。2005年，ODVA小組發布了CIPSafety係統
，它可以通過EtherNet/IP
、ControlNet和Device-Net平台來實現功能。

   傳送和接收的不同概念 

   安全協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。以下是關鍵的功能組件： 

   首先，傳輸媒介被認為是黑色通道。安全係統並不關心安全信息是如何被承載的——可以通過現場總線、Ethernet、無線或者任何東西控製工程網版權所有
，這都不重要。這就是協議通常都可以在多種網絡下工作的原因。 

   其次，安全係統必須能夠檢測到那些經常被漏檢的錯誤。每個安全信息都使用循環冗餘碼校驗（CRC），以判斷信息是否被篡改。現場總線協議通常使用一個幀校驗碼序列（FCS）來判斷信息
，安全應用要求對基本的FCS增加額外的檢查手段。 

   最後，安全信息必須能在一段時間內以某一特定序列在網路上移動。 

   在2008年ControlEngineering雜誌所發表的一篇采訪中，TüVRhineland（德國萊茵TüV集團）的ErichJanoschek將(jiang)安(an)全(quan)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)網(wang)絡(luo)描(miao)述(shu)為(wei)一(yi)種(zhong)專(zhuan)門(men)的(de)信(xin)使(shi)過(guo)程(cheng)。他(ta)的(de)關(guan)於(yu)黑(hei)色(se)通(tong)道(dao)的(de)例(li)子(zi)就(jiu)是(shi)郵(you)局(ju)投(tou)遞(di)信(xin)件(jian)的(de)方(fang)式(shi)。為(wei)了(le)將(jiang)安(an)全(quan)信(xin)息(xi)與(yu)普(pu)通(tong)的(de)信(xin)息(xi)區(qu)別(bie)開(kai)來(lai)
，你(ni)可(ke)以(yi)將(jiang)它(ta)們(men)放(fang)在(zai)黃(huang)色(se)的(de)信(xin)封(feng)中(zhong)。

   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chuan運yun還hai是shi其qi它ta的de。但dan是shi當dang收shou件jian人ren收shou到dao黃huang色se信xin封feng的de時shi候hou，他ta就jiu可ke以yi在zai接jie收shou閱yue讀du之zhi前qian判pan斷duan這zhe封feng信xin是shi否fou被bei撕si開kai或huo者zhe損sun壞huai。收shou件jian人ren也ye知zhi道dao這zhe封feng信xin息xi必bi定ding每mei天tian都dou會hui收shou到dao，如ru果guo沒mei有you收shou到dao這zhe枚mei黃huang色se信xin封feng，他ta就jiu得de關guan閉bi係xi統tong。” 

   雖然安全功能獨立於網絡發揮作用，然而如果網絡不能安全地運作 ，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
，這兩種可能都會使係統失效。

   “為什麼係統會失效
？”SiemensMilltronicsProcessInstruments公司的通訊產品經理兼專業工程師JamesPowell，說道：“liuchengzhengzaiyunzhuan
，danshinixiwangtashixiao，huozheyouyuxitongzhongdetongxuncuowu，daozhixitongshixiao。anquanzongxianduiyuxinxizhunquexingtouzhulejidadenuli，niwuxudanxindiushixinxi，xuyaoguanxindeshinaxiemeiyoubeijiancechulaidecuowu。” 

   他說：“安全係統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中。Profibus和基金會現場總線都有堅強的通信信道，隻要合理設計
、按規定安裝
，那麼它們的性能就可以輕鬆保證。”

   從離散到過程 

   現場總線安全協議最初應用於離散領域。AS-I工作安全係統通常包含一些諸如急停開關設備
、安全門、光電保護設備和其它安全監控器之類的功能。 

   大多數離散加工領域內的Profisafe應用都在ProfibusDP上運行。ProfibusTradeOrganization（PTO）聲明在2007年底已安裝的Profisafe節點已經達到410000個，而且在2008年節點預計有80%的增長。它可以直接應用於很多類似的應用中，例如AS-i接口，同時它也提供了更高等級的精密度
，以確保生產線和機器人上集成的更高精細程度的應用，例如驅動器集成安全功能。類似地

，CIP主要工作於設備級別的網絡上。

   安全網絡進入過程製造業應用的步伐很緩慢

，事實上是

，幾乎不被采用。自從誕生之初，Profisafe協議就可以與ProfibusPA網絡一同使用
，但是儀器儀表工業在開發可以用於安全應用並具有現場總線接口的流量、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常發生在新技術中。 

