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國(guó)際電工委員會(huì)及各國(guó)電工委員會(huì)（IEC&NEC’S）：

    目前，作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的IEC現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)達(dá)20種，其組成的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System, FCS）令我作為用戶的石化工業(yè)控制專家深感迷惑。FCS作為我使用的工具難以從多達(dá)２０種的IEC標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品中擇善使用。另一方面，作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，按常理應(yīng)是一種或兩種，而后者往往是歷史原因造成的，例如公制和英制。哪有一種工業(yè)產(chǎn)品的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有20種的？這還算什么國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，也不是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，甚至連公司的標(biāo)準(zhǔn)都不是，因?yàn)橛械墓揪陀?種IEC的Fieldbus標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上，20種的IEC的 Fieldbus 標(biāo)準(zhǔn)就是沒有標(biāo)準(zhǔn)！使申言的“IEC is a worldwide organization for standardization comprising all national electro technical committees. The object of IEC is to promote international co-operation on all questions concerning standardization in the electronic field”的國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)組織的權(quán)威性受到了極大的損害。從Fieldbus出現(xiàn)至今的全過(guò)程我深有了解，IEC 是迫于無(wú)奈才導(dǎo)致目前這種窘?jīng)r。這也波及到ISO的權(quán)威性，因?yàn)椤癐EC Collaborates closely with the international standardigation for standardigation(ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the two organization.”，為維護(hù)作為國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，特別是工業(yè)產(chǎn)品的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性和唯一性，維護(hù)IEC 和ISO 作為國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布組織的權(quán)威形象，現(xiàn)有20種IEC Fieldbus標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)繼續(xù)存在而應(yīng)形成一種統(tǒng)一且唯一的工業(yè)控制系統(tǒng)IEC標(biāo)準(zhǔn)；從技術(shù)合理性和產(chǎn)品性能、價(jià)格著眼，由Fiedlbus形成的FCS因其固有的缺陷也應(yīng)予以鏟除。基此，特向IEC（及各成員國(guó)）推薦并申請(qǐng)登記中國(guó)剛公布的一項(xiàng)專利（Chinese patent Pending）公告號(hào)： CN101063882的ZL2006100262612—— 一種完全自治的現(xiàn)場(chǎng)集散型控制系統(tǒng)（A Field Total-Distributed Control System With Fully Autonomous, FTDCS），無(wú)論從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理性與完全自治而確保高可靠性還是生產(chǎn)成本與工程安裝的使用成本都比FCS優(yōu)越而低廉，理應(yīng)成為IEC的統(tǒng)一且唯一的工業(yè)生產(chǎn)（特別是PA）控制用的系統(tǒng)平臺(tái)。

    縱觀從上一世紀(jì)60年代中期出現(xiàn)的DDC（Direct Digital Controller）到現(xiàn)今形形色色多達(dá)20種IEC標(biāo)準(zhǔn)的Fieldbus產(chǎn)品的演變歷程，可以說(shuō)從DDC、工業(yè)控制機(jī)（Industrial  Control Computer,ICC）到DCS（Distributed Control System） 是一種進(jìn)步。一句西方諺語(yǔ)恰如其分地描述了前二者的弊端“All eggs are putted into a basket”，而DCS在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上信息集中（處理）、控制分散（Total-Distributed），從而大大提高了工業(yè)生產(chǎn)尤其是石油化工生產(chǎn)極盼的高可靠性。然而，僅僅因?yàn)楣?jié)省現(xiàn)場(chǎng)和主控制室機(jī)房之間長(zhǎng)距離來(lái)回連線以及相應(yīng)的維修問(wèn)題而否定DCS的FCS卻是不折不扣的控制裝置歷史的倒退！

    眾所周知，所有現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成的控制系統(tǒng)均由數(shù)據(jù)通信維持閉環(huán)控制，由Fieldbus傳遞信息的通信就成為控制系統(tǒng)的命脈，這種固有的特性違背了高可靠性是工業(yè)控制系統(tǒng)（特別是核電站和石化生產(chǎn)的控制，因?yàn)榈厍蛑挥幸粋€(gè)！）的第一要求這一基本原則，必須予以革除。

    Profinet（以前是 Profibus）和FF是最具代表性的兩種Fieldbus。Profibus PA是其DP的Remote I/O。凡是Remote I/O型FCS，如果發(fā)生任何通信的故障，則一大批控制回路就全部開環(huán)失控，這難道不是重現(xiàn)“All eggs are putted into a basket”典型的歷史倒退么？

    FF-H1的基本控制雖在現(xiàn)場(chǎng)，但卻在形成控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)上犯了技術(shù)方向性錯(cuò)誤：用局部化解整體，用裝在現(xiàn)場(chǎng)的各變送器和閥門定位器內(nèi)的智能卡從功能和實(shí)體上取代DCS控制站（整體）！它的思路非常“原始”，既然現(xiàn)場(chǎng) I/O設(shè)備內(nèi)各智能卡上都有CPU 芯片，何不添上運(yùn)控軟件，使各智能圓卡成為在執(zhí)行本分的（原DCS 控制站）的 I/O數(shù)字化處理功能的同時(shí)也承擔(dān)原來(lái)DCS控制站至少80%的基本運(yùn)控功能的小實(shí)體。把這些小實(shí)體用FF-H1現(xiàn)場(chǎng)總線聯(lián)成一個(gè)局部網(wǎng)絡(luò)最多可容納31個(gè)小實(shí)體及一個(gè) HMI共32個(gè)站，而且“就地”把變送器內(nèi)的智能卡進(jìn)行數(shù)字化的智能處理，所得的2維的Record（既有數(shù)字化測(cè)量值及表示該值可信度的狀態(tài)值）數(shù)據(jù)用H1通信發(fā)給相應(yīng)的閥門定位器內(nèi)的智能卡，由后者進(jìn)行一些必須的基本控制運(yùn)算之后直接去控制控制閥門的開度而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)。眾所周知，從系統(tǒng)或裝置可靠性考慮，各部件只需專司其責(zé)，對(duì)于極為關(guān)鍵的部件予以冗余配置以提高整體的可靠性，各智能卡內(nèi)的關(guān)鍵部件——CPU可無(wú)冗余，而且H1網(wǎng)上的這些小實(shí)體借助 H1通信實(shí)施閉環(huán)控制確是過(guò)度分散的“就地”控制，是一種工業(yè)控制進(jìn)程的歷史大倒退！把控制過(guò)程強(qiáng)加給現(xiàn)場(chǎng) I/O設(shè)備內(nèi)的智能卡，在一個(gè)部件上的功能疊加不也是“All eggs are putted into a basket”？

    把控制功能強(qiáng)加給儀表智能圓卡無(wú)疑使其處于兩難的境地，既要把其本份的、對(duì)被測(cè)變量的高信度、高精度按第一要求處理，又要對(duì)控制功能按第一要求的高可靠性處理，在同一智能卡上對(duì)這兩個(gè)第一要求如何處理？看來(lái) FF-H1的構(gòu)思者有必要認(rèn)真對(duì)Total-Distributed 這一深含哲理的理念加深理解！這種把控制功能強(qiáng)加于各智能卡使其在功能上和實(shí)體上化解 DCS控制站的構(gòu)思過(guò)于偏頗而缺乏 （控制）系統(tǒng)整體觀點(diǎn)，把控制功能的實(shí)施看得過(guò)于簡(jiǎn)單。

    要執(zhí)行閉環(huán)控制，首先就要統(tǒng)一時(shí)鐘的分布與同步，必須把測(cè)量信息及時(shí)送至相應(yīng)的閥門定位器的智能卡。這種及時(shí)性強(qiáng)制通信（Timeliness Compel Communication）使H1網(wǎng)絡(luò)十分復(fù)雜；為了實(shí)現(xiàn)控制，還有兩種必須的非實(shí)時(shí)通信（與 HMI的Peer-Peer通信和事件、歷史趨勢(shì)通信）需要安排，這均需要進(jìn)行鏈路的活動(dòng)調(diào)度（LAS-Link  Active  Schedular），統(tǒng)一的時(shí)鐘發(fā)布、分布及LAS執(zhí)行者由主站承擔(dān)。一旦這個(gè)主站故障，則鏈路其他主站競(jìng)爭(zhēng)上崗以提高控制可靠性，這就必須實(shí)現(xiàn)在線（或任務(wù)）冗余使程序容量大增，由于通信的速率與距離的折中所施加的限制，而在鏈路上成為承上啟下的分叉節(jié)點(diǎn)的端口（或者橋）的智能圓卡必須成為如交通樞紐的中轉(zhuǎn)站的LAS執(zhí)行者，以向前（下游）推進(jìn)并執(zhí)行時(shí)鐘的再分布與同步，不但增加其技術(shù)復(fù)雜性而且也成為可靠性的瓶頸，也使FF-H1的智能圓卡制造成本大為增加。FF-H1的智能圓卡共有三塊：常見的母卡和GP I/O卡裝在變送器或閥門定位器之內(nèi)，而另一少見的子卡則僅用于組態(tài)程序下裝。FF-H1的軟件容量（包括調(diào)試診斷程序在內(nèi)）達(dá)到12.5G，如此復(fù)雜的技術(shù)隱含許多潛在的隱患，這全部是把控制功能強(qiáng)加給儀表智能化的結(jié)果。