   Siemens公司的過程安全經理CharlieFialkowski說道：“通過Profisafe通訊的設備並未進入快速開發時代。我知道Siemens公司有一台差分壓力變送器能夠與Profisafe通訊
，可以用於安全應用。我們具有完整的冗餘、容錯安全控製器，經過了Profibus/Profisafe通訊底板認證。所以我們可以將通訊協議發送至現場，但是，現場並沒有能夠與之通訊的設備。”

   尋找安全設備 

   現場總線基金會（FF）幾年來一直致力於開發它的SIF（安全儀表功能）協議，目前供應商和用戶已經合力開始進行示範項目。正如運行於ProfibusPA上的Profi-safe
，FFSIF的成功依賴於用戶和供應商對技術的足夠支持
，使其得以開始生產足夠數量的設備和控製器，滿足用戶的使用。

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   比較兩種平台的相似之處，可以看出一個生產通過認證的傳感器的公司，將其產品轉移成另一種傳感器

，並不很難。 

   習慣安全儀器儀表要求的設備生產廠家應該更容易增加現場總線接口。然而，那些從未試圖生產安全設備的廠家會發現 
，這一過程充滿了挑戰。 

   Risknowlogy公司總裁Dr.MichelHoutermans說道：“目mu前qian我wo們men正zheng在zai幫bang助zhu一yi些xie供gong應ying商shang完wan成cheng這zhe一yi過guo程cheng，基ji本ben上shang，他ta們men可ke以yi分fen為wei兩liang類lei。第di一yi類lei供gong應ying商shang
，他ta們men是shi安an全quan業ye內nei企qi業ye
，有you通tong過guo認ren證zheng的de傳chuan感gan器qi產chan品pin，他ta們men隻zhi需xu要yao增zeng加jia現xian場chang總zong線xian協xie議yi即ji可ke。第di二er類lei供gong應ying商shang

，他ta們men已yi身shen處chu現xian場chang總zong線xian的de世shi界jie，卻que從cong未wei生sheng產chan過guo安an全quan產chan品pin。” 

   他補充道：“對dui於yu第di二er類lei供gong應ying商shang更geng加jia困kun難nan，因yin為wei他ta們men不bu具ju有you安an全quan標biao準zhun的de任ren何he知zhi識shi。他ta們men需xu要yao證zheng明ming安an全quan產chan品pin本ben身shen是shi一yi種zhong安an全quan的de產chan品pin。也ye就jiu是shi說shuo他ta們men需xu要yao符fu合heIEC61508debiaozhunyaoqiu，duiyutamenzhongdedabufen
，zheshiyigequanxindeshijie。tamenxuyaowanchengjianjudexuexirenwu，xingyundeshi
，jintianyougengduodexinxikeyizhaxun，suoyizheyijinchengdeyijiakuai。danshi，napashidangjindetiaojian
，yaowanchengzheyiguochengyexuyao6個月到兩年的時間。” 

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

   MTL公司工業網絡負責人IanVerhappen稱，對於安全，他們已經準備就緒。他說道：“dianyuanhexianchangshebeijiexianbaochibubian，zhiyouzhongduanshebeigaibianle
，yijizhuxitonghuozheluojijiesuanqijuyoulexindegongnengmokuai。womenjiuxiangdianhuaxianyiyang，jiangxinxicongyichusongdaolingyichu。” 

   在zai同tong一yi個ge現xian場chang總zong線xian段duan內nei連lian接jie安an全quan和he普pu通tong控kong製zhi儀yi表biao是shi完wan全quan可ke行xing的de，當dang然ran，用yong戶hu可ke能neng更geng希xi望wang將jiang兩liang者zhe隔ge離li開kai來lai。而er且qie，安an全quan設she備bei不bu能neng向xiang控kong製zhi係xi統tong發fa送song數shu據ju是shi沒mei有you理li由you的de
，一yi台tai壓ya力li或huo者zhe液ye位wei傳chuan感gan器qi作zuo為wei安an全quan設she備bei也ye可ke以yi通tong過guo在zai安an全quan邏luo輯ji解jie算suan器qi和heDCS之間的交互將過程變量傳送至控製係統。 