    作為 DCS的先進(jìn)理念Total Distributed，如何正確理解，涉及DCS的I/O容量的系統(tǒng)使用問(wèn)題，這又是一個(gè)作為系統(tǒng)（局部）整體而令 FCS及儀表智能化的研發(fā)制造者可能感到的陌生的問(wèn)題。比DCS稍后出現(xiàn)的單回路數(shù)字調(diào)節(jié)器（Single Loop Digital Controller）不曾風(fēng)云一時(shí)么？尤其是日本的生產(chǎn)廠家最多，但從未在中國(guó)的石化工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)正式使用過(guò)，現(xiàn)早已退出市場(chǎng)了。其主要原因是缺乏系統(tǒng)（整體）的應(yīng)用觀念。因?yàn)榱鞒坦I(yè)，特別是石化工業(yè)生產(chǎn)的 PA要求對(duì)一個(gè)生產(chǎn)單元（局部）整體協(xié)調(diào)控制。單回路數(shù)字調(diào)節(jié)器雖然從系統(tǒng)而言是過(guò)于分散，但就一個(gè)回路（包括串級(jí)回路）而言還是包括I/O 在內(nèi)的一個(gè)整體。然而FF-H1分散到一個(gè)回路的I/O都要靠強(qiáng)制通信予以連接！所以，IEC-61449-1 P25都寫明：“However, in contrast to an application or sub application confined to a single resource, the timing and reliability of communication function will affect the timing and reliability of a distributed application or sub application.甚至FF-H1都希望基本自動(dòng)化應(yīng)用盡可能獨(dú)立于I/O設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)F-890FS1.5 P28“3.3.5…Function block represent the basic automation function performed by an application much is as independent as possible of Specific of I/O device and network.”

    為滿足石化生產(chǎn)極需的安全、長(zhǎng)期運(yùn)行，作為資深的石化控制專家，率先設(shè)計(jì)實(shí)施了一種智能型“預(yù)聯(lián)鎖”（Pre-interlock）控制系統(tǒng)，在現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)運(yùn)行至今已達(dá)18年。其主體構(gòu)思是：在非設(shè)備器質(zhì)性故障時(shí)，根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的報(bào)警狀態(tài)的同步（同拍）的綜合邏輯處理結(jié)果自動(dòng)改變控制（回路）結(jié)構(gòu)所得的非常作用于生產(chǎn)過(guò)程，把誘發(fā) ESD啟動(dòng)的因素予以“扼殺”，在安全極限內(nèi)使生產(chǎn)正常運(yùn)行。這種同步的綜合邏輯處理功能，F(xiàn)F-H1不具備，而借助 HSE是無(wú)法達(dá)到同步處理要求的。

    此外Profibus PA 和FF-H1的現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)（Fieldbus control system）還有以下缺陷：

(1) FF-H1和Profibus-PA的通信速率僅為31.25 Kb/s，限制了控制的響應(yīng)速度，不能滿足快速的I/O要求。

(2) FF-H1和Profibus-PA的安裝布線不但各支線長(zhǎng)度<=30米，而且包括所有支線長(zhǎng)度之和在內(nèi)的總線長(zhǎng)度必須<=1900米，這不但增加了布線和選擇現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備安裝位置和本安供電的難度，而各支線的接頭要使用比導(dǎo)線貴得多的專用接頭，以致其安裝工程成本可能反而高于DCS的工程成本。這與其欲取代DCS的初衷恰好相反。