   單線帶來的問題 

   對dui於yu通tong用yong應ying用yong和he安an全quan應ying用yong來lai說shuo，現xian場chang總zong線xian最zui大da的de技ji術shu弊bi端duan就jiu是shi多duo種zhong設she備bei連lian接jie在zai一yi條tiao電dian纜lan上shang。即ji使shi此ci網wang絡luo固gu若ruo金jin湯tang，一yi旦dan電dian纜lan發fa生sheng故gu障zhang，那na麼me上shang麵mian所suo有you的de設she備bei都dou會hui失shi效xiao。這zhe對dui於yu過guo程cheng工gong業ye中zhong的de很hen多duo用yong戶hu，是shi十shi分fen致zhi命ming的de。幸xing運yun的de是shi，故gu障zhang冗rong餘yu接jie線xian技ji術shu極ji大da地di減jian少shao這zhe種zhong情qing況kuang發fa生sheng的de可ke能neng。

   Fiakowski說道：“業內對於安全現場總線的討論已經長達10年
，但是人們從未打破思想的束縛。一個關鍵原因就是缺乏故障冗餘能力：你使用單線連接所有的設備，一旦這根線因為任何原因發生了故障
，你就缺失了所有的設備，這很糟糕。3、4年前
，我們已經使用令牌環技術克服了這個缺點
，在物理層麵上提供了故障冗餘能力。” 

   MooreIndustries公司Moore-HawkeFieldbus分部的負責人MikeO’Neil知道用戶很擔心一條電纜故障會導致段內所有設備失效。他說道：“MooreHawke在現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並發出警報。
這將係統的失效可能降至很低。在主機和功率調節器處無需使用特殊的軟件，就和MooreHawke為普通的非安全現場總線提供的軟件一樣。2008年5月，這套係統被HIMA使用於ShellGlobalSolution的FF-SIF示範項目中。” 

   對於用戶


，將安全性搭建在現場總線上將會帶來巨大的好處，具體表現就是設備診斷。VincentPalughi是Chevron公司的高級工程師，他一直致力於精密儀器的通訊協議的部署。 

   Palughi說道：“站在Chevron的(de)立(li)場(chang)上(shang)
，我(wo)認(ren)為(wei)在(zai)線(xian)診(zhen)斷(duan)的(de)能(neng)力(li)很(hen)重(zhong)要(yao)。資(zi)產(chan)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)連(lian)接(jie)到(dao)智(zhi)能(neng)設(she)備(bei)上(shang)，可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)你(ni)更(geng)快(kuai)建(jian)設(she)工(gong)廠(chang)控(kong)製(zhi)工(gong)程(cheng)網(wang)版(ban)權(quan)所(suo)有(you)，減(jian)少(shao)了(le)試(shi)運(yun)行(xing)的(de)時(shi)間(jian)。而(er)且(qie)我(wo)認(ren)為(wei)還(hai)可(ke)以(yi)延(yan)長(chang)周(zhou)期(qi)測(ce)試(shi)間(jian)隔(ge)時(shi)間(jian)。一(yi)般(ban)，你(ni)需(xu)要(yao)每(mei)年(nian)對(dui)設(she)備(bei)進(jin)行(xing)檢(jian)測(ce)控(kong)製(zhi)工(gong)程(cheng)網(wang)版(ban)權(quan)所(suo)有(you)，但(dan)是(shi)，既(ji)然(ran)我(wo)們(men)對(dui)診(zhen)斷(duan)如(ru)此(ci)有(you)信(xin)心(xin)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)將(jiang)此(ci)事(shi)件(jian)延(yan)長(chang)。使(shi)用(yong)這(zhe)種(zhong)技(ji)術(shu)將(jiang)給(gei)我(wo)們(men)帶(dai)來(lai)很(hen)多(duo)潛(qian)在(zai)的(de)好(hao)處(chu)。”

   現場總線基金會的市場總監BillTatum嚐試將SIF應用於石油和天然氣領域。“目前
，在一家典型的精煉廠中，由於區域分級 ，他們隻能在30%的地方使用現場總線。一旦使用了SIF技術控製工程網版權所有，這個數字可以上升到70%到80%。幾乎是以前現場總線設備的2倍。實際的優點就是可以獲得診斷數據，這正是用戶所需要的——與現場總線給控製環境帶來的改善一樣重要。正是由於這一點
，預防性維護才成為可能。”