    作為傳遞儀表智能化、數(shù)字化信息的現(xiàn)場(chǎng)總線上述固有的缺陷，已對(duì)所構(gòu)成的控制系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生潛在隱患，必須予以去除。依據(jù)“IEC/PAS 61804-2 Function Block for Process Control-part 2 p21” 介紹：“The IEC draws attention ……may involve the use of patents US. patent Pending NO.08/916,178……The holder of this patent right has assured the IEC that he is willing to negotiate license under reasonable and non-discriminatory terms and conditions with applicants through world, in this respect ,the statement of the holder of this patent right is registered with IEC。基此，現(xiàn)把中國(guó)china patent pending 專利公告號(hào)CN101063882、專利號(hào)ZL2006100262512“A Field Total-Distributed Control System With Fully Autonomous －FTDCS”的摘要作為附件呈送IEC并申請(qǐng)記錄在案。

    作為本專利的發(fā)明人，倍感從控制系統(tǒng)整體來(lái)考慮控制裝置的必要性。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)已從“以時(shí)間換空間轉(zhuǎn)變成以空間換時(shí)間”。這大大地促進(jìn)了儀表智能化技術(shù)的發(fā)展，從而也促進(jìn)了工業(yè)控制系統(tǒng)的精度與可靠性大幅度提高，特別是對(duì)ESD(Emergency Shut Down)避免誤動(dòng)作十分重要。包含有CPU芯片的智能圓卡可以放入現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備內(nèi)，進(jìn)行數(shù)字化智能處理，而且現(xiàn)在CPU芯片的工作環(huán)境溫度已達(dá)-50~70度，為什么不可以把原放在控制室機(jī)房?jī)?nèi)的DCS控制站輕而易舉的小型化后整體移至現(xiàn)場(chǎng)安全區(qū)域或儀表小屋而變成也是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)控制站（Field Control Station, FCS）。這不就從根本上鏟除了現(xiàn)場(chǎng)總線存在的必要性了么？這是本專利構(gòu)思之一。但是，如何構(gòu)成一種新的理念處理現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備內(nèi)的智能數(shù)字化信息以構(gòu)造完全自治的硬件平臺(tái)，以及如何從系統(tǒng)軟件著眼確保整個(gè)系統(tǒng)完全自治，詳情請(qǐng)見附件。眾所周知，完全自治是工業(yè)控制系統(tǒng)達(dá)到高可靠性的追求目標(biāo)。本專利提出的FTDCS不僅具有半封閉的高可靠性的同時(shí)，還具有開放性，而且與之配套的智能圓卡因免除通信功能使制造成本與系統(tǒng)安裝的工程成本均較Fieldbus低。因此FTDCS定將成為IEC推出的流程工業(yè)控制系統(tǒng)統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺(tái)而重塑國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布組織的權(quán)威形象。

    正如一句中國(guó)成語(yǔ)：“冰凍三尺，非一日之寒”所言，能從整個(gè)控制系統(tǒng)觀點(diǎn)提出這項(xiàng)發(fā)明專利，可能只有中國(guó)特定條件才能促成。中國(guó)這項(xiàng)發(fā)明專利的發(fā)明人從1964年就開始在石化現(xiàn)場(chǎng)從事電子計(jì)算機(jī)控制石化生產(chǎn)的應(yīng)用開發(fā)工作，經(jīng)歷了從上一世紀(jì)60年代中后期出現(xiàn)的DDC、工業(yè)控制機(jī)到DCS的演變和逐一使用，在積累系統(tǒng)工程經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的同時(shí)還對(duì)所使用的工具作了詳盡的了解并產(chǎn)生濃厚的自行研發(fā)心儀的、能滿足預(yù)聯(lián)鎖綜合邏輯同步處理的DCS的欲望。上一世紀(jì)80年代末用外購(gòu)STD總線模板自行開發(fā)了一臺(tái)小型的DCS樣機(jī)并成功試用于生產(chǎn)控制，其中率先使用了３塊CPU主板作在線冗余或任務(wù)冗余(online or task redundancies)。1998-2003在某FF-H1主要開發(fā)商的美國(guó)公司的上海分公司任高級(jí)技術(shù)顧問(wèn)，對(duì)FF-H1作了歷時(shí)4年半的詳盡了解，萌發(fā)了簡(jiǎn)化革除的念頭。因大病離開后應(yīng)著名的跨國(guó)公司高層邀請(qǐng)，于2004年末為其提供用于PA控制系統(tǒng)改造的技術(shù)方案白皮書，但因提出革除Fieldbus而影響其現(xiàn)有產(chǎn)品及既有的市場(chǎng)份額而沒能合作。在白皮書的基礎(chǔ)上增加多處創(chuàng)新而形成FTDCS專利。作為一名資深的石化系統(tǒng)工程師， 40多年現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，從系統(tǒng)角度審視作為工具的自控裝置的功能要求，無(wú)疑比制造者更為系統(tǒng)全面；作為DCS研發(fā)者對(duì)其原理、實(shí)現(xiàn)也有深刻了解，才能使控制系統(tǒng)整體具有半封閉的、完全自治的高可靠性，還不失開放性；在儀表智能（圓卡）化的基礎(chǔ)上的FTDCS由統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式而具有互操作性，只要尺寸統(tǒng)一就可互換，因?yàn)樗哂谐蔀榻y(tǒng)一系統(tǒng)平臺(tái)的潛質(zhì)。現(xiàn)把FTDCS這項(xiàng)專利奉呈IEC。隨時(shí)恭候垂詢和質(zhì)疑。

　　誠(chéng)摯問(wèn)候！

                                       原中石化（SINOPER）上海石油化工研究院教授級(jí)石化系統(tǒng)工程師
　　                                                              
                                                                                          鐘霖田
　　
                                                                            2007年10月31日于上海

附件：

　　公告授權(quán)號(hào)：CN101063882

　　Chinese Patent Pending ZL2006100262512 Abstract of Total-Distributed 　　Control System with Fully Autonomous(FTDCS)

　　中國(guó)發(fā)明專利“一種完全自治的現(xiàn)場(chǎng)集散控制系統(tǒng)”摘要

　　本發(fā)明專利公開一種“完全自治的現(xiàn)場(chǎng)集散控制系統(tǒng)（FTDCS）”。把DCS的控制站小型化后整體移至生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安全區(qū)或儀表小屋內(nèi)，使之也成為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)控制站（Field Control Station ，F(xiàn)CS）；FCS內(nèi)的I/O卡演變成緩存與把I/O數(shù)字化智能處理功能已全移至“派駐”在現(xiàn)場(chǎng)各變送器和閥門定位器內(nèi)的智能（圓）卡一對(duì)一直接連線取/存信號(hào)并提供本安供電，連線一方的供方把數(shù)字化的Record型數(shù)據(jù)調(diào)制成曼徹斯特碼，另一方受方解調(diào)予以緩存待用。這使現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備成為FCS的深度分散外圍（DDP－deep distributed perpherals）,予以包容為FCS結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一體（而不復(fù)“單獨(dú)”存在）。這種把現(xiàn)場(chǎng)I/O作為其DDP予以包容的FCS統(tǒng)一體在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上為實(shí)現(xiàn)完全自治提供了統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺(tái)（硬件）。主控室內(nèi)的各人機(jī)界面（HMI）聯(lián)網(wǎng)并作為服務(wù)器與對(duì)應(yīng)作為客戶的FCS用RS-485進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，而且是FCS的“門衛(wèi)”，使整個(gè)FTDCS既有半封閉的高可靠性又不失開放性而完全自治。它根除了各種現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（Fieldbus Control System, FCS）受制于通信的多種弊端，而且制造成本和工程安裝成本都低，是理想的控制系統(tǒng)的統(tǒng)一系統(tǒng)平臺(tái)。用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥門啟閉是全數(shù)字化的期望；有積分飽和度選擇徹底消除了常規(guī)控制模擬信息處理的痕跡，有預(yù)聯(lián)鎖必須的狀態(tài)邏輯同拍（同步）綜合處理功能。在儀表智能（圓卡）化的基礎(chǔ)上的FTDCS由統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式而具有互操作性，只要（硬件）尺寸統(tǒng)一就可互換